필답 33. 설비 가동률 및 설비종합효율 계산 – 전체

설명

정의

설비종합효율(Overall Equipment Effectiveness, OEE)은 제조 설비의 생산성, 가동률, 품질 성능을 종합적으로 측정하고 평가하는 대표적인 설비 관리 지표입니다. 단순히 기계가 작동한 시간만을 측정하는 기존 가동률 분석 방식의 한계를 넘어, 설비 가동 시간 중 실제 정미 생산에 소요된 시간과 생산 속도의 저하, 그리고 생산된 제품 중 불량품이 차지하는 비율까지 다각도로 고려하여 설비의 실질적인 부가가치 창출 효율성을 $100\%$ 만점 기준으로 환산하여 정량 평가합니다.

공식

1. 시간가동률 (Availability, $A$):

설비의 가동 가능 시간 대비 실제 생산 작업에 소요된 가동 시간의 비율을 나타냅니다.

(단위: $\%$)

• 이때 부하시간(Loading Time)과 가동시간(Operating Time)은 다음과 같이 산출됩니다:

$\text{부하시간} = \text{총 조업시간} – \text{계획정지시간}$ (단위: $\text{분}$)
$\text{가동시간} = \text{부하시간} – \text{정지시간}$ (단위: $\text{분}$)
※ 계획정지시간은 청소, 조회, 계획 정지 보전 등 생산 계획상 사전에 정지하기로 약속된 시간이며, 정지시간(Downtime)은 고장, 자재 대기, 세팅 조절 등으로 설비가 불시에 멈춘 순수 정지 시간입니다.

1. 성능가동률 (Performance Efficiency, $P$):

설비가 설계 성능 속도대로 정상 작동했는지를 평가하는 지표로, 속도가동률과 정미가동률의 곱으로 산출됩니다.

(단위: $\%$)

• 속도가동률 (Speed Rate): 설비 고유의 표준 속도 대비 실제 구동 속도의 비율입니다.

• 정미가동률 (Net Operating Rate): 설비가 멈추지 않고 일정한 속도로 지속 가동된 시간 비율입니다.

• 성능가동률의 통합 간소화 공식: 속도가동률과 정미가동률을 곱하면 다음과 같이 실제주기시간 변수가 상쇄되어 매우 직관적으로 단순화됩니다.

1. 양품률 (Quality Rate, $Q$):

전체 생산량 중 규격을 만족하여 불량이 나지 않은 양품의 비율을 의미합니다.

(단위: $\%$)

1. 설비종합효율 (OEE):

위 3대 가동 지표의 백분율 비율을 모두 곱하여 최종 효율을 결정합니다.

(단위: $\%$)

※ 곱할 때는 백분율 상태가 아닌 소수점 비율 형태(예: $0.85$)로 변환하여 모두 곱한 뒤, 최종 결과값에 $100$을 곱해 백분율($\%$)로 최종 산출합니다.

적용 조건

1. 설비 6대 로스(6 Big Losses)와의 관계:

설비종합효율의 손실을 유발하는 6대 유해 요인과 가동 지표의 연계 구조를 파악하고 있어야 안전 및 보전 대책 수립이 용이합니다.

• 시간가동률 손실: 고장 로스(Breakdowns), 작업준비 및 조정 로스(Setup & Adjustments)
• 성능가동률 손실: 공정 일시정지 및 정체 로스(Idling & Minor Stoppages), 속도 저하 로스(Reduced Speed)
• 양품률 손실: 가동 초기 불량 로스(Startup / Yield losses), 공정 중 품질 불량 및 재작업 로스(Defects & Rework)

1. 소수점 및 연산 처리 수칙:

• 국가기술자격 자격검정 필답형 표준 수칙에 맞춰 지문에 별도의 자릿수 가공 조건이 없다면 중간 및 최종 소수점 데이터들은 소수점 셋째 자리에서 반올림하여 소수 둘째 자리까지 일치시킵니다.
• 시간가동률이나 성능가동률의 개별 비율이 나누어떨어지지 않는 무한소수(예: $0.83333…$) 형태로 나올 경우, 최종 설비종합효율 계산 시에는 중간 반올림에 의한 연쇄 오차를 예방하기 위해 분수 형태나 계산기 내장 정밀 상수를 그대로 곱한 뒤 최종 결과 단계에서 반올림을 실행하는 것이 올바른 수학적 풀이 방법입니다.

