Process Analysis

Process Analysis

학습 목표 • 프로세스란 무엇이고 어떻게 분석할 수 있는가? • 주어진 운영 목표를 달성하기 위해서 프로세스를 어떻게 개선할 수 있는가? • 프로세스의 성능 지표는 어떠한 것들이 있고 이들간에 어떤 관계가 있는가 (Little’s law)? • 변동성이란 무엇이고 프로세스의 성능 지표에 어떠한 영향을 미치는가?

목차 • 프로세스의 정의와 프로세스 플로우차트 • 프로세스 분류 • 프로세스 성능 지표 • Little’s Law • 변동성과 프로세스 성능

프로세스 • 프로세스(공정)란? 투입(Input)을 산출(Output)로 변환시키기 위한 일련의 활동들의 집합 (기능) • 생산운영시스템을 하나의 프로세스로 볼 수 있으며, 이 프로세스는 다시 여러 개의 단위 프로세스로 나누어서 볼 수 있음  계층적 구조 Process Output Input 완성차 부품 자재 자동차 공장 자동차생산시스템 검사 조립 가공 자동차 생산 프로세스 의장 도장 차제조립 자동차 조립 프로세스 참고: 자동차 생산 프로세스(현대자동차 홈페이지 – 사이버홍보실 – 자동차생산과정:http://www.hyundai-motor.com/index.html)

프로세스 • 프로세스(공정)란? • 기업의 대부분의 기능은 프로세스로 볼 수 있음: 채용 프로세스, 시장조사 프로세스 등 • 프로세스의 기본적 기능은 입력을 보다 가치 있는 출력으로 변환시키는 것임 • 프로세스 분석 • 프로세스 분석의 목적 • 프로세스의 대한 이해: 프로세스의 성능/문제점 분석 • 프로세스 개선: 프로세스 성능 향상 • 프로세스 분석과 관련된 일반적 질문들 • 단위 시간당 생산 가능한 제품의 수는 얼마나 되는가? • 하나의 제품을 생산하는데 필요한 시간은 얼마나 되는가? • 생산 능력을 향상시키려면 프로세스의 어떤 부분을 개선해야 하는가? • 제품 하나를 생산하는데 드는 원가는 얼마인가? • Note: 프로세스 분석을 하기 위해서는 왜 하는지(목적), 어떤 수준에서 해야 하는지(대상 및 계층)를 명확히 해야 함.

프로세스 • 프로세스 플로우차트 (Process Flowchart) • 프로세스의 기본 요소들을 그림으로 표현  프로세스 이해를 위한 기본적 수단 • 프로세스 플로우차트의 구성 요소의 표현(Symbol) tasks/operations: 고객에게 입장권 배부, 자동차 엔진 설치 decision points: 고객의 주문이 무엇인가?, 무슨 도구를 사용해야 하나? storage areas/queue: 서비스 대기 중인 고객, 창고, 자재들, 완제품 flows of customers/materials: 다음 단계의 서비스/조립공정으로 이동

프로세스 • 프로세스 플로우차트 (Process Flowchart) 예: 패스트푸드 업체(햄버거 생산) Customer order • McDonald’s - Old Raw material Cook Assemble Finished goods Deliver • Wendy’s Customer order Raw material Cook Assemble Deliver Assemble • Burger King Custom or Standard? Deliver Customer order Raw material Cook WIP Finished goods Assemble cf. WIP (Work In Process/Progress), 재공품(공정 중 재고)

프로세스 • 프로세스 플로우차트 (Process Flowchart) 예: 패스트푸드 업체 • 세 패스트푸드 업체의 프로세스 측면에서 차이점은 어떠한 것이 있는가? • 생산의 개시 시점 • 재고 • 운영목표: 품질/속도/유연성/신뢰성/비용 • 세 패스트푸드 업체가 고객에게 전달하려는 가치는 어떻게 다른가?

