Life Cycle Cost는 제품이나 설비의 기획, 설계, 구매, 제조, 설치, 운전, 유지보수, 수리, 개선, 폐기까지 전체 수명주기에서 발생하는 모든 비용을 평가하는 방법이다.

한국어로는 수명주기비용, 생애주기비용 또는 전 수명 비용이라고 표현할 수 있으며, 일반적으로 LCC라고 약칭한다.

기계설계에서 제품의 경제성은 최초 구매가격만으로 판단할 수 없다. 초기 가격이 낮은 장비라도 에너지 소비가 크고, 고장이 잦으며, 세척과 유지보수에 많은 시간이 필요하다면 실제 사용기간 동안 더 높은 비용이 발생할 수 있다.

반대로 초기 구매가격이 높더라도 다음 조건을 만족하면 전체 비용은 낮아질 수 있다.

• 에너지 소비가 적다.

• 생산성이 높다.

• 고장 빈도가 낮다.

• 유지보수가 쉽다.

• 소모품 수명이 길다.

• 세척시간이 짧다.

• 정지시간이 적다.

• 부품 공급이 안정적이다.

• 제품 수명이 길다.

• 폐기와 재활용이 용이하다.

따라서 Life Cycle Cost는 다음 질문에서 시작한다.

• 제품을 구입하고 설치하는 데 얼마가 필요한가?

• 운전 중 에너지와 소모품 비용은 얼마나 발생하는가?

• 유지보수와 수리는 얼마나 자주 필요한가?

• 고장과 정지로 인한 생산 손실은 어느 정도인가?

• 작업자 투입시간과 세척시간은 얼마나 필요한가?

• 제품 수명 동안 주요 부품을 몇 번 교체해야 하는가?

• 규제 변경이나 단종으로 추가 비용이 발생할 가능성이 있는가?

• 제품을 폐기하거나 재활용하는 데 비용이 발생하는가?

• 다른 대안과 비교했을 때 전체 비용이 더 낮은가?

• 초기비용과 장기비용 사이의 균형이 적절한가?

Life Cycle Cost의 주요 구성은 다음과 같이 정리할 수 있다.

• Acquisition Cost — 취득비용

• Installation and Commissioning Cost — 설치 및 시운전 비용

• Operating Cost — 운전비용

• Energy and Utility Cost — 에너지 및 유틸리티 비용

• Maintenance Cost — 유지보수비용

• Downtime and Production Loss — 정지 및 생산손실 비용

• Replacement and Upgrade Cost — 교체 및 개선비용

• Quality and Failure Cost — 품질 및 고장비용

• End-of-Life Cost — 폐기비용

• Residual Value — 잔존가치

• Risk and Uncertainty — 위험과 불확실성

Life Cycle Cost의 기본 개념

Life Cycle Cost의 핵심은 제품 가격이 아니라, 제품을 소유하고 사용하는 전체 기간의 경제적 부담을 평가하는 것이다.

기본적인 관계는 다음과 같이 표현할 수 있다.

Life Cycle Cost = 초기 취득비용 + 운전비용 + 유지보수비용 + 고장 및 정지비용 + 교체비용 + 폐기비용 − 잔존가치

그러나 실제 평가에서는 미래에 발생하는 비용의 현재가치를 고려해야 한다.

일반적인 현재가치 기준의 LCC는 다음과 같이 표현할 수 있다.

LCC = C₀ + Σ [Cₜ ÷ (1 + r)ᵗ] − RV ÷ (1 + r)ⁿ

각 항목의 의미는 다음과 같다.

• C₀: 초기 투자비용

• Cₜ: t년 차에 발생하는 비용

• r: 할인율

• t: 비용 발생 시점

• RV: 잔존가치

• n: 평가기간

이 계산은 현재의 비용과 미래의 비용을 동일한 기준으로 비교하기 위해 사용된다.

Life Cycle Cost는 단순한 회계 계산이 아니다. 설계 단계에서 구조, 재료, 부품, 유지보수 방식 및 생산성을 결정하는 의사결정 기준이다.

Life Cycle Cost와 구매가격의 차이

구매가격은 제품을 취득하는 시점에 지불하는 비용이다. 그러나 Life Cycle Cost는 제품을 사용하고 유지하며 폐기할 때까지 발생하는 전체 비용을 포함한다.

예를 들어 두 설비가 다음과 같이 구성될 수 있다.

설비 A

• 초기 가격이 낮다.

• 에너지 소비가 크다.

• 소모품 교체주기가 짧다.

• 세척시간이 길다.

• 고장 빈도가 높다.

