GKN Aerospace

GKN Aerospace Engines는 생산 프로세스와 장비를 계획하고 최적화하기 위해 더 우수한 도구가 필요했으며, 이를 통해 전략적 계획을 지원하고 실제 복잡성을 처리하여 리드 타임을 정확하게 예측하며 변동을 고려할 수 있습니다. GKN Aerospace는 제품에 대한 고객의 기대치를 충족하고 기존 문제가 심화되기 전 해결할 수 있도록 이를 식별하기 위한 새로운 방법이 필요했습니다. 또한 일부 가치 흐름은 서로 다른 제품 간에 생산 리소스를 공유하며, 교차 재료 흐름을 유발합니다. 이러한 생산 복잡성과 매일 이루어지는 의사 결정은 리드 타임에 영향을 줄 뿐만 아니라 시뮬레이션 기반 접근 방식을 통해 지속적인 개선을 지원하는 기회를 창출했습니다. 이는 GKN Aerospace는 이산 사건 시뮬레이션이 회사의 다양한 이니셔티브를 완벽하게 지원할 것이라고 신뢰하는 계기가 되었습니다.

GKN Aerospace는 현재 프로세스의 효율성을 개선하는 동시에 향후 예상되는 생산량 증가 또한 고려해야 한다는 필요성을 분명히 인식하여 Tecnomatix® 포트폴리오의 플랜트 시뮬레이션(Plant Simulation)을 통해 파일럿 프로그램을 수행하기로 결정했습니다. 플랜트 시뮬레이션으로 사용자는 모든 특성과 상호 의존성이 있는 생산 플랜트의 가상 모델을 정의하고 이로써 실제 생산을 시뮬레이션할 수 있습니다. Tecnomatix는 소프트웨어, 하드웨어 및 서비스를 제공하는 Siemens Xcelerator 비즈니스 플랫폼의 일부입니다.

"우리는 생산 능력을 분석하고 계획하기 위해 더 나은 전략적 계획 도구가 필요했기 때문에 플랜트 시뮬레이션을 사용했습니다."라고GKN Aerospace Engines Business Line, TI-IS의 MOM-MES 아키텍트 Alexander Hall은 말합니다. "예상 생산량 증가와 생산 프로세스의 복잡성을 감안할 때 우리가 사용하고 있던 정적 용량 해석 도구가 충분히 정확하지 않다는 것을 파악했습니다."

파일럿 프로젝트의 개시

플랜트 시뮬레이션 파일럿 프로젝트는 노르웨이 콩스베르그에 있는 GKN Aerospace 플랜트에서 수행되었습니다. 이 플랜트는 TEC/TRF 제품군의 생산량이 크게 증가할 것으로 예상되며 이에 생산 분석을 수행하고 제품 시스템을 새로운 예상 볼륨에 맞춰 조정해야 할 필요성이 대두됨에 따라 파일럿 플랜트로 선정되었습니다. 콩스베르그 플랜트의 엔지니어들은 플랜트 시뮬레이션 프로젝트를 시작하기 전에 이산 사건 시뮬레이션 도구에 대한 기본적인 경험을 보유하고 있었습니다. 이 가상 생산 프로젝트의 주요 목표 중 하나는 가치 흐름(가치 흐름은 GKN Aerospace의 제품군 및 생산 프로세스 용어)을 분석하고 개선을 위해 잠재적인 문제 영역(병목 현상, 제대로 활용되지 않는 기계 등)을 식별하는 데 있습니다.

플랜트 시뮬레이션을 통한 생산 시뮬레이션은 플랜트 성능에 큰 영향을 미치는 중요한 요소인 가변성의 영향을 감안할 수 있습니다. 콩스베르그 플랜트에는 계획된 가변성과 계획되지 않은 가변성이 있습니다. 계획되지 않은 가변성의 예로는 기계 고장, 공급업체의 자재 부족, 부적합 등이 있습니다. 불확실성이 많은 환경에서 시뮬레이션은 이러한 문제를 고려하여 기계 투자 및 프로세스 개선 영역의 의사 결정의 효율을 높이는 강력한 생산 디지털 트윈입니다. 시뮬레이션은 GKN Aerospace 디지털 이니셔티브의 주요 구성 요소이기도 합니다.