풀이 순서

• 1단계: 문제에서 주어진 기본 가동 시간 데이터(총 조업시간, 계획정지시간, 불시 정지시간 등)를 기반으로 부하시간과 가동시간을 분(min) 단위로 각각 정리합니다.
• 2단계: 시간가동률 공식에 대입하여 설비의 유효 가동 비율($A$)을 백분율로 도출합니다.
• 3단계: 기준주기시간, 실제 생산량, 가동시간 데이터를 성능가동률 공식에 대입하여 가동 성능 지표($P$)를 산출합니다.
• 4단계: 총생산량에서 불량수량을 차감한 양품수량을 바탕으로 양품률($Q$)을 도출합니다.
• 5단계: 세 가지 지표 비율($A \times P \times Q$)을 연쇄 곱하여 최종 설비종합효율($\text{OEE}$)을 산출하고 반올림 규격에 따라 단위($\%$)를 명시하여 답안을 작성합니다.

예제 문제

문제 1

어느 기계 가공 설비의 부하시간이 $500\text{분}$이고 가동 중 불시 정지시간이 $100\text{분}$ 발생하였다. 설비의 기준주기시간은 $1.0\text{분/개}$이며 실제 가동 속도로 작동한 실제주기시간은 $1.2\text{분/개}$로 확인되었다. 가동 조업 기간 중 생산된 총생산량은 $200\text{개}$이고 이 중 $10\text{개}$의 품질 불량품이 발견되었다면, 이 설비의 시간가동률($\%$), 성능가동률($\%$), 양품률($\%$), 그리고 최종 설비종합효율($\%$)을 각각 계산하시오. (단, 최종 결과는 소수점 셋째 자리에서 반올림하여 소수 둘째 자리까지 나타내시오.)

문제 2

다음 조건의 데이터를 분석하여 이 제조 설비의 최종 설비종합효율(OEE)을 백분율($\%$)로 구하시오. (단, 중간 계산식에서 나누어떨어지지 않는 비율값은 반올림 오차를 최소화할 수 있도록 분수 형태를 유지하여 전개하고, 최종 결과는 소수점 셋째 자리에서 반올림하여 소수 둘째 자리까지 정제하여 구하시오.)

• 부하시간: $480\text{분}$
• 정지시간: $80\text{분}$
• 기준주기시간: $1.5\text{분/개}$
• 실제주기시간: $1.5\text{분/개}$
• 총생산량: $160\text{개}$
• 불량수량: $16\text{개}$

문제 3

어느 자동차 부품 가동 공정에서 설비종합효율(OEE)을 정밀 측정한 결과 $64.80\%$로 산출되었다. 이 설비의 시간가동률은 $90.00\%$이고, 제품 양품률은 $96.00\%$로 집계되었다. 이때 다음 각 물음에 답하시오.

1. 이 공정 설비의 성능가동률($\%$)을 계산하시오.
2. 만약 해당 조업 기간 동안의 실제 가동시간이 $400\text{분}$이고, 부재의 기준주기시간이 $1.5\text{분/개}$라면, 이 가동조업 기간 동안 생산된 실제 총생산량($\text{개}$)은 얼마인지 구하시오.

문제 4

어느 화학 합성 섬유 방사 공장은 1일 교대근무로 총 $8\text{시간}$ 동안 설비를 가동한다. 이 중 조회 및 예방 보전 계획 등에 할당된 계획정지시간은 $40\text{분}$이며, 가동 중 설비의 돌발 고장으로 인한 불시 정지시간은 $60\text{분}$ 발생하였다. 이 가동기간 동안 총 $400\text{개}$의 제품이 생산되었고 이 중 $20\text{개}$의 품질 불량품이 발생하였다. 기준주기시간이 $0.8\text{분/개}$이고 실제 작업 시의 실제주기시간이 $1.0\text{분/개}$일 때, 다음 각 지표를 계산하시오. (단, 계산 결과는 소수점 셋째 자리에서 반올림하여 소수 둘째 자리까지 구하시오.)

