가동률이란? 장비의 Up·다운 시간은 어떻게 계산할까

가동률은 장비의 시간 가운데 얼마가 생산에 쓰였는지를 나타내는 지표로, 영어로는 흔히 uptime 또는 availability라고 한다. 장비가 제품을 돌릴 수 있는 상태를 Up, 돌릴 수 없는 상태를 다운이라고 한다. 가동률은 장비가 각 시간에 어떤 상태였는지 기록해 그것을 백분율로 나타낸 것이다. 계산 방식은 팹마다 조금씩 다르며, 이는 아래에서 다룬다.

장비는 매우 비싸고, 돌든 안 돌든 날마다 감가상각이 쌓이기 때문에 팹은 이 숫자를 매일 들여다본다(‘반도체 공장은 왜 24시간 멈추지 않을까?’ 참고).

장비의 시간은 어떤 상태로 나뉠까?

공개된 국제 표준이 있어, 일정 기간의 1분 1분을 서로 겹치지 않는 여섯 가지 상태로 나눈다.

상태	뜻
생산	계획대로 출하할 웨이퍼를 돌리는 중
대기	장비는 멀쩡하고 돌릴 수 있지만 지금은 로트가 없음
엔지니어링	장비는 멀쩡하지만 실험이나 새 조건 시험에 쓰이는 중
계획 정지	미리 계획한 정지. 예를 들면 정비
비계획 정지	예상하지 못한 정지, 곧 고장
비가동 시간	처음부터 쓸 계획이 없던 시간. 공장 정지, 휴일, 새 장비 설치 중 등

택시의 하루에 비유하면, 손님을 태우고 달리는 시간이 생산, 빈 차로 승차장에 줄 서 있는 시간이 대기, 정비소에 들어가 점검받는 시간이 계획 정지, 달리다가 고장 난 시간이 비계획 정지, 기사가 쉬는 날이 비가동 시간이다. 정비는 곧 PM이며, 장비를 왜 정기적으로 멈추는지는 ‘장비 PM(예방 정비)이란?’에서 다룬다.

고장으로 인한 정지는 언제까지 셀까? fab24hr에서는 장비가 실제로 제품을 돌릴 수 있게 될 때까지다. 수리를 마쳤더라도 그 뒤의 테스트 런을 통과하기 전에는 로트를 넣을 수 없으므로, 그 시간도 정지에 포함된다(“장비를 고쳤는데, 왜 또 ‘테스트 런’을 해야 할까?” 참고).

왜 이렇게 잘게 나눌까? 같은 ‘생산하지 않음’이라도 원인이 다르면 고쳐야 할 것도 다르기 때문이다. 고장이면 장비 담당을 찾고, 정비 일정이 잘못 잡혔으면 정비 계획을 고치고, 로트가 없으면 로트 일정을 짜는 사람과 이야기해야 한다. 전부 ‘멈춰 있었음’으로만 기록하면 어디서부터 손을 대야 할지 알 수 없다.

가동률은 어떻게 계산할까? 팹마다 숫자가 다른 이유는?

계산하기 쉬운 예를 들어 보자(숫자는 지어낸 것으로, 어느 팹의 것도 아니다). 어떤 장비가 하루 24시간 가운데 생산 18시간, 대기 2시간, 엔지니어링 1시간, 정비 2시간, 고장 1시간을 보냈다고 하자.

• 로트를 돌린 시간만 센다: 18 ÷ 24 = 75%.
• 장비가 멀쩡한 시