GKN Aerospace는 플랜트 시뮬레이션을 통해 시뮬레이션 모델을 생성하고, 실제 과거 생산 시나리오를 시뮬레이션하여 모델 정확도를 검증했으며, 향후 생산량 증가 시나리오 및 옵션 테스트에 이 모델을 사용했습니다. 또한 플랜트 시뮬레이션의 동적 3D 환경에서 생산 프로세스를 시각화하는 기능은 GKN Aerospace의 직원이 레이아웃, 생산 프로세스 및 재료 흐름을 더 잘 이해하는 데 큰 도움이 되었습니다.

플랜트 시뮬레이션 파일럿 프로젝트는 GKN Aerospace를 위한 플랜트 시뮬레이션의 적용 가능성 평가, 다른 생산 현장에서 시뮬레이션 도구를 쉽게 사용할 수 있는 시뮬레이션 템플릿의 생성, 플랜트 제품군(또는 가치 흐름) 중 하나에서 예상되는 볼륨 증가 분석이라는 세 가지 주요 목표를 두고 있었습니다. 플랜트 시뮬레이션을 통해 세 가지 목표를 모두 성공적으로 달성했습니다.

플랜트 시뮬레이션 파일럿을 통해 얻은 다소 예상치 못한 또 다른 이점은 생산 관련 데이터가 사내에서 어떻게 처리되는지 더 잘 파악하게 됨으로써 시스템 통합 및 데이터 흐름에서 중요한 개선이 필요한 몇 가지 잠재적 영역을 알 수 있게 되었다는 것입니다.

마지막으로, 플랜트 시뮬레이션을 통해 얻은 모든 인사이트는 실제 생산을 방해하지 않으면서 사실적인 생산 디지털 트윈 모델을 구축함으로써 확보할 수 있었습니다.

"우리 플랜트에는 계획된 가변성과 계획되지 않은 가변성이 많이 있습니다."라고 GKN Aerospace 콩스베르그 현장의 기술/프로젝트 엔지니어인 Ragnhild Hansen은 말합니다. "예를 들어, 부적합 처리는 생산 성과에 큰 영향을 주는 계획되지 않은 활동입니다. 거의 불가능했던 가변성의 플랜트 성능에 대한 영향을 플랜트 시뮬레이션을 통해 분석할 수 있게 되었습니다."

GKN Aerospace Engines Business Line의 MOM-MES 아키텍트 Martin Asp는 GKN Aerospace의 생산 시스템은 매우 복잡하며 볼륨과 제품 믹스 일체에서 가변성을 포함한다고 말합니다. 그는 "이는 시스템 내의 시스템으로, 상호 의존성이 크기 때문에 적절한 도구 없이는 분석하기가 어렵습니다"라고 말합니다. "이에 플랜트 시뮬레이션은 이러한 복잡성을 처리하고 유익한 인사이트를 강조할 수 있는 도구라는 것을 알게 되었습니다."

GKN Aerospace는 또한 플랜트 시뮬레이션이 보유한 고유한 기능을 사용하여 Sankey 다이어그램으로 재료 흐름 경로와 볼륨을 표시함으로써 GKN Aerospace의 생산 및 재료 흐름의 복잡성과 많은 상호 의존성을 경영진에게 입증했습니다. Sankey 다이어그램에서 선의 너비는 이 경로에서 흐르거나 이동하는 볼륨(재료 또는 기술자)을 나타냅니다(기차 또는 지하철 노선도에서 일반적으로 유사한 개념임). 재료 흐름 경로 분석의 중요성에 대한 예로는 여러 가치 흐름을 지원하는 단일 열 처리 작업 셀이 있습니다.

GKN Aerospace의 생산 팀은 플랜트 시뮬레이션을 통해 시설 장비 고장 및 유지 보수가 주요 터빈 후면 프레임 제품의 생산에 미치는 영향이 4%에 불과하다는 것을 보여 주었으며, 이는 기존의 예상과는 모순됩니다. 한편 플랜트 시뮬레이션을 통해 수동 생산이 리드 타임의 72%에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 이는 GKN Aerospace에서 최적화가 가장 효과적일 영역이 어디인지 조명했습니다.

