공장 배치란 무엇인가?

공장 배치(Factory layout)는 원료를 투입하여 제품을 만드는 공정에서 사용하는 시설, 장비, 자재, 정보, 인력, 자원, 에너지를 고려하여 작업과 생산의 효율성을 높이려고 모든 시설과 장비를 조직화하는 일련의 체계적인 활동이다.

 

공장 배치의 목적

① 생산 공정의 원활한 흐름

② 생산 기간 단축 및 생산 능력 향상

③ 공간의 경제적, 효율적 배치와 활용

④ 합리적인 운반 관리

⑤ 병목 공정의 최소화

⑥ 노동력의 효과적 이용

⑦ 효과적인 관리 감독과 관리비 절감

⑧ 쾌적한 작업환경

 

공장 배치의 전제조건

공장 배치의 전제조건은 제품과 생산량, 생산방식과 공정설계, 운반 및 저장 계획, 유틸리티 등의 시설 사용계획을 파악하는 것이다.

① 제품과 생산량

② 생산방식과 공정설계

③ 운반 및 저장 절차

④ 유틸리티 설비

 

※ 공정설계(Process Design): 제품을 생산하는 방법을 결정하려고 원료의 투입, 제조, 가공 등을 산출물로 변화하는 방법의 설계

 

 

공장 배치 기본계획

① 생산구역을 부지의 중심에 배치하고, 직각으로 교차하는 구내 도로를 결정한다.

② 장래 증설을 고려하여 필요한 작업장 모듈을 결정하고 구내 도로계획에 맞추어 건물을 정연하게 배치한다.

③ 물품, 작업자, 에너지, 정보의 이동을 파악하고, 각 동선을 최단으로 계획한다.

④ 부지의 특성과 작업장의 특성을 파악하여 배치한다.

⑤ 소음, 진동, 유해가스 등으로 주변에 피해가 없도록 한다.

⑥ 외부 환경과 조화롭게 계획한다.

 

공장 배치의 상세계획

공장 배치 상세계획은 작업장 배치 계획과 설비 배치 계획으로 나눌 수 있다.

 

① 작업장의 특성 파악

공장은 화학분해, 합성, 가공, 조립 등 다른 형태의 작업장이 있으므로, 생산 설비와 작업에 따라 작업장의 형태를 결정한다. 기계를 사용하는 작업장은 특수한 환경이 필요하며, 가공이나 조립 작업장은 많은 근로자가 필요하다. 다음 기본 사항을 파악한다.

• 해당 공정의 전체 공정에서의 역할
• 기계, 설비의 개요
• 작업자의 작업 내용

 

② 작업장 배치 계획

• 제조 공정에 필요한 생산 설비의 수
• 작업장의 특성과 제약조건 분석: 건물의 기둥, pit, 출입구, 배관 등
• 인근 작업장의 근접성 평가
• 생산 설비의 기능 분석
• 제품의 이동 과정과 운반 방법 분석

 

 

공장 배치의 종류

생산 설비를 배치하는 방식은 제품과 기계설비의 종류와 수량, 공정 등에 따라 공정 중심형, 제품 중심형, 고정형, 혼합형으로 분류할 수 있다. 생산 설비는 실내 환경의 열, 가스, 소음 등의 환경에 큰 영향을 미친다. 따라서 생산 설비를 계획할 때 이런 영향 요소를 검토할 필요가 있다.

 

① 공정 중심형 (job shop)

같은 기능을 가진 기계를 한 작업장에 모아서 배치

• 다품종소량생산, 주문 생산, 표준화가 어려울 때 사용한다.
• 보통 다품종소량생산용 범용 기계설비의 배치에 이용하므로 수요의 변동, 제품 설계의 변동, 작업 순서의 변동 등에 쉽게 대응할 수 있다.
• 여러 품목을 생산할 수 있으므로 다른 배치보다 가동률이 높다.
• 제품 별로 기계설비를 배치하지 않아서 이동시간이나 대기시간이 길어질 수 있다.
• 비교적 생산 단위비용이 높고, 생산계획과 작업 일정표를 효율적으로 수립하기 힘들다.
• 높은 수준의 기술 인력이 필요하다.

 

② 제품 중심형 (flow shop)

생산에 필요한 기계설비를 제품의 공정에 따라 배치

• 소품종대량생산에 적합
• 석유화학, 제지공장 같은 연속공정이나 자동차, 전자제품 같은 조립공정에 주로 이용한다.
• 제품을 생산하는 기계설비를 작업 순서에 맞추어 배치하므로 표준화 제품을 반복 생산하는 대량 생산에 유리하며 생산성이 높다.
• 반복 생산하므로 단위당 생산비용이 저렴하다.
• 작업장 이동시간과 대기시간이 짧아 생산이 쉽다.
• 생산계획과 일정계획을 효율적으로 수립할 수 있다.

 

③ 고정형

제품이 매우 크고 무겁거나 복잡할 때, 제품은 움직이지 않고 생산에 필요한 원자재, 기계설비, 작업자 등을 제품의 생산 장소로 이동하여 작업하는 배치 형태이다. 조선, 항공, 토목 및 건축공사에 적합하다.

 

④ 혼합형

혼합형은 공정 중심형과 제품 중심형을 절충한 배치 형태이다. 생산 제품의 형상, 치수, 가공 공정 등 유사한 공정을 가지는 제품을 몇 개의 그룹으로 나누어 그룹별로 기계설비를 배치하고, 부품별로 가공하는 셀(Cell) 단위 배치이다. 생산 준비, 대기시간, 이동시간, 운반 거리 등을 개별 생산에 맞추어 생산성을 높이는 방법이다. 특정 품목의 수요가 증가하여 설비가 부족해도 다른 그룹의 기계설비를 이용하기 어려워 가동률이 낮아질 수 있다.

