2차전지 제조설비의 전극공정에서 생산로트의 크기에 따른 불량률 분석모형

Defect Rate Analysis Model Depending on Production Batch Size in the Electrode Process of the EV Battery Manufacturing Line

2차전지산업은 수년간 빠르게 성장하였으나 최근 수요 둔화와 글로벌 공급사들의 공격적 투자로 어느 때보다 치열한 시장경쟁이 예고된다. 따라서 제조설비의 생산성을 높여 원가경쟁력을 높이기 위한 노력이 어느 때보다 중요해지고 있다. 2차전지 제조설비에서 병목인 전극공정은 다수의 제품을 한 설비에서 생산하는 반면 한 제품에서 다른 제품으로 교체하는데 긴 준비시간이 필요하다. 따라서 생산로트의 크기를 얼마로 하느냐는 설비 운영의 중요한 의사결정 요인이 되고 있다. 준비교체 손실 관점에서는 생산로트의 크기가 클수록 유리하지만 큰 생산로트는 제조설비의 재공을 증가시키고 이는 다시 전극공정에서 발생한 불량이 이후 조립공정 검사를 통해 발견되는데 걸리는 시간을 증가시켜 불량률을 증가시키는 문제를 초래한다. 본 연구에서는 이 문제에 대하여 대기행렬이론을 활용한 분석모형을 제공함으로써 제조설비의 운영 효율을 높이는 데 도움을 주고자 한다. 분석모형은 생산로트의 크기에 따라 전극공정의 준비교체로 인한 손실과 불량 로트 발생으로 인한 손실에 대하여 근사치를 계산하는 데 초점을 두고 있다. 이를 위하여 GI/G/c 대기행렬모형을 바탕으로 생산로트의 크기에 따라 불량 발생 메카니즘을 계산하는 분석모형을 제안하였다. 이 분석모형의 유용성을 입증하기 위하여 2차전지 제조기업에서 수집한 자료를 바탕으로 수리적 분석을 진행하였다. 이 결과 본 연구에서 제안하는 분석모형을 통해 생산로트의 크기에 따른 수율, 총생산량, 불량률의 변화를 분석할 수 있어 의사결정에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

The EV battery industry has grown rapidly over the years, and with the recent slowdown in demand and aggressive investment from global suppliers, fierce market competition is expected, requiring efficient operation of manufacturing lines more than ever. The electrode process, which is a bottleneck process in the EV battery manufacturing line, produces multiple products on a unit line, but switching from one product to another requires a long setup time. Therefore, the size of the production lot is an important decision-making factor in line operation. The larger the production lot size, there is a less setup loss, but a large production lot increases the WIP between electrode line and the subsequent assembly line, which increases the time to detect a defect occurred in the electrode process to be discovered after inspection in the assembly line. This study aims to help increase the operational efficiency of the EV manufacturing line by providing an analytic model using queuing theory. The analysis model focuses on approximating the loss due to setup of the electrode manufacturing line and the loss due to the occurrence of defective parts depending on the size of the production lot. To this end, based on the GI/G/c queuing model, a stochastic model is proposed to explain the defect occurrence mechanism depending on the size of the production lot. This study conducts an numerical analysis based on data collected from an actual EV battery manufacturing line to illustrate the usefulness of this model. As a result, it was found that the stochastic model proposed in this study can be used for decision making by analyzing yield, total production volume, defect rate according to the size of the production lot.