• 유지보수에 전문 인력이 필요하다.

설비 B

• 초기 가격이 높다.

• 에너지 소비가 적다.

• 부품 수명이 길다.

• 세척과 분해가 쉽다.

• 고장이 적다.

• 정지시간이 짧다.

구매가격만 보면 설비 A가 경제적으로 보일 수 있다. 그러나 5년 또는 10년 동안 발생하는 비용을 계산하면 설비 B가 더 낮은 총비용을 가질 수 있다.

따라서 설비 비교에서는 다음 기준을 구분해야 한다.

• 초기 구매가격

• 연간 운전비용

• 연간 유지보수비용

• 생산 손실비용

• 예상 수명

• 잔존가치

• 전체 수명주기비용

Life Cycle Cost와 Total Cost of Ownership

Life Cycle Cost와 Total Cost of Ownership은 유사하게 사용되지만 관점에는 차이가 있다.

Life Cycle Cost

Life Cycle Cost는 제품의 기획부터 폐기까지 전체 수명주기 동안 발생하는 비용을 평가한다.

주요 관심 대상은 다음과 같다.

• 설계

• 제조

• 구매

• 설치

• 운전

• 유지보수

• 개선

• 폐기

• 재활용

Total Cost of Ownership

Total Cost of Ownership은 구매자가 제품을 소유하고 사용하는 동안 부담하는 전체 비용에 중점을 둔다.

주요 관심 대상은 다음과 같다.

• 구매가격

• 설치비

• 운전비

• 유지보수비

• 교육비

• 정지손실

• 폐기비

Life Cycle Cost는 제품의 전체 생애에 대한 공학적 관점이 강하고, Total Cost of Ownership은 사용자의 소유비용 관점이 강하다.

실제 설비 평가에서는 두 개념을 함께 사용할 수 있다.

Life Cycle Cost 평가기간

LCC 평가에서는 제품의 예상 사용기간을 먼저 정의해야 한다.

평가기간은 다음 요소에 따라 달라질 수 있다.

• 제품의 물리적 수명

• 기술적 수명

• 경제적 수명

• 계약기간

• 감가상각기간

• 법적 사용기간

• 부품 공급기간

• 고객의 교체주기

물리적 수명

제품이 기계적으로 기능할 수 있는 기간이다.

기술적 수명

기술 발전이나 규격 변경으로 인해 사용 가치가 감소하기 전까지의 기간이다.

경제적 수명

수리와 유지비용이 증가하여 교체하는 것이 경제적으로 유리해지는 시점까지의 기간이다.

규제 수명

안전, 환경, 위생 또는 에너지 규제 변화로 인해 기존 제품을 계속 사용하기 어려워지는 시점까지의 기간이다.

제품이 물리적으로 작동하더라도 유지비용과 생산성이 불리해지면 경제적 수명은 더 짧을 수 있다.

Acquisition Cost — 취득비용

취득비용은 제품이나 설비를 확보하기 위해 초기 단계에서 발생하는 비용이다.

주요 항목은 다음과 같다.

• 제품 구매가격

• 설계비

• 엔지니어링 비용

• 금형비

• 치구비

• 운송비

• 포장비

• 관세

• 보험

• 계약비용

• 금융비용

• 예비부품 구매비

설계와 개발비용

특수 장비나 주문제작 설비에서는 설계와 개발비가 중요한 비중을 차지할 수 있다.

주요 항목은 다음과 같다.

• 요구사항 분석

• 기계설계

• 전기설계

• 제어설계

• 소프트웨어 개발

• 시제품 제작

• 시험

• 인증

• 기술문서 작성

초기 설계비용을 줄이기 위해 검증되지 않은 구조를 사용하면 이후 고장과 개조비용이 증가할 수 있다.

구매부품 비용

구매부품에는 다음이 포함될 수 있다.

• 모터

• 감속기

• 서보 드라이브

• 인버터

• 베어링

• 센서

• 실린더

• 밸브

• PLC

• HMI

• 안전기기

구매부품 선정 시 단가뿐 아니라 수명, 공급기간, 교체비용 및 호환성을 검토해야 한다.

Installation and Commissioning Cost — 설치 및 시운전 비용

설비 구매 이후 실제 운전을 시작하기까지 추가 비용이 발생한다.

주요 설치비용은 다음과 같다.

• 운송과 반입

• 장비 배치

• 기초 공사

• 전원 연결

• 공압 연결

• 급수와 배수

• 배기설비

• 안전펜스

• 네트워크 연결

• 소프트웨어 설정

• 시험운전

• 작업자 교육

• 초기 검증

현장 설치성

장비가 크고 무거우며 분해가 어려우면 설치비용이 증가한다.