"우리는 수행 중이던 정적 생산 분석을 동적 분석으로 변경해야 한다는 것을 깨닫고 플랜트 시뮬레이션을 사용하기 시작했습니다."라고 GKN Aerospace Engines Business Line, TI-IS의 MOM-MES 관리자 Mikael Carlsson은 말합니다. "우리는 시뮬레이션 모델에 부적합 프로세스를 포함하기로 했습니다. 재작업 지시의 리드 타임을 예측하는 것은 어려운 과제입니다. 플랜트 시뮬레이션의 다양한 시나리오를 통해 여러 유형의 재작업이 리드 타임에 미치는 영향을 확인할 수 있습니다. 또한 플랜트 시뮬레이션을 사용하여 주요 생산 흐름과 함께 재작업으로 인한 병목 현상을 식별할 수 있었습니다. 우리는 새로운 워크스테이션을 추가하여 이 문제를 해결했습니다." 플랜트 시뮬레이션을 통해 GKN Aerospace는 전체 생산 라인을 시뮬레이션하고 잠재적인 성능 개선에 대한 구체적인 결론을 도출할 수 있습니다. 이러한 동적 시뮬레이션은 기계와 생산 셀 간의 생산 및 재료 흐름 종속성을 고려합니다.

"플랜트 시뮬레이션으로 얻은 용량 및 활용도 결과가 이전 방법보다 30% 더 정확한 것으로 나타났습니다."라고 Hansen은 말합니다.

긍정적인 조기 수익

GKN Aerospace는 플랜트 시뮬레이션 파일럿 프로젝트를 통해 생산 리드 타임 단축을 위한 전략적 목표를 처리할 수 있는 소프트웨어 도구를 제공했으며, 플랜트 시뮬레이션은 생산 시나리오의 테스트 및 검증을 지원하여 시간과 비용을 절약할 수 있기 때문에 궁극적으로 경쟁 우위를 확보할 수 있을 것으로 기대했습니다.

또한 GKN Aerospace는 플랜트 시뮬레이션을 사용하여 생산 능력을 계산하고 재료 흐름을 시각화했습니다. 또한 시뮬레이션은 GKN Aerospace가 모든 생산 기간(예: 1주일) 동안 플랜트 시뮬레이션을 실행할 수 있기 때문에 병목 현상을 쉽게 식별할 수 있었습니다. 플랜트 시뮬레이션은 GKN Aerospace가 생산 교대 근무를 계획하고 운영상 의문을 해소하는 데도 도움이 되었습니다. "노르웨이의 콩스베르그 플랜트에서 실시한 종합적인 플랜트 시뮬레이션 파일럿을 실행해 보며 플랜트 시뮬레이션으로 항공 우주 엔진 생산 프로세스의 시뮬레이션 모델을 생성할 수 있겠다고 확인했습니다.” GKN Aerospace Business Line의 엔지니어링 및 기술 부문 SVP Karl-David Pettersson은 말합니다. "또한 생산 프로세스를 최적화하고, 생산 자산을 더 잘 활용하며, 재료 흐름을 검증하고, WIP의 감소와 생산 능력의 향상을 위해 새로운 생산 장비를 구매해야 하는 시기를 결정하는 데 도움이 됩니다."

이 프로젝트는 Siemens 컨설턴트의 지원으로 수행되었으며, GKN Aerospace는 플랜트 시뮬레이션을 통해 역량을 강화합니다. 미국 생산 현장에서 시뮬레이션이 필요해진 시점에 GKN Aerospace는 제품 흐름을 변경할 계획이 있었으며 고객에게 제공되는 제품에 미치는 영향을 이해하고자 했습니다. GKN Aerospace 엔지니어는 Siemens 컨설턴트의 도움 없이 자체적으로 이를 지원하는 시뮬레이션 모델을 구축했으며, 이는 GKN Aerospace의 시뮬레이션 기술을 강화한다는 긍정적인 신호였습니다.

GKN Aerospace Engines Business Line의 기술 삽입 정보 시스템 부문 Director Jonas Steen은 말합니다. "GKN Aerospace Engines Business Line는 다양한 제품에 사용되는 상당한 고가의 장비를 사용하여 매우 높은 품질 요구사항의 복잡한 제품을 소량으로 생산합니다. 이 모든 것이 결합되어 매우 복잡한 생산 시나리오가 생성되므로 플랜트 시뮬레이션과 같은 고급 시뮬레이션 도구만이 이러한 복잡성을 처리할 수 있습니다."

