동작분석 및 가상현실을 통한 작업개선 방법에 관한 연구

Abstract

중소제조업에 있어 시장 환경은 다양한 고객의 욕구충족으로 제품의 종류는 다양화되고 제품의 라이프사이클은 짧아지고 있다. 이러한 극심한 변화를 가지는 시장조건에서 제조업의 패러다임은 저비용, 다품종, 유연생산방식으로 변화하고 있다. 이와 같은 변화에 대응하기 위해서 중소제조업체들은 시장의 요구사항에 신속하게 대응할 수 있는 작업개선 시스템 설계 및 구현능력을 갖추어야 한다. 현재 중소제조업에서 실시되는 작업방법 개선활동을 살펴보면 동작분석을 기반으로 위험요소 및 낭비요소를 제거한 공정을 재설계하고 물리적인 공간상에 테스트베드를 구현을 통해서 이를 검증하는 형태로 진행되고 있다. 이러한 작업방법 개선활동은 테스트베드의 설치 및 운영에 소요되는 비용적 부담으로 자금운영이 양호한 일부 기업에서만 시행되고 있는 실정이다. 즉 대부분의 중소제조 기업에서는 물리적 테스트베드 없이 동작분석을 통해서 재설계된 공정을 그대로 적용하거나 그 자체를 시도하지 못하고 있다. 최근 가상현실·증강현실의 기술은 작업혁신활동에 물리적 테스트 베드를 대체하는 기술로 평가받고 있으며 이와 관련된 시뮬레이션 시스템들이 개발되고 있다. 현재 개발된 시스템들은 자동차, 선박 등의 대기업을 중심으로 연구나 대규모의 장치산업 분야에서 일부 적용되고 있으며, 이러한 시스템들은 설계자들의 생각을 교환하는 디자인-설계시스템 및 작업에 대한 숙련자의 노하우를 전달하는 교육시스템들로 공정별 작업자의 특성을 파악하여 최적화된 작업표준을 설계하는 본 연구와 차이가 있다. 국내 제조업의 약98%인 중소 제조기업은 대부분 작업자를 중심으로 작업순서에 따라 부품을 조립하는 공정이 대부분이며, 자금운영이 취약한 특징을 가지고 있다. 따라서, 중소기업의 작업개선을 위해서는 제품의 디자인-설계 또는 교육훈련을 목적으로 하는 시뮬레이션이 아니라 중소기업 대부분의 현장에 적용할 수 있는 저비용·고효율의 최적화 작업설계에 따른 검증시스템의 개발이 필요하다. 본 연구의 기술 개발 최종목표는 다수의 작업자, 자재, 부품, 설비들이 연속적으로 진행되는 작업을 설계하고 검증할 수 있는 작업효율분석 및 최적화를 위한 가상 테스트베드 시뮬레이션 시스템 개발이다. 핵심 기술 개발 내용은 첫째, 이미지분석 기술을 이용한 작업의 동작분석자동화기술 개발, 둘째, 검증환경을 위한 레이아웃 및 시나리오 시스템 개발, 셋째, 테스트베드 시나리오 제어 및 시각동기화를 위한 가상현실 테스트베드 시스템 개발, 넷째 가상객체 관리, 사용자관리, 프로젝트관리, 작업효율분석 등 통합관리시스템 개발이다. 본 논문은 기존 연구의 동향 및 한계점을 통한 연구의 필요성 및 목적을 제시하고, 동작분석 및 가상현실을 통한 작업개선 시스템 개발을 위한 분석 설계 및 시스템을 개발, 그 결과에 대한 결론으로 구성하였다. 제안된 기술은 C#기반의 Multi Platform, Eyeshot Professional을 활용한 3D객체 알고리즘, 이미지처리 알고리즘에 의한 저장매체 저장기술, MDB Database와 MS-SQL간의 연동기술, 가상현실 테스트 베드 시스템과 작업개선 시스템간의 시간데이터를 활용한 Gap분석 기술, Lighting Chart 라이브러리를 활용한 Chart기술, 산업공학의 이론을 기반으로 LOB 실시간 모니터링 기술 등 다양한 기술을 포함하고 있다. 이러한 기술적 융합을 토대로 생산성 향상 및 제조경쟁력 강화를 위한 저비용 작업설계 개선활동 및 작업자 교육비 절감을 위한 시스템을 구축할 수 있다. 이를 토대로 작업개선활동에서 고숙련자의 참여도를 높이고 중소 제조기업이 주도적으로 작업개선을 실시할 수 있는 시스템을 제공함으로 고숙련자의 기능을 효과적으로 전수할 수 있다. 또한 기존의 작업환경을 변경하기 위해서는 막대한 자본과 인력, 에너지가 필요한 작업이었으나 사전에 시뮬레이션을 해볼 수 있어 애로사항이나 문제를 파악할 수 있으며 작업개선의 비용절감이 가능하다. 본 연구는 향후 국방, 의료 등 다양한 산업분야에 가상시뮬레이션 기반의 테스트 베드를 제공할 수 있으며, 3차원 객체를 제작 후 필요에 따라 구매하여 사용할 수 있는 콘텐츠 서비스 분야, 가상현실을 이용한 교육훈련 시스템으로 확장 및 응용될 것으로 사료된다.