녹색생산성 향상을 위한 프레임워크 개발과 가공시스템으로의 적용

Abstract

최근 환경 오염, 기후 변화, 자원 고갈과 같은 환경 문제가 전 세계적으로 대두되고 있으며, 선진국을 중심으로 환경 법규가 강화되고 있다. 이와 같은 전 지구적 요구는 제조기업의 친환경 활동이 더 이상 선택이 아닌 필수적인 활동이 되도록 압박하고 있다. 그럼에도 불구하고 아직까지 제조업체에서는 친환경 활동의 필요성에 대한 인식 부족과 사후처리 기술에 의존하는 것이 현실이다. 따라서, 제조 기업의 친환경 활동의 활성화를 위해서는 선행적인 친환경 기술이 보급되어야 하며, 이러한 기술이 실제 제조 시스템을 대상으로 적용되어야 한다. 그러나, 친환경 기술이 생산성으로 대변되는 순수 제조 활동에 악영향을 미치게 된다면 제조 현장에서는 이러한 기술을 수용하기 어렵다. 따라서, 친환경적이면서 동시에 생산성을 고려한 두 범주의 통합 즉, 녹색 생산성 향상을 위한 제조 기술의 개발이 반드시 요구된다. 그런데, 산업체로의 녹색 생산성 개념의 보급을 위해서는 제조 시스템을 대상으로 어떻게 녹색 생산성을 향상시킬 것인지에 대한 구체적 방법론과 이에 기반한 실제 적용이 중요하다. 그러나, 기존의 방법론은 일반적이고 주관적이기 때문에 이러한 요구를 만족시키지 못한다. 따라서 제조 시스템을 대상으로 하는 기술적인 방법론의 개발이 우선적으로 필요하다. 방법론이 개발되어도 이는 개념적 구조체 일 뿐 현장 적용을 위해서는 실체화된 시스템의 개발로 연결되어야 한다. 즉, 시스템 개발을 위한 구현 구조 설계와 시스템 내 알고리즘 개발이 동반되어야 한다는 것이다. 이를 위해서 본 논문에서는 다음의 연구를 수행한다. 1) 생산 시스템 대상의 녹색 생산성 향상을 위한 프레임워크 개발, 2) 가공 시스템 대상의 녹색 생산성 기반 친환경 공정계획 알고리즘 개발, 3) 공정계획 모델이 탑재된 프로토타입 시스템 개발. 프레임워크는 제조시스템을 대상으로 환경성과와 생산성을 통합 향상시키기 위한 방법론을 의미한다. 친환경 공정계획 알고리즘은 절삭가공에 대한 생산성과 환경영향을 지수화하여 평가하고, 다음 공정계획에서 녹색 생산성 지수가 높은 프로세스 파라미터를 추천하거나, 프로세스 파라미터 변경에 따른 녹색 생산성 지수를 예측함으로써 최적의 프로세스 파라미터를 제공하는 것이 핵심이다. 본 공정계획 알고리즘은 실험을 통하여 유효성을 증명하며, 프로토타입 시스템으로 구현된다.본 연구의 의의는 다음과 같다: 1) 제조 시스템을 대상으로 쉽고 편하게 녹색 생산성 향상을 위한 시스템 구축이 가능하도록 방법론을 제공한다, 2) 가공 시스템을 대상으로 생산 효율적이고 환경 친화적인 공정계획 알고리즘을 제공한다. 3) 양립하기 어려웠던 생산성과 친환경성을 통합적으로 만족시킬 수 있는 프로세스 최적화를 위한 솔루션을 제공한다.

As environmental problems like climate change and resource depletion have been growing up seriously, environmentally conscious activity is not an option but mandatory for manufacturing products. Nevertheless, environmentally conscious (eco-) activity is still not much implemented in practical manufacturing systems. The reasons to intervene implementation are: 1) lack of environmental consciousness, which often requires monetary sacrifice, 2) concerns of inefficient production due to eco-activity, and 3) lack of appropriate technology how to incorporate environmental aspect into the manufacturing systems. To solve these problems, this dissertation is concerned with how to enhance environmental friendliness, i.e., greenability, while improving productivity in the manufacturing systems, using green productivity concept. The primary objective of the research is to develop a framework, which enhances integrated productivity and greenability by evaluating and predicting an integrated index called Green Productivity Index (GPI). The developed framework has been applied to machining system, followed by developing a new eco-process planning algorithm and system. The cores of the algorithm are to evaluate machining performances in terms of energy efficiency, resource efficiency, anti-toxicity and productivity, and to predict GPI of the process parameter in order to enhance greenability simultaneously with productivity. The developed methods are verified via experiments and implemented in a prototype system. Expected impacts of the research are: 1) to provide a technical green productivity methodology for a manufacturing system, likewise Life Cycle Assessment methodology for a product system, 2) to provide a solution for process optimization which integrates two incompatible performances - productivity and greenability.