1. 시간가동률 ($\%$)
2. 성능가동률 ($\%$)
3. 양품률 ($\%$)
4. 설비종합효율 ($\%$)

문제 5

설비 보전 효과의 평가 지표인 설비종합효율(OEE)과 관련된 이론적 기초에 관한 다음 각 물음에 답하시오.

1. 설비종합효율을 평가 및 구성하기 위해 복합 연산되는 3대 가동 지표의 명칭을 각각 쓰시오.
2. 속도가동률($\%$)과 정미가동률($\%$)의 공식을 각각 LaTeX 형식으로 기술하고, 이 두 지표의 곱으로 나타나는 종합 가동 성능 지표의 명칭을 쓰시오.
3. 설비종합효율의 가용 시간 및 작동 속도 손실을 예방하기 위해 통제해야 할 ‘설비 6대 로스(6 Big Losses)’ 중 성능가동률과 직접적인 인과관계가 있는 로스 2가지를 쓰시오.

해설

해설 1

1. 시간가동률 ($A$) 계산:

• 가동시간 $= \text{부하시간} – \text{정지시간} = 500\text{분} – 100\text{분} = 400\text{분}$

–

1. 성능가동률 ($P$) 계산:

–

($83.33\%$)

–

($60.00\%$)

–

($50.00\%$)

(혹은 직접 간소화 식인

를 적용해도 동일합니다.)

1. 양품률 ($Q$) 계산:

• 양품수량 $= \text{생산량} – \text{불량수량} = 200 – 10 = 190\text{개}$

–

1. 설비종합효율 (OEE) 계산:

• 비율값들을 변환하여 모두 곱해줍니다.

–

정답: 시간가동률: 80.00%, 성능가동률: 50.00%, 양품률: 95.00%, 설비종합효율: 38.00%

해설 2

1. 시간가동률 ($A$) 계산:

• 가동시간 $= 480\text{분} – 80\text{분} = 400\text{분}$

–

($83.33\%$)

1. 성능가동률 ($P$) 계산:

– 속도가동률

($100.00\%$)

– 정미가동률

($60.00\%$)

– 성능가동률

($60.00\%$)

1. 양품률 ($Q$) 계산:

• 양품수량 $= 160 – 16 = 144\text{개}$

–

($90.00\%$)

1. 설비종합효율 (OEE) 계산:

• 정밀한 계산과 오차 제거를 위해 시간가동률 분수식인 $\frac{5}{6}$를 활용하여 최종 연산을 수행합니다.

–

정답: 45.00%

해설 3

1. 성능가동률 ($P$) 역산:

–

• 주어진 백분율 값을 대입식 전개를 위해 소수로 치환합니다: $\text{OEE} = 0.648$, $A = 0.90$, $Q = 0.96$

–

–

($75.00\%$)

1. 총생산량 계산:

• 성능가동률 공식을 이용하여 실제 생산량을 역산합니다.

–

–

–

–

정답: 1. 75.00% / 2. 200개

해설 4

1. 가동 시간 정보의 분 단위 변환 및 인자 정리:

– 하루 총 교대 조업시간

• 부하시간 $= \text{총 조업시간} – \text{계획정지시간} = 480\text{분} – 40\text{분} = 440\text{분}$
• 가동시간 $= \text{부하시간} – \text{불시 정지시간} = 440\text{분} – 60\text{분} = 380\text{분}$

1. 시간가동률 ($A$) 계산:

–

1. 성능가동률 ($P$) 계산:

–

1. 양품률 ($Q$) 계산:

• 양품수량 $= 400 – 20 = 380\text{개}$

–

1. 설비종합효율 (OEE) 계산:

• 오차 예방을 위해 중간 정밀 분수식을 직접 연쇄 곱합니다.

–

정답: 1. 86.36% / 2. 84.21% / 3. 95.00% / 4. 69.09%

해설 5

1. 3대 가동 지표의 명칭: 시간가동률, 성능가동률, 양품률
2. 공식 서술 및 성능 지표 명칭:

– 속도가동률 공식:

– 정미가동률 공식:

• 두 지표의 곱으로 구성되는 종합 성능 지표 명칭: 성능가동률

1. 성능가동률 손실과 직결된 6대 로스 항목 2가지: 공정 일시정지(정체) 로스, 속도 저하 로스

정답: 위 해설 내용 참조

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