프로세스의 분류 • 단일 단계 vs. 다단계 • 단일단계(single-stage) 프로세스 • 다단계(multi-stage) 프로세스 • 버퍼(Buffer)가 있는 다단계 프로세스 Stage 1 Stage 2 - 100개의 제품 생산에 필요한 평균 시간 1: stage1: 30분, stage2: 60분 2: stage1: 60분, stage2: 30분 병목은? 각 프로세스의 1시간당 평균 생산량은? Buffer Stage 1 Stage 2 - buffer: 후공정이 시작되기 전 재공품을 보관하는 공간  각 공정 단계가 독립적으로 작업할 수 있는 여건 조성(Why?) - blocking: 전공정이 작업 후 재공품을 보관할 장소가 없어서 작업을 중단하여야 하는 경우 - starving: 후공정이 작업량이 없어서 작업을 할 수 없는 경우 - bottleneck: 병목, 프로세스 전체의 생산량을 결정하는 공정 단계 - pacing: 프로세스 내의 이동 시간 간격을 일정하게 유지  예: 컨베이어 벨트 조립라인

프로세스의 분류 • Parallel Process • alternative paths 50% 50% • simultaneous activities • different products produced

프로세스의 분류 • 생산시기에 따른 공정 분류 • 계획생산 (Make to Stock; MTS) • 미리 수요를 예측하여 표준화된 제품을 생산하고 완제품 재고에서 고객의 수요를 충족시킴 • 제한된 상품 다양성(표준화된 제품), 높은 수준의 재고량, 빠른 고객 수요 충족 • 정확한 수요 예측 능력이 중요 • 주문생산 (Make to Order; MTO) • 고객의 주문 접수 후 생산을 시작 • 높은 상품 다양성(Customization), 최소의 재고량, 비교적 느린 고객 수요 충족 • 생산의 속도가 중요: 고객 주문 시점부터 제품/서비스 배달 시점까지의 시간 • 혼합생산 (Hybrid, Assemble to Order; ATO) • 계획생산+주문생산  중요부품/반제품은 계획 생산, 이후 완제품은 고객 주문에 따라 생산 • Q. p.6의 패스트푸드 업체는 각각 어떤 생산방식을 사용하고 있는가?

운영목표와 프로세스 • MTO vs. Hybrid • 운영목표: 품질, 속도, 신뢰성, 유연성, 비용 Q. 명지 샌드위치는 Wendy’s와 같이 MTO 방식으로 운영하고 있다. 최근 고객들이 늘어나면서 속도에 불만을 표시하는 고객들이 늘어나고 있다. 명지 샌드위치는 이 문제를 해결하기 위해 샌드위치를 생산하는 프로세스를 개선하려고 한다. 고객들의 수요를 분석해본 결과 90%의 고객들은 두 가지 종류의 빵과 3가지 종류의 속재료(치즈, 햄, 치킨)중 하나를 선택하는 것으로 나타났다. 명지 샌드위치는 고객에 대한 속도 목표를 높이기 위해 Burger King과 유사한 Hybrid 방식을 채택하기로 했다. 이 개선안을 다섯 가지 운영 목표의 측면에서 기존의 방식과 비교해보라. A. 명지샌드위치는 6개의 샌드위치 베이스(Base: 빵 & 속재료)를 미리 생산해 놓을 수 있다. 만일 고객이 이러한 샌드위치를 원한다면 여기에 고객의 요구에 맞게 야채, 소스 등을 추가하여 주문을 만족시킬 수 있다. 고객이 특별한 샌드위치를 원한다면 물론 처음부터 생산을 해야 한다. 1) 품질: 고객이 미리 만들어 놓은 베이스를 사용하는 것에 거부감을 느낄 수 있다. 중요한 포인트는 베이스의 품질을 유지하고 고객에게 인식시키는 것이다. 2) 속도: 90%의 고객에 대해서 속도는 이전보다 매우 빨라질 것이다. 3) 신뢰성: ? 4) 유연성: 변화 없음 5) 비용: 비용 절감 효과가 있을 수 있음(why?), 그러나 ( )능력이 중요해짐