설계 단계에서는 다음을 검토해야 한다.

• 출입문과 통로를 통과할 수 있는가?

• 크레인이나 지게차가 필요한가?

• 장비를 모듈로 분할할 수 있는가?

• 현장에서 재조립하기 쉬운가?

• 레벨 조정이 쉬운가?

• 전원과 배관 연결이 표준화되어 있는가?

시운전과 검증

복잡한 장비는 설치 후 안정화까지 많은 시간이 필요할 수 있다.

시운전비용에는 다음이 포함된다.

• 초기 조정

• 센서 캘리브레이션

• 서보 튜닝

• 프로그램 수정

• 제품 조건 설정

• 품질 검증

• 안전기능 확인

• 작업자 교육

설계 표준화와 설정 자동화를 통해 시운전비용을 줄일 수 있다.

Operating Cost — 운전비용

운전비용은 제품을 실제로 사용하는 동안 지속적으로 발생하는 비용이다.

주요 항목은 다음과 같다.

• 작업자 인건비

• 에너지비

• 원재료 손실

• 윤활유

• 세척제

• 냉각수

• 압축공기

• 소모품

• 공정용수

• 포장재

• 품질검사비

인건비

자동화설비에서도 작업자의 투입시간은 중요한 비용이다.

인건비에 영향을 주는 요소는 다음과 같다.

• 장비 조작시간

• 제품 투입과 배출

• 세팅 변경

• 청소

• 점검

• 불량 처리

• 재작업

• 기록

• 교대 인수인계

장비의 자동화 수준이 높더라도 설정과 세척에 많은 시간이 필요하면 인건비 절감 효과가 낮아질 수 있다.

생산능력

생산능력이 높으면 동일한 시간 동안 더 많은 제품을 생산할 수 있다.

주요 평가 요소는 다음과 같다.

• 시간당 생산량

• 사이클타임

• 준비시간

• 제품 교체시간

• 세척시간

• 비가동시간

• 수율

• 재작업률

생산성이 증가하면 단위 제품당 고정비와 인건비가 감소할 수 있다.

Energy and Utility Cost — 에너지 및 유틸리티 비용

에너지비용은 장비의 사용시간이 길수록 LCC에서 큰 비중을 차지할 수 있다.

전력비

전력비에 영향을 주는 요소는 다음과 같다.

• 모터 정격출력

• 실제 부하율

• 운전시간

• 대기전력

• 히터 사용

• 냉각장치

• 진공펌프

• 압축기

• 드라이브 효율

정격출력만으로 실제 소비전력을 판단해서는 안 된다. 부하 패턴, 운전시간 및 대기상태를 함께 고려해야 한다.

압축공기 비용

압축공기는 생산현장에서 비용이 높은 유틸리티 중 하나다.

비용 증가 원인은 다음과 같다.

• 누설

• 과도한 공급압력

• 대형 실린더 사용

• 연속 블로잉

• 비효율적인 진공 발생

• 불필요한 대기 소비

공압장치 설계 시 실린더 크기와 압력을 최적화하고, 누설을 최소화해야 한다.

물과 세척 유틸리티

식품기계에서는 다음 비용이 중요하다.

• 세척수

• 온수

• 증기

• 세척제

• 소독제

• 폐수처리

• 건조 에너지

위생설계가 우수하면 세척시간과 물 사용량을 줄일 수 있다.

Maintenance Cost — 유지보수비용

유지보수비용은 제품의 기능과 안전을 유지하기 위해 발생하는 비용이다.

주요 유지보수 활동은 다음과 같다.

• 정기점검

• 윤활

• 조정

• 청소

• 소모품 교체

• 부품 교환

• 예방정비

• 고장수리

• 소프트웨어 업데이트

• 안전검사

예방정비비용

예방정비는 고장이 발생하기 전에 계획적으로 수행하는 유지보수다.

주요 항목은 다음과 같다.

• 정기 점검시간

• 필터 교체

• 벨트 교체

• 윤활유 교체

• 씰 교체

• 센서 점검

• 체결상태 점검

• 안전장치 점검

예방정비비용이 발생하더라도 갑작스러운 고장과 정지시간을 줄일 수 있다.

고장정비비용

고장정비는 고장이 발생한 후 제품을 복구하는 활동이다.

주요 비용은 다음과 같다.