 

⑤ U자형

다양한 수요 변화에 대응하려고 작업자가 융통성 있게 작업하도록 생산 설비를 U자로 배치한 형태이다. 소수의 인원으로 작업 효율 및 공간 효율을 높일 수 있다. U자형으로 작업장이 밀집되어 작업자의 이동 거리나 운반 거리가 짧아 공간이 적게 소비되고 작업자의 의사소통이 원활하다.

 

저장시설

공장 전체 면적의 2~3% 정도를 창고로 계획한다.

작업장 전체 면적의 10% 정도를 창고로 계획한다.

 

 

기타계획

(1) 운반계획

운반계획에서 운반하는 물품의 종류와 형태를 먼저 알아야 한다. 운반 장소와 시간을 고려하여 운반 수단을 선정한다. 운반 설비의 종류와 방식은 건물의 구조 보강이나 바닥의 설계 등 공장의 건축계획에 영향을 줄 수 있다. 운반 방식은 다음과 같다.

 

① 견인 이동: 오버헤드 크레인, 모노레일 크레인, 지브 크레인, 서스펜션 크레인, 갠트리 크레인

② 차량 이동: 지게차, 특수 차량

③ 연속 이동: 벨트 컨베이어

④ 인력 이동: 테이블 리프트, 드럼 리프트, 손수레

 

(2) 통로계획

전체 배치에서 기본 통로를 배치하고, 세부 배치에서 보조 통로를 결정한다. 각 작업 공간을 잇는 통로는 벽면과 평행하게 직선으로 배치하는 것이 물품의 운반, 근로자의 출입, 관리, 안전 측면에서 유리하다.

• 차량 통로의 폭: 차폭 + 800㎜ 이상
• 인력 통로의 폭: 차폭 + 500㎜ 이상

 

(3) 채광계획

채광은 자연채광과 인공조명으로 분류할 수 있다. 보통 벽면의 창과 지붕의 천장을 통과하는 형식으로 분류할 수 있다.

가능한 창을 크게 하고, 부드럽게 빛이 확산할 수 있는 유리를 사용한다.

• 창호 설계는 동일 패턴을 반복하는 것이 바람직하다.
• 소요 창호 면적(㎡) = (바닥 면적(㎡) × 채광도(Lux))/380

 

(4) 환경계획

환기, 소음/진동 방지는 쾌적한 작업환경을 보존하고, 작업자의 건강을 보호하려면 매우 중요하다. 소음/진동은 공장 주변에 영향을 줄 수 있으므로 환경 기준을 만족하도록 계획한다. 공장 기획 단계에서 환경에 영향을 주는 시설을 정확히 파악하고, 관련 전문가와 협의하여 방지계획을 검토하고, 환경 기준과 법적 기준에 적합하게 설계한다.

 

1) 환기 계획

제품 생산에서 발생하는 먼지, 수증기, 가스 등은 인체 건강에 해로울 수 있다. 환기는 자연 환기 방법과 기계 환기 방법이 있다.

 

① 자연 환기 방법

대류 현상을 이용하여 창호와 천장으로 환기하는 방식과 통풍구로 환기하는 방식이 있다. 기온, 기후 등 환경의 변화에 따라 효율성의 변화가 있으며 한계성을 가지고 있다.

 

② 기계 환기 방법

기계로 강제 환기하는 방법이다. 배기 방법에 따라 전체 환기와 국소 환기로 나눌 수 있다.

• 전체 환기는 유해 물질 농도를 희석하여 낮추는 방법으로 유해 물질 발생량이 많으면 필요 환기량이 증가하여 실용성이 낮아진다.
• 전체 환기는 유해 물질 발생이 비교적 균일하고, 독성이 낮은 곳에 적합하다.
• 국소 배기는 오염 물질이 작업장에 확산하기 전에 제거하는 방법이다.
• 국소 배기는 필요 환기량이 적어서 전체 환기보다 경제적이다.
• 국소 배기는 후드(Hood), 덕트(Duct), 팬(Fan), 배기구로 구성한다.

 

2) 방음 계획

공장 소음은 작업자의 능률을 방해하고, 정신적으로 해로운 영향을 주며, 공장 인근에 피해를 준다. 대표적으로 일반공업지역에서 낮의 소음 배출 허용 기준은 70㏈ 이하이다. 소음을 방지하려면 다음 사항을 고려한다.

• 소음원을 근본적으로 제거할 수 없다면 흡음재로 마감하여 소음을 줄인다.
• 소음이 발생하면 공정별 방음장치를 설치한다.
• 공장 건축계획에서 예상되는 소음 레벨을 파악하고, 효과적인 방음 구조를 계획한다.

 

3) 방진 계획

진동은 기계나 기구를 사용할 때 발생하는 강하게 흔들리는 현상이다. 보통 진동 레벨이 60㏈ 이상이면 인간이 진동을 느끼며, 65~69㏈에서 수면장애를 일으키고, 80㏈ 이상에서 피해를 준다. 진동을 방지하려면 다음 사항을 고려해야 한다.

• 진원과 구조체 사이에 스프링이나 고무 등 방진재를 사용하여 진동을 줄인다.
• 땅속에 차단벽이나 공간을 두어 진원을 차단한다.