프로세스 성능 지표 • Average Flow Time(평균 처리시간) • 한 단위의 제품(서비스)이 완성되는 데 소요되는 평균 시간(시스템에 들어와서 나가기까지 걸리는 평균 시간) • Flow Time = Operation Time (Setup Time + Run Time) + Waiting Time 예: 시내 버스가 출발지에서 출발하여 최종 목적지까지 도착하기까지 걸리는 평균 시간 ※ 성능 분석 시에는 먼저 입/출력의 단위를 정해야 함(Flow Unit)  예: 버스1대, 고객1명 • Cycle Time • 하나의 단위 제품(서비스)이 완료되고 다음 제품이 완료될 때까지의 평균 시간 • Average Flow Rate = 1/Cycle Time 예: 시내 버스의 최종 목적지에 버스들이 도착하는 시간의 평균 간격, 10분당 1대(배차간격)  Cycle Time = 10분, Flow Rate = 1/Cycle Time = 1시간/10분 = 6대/hour • Utilization(이용률) • 실제 이용 시간/가용 시간 예: 하루 10시간 운행하는 버스의 실제 운행시간이 6시간이었다면? 버스의 Utilization = 60%

Additional Issue: 제품/서비스 수명 주기와 운영 목표 • 제품/서비스 수명주기에 따른 운영 목표의 변화 성숙기 성장기 쇠퇴기 판매량 도입기 고객 Innovators Early Adopters Bulk of Market Laggards 경쟁자 거의 없음 증가 거의 고정된 숫자 감소 우위요건 제품/서비스 Spec. Availability (생산능력) 가격, 공급의 신뢰성 가격 최소요건 품질/범위 가격/범위 범위/품질 공급의 신뢰성 운영목표 유연성/품질 속도/신뢰성/품질 비용/신뢰성 비용

프로세스 성능 지표 • Average Inventory(평균 재고) • 프로세스(시스템) 내부에 대기하고 있는 제품(고객)의 평균 수 예: 식당 내에 있는 고객의 수, 매장에 진열되어 있는 상품의 수, 완료되지 않은 대출 심사 건수(은행) Cycle Time (프로세스에서 나가는 시간 간격) Inventory (프로세스 내부에 있는 개수) Flow Time (프로세스 내부에서의 체류 시간) cf. 안정적인 프로세스에서는 시간당 평균적으로 프로세스에 들어오는 개수와 프로세스에서 나가는 개수가 같음. (why?)

프로세스 성능 지표 • Example: 병원 방사선과 • 11시간 근무 • 고객 서비스 시간 (1 day), Flow Unit = 고객 1명 Avg. Flow Rate = 1 person/hr Cycle Time = 1 hr Avg. Inventory = ? Avg. Flow Time = 2:04:33 = 2.076 hr

프로세스 성능 지표 • Example: 병원 방사선과 환자 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 누적 도착수 누적 완료수 Flow Time Inventory Inventory=누적 도착수 – 누적 완료수 Time