• 기술자 인건비

• 긴급 출장비

• 교체부품비

• 운송비

• 생산정지비

• 재시운전비

• 불량제품 처리비

유지보수 접근성

유지보수성이 낮은 구조는 같은 부품을 교체하더라도 더 많은 시간과 비용을 요구한다.

비용을 줄이기 위한 설계 요소는 다음과 같다.

• 빠른 커버 개방

• 교체부품 접근성

• 공구 공간

• 모듈식 구조

• 표준 체결부

• 위치 복원 구조

• 진단 기능

• 상태 표시

• 분해 순서 단순화

Downtime and Production Loss — 정지 및 생산손실 비용

장비 정지비용은 유지보수비보다 더 클 수 있다.

정지비용은 다음과 같이 구성된다.

• 생산하지 못한 제품의 가치

• 작업자 대기 인건비

• 전후 공정 중단

• 납기 지연

• 긴급 외주 생산

• 재가동 준비시간

• 공정 내 제품 폐기

• 고객 클레임

• 계약상 손해

정지손실은 다음과 같이 계산할 수 있다.

정지손실비용 = 시간당 생산가치 × 정지시간 + 추가 대응비용

계획정지

계획정지는 사전에 예정된 유지보수와 세척을 위한 정지다.

• 정기점검

• 세척

• 소모품 교체

• 금형 교환

• 제품 전환

• 캘리브레이션

비계획정지

비계획정지는 고장이나 오류로 인해 예고 없이 발생하는 정지다.

• 모터 고장

• 센서 오류

• 부품 파손

• 프로그램 이상

• 안전장치 작동

• 전원 이상

• 제품 걸림

비계획정지를 줄이는 것이 LCC 감소에 매우 중요하다.

Reliability and Failure Cost — 신뢰성과 고장비용

신뢰성은 일정 기간 동안 고장 없이 요구 기능을 수행할 가능성이다.

신뢰성 평가에는 다음 지표가 사용될 수 있다.

• MTBF

• MTTR

• 고장률

• 가동률

• 수리시간

• 예방정비주기

MTBF

MTBF는 평균 고장 간격을 의미한다.

MTBF가 길수록 고장 발생 빈도가 낮다.

MTTR

MTTR은 평균 수리시간을 의미한다.

MTTR이 짧을수록 고장 후 빠르게 복구할 수 있다.

가동률

가동률은 다음과 같이 표현할 수 있다.

Availability = MTBF ÷ (MTBF + MTTR)

높은 가동률을 확보하려면 고장 빈도를 줄이는 것뿐 아니라 수리시간도 줄여야 한다.

Replacement and Upgrade Cost — 교체 및 개선비용

제품 수명 동안 주요 부품을 교체하거나 성능을 개선해야 할 수 있다.

주요 교체 대상은 다음과 같다.

• 모터

• 감속기

• 베어링

• 씰

• 벨트

• 체인

• 칼날

• 센서

• 배터리

• 제어기

• 표시장치

• 케이블

부품 수명

부품별 교체주기를 예상하여 LCC에 반영해야 한다.

예를 들어 다음과 같이 계산할 수 있다.

교체비용 = 부품가격 + 작업비 + 정지손실 + 재설정비

기술 업그레이드

장기 사용 장비는 다음과 같은 업그레이드가 필요할 수 있다.

• 제어기 교체

• 소프트웨어 업데이트

• 안전규격 보완

• 통신규격 변경

• 에너지 절감 개조

• 센서 추가

• 생산속도 개선

• 추적관리 기능 추가

모듈화된 설계는 전체 장비를 교체하지 않고 일부 기능만 개선할 수 있게 한다.

Quality Cost — 품질비용

제품 품질과 관련된 비용도 Life Cycle Cost에 포함된다.

품질비용은 다음과 같이 구분할 수 있다.

예방비용

불량을 방지하기 위해 사용하는 비용이다.

• 설계검토

• 작업자 교육

• 예방정비

• 공정관리

• 공급업체 평가

• 표준화

평가비용

제품이 요구 품질을 만족하는지 확인하는 비용이다.

• 검사

• 시험

• 측정

• 캘리브레이션

• 품질감사

내부 실패비용

출하 전에 발견된 불량으로 인해 발생하는 비용이다.

• 폐기

• 재작업

• 재검사

• 생산지연

• 원재료 손실

외부 실패비용

제품 출하 후 발생한 문제로 인한 비용이다.

• 보증수리

• 출장서비스

• 교환

• 리콜

• 고객 클레임

• 신뢰도 하락

• 계약 손실

초기 설계와 품질관리 비용을 지나치게 줄이면 외부 실패비용이 크게 증가할 수 있다.

