23.04.22(토) Apple 스마트 공정 랩 교육 회고| 고급 예방 정비

 이번 포스팅은 Apple 스마트 공정 랩에서 진행되었던 고급 예방 정비 교육에 대한 회고이다. 목차는 아래와 같다.

  1. 예방 정비(PM)의 핵심과 이론
    •정비의 범주
    •예방 정비의 종류와 각각의 특징

  2. 예방 정비의 개발 및 유지 방법론

  3. 블럭 모형을 활용한 실습

  4. 제트 납땜을 통한 사례 연구

  5. 스마트 공정 과정 요약
    •예방 정비의 정의
    •예방 정비의 개발 및 유지 방법론

    •예방 정비 고장 분석 방법론

 

  6. Apple 제조업 R&D 지원센터 클린 룸 견학

 

 1. 예방 정비(PM)의 핵심과 이론 

 예방 정비는 기계 또는 공정의 안정성과 신뢰도를 개선하기 위한 프로세스 운용 방법론이다. 장비 또는 공정의 주 기능을 수행할 수 있는 상태로 유지 또는 복원하기 위해 수명 기간 중에 취하는 기술적, 관리적, 절차적 조치를 조합하여 행하는 기술적 조치를 가리킨다. 여기서 수명 기간 중에 취한다는 부분이 중요하다. 아무리 좋은 조치를 취한다고 해도 기계 또는 공정의 수명이 끝난 상태라면 의미가 없기 때문이다.

 정비의 범주는 아래 그림과 같다.

 이 중에서도 내가 교육 받은 것은 예방 정비이다. 예방 정비에는 상태 기반 정비와 주기 정비, 예측 정비가 있다. 각각에 대해 알아보자. 

상태 기반 정비는 각 기계의 상태에 대한 정보를 실시간으로 획득하고 가용 범위 이탈을 감지해서 최적의 시점에 적절한 정비를 실시하는 정비 방법이다. 장점과 단점은 다음과 같다.

 

이점

• 적정한 시점에 수행되는 적절한 정비 작업
• 예상치 못한 가동 중단 대신 계획된 주기적 정비
• 사소한 기계 결함을 조가에 감지하고 해결하여 서비스 비용 절감
• 과도한 부품 마모 또는 피로 누적으로 인한 심각한 고장 감소
• 조직 내에 내부의 기계 또는 공정 기능에 대한 지식이 누적됨

단점

• 높은 초기 투자 비용 및 예비 부품 비용
• 과거 데이터 또는 참고할 정비 일정이 없다면 적절한 정비 일정을 계획하기 어려움
• 환경 요인이 장비의 내구성과 상태에 영향을 미칠 수 있음

 주기 정비는 정비 계획을 정하려면 평균 고장 간격(MTBF)을 파악해야 한다. 평균 고장 간격은 총 작동 시간을 고장 건수로 나눈 수치이다. 즉, MTBF = 운용 기간 / 피크 고장 발생일 or 총 운용 시간 / 총 고장 횟수 의 공식으로 산출 할 수 있다. 예를 들어, 어떤 기계를 14일 동안 운용했고 가동 중단이 3회 있었다면 MTBF = 운용 기간 17일 / 가동 중단 3회 = 5.67 이라는 계산 값을 얻을 수 있다. 주기 정비의 장점과 단점은 다음과 같다.

 

이점

• 예기치 않은 가동 중단 시간 또는 심각한 고장 위험 감소
• 가용성 개선
• 정비 기간 동안 계획 자유도 증가
• 직원의 역량 수준 발전

단점

• 예비 부품 및 수리 작업 시간에 대한 초기 비용
• 기계를 '과잉 정비'할 가능성 있음
• 아직 확립되지 않은 공정 또는 신규 공정에는 최적의 수리 일정을 결정하기 위한 개발 기간이 필요함
• 미숙련자에 의한 잠재적 정비 문제 발생 가능

예측정비는 상태 기반 정비에 첨단화 데이터 분석 기술을 접목한 정비 방법이다. 과거 데이터 또는 이론적 시뮬레이션을 통해 설비의 서비스 또는 미세 조정을 위한 조건부 일정을 파악 가능하다. 첨단 시스템에서는 일반적으로 측정 데이터를 자동으로 분석하고 처리하는 스마트 모니터링 시스템을 사용한다.