프로세스 성능 지표: Little’s Law • 연습 문제 : 명지 동사무소 • 문제: 명지 동사무소에서는 각종 행정 서비스를 제공하고 있다. 동사무소에서는 한 명의 직원이 고객들이 도착한 순서대로 서비스를 제공한다. 당신이 관찰한 결과 동사무소 내에는 평균적으로 20명의 고객이 있으며, 고객들은 평균 30초(0.5분) 간격으로 동사무소를 나가는 것을 알 수 있었다. 명지 동사무소에 도착한 고객이 서비스를 받고 동사무소를 나가는 데까지 소요되는 시간은 평균적으로 얼마나 되는가? • 해답: 당신이 지금 명지 동사무소에 도착했다고 하자. 그러면 동사무소 내에 있는 고객의 수는 당신을 포함해서 20명이다. 당신이 서비스를 받고 동사무소를 나가기까지 걸리는 시간을 T분이라고 하면, 이 시간 동안 서비스를 마치고 나간 전체 고객의 수는 2T(1분당 2명이 나감)가 된다. 그런데 이 숫자는 20명이어야 하므로 2T = 20이 되고 T = 10 분이다. 명지동사무소의 Cycle time = 0.5분, 명지동사무소의 평균 재고(동사무소내의 고객수) = 20 명지동사무소의 평균 Flow Time = 10분  Avg. Flow Time (10) = Avg. Inventory (20)  Cycle Time (0.5) Note: 위의 예제는 평균적으로 위와 같은 결과를 보인다는 것이다. 실제 고객별로 측정된 시간은 평균과 다를 것이다.

프로세스 성능 지표: Little’s Law • Avg. Flow Time, Cycle Time, Avg. Inventory의 관계 – Little’s Law • Avg. Flow Time = Avg. Inventory  Cycle Time = Avg. Inventory / Avg. Flow Rate Avg. Inventory = Avg. Flow Rate  Avg. Flow Time Note 1) Little’s Law는 세 개의 변수 중 두 개의 값을 알고 나머지 하나의 값을 구할 때 사용된다. 2) Little’s Law는 다음과 같이 매우 일반적인 조건에서 성립함. 단위 시간당 시스템에 입력되는 평균 고객수가 단위 시간당 시스템에서 나가는 평균 고객수보다 크지 않으면(즉 안정적인 프로세스인 경우) 성립. 예제 Q1. A 자동차 생산 라인은 5분당 차 한대를 생산하고 있으며, 차 한대를 완성하는데 걸리는 시간은 평균 8시간이다. 이 생산 라인 내에 재고는 평균적으로 얼마나 되겠는가? Q2. 만일 이 공장이 수요 증가에 맞추어 Cycle Time을 반으로 줄였다면(예를 들어 생산 라인을 두 배로 늘렸다면) 재고는 얼마가 되겠는가?

프로세스 성능 지표: Little’s Law – Inventory Cost • 재고회전율과 재고 비용 재무제표(발췌) – Kmart vs. Wal-Mart (2002. 1. 29) Little’s Law: Flow Time = Inventory/Flow Rate 위에서 모든 단위를 (연간) 현금으로 하면? Flow Rate = 매출 원가 (why?) Inventory = 재고자산 Flow Time = ? ($1 매입 후 판매까지의 시간) Kmart: Flow time = 재고/매출원가 = 4,825/26,258 = 0.18(Year) = 67 days Wal-Mart: Flow time = 22,749/171,562 = 0.13(Year) = 48.4 days  “days of supply” 재고회전율 = 1/Flow time = 1/days of supply Kmart = 1/0.18 = 5.44 turns/year, Wal-Mart = 1/0.13 = 7.54 turns/year  매출 원가 = 재고  재고회전율

프로세스 성능 분석 • 연습 문제: 제빵 공장 원자재 WIP 완제품 제빵공정 포장공정 cycle time(제빵): 1시간/1batch cycle time(포장): 0.75시간/1batch • 빵을 생산하는 과정: 100개 단위(1 batch)로 제빵 공정 후 포장 공정을 거쳐 완성 - Batch: 1번에 작업하는 제품의 수, 이 경우는 100 개 단위로 작업 • 프로세스 성능 분석(가정: 재료는 작업시간에 맞게 충분히 공급됨) - Flow Unit = 1 batch (100개) - Flow Time = 1.75 시간/batch - Cycle time (전체 공정) = 1 시간  최대 생산 시 1시간당 1 batch(100개) 생산 - Bottleneck = 제빵공정  제빵공정의 Cycle time = 전체 공정의 Cycle time - WIP = 0, 각 공정은 100개를 한꺼번에 작업한다고 가정 - Utilization: 제빵공정 = 1, 포장공정 = 0.75  계속 가동한다고 가정 (Starving) - 평균 재고 = Flow Rate X Flow Time = 1 X 1.75 = 1.75 batch Q. 위와 같은 상황에서 버퍼를 둘 필요가 있는가? 만일 버퍼를 둔다면 어느 정도의 크기로 해야 할까?