Cleaning and Sanitation Cost — 세척 및 위생관리 비용

식품기계에서는 세척비용이 LCC의 중요한 부분을 차지한다.

주요 세척비용은 다음과 같다.

• 작업자 세척시간

• 분해시간

• 재조립시간

• 세척수

• 온수

• 세척제

• 소독제

• 건조시간

• 세척 후 검사

• 생산정지시간

세척시간

세척시간은 장비의 구조와 직접적으로 관련된다.

세척시간을 증가시키는 요소는 다음과 같다.

• 분해부품 수가 많다.

• 공구가 필요하다.

• 좁은 틈과 사각지대가 많다.

• 배수가 잘되지 않는다.

• 부품이 무겁다.

• 재조립 후 위치조정이 필요하다.

위생설계와 비용

위생적인 구조는 초기 제작비용을 증가시킬 수 있지만 다음 비용을 줄일 수 있다.

• 세척시간

• 물 사용량

• 세척제 사용량

• 오염 가능성

• 제품 폐기

• 재세척

• 미생물 검사

• 생산정지

Labor Cost — 인건비

제품의 전체 수명주기에서는 운전, 세척, 유지보수 및 관리 인건비가 지속적으로 발생한다.

주요 인건비 항목은 다음과 같다.

• 작업자 운전시간

• 세팅시간

• 제품 전환시간

• 세척시간

• 점검시간

• 수리시간

• 교육시간

• 품질기록시간

• 안전점검시간

설계 단계에서는 단순 자동화율보다 작업자의 실제 투입시간을 평가해야 한다.

자동화설비라도 다음과 같은 경우 인건비가 높을 수 있다.

• 자주 수동 조정해야 한다.

• 제품 걸림이 많다.

• 세척이 복잡하다.

• 불량 확인을 수작업으로 해야 한다.

• 부품 교체에 많은 시간이 필요하다.

End-of-Life Cost — 폐기비용

제품 수명이 종료되면 해체, 운반, 폐기 및 재활용 비용이 발생한다.

주요 항목은 다음과 같다.

• 장비 분해

• 철거

• 운반

• 폐기물 처리

• 유해물질 처리

• 오염 제거

• 데이터 삭제

• 재활용 분류

• 현장 복구

해체성

해체가 어려운 구조는 폐기비용을 증가시킨다.

해체성을 높이는 방법은 다음과 같다.

• 재료 종류를 줄인다.

• 분해 가능한 체결을 사용한다.

• 재료 표시를 적용한다.

• 위험물질 위치를 명확히 한다.

• 모듈 단위로 분리한다.

• 접착과 복합 코팅을 최소화한다.

폐기물 규제

제품에 오일, 냉매, 전자부품, 배터리 또는 화학물질이 포함되어 있다면 별도 처리비용이 발생할 수 있다.

Residual Value — 잔존가치

잔존가치는 제품 수명이 종료된 시점에 남아 있는 경제적 가치다.

잔존가치에는 다음이 포함될 수 있다.

• 중고 판매가치

• 부품 재사용가치

• 금속 스크랩 가치

• 모듈 재사용가치

• 리퍼비시 가치

• 설비 이전가치

잔존가치는 Life Cycle Cost에서 차감할 수 있다.

순수명주기비용 = 전체비용 − 잔존가치

재사용 가능한 모듈과 표준부품은 잔존가치를 높일 수 있다.

Discount Rate and Present Value — 할인율과 현재가치

미래에 발생하는 비용은 현재의 동일한 금액과 경제적 가치가 다르다.

따라서 장기 평가에서는 할인율을 사용하여 미래 비용을 현재가치로 환산한다.

현재가치

t년 후 발생하는 비용의 현재가치는 다음과 같이 계산할 수 있다.

Present Value = Future Cost ÷ (1 + r)ᵗ

여기서 r은 할인율이다.

할인율 설정

할인율에는 다음 요소가 반영될 수 있다.

• 자본비용

• 대출금리

• 투자수익률

• 인플레이션

• 사업 위험

• 회사 내부 기준

할인율이 높을수록 먼 미래의 비용은 현재 평가에서 작게 반영된다.

실질비용과 명목비용

인플레이션을 포함한 비용을 사용할 경우 명목할인율을 적용하고, 인플레이션을 제외한 현재가격 기준 비용을 사용할 경우 실질할인율을 적용해야 한다.

두 기준을 혼합하면 계산이 왜곡될 수 있다.

Inflation and Price Escalation — 물가상승과 비용상승

모든 비용이 동일한 비율로 증가하는 것은 아니다.

다음 비용은 일반 물가보다 빠르게 증가할 수 있다.