 

 2. 예방 정비의 개발 및 유지 방법론

정비 빈도를 정하는 방법은 총 비용( = 예방 정비 비용 + 갑작스러운 고장 비용)과 최소 운용 비용을 고려해서 결정해야한다. 예방 정비 빈도를 높이면 비례해서 정비 비용도 증가하기 때문이다. 그렇다고 정비 빈도를 낮추면 갑작스러운 고장의 가능성이 높아져, 고장난 기계를 수리하거나 교체하는 데 더 많은 추가 비용이 발생한다. 여기에 더해, 예기치 않은 고장은 재료 손실, 운용 시간 손실, 기계 또는 공정의 심각한 고장을 포함한다. 따라서, 예방 정비와 갑작스러운 고장의 총 비용을 최소화하여 최적의 유지 보수 빈도를 결정하는 변곡점을 계산하는 것이 중요하다.

 

 3. 블럭 모형을 활용한 실습

고급 예방 정비 교육에서는 컬러 블럭을 활용한 그네 모형에 대한 예시와 관람차 예시를 활용해 실습을 진행할 수 있었다. 이 실습을 통해 직접 MTBF를 계산해보고 앞서 배운 개념들이 어떻게 적용되는지 배울 수 있었다.

 

 4. 제트 납땜을 통한 사례 연구

 제트 납땜 배경 지식을 먼저 배우고 넘어가자. 제트 납땜은 잉크젯 프린팅 기술 기반 제어로 용해된 땜납을 분사하여 두 표면 사이에 전기 도관을 만드는 납땜 방식이다. 필요에 의한 국소 영역 납땜이 가능하고 표면 접촉 없이 땜납을 도포할 수 있다. 또한 땜납 페이스트를 사용하지 않는 다는 장점이 있는 납땜 방식이다. 땜납 볼을 통해 기판의 접촉 패드와 OIS 모듈의 단자 패드를 전기적 신호 전달이 가능하도록 연결하는 것이 중요하다. 여기서 OIS는 광학 이미지 흔들림 보정 모듈을 뜻하는 말이다. 즉, 진동 보정 메커니즘이라고 이해하면 되겠다. 

 제트 납땜에서 납땜의 위치 및 납땜 품질의 주요 요인으로 꼽히는 것은 2가지 이다. 레이저 빔 정렬과 모세관 모양이 그것이다. 다음으로 영향 요인은 땜납 볼의 용해 온도, 용해된 땜납의 조준 방향, 모세관 끝의 손상 또는 변형, 모세관 막힘, 납땜 품질이 있다. 납땜 불량의 유형으로는 소납(땜납의 양이 부족하여 두 결합 표면 사이에 안정적인 전기 도관을 형성하지 못함), 과납(두 결합 표면 사이에 도포된 납땜의 양이 너무 많음)이 있다.

 제트 납땜 사례의 경우 새로운 공법인 제트 납땜이 적용되었기 때문에 본 설비 및 공정에는 예방 정비 시스템이 적용되어 있지 않았다. 또한 정비 미숙으로 인한 불량 현상을 파악하고 효과적인 예방 정비 시스템을 구축하여 운용 성능을 유지하고 수율을 높이는 결과로 비용 절감을 실현했다. 

 제트 납땜 결함 식별 및 고장을 분석해보면 수 많은 고장 원인 중 8가지 잠재적 요인이 오픈, 쇼트, 소납 불량 모드로 이어질 수 있었다. 그리고 고장 분석 도구를 적용해 근본 원인을 좁히기 위해 어골도(Fishbone Diagram)를 사용했다. 이러한 과정을 거쳐 '제트 납땜에 예방 정비 시스템이 구현된 후 일일 오픈 및 쇼트 불량률이 1.24%에서 0.21%로 총 1.03% 감소했다' 는 내용이 예방 정비 모범 사례인 제트 납땜 사례였다. 아래는 해당 사례에 대한 어골도이다.

  이러한 어골도는 주요 요인을 간추려 근본 원인을 확인하는 데 유용하게 사용된다. 근본 원인을 찾기 위해 어골도를 사용했고 이를 통해 찾아낸 근본 원인은 예방 정비로 개선될 수 있다는 것을 입증했다.