프로세스 성능 분석 • 연습 문제: 제빵 공장 원자재 WIP 완제품 제빵공정 포장공정 cycle time(제빵): 1시간/1batch cycle time(포장): 0.75시간/1batch • 최대 생산 능력 - 제빵 공정: 1 batch/hr - 포장 공정: 100개/0.75시간 = 4/3 batch/hr - 전체 공정: 1batch/hr 포장: 4/3 전체 프로세스: 1 제빵: 1

프로세스 성능 분석 • 연습 문제(계속): 제빵 공장 - 개선안 cycle time(포장): 0.75시간/1batch cycle time(제빵): 1시간/1batch/개별 공정 제빵공정 원자재 WIP 완제품 포장공정 제빵공정 • 제빵 공정이 병목이므로 오븐을 하나 더 추가하였다. 효과는? - 제빵 공정(전체)의 Cycle time = 0.5 시간/batch  제빵 공정 전체의 Cycle time은 1/2로 감소 - Flow Time = 1.75 시간/batch (?)  만일 WIP 보관장소에서 대기하는 시간이 없다면 - Cycle time (전체 공정) = 0.75 시간  최대 생산 시 1시간당 4/3 batch 생산 - Bottleneck = 포장공정 - Utilization: 제빵공정 = 0.67 (Blocking), 포장공정 = 1  최대 가동시 - 재고 ? Note: 1. Flow Time은 동일하나 Cycle time이 감소  단위 시간당 생산량 증가 2. 두 공정의 Cycle Time이 동일하지 않으므로 각 공정별로 가동 스케줄을 정해야 함

프로세스 성능 분석 • 연습 문제 1(계속): 제빵 공장 - 개선안 • 두 공정의 생산량을 맞추기 위해 제빵 공정은 2시간, 포장공정은 3시간 동안 작업하기로 했다고 하자(단, 포장공정은 제빵 공정보다 1시간 늦게 시작)  전체 생산량=400개(4 batches), Flow Time을 구해보자. WIP 재고 보관 장소의 크기는 얼마로 해야 할까?

프로세스 성능 분석 • 연습 문제(계속): 제빵 공장 – 개선안 분석 • 결국 무엇이 개선되었나? • 400개 완성을 위한 총 소요시간: 개선전 – 4.75, 개선후 – 4.0 • 추가되는 비용은? • 오븐 1대 + WIP (재고 비용) • 개선효과가 왜 이렇게 작은 것일까? • 비용 대비 효과를 높이려면 어떻게 개선해야 할까? • 왜 Batch 당 총 생산 시간이 1.75(B1)에서 3.0(B4)까지 변화가 생기는 것일까? 포장: 4/3 전체 프로세스: 4/3 제빵: 2

병목과 생산능력 – 공급 사슬 관점 공급-제약적인 공급 사슬(공급 < 수요) 수요-제약적인 공급 사슬(공급 > 수요) Bottleneck Bottleneck Bottleneck Bottleneck (공급사슬의 생산능력) (공급사슬의 생산능력) Input Input Input Input Flow Rate Flow Rate Flow Rate Flow Rate 수요 초과 생산능력 초과 생산능력 수요

변동성과 프로세스 성능 • 변동성(Variability) • 수요 변동성: 자재 또는 고객이 프로세스에 도착하는 시간 간격의 변화 정도 - 식당에 도착하는 고객들의 도착 시간 간격의 차이 • 프로세스 변동성: 프로세스 내부의 작업(서비스) 시간의 변화 정도 - 식당에서 고객별로 서비스하는 데 걸리는 시간의 차이 Q. 지하철역의 출입구에 들어가는 문과 나오는 문 중에 어느 쪽의 수가 많아야 하는가? (지하철 역에 하루 동안 들어가는 고객의 총수와 나오는 고객의 총수는 거의 동일할 것이다.)