• 전기요금

• 인건비

• 특수부품 가격

• 기술서비스비

• 환경처리비

• 수입부품 가격

• 소프트웨어 라이선스비

특정 비용 상승률을 별도로 적용할 수 있다.

예를 들어 다음과 같다.

• 에너지 상승률

• 인건비 상승률

• 부품가격 상승률

• 폐기비 상승률

장기 설비에서는 비용상승 시나리오를 구분하여 평가하는 것이 좋다.

Risk and Uncertainty — 위험과 불확실성

Life Cycle Cost에는 미래 예측이 포함되므로 불확실성이 존재한다.

주요 불확실성은 다음과 같다.

• 실제 운전시간

• 에너지 가격

• 고장 빈도

• 부품 수명

• 유지보수 주기

• 인건비

• 생산량

• 불량률

• 규제 변화

• 부품 단종

• 잔존가치

민감도 분석

민감도 분석은 특정 변수가 변할 때 LCC가 얼마나 달라지는지 평가하는 방법이다.

주요 분석 대상은 다음과 같다.

• 에너지 가격 ±20%

• 유지보수비 ±20%

• 장비 수명 변화

• 고장률 변화

• 생산량 변화

• 할인율 변화

• 잔존가치 변화

LCC에 가장 큰 영향을 주는 항목을 찾아 설계와 투자 의사결정에 반영할 수 있다.

시나리오 분석

다음과 같은 시나리오를 구성할 수 있다.

• 낙관 시나리오

• 기준 시나리오

• 비관 시나리오

각 시나리오에서 비용을 계산하면 미래 위험을 더 현실적으로 이해할 수 있다.

Availability and Production Value — 가동률과 생산가치

장비의 경제성은 단순한 비용뿐 아니라 가동 가능한 시간과 생산가치에 의해 결정된다.

가동률

가동률이 낮아지는 주요 원인은 다음과 같다.

• 고장

• 긴 세척시간

• 잦은 제품 전환

• 부품 공급 지연

• 반복 조정

• 작업자 부족

• 품질 불량

• 안전정지

생산가치

생산가치는 단위시간 동안 장비가 만들어내는 경제적 가치다.

시간당 생산가치 = 시간당 생산량 × 단위 제품 기여이익

정지시간이 1시간 발생할 때 손실되는 금액은 설비 가격보다 클 수 있다.

따라서 고생산성 설비에서는 정지시간 감소가 초기비용 절감보다 더 중요할 수 있다.

Design Decisions and Life Cycle Cost — 설계 의사결정과 수명주기비용

설계 단계의 결정은 LCC 대부분을 좌우한다.

주요 설계 의사결정은 다음과 같다.

• 재료 선택

• 부품 수

• 모듈화 수준

• 표준부품 사용

• 유지보수 접근성

• 에너지 효율

• 윤활 방식

• 씰 구조

• 세척 구조

• 안전기능

• 진단기능

• 제어기 구성

재료 선택

고가의 내식성 재료는 초기비용을 증가시키지만 다음 비용을 줄일 수 있다.

• 부식수리

• 표면처리 보수

• 오염

• 교체

• 청소

• 정지시간

부품 표준화

표준부품은 다음 장점을 제공한다.

• 낮은 구매가격

• 짧은 납기

• 대체 공급처

• 쉬운 교체

• 낮은 재고비

• 유지보수 단순화

모듈화

모듈화된 설계는 다음 비용을 줄일 수 있다.

• 수리시간

• 교체시간

• 재고

• 개조

• 기술 업그레이드

• 현장 서비스

진단 기능

상태 표시와 고장진단 기능은 초기비용을 증가시키지만 고장탐색시간과 정지시간을 줄일 수 있다.

Life Cycle Cost in Food-Processing Machinery — 식품기계의 수명주기비용

식품기계에서는 일반 산업기계보다 세척, 위생, 부식 및 제품 손실비용이 중요하다.

세척비용

주요 비용은 다음과 같다.

• 세척 인건비

• 분해와 조립시간

• 세척수

• 온수

• 세척제

• 소독제

• 건조

• 생산중단

제품 손실

식품기계에서는 다음 손실이 발생할 수 있다.

• 절단 손실

• 잔류 제품

• 제품 걸림

• 불량 절단

• 오염 폐기

• 세척 중 폐기

• 금속 이물 발생

수율이 1%만 개선되어도 장기간에는 큰 경제적 효과가 발생할 수 있다.

위생 실패비용

위생 문제가 발생하면 다음 비용이 발생할 수 있다.