 제트 납땜 사례에서 솔루션으로 제시된 것은 레이저 중심 정렬, 초점 거리, 레이저 에너지, 최적의 분사 위치를 목표로 하는 PRS 장면, 분사 높이, 질소 가스 입력에 대한 예방 정비를 실시하는 것이었다. 그리고 예방 정비 성숙도를 지원하기 위해 체크리스트를 만들고 OCAP 절차를 만들었다. 

 제트 납땜 사례의 결론을 내려보자. 제트 납땜 장비는 적절한 장비 예방 정비가 정의 되지 않은 새로운 장비인 만큼 예방 정비를 정의하고자 했고 어골도 도표를 통해 근본 원인을 확인했다. 예방 정비 간격 빈도는 장비의 성능 지표를 검토하여 정의했으며 일일 불량률 모니터링과 OCAP 시스템을 구성해 완고하고 성숙한 예방 정비 시스템을 구현했다.

 제트 납땜 사례의 방법론적 교훈과 예방정비의 이점적 교훈에 대해 알아보자.

 방법론적 교훈은 고장 분석적 측면과 정비 빈도면에서 확인할 수 있다.

 고장 분석: 고장 분석 도구를 사용하면 장비 안정성 및 정비 문제가 주요 근본 원인이어서 예방 정비가 유용한 솔루션이 될 수 있는지 확인할 수 있다. 정비 빈도: 예방 정비 빈도는 실측 데이터를 근거로 고장간격(MTBF)으로 정의된다.

 예방정비의 이점적 교훈: 심각한 고장 방지, 제품 수율 증가, 기계 수명 연장, 기계 운영 효율성 증가(예기치 않은 가동 중단 시간 단축), 불필요한 정비 감소, 기계 신뢰도 개선, 기계의 심각한 오작동을 방지하기 위한 비용 절감이 있다.

 

 5. 스마트 공정 과정 요약

• 예방 정비는 기계 또는 공정의 안정성 및 신뢰도를 개선하기 위한 방법론이다.
  • 상태 기반 정비, 주기 정비, 예측 정비
• 예방 정비의 개발 및 유지 방법론:
  • 고장 분석 도구를 사용하여 예방 정비에 적합한 기계 정비 문제를 파악할 수 있다.
  • 예방 정비 빈도는 평균 고장 간격 및 평균 경보 간격을 비롯한 지표를 바탕으로 설정할 수 있다.
  • 일일 고장률 모니터링 및 점검 시트는 예방 정비 시스템을 유지하기 위한 도구의 좋은 예시이다.
  • 고장 분석은 알려진 공정 설정 매개 변수뿐 아니라 장비 내의 알려지지 않은 요인에도 주목해야 한다.
  • 고장을 미리 예방하기 위해서는 예방 정비 솔루션이 체계적이고 자동화되어 있어야 한다.
  • 품질 모니터링 시스템은 예기치 않은 문제를 조기에 파악할 수 있게 하고 피드백 시스템을 지원한다.

 

  6. Apple 제조업 R&D 지원센터 클린 룸 견학

 이번 교육에서는 Apple 제조업 R&D 지원센터의 클린 룸을 견학할 기회가 있었다. 클린 룸에서 제트 납땜 장비에 대한 설명을 추가로 들을 수 있었고 그 외에도 Apple 제조업 R&D 지원센터의 장비들을 볼 수 있어서 좋은 시간이 되었다.

 

 교육 소감을 정리하자면

 볼보그룹코리아 스마트 팩토리 팀에서 인턴으로 근무하던 중 예방 정비의 필요성과 흥미를 느껴서 고급 예방 정비 코스 교육에 지원했다. 인턴쉽 기간에는 부족했던 예방 정비에 대한 개념과 이해를 높이고 싶었는데 이론 교육뿐만 아니라 다양한 실습을 통해 그 부분을 충족시켜주는 교육이었다. 여기서 그치지 않고 Apple 제조업 R&D 지원센터의 클린 룸을 견학할 수 있어서 더 좋았다. Apple의 엔지니어 분들이 직접 클린 룸의 각종 장비들을 친절하게 설명해 주셔서 처음 방문해보는 클린 룸이었음에도 이해에 어려움이 없었다. 다음에 스마트 공정 랩의 다른 교육도 기회가 된다면 꼭 신청하고 싶어질 정도로 알찬 교육이었다.