변동성과 프로세스 성능 • 변동성(Variability)의 영향: 대기시간 & Utilization Process (1명당 5분) 고객이 정확히 6분에 한 명씩 도착한다면?  고객 한 명을 처리하는 데 소요되는 시간 = 5분, 따라서 대기 시간 = 0, Utilization = 83% 고객이 정확히 12분에 2명씩 그룹으로 도착한다면?  고객 1의 대기시간 = 0, 고객 2의 대기시간 = 5분  평균 대기시간 > 0, Utilization = 83% 만일 고객이 정확히 1시간 단위로 10명씩 그룹으로 도착한다면? Utilization이 동일하더라도 고객 도착 간격이 변화함(수요 변동성)에 따라 대기 시간도 변화함.  따라서 변동성이 크면 Utilization을 낮춰야 대기시간을 줄일 수 있음 (인력, 자원의 추가 투입) Input Output 대기시간 A 0 B 0% 100% Utilization 83%

변동성과 프로세스 성능 • 변동성(Variability)의 영향: 대기시간 & Utilization 실제 프로세스에는 항상 변동성이 존재하므로, Utilization을 높이면 대기시간도 증가함: 대기 고객수의 증가, 공정 중 재고의 증가 등 특정한 Utilization하에서 대기시간은 변동성이 감소함에 따라 줄어듦. 따라서, 고객에 대한 서비스 수준(속도)을 높이려면(또는 재공 재고의 수를 줄이려면), Utilization을 낮추어야 함. 제일 바람직한 방법은 변동성을 낮추는 것임! How? 변동성을 낮춤 대기시간 0 0% 100% Utilization

프로세스의 개선 • 프로세스 개선을 위한 일반적인 방법들 • 병목 공정을 개선하라  병목 공정의 Utilization을 높인다, 처리 능력을 높인다(예: 병렬화), etc. • 이동 시간과 대기 시간을 줄여라  밀접하게 업무가 연관되어 있는 부서 또는 기계는 인접해서 배치한다. 다른 공정의 생산 계획을 병목 공정에 맞춘다, etc. • 불필요한 작업을 없애라  생산성에 도움이 되지 않는 작업들은 없애거나 통합한다. 공급업체의 품질 관리와 관계 강화를 통해 부품/자재의 검사를 생략한다, etc. • 변동성을 줄여라  프로세스 내부의 신뢰성을 높인다. 부품 공급 주기를 일정하게 유지한다. 고객의 수요 변동을 줄인다(예: 에어컨을 겨울에 특판한다), etc.

Appendix: 병목 공정에 집중하라 - 100개의 제품 생산에 필요한 평균 시간 1: stage1: 30분, stage2: 60분 2: stage1: 60분, stage2: 30분 병목은? 각 프로세스의 1시간당 평균 생산량은? Buffer Stage 1 (60분/100개) Stage 2 (30분/100개) 위의 두 개의 프로세스는 평균적으로 Cycle Time과 단위 시간당 생산량이 같고 병목 공정의 위치만 바꾼 것으로 볼 수 있다. 그러면 과연 이 두 프로세스의 성능은 같다고 볼 수 있는 것인가? 아무런 변동 요인이 없다면 같다고 할 수 있다. 그러나 변동성을 고려하면 차이가 나게 된다. 프로세스 1에서 현재 WIP이 0인 상태에서 비 병목인 기계(프로세스1에서 Stage1, 프로세스2에서 Stage2)가 1시간 동안 장애로 가동을 할 수 없었다면 생산량은 어떻게 차이가 나는지 생각해보라.

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