• 생산중단

• 재세척

• 제품 폐기

• 미생물 검사

• 리콜

• 고객 보상

• 규제 대응

• 기업 신뢰도 저하

부식과 세척제

재료와 세척제가 적합하지 않으면 다음 문제가 발생할 수 있다.

• 부식

• 씰 열화

• 플라스틱 균열

• 표면 박리

• 이물 발생

• 잦은 교체

재료 선정과 위생설계는 초기비용보다 전체 LCC를 기준으로 판단해야 한다.

Life Cycle Cost 평가 절차

평가 목적 정의

먼저 LCC 평가의 목적을 명확하게 설정한다.

• 두 설비 비교

• 구매 의사결정

• 재료 대안 비교

• 자동화 투자 검토

• 에너지 절감 평가

• 유지보수 전략 결정

• 교체 시점 결정

평가범위 설정

평가에 포함할 비용과 제외할 비용을 정한다.

• 설계비

• 구매비

• 설치비

• 운전비

• 에너지비

• 유지보수비

• 정지손실

• 교육비

• 폐기비

• 잔존가치

평가기간 결정

다음 중 적절한 기간을 정한다.

• 3년

• 5년

• 10년

• 예상 제품수명

• 계약기간

• 감가상각기간

비용구조 작성

비용을 다음과 같이 구분한다.

• 초기비용

• 연간 반복비용

• 정기 교체비용

• 비정기 고장비용

• 최종 폐기비용

• 잔존가치

데이터 수집

데이터는 다음 자료에서 확보할 수 있다.

• 공급업체 견적

• 전력사용량

• 유지보수 기록

• 고장이력

• 작업시간 측정

• 생산실적

• 부품가격

• 폐기비용

• 유사설비 운전자료

현재가치 계산

미래비용을 할인율로 현재가치로 환산한다.

대안 비교

각 대안의 LCC를 동일한 조건에서 비교한다.

• 동일 평가기간

• 동일 생산량

• 동일 에너지가격

• 동일 할인율

• 동일 품질수준

민감도 분석

주요 변수의 변화에 따라 결과가 바뀌는지 확인한다.

설계 의사결정

비용이 큰 항목을 줄이는 방향으로 설계를 변경한다.

• 에너지효율 개선

• 유지보수 접근성 개선

• 부품 수명 증가

• 세척시간 단축

• 고장진단 추가

• 표준부품 적용

• 모듈화

Life Cycle Cost 비교 항목

두 개 이상의 설비를 비교할 때는 다음과 같은 구조를 사용할 수 있다.

초기비용

• 구매가격

• 운송비

• 설치비

• 교육비

• 시운전비

연간 운전비용

• 전력비

• 공압비

• 물 사용료

• 작업자 인건비

• 소모품비

• 세척비

연간 유지보수비용

• 예방정비

• 부품교체

• 기술지원

• 고장수리

• 소프트웨어

생산손실

• 정지시간

• 수율 손실

• 불량

• 재작업

• 제품전환시간

수명 종료비용

• 철거

• 운반

• 폐기

• 재활용

• 잔존가치

주요 실패 유형

Life Cycle Cost가 충분히 검토되지 않으면 다음 문제가 발생할 수 있다.

구매가격 중심의 의사결정

초기 가격이 낮은 장비를 선택했지만 운전비와 유지비가 크게 증가한다.

에너지비용 과소평가

장기간 운전되는 장비의 전력과 압축공기 비용을 충분히 반영하지 않는다.

유지보수비용 누락

부품가격만 고려하고 작업시간과 정지손실을 포함하지 않는다.

정지손실 누락

고장수리비는 계산하지만 생산중단에 따른 손실은 계산하지 않는다.

부품 단종

제어기와 구매부품이 단종되어 고가의 개조가 필요해진다.

수명 과대평가

실제 사용환경과 세척조건을 고려하지 않아 예상보다 빠르게 열화된다.

잔존가치 과대평가

중고 판매 또는 재활용 가치를 지나치게 높게 설정한다.

할인율 오류

명목비용과 실질할인율을 혼합하여 계산결과가 왜곡된다.

생산량 변화 미반영

실제 생산량이 예상보다 낮거나 높아 단위당 비용이 달라진다.

위생비용 누락

세척시간, 제품 폐기, 재세척 및 오염 위험을 반영하지 않는다.

Life Cycle Cost 검토 체크리스트

Scope

• 평가 목적이 명확한가?

• 평가기간이 정의되어 있는가?

• 포함 비용과 제외 비용이 명확한가?

• 대안 간 평가조건이 동일한가?