플랜트 시뮬레이션이 제공하는 혁신적인 방법론을 보다 성공적으로 활용하기 위해 프로젝트 팀은 플랜트 생산 인력을 활동에 참여시켰습니다. 일례로 플랜트의 샤프트 가치 흐름 관리자인 Daniel Bryn이 참여했는데, 그는 플랜트 시뮬레이션이 생산 리드 타임을 줄이는 데 필수적인 수단이라는 강력한 이니셔티브를 신뢰했습니다. 그의 가치 흐름에서 비롯된 중요한 시뮬레이션 요구사항의 예는 페인트 공장 영역의 분석입니다. 페인트 공정에는 다양한 생산 프로세스가 다수 포함되기 때문에 흐름과 역학을 이해하는 것이 전적으로 간단하지는 않습니다. 또한 이 분야에서 종사한 사람들만이 이를 진정으로 이해하고 최적화할 수 있다는 인식이 있었습니다. 그는 인력을 늘리지 않고 이 영역에서 처리되는 샤프트의 속도 개선에 대한 분석을 요청했고, 실제로 이러한 시뮬레이션이 수행되어 유망한 인사이트를 발견했습니다. 이 가치 흐름에 대한 또 다른 시뮬레이션 프로젝트에서는 샤프트를 위한 전체 자동화 셀(로보틱스 재료 취급, 자동 선삭 밀링 기계 등)의 도입을 평가했습니다. 플랜트 시뮬레이션은 새로운 기계가 생산 순서에 어떤 영향을 미치는지 분석하고, 이미 보유하고 있는 유사한 기계의 성능과 비교하는 데 도움이 되었으며, 라인의 기존 기계에 미치는 영향을 보여 주었습니다. 이 활동은 또한 GKN Aerospace가 한 가치 흐름에서 다른 가치 흐름으로 시뮬레이션 모델을 재사용할 수 있음을 보여 주었습니다.

더불어 플랜트 시뮬레이션은 고객 관련 시나리오를 통해 가치를 제공하여 이로써 GKN Aerospace는 혁신적인 생산 프로세스를 선보일 수 있습니다.

"플랜트 시뮬레이션을 통해 GKN Aerospace의 혁신을 강조하는 매우 역동적이고 시각화된 방식으로 고객에게 활성 생산 라인 또는 계획된 생산 라인의 개념을 보여줄 수 있습니다."라고 Bryn은 말합니다.

이 파일럿 프로젝트의 결과로 GKN Aerospace는 린 제조 지원 등 다양한 영역에서 플랜트 시뮬레이션을 사용할 수 있습니다. GKN Aerospace는 플랜트 시뮬레이션을 통해 가치 흐름과 회사가 완전히 활용하지 못하고 있는 방대한 양의 데이터를 더 잘 이해할 수 있습니다. 또한 GKN Aerospace는 파일럿 프로젝트로 생산 설비에 대한 상당한 투명성을 확보하고 프로세스를 더 잘 파악할 수 있었습니다. 플랜트 시뮬레이션은 완전히 새로운 프로세스 및 가치 흐름(그린필드 영역)뿐만 아니라 기존 생산 프로세스의 (지속적인) 개선에도 사용됩니다. 또한 플랜트 시뮬레이션을 통해 제조 현장 생산 공간 분석, 운영 프로세스 계획, 입찰 프로세스 지원 등과 같이 몇 가지의 새로운 잠재적 시뮬레이션 이니셔티브를 확인했습니다.

GKN Aerospace는 또한 COVID-19 팬데믹으로 인한 새로운 과제에 대처하기 위해 플랜트 시뮬레이션을 어떻게 사용할 수 있을지 구상했습니다. 예를 들어, 시뮬레이션으로 생성된 생산 디지털 트윈은 많은 가상 검토에 사용할 수 있으며 직원의 대면 상호 작용을 줄일 수 있습니다. 또한 생산 라인의 시각화 및 시뮬레이션을 통해 마치 라인을 방문한 것처럼 생산 흐름을 이해할 수 있습니다.

"플랜트 시뮬레이션이 생산량 변화를 예상할 수 있는 훌륭한 시뮬레이션 도구라는 것을 알게 되었습니다."라고 Pettersson은 말합니다. "그 가치가 확실히 증명되었습니다."