Acquisition

• 구매가격이 포함되어 있는가?

• 설계와 개발비가 포함되어 있는가?

• 운송, 설치 및 시운전비가 포함되어 있는가?

• 초기 예비부품과 교육비가 포함되어 있는가?

Operation

• 실제 운전시간이 반영되어 있는가?

• 작업자 인건비가 포함되어 있는가?

• 생산능력과 사이클타임이 반영되어 있는가?

• 세팅과 제품전환시간이 포함되어 있는가?

Energy and Utilities

• 전력비가 실제 부하율을 기준으로 계산되었는가?

• 압축공기 사용량이 반영되어 있는가?

• 물, 온수, 증기 및 냉각비용이 포함되어 있는가?

• 에너지 가격상승이 고려되어 있는가?

Maintenance

• 예방정비비가 포함되어 있는가?

• 고장수리비가 포함되어 있는가?

• 부품교체 주기가 정의되어 있는가?

• 기술자 작업시간과 출장비가 포함되어 있는가?

• 유지보수 접근성이 고려되어 있는가?

Downtime

• 계획정지시간이 반영되어 있는가?

• 비계획정지시간이 반영되어 있는가?

• 시간당 생산손실이 계산되어 있는가?

• 재가동과 제품 폐기비용이 포함되어 있는가?

Reliability

• MTBF가 합리적으로 설정되어 있는가?

• MTTR가 반영되어 있는가?

• 가동률이 계산되어 있는가?

• 주요 고장모드가 검토되어 있는가?

Quality

• 불량과 재작업 비용이 포함되어 있는가?

• 내부 실패와 외부 실패비용이 구분되어 있는가?

• 품질검사와 캘리브레이션 비용이 포함되어 있는가?

• 제품 수율이 반영되어 있는가?

Cleaning and Hygiene

• 세척시간이 측정되어 있는가?

• 세척수와 세척제 비용이 포함되어 있는가?

• 분해와 재조립시간이 반영되어 있는가?

• 위생 실패와 제품 폐기 위험이 고려되어 있는가?

End of Life

• 철거와 운반비용이 포함되어 있는가?

• 폐기와 유해물질 처리비가 포함되어 있는가?

• 잔존가치가 현실적으로 설정되어 있는가?

• 재활용 가능성이 반영되어 있는가?

Financial Assumptions

• 할인율이 정의되어 있는가?

• 인플레이션 기준이 일관적인가?

• 비용 상승률이 반영되어 있는가?

• 현재가치 계산이 적용되어 있는가?

Risk

• 민감도 분석을 수행했는가?

• 낙관, 기준, 비관 시나리오를 비교했는가?

• 부품 단종과 공급망 위험이 고려되어 있는가?

• 제품 수명과 생산량 변화가 검토되어 있는가?

결론

Life Cycle Cost는 제품의 구매가격만을 비교하는 방법이 아니다. 제품의 설계, 제조, 설치, 운전, 에너지, 유지보수, 고장, 정지, 품질, 세척, 교체, 폐기 및 잔존가치를 전체 수명기간에 걸쳐 종합적으로 평가하는 경제성 분석 방법이다.

낮은 Life Cycle Cost를 가진 제품은 다음 조건을 만족해야 한다.

• 초기 투자비용이 목적에 비해 합리적이다.

• 에너지와 유틸리티 소비가 낮다.

• 필요한 작업자 투입시간이 적다.

• 고장 빈도가 낮고 복구가 빠르다.

• 소모품과 주요 부품의 수명이 길다.

• 유지보수와 부품교체가 쉽다.

• 생산정지와 품질손실이 적다.

• 세척과 제품전환이 빠르다.

• 부품 공급과 기술지원이 안정적이다.

• 제품 수명이 충분히 길다.

• 폐기와 재활용이 용이하다.

• 사용기간 동안 안정적인 생산가치를 제공한다.

기계설계에서 비용은 제품이 완성된 후 계산되는 결과가 아니다. 형상, 재료, 부품, 에너지, 유지보수, 세척성 및 모듈화를 결정하는 순간부터 제품의 Life Cycle Cost가 형성된다.

초기비용을 지나치게 낮추면 운전비, 유지보수비, 정지손실 및 품질비용이 증가할 수 있다. 반대로 기능에 필요하지 않은 고급 사양은 회수할 수 없는 과잉투자가 될 수 있다.

따라서 좋은 설계는 가장 저렴하게 제작된 설계가 아니라, 필요한 기능과 품질을 유지하면서 전체 사용기간의 총비용을 가장 합리적으로 관리할 수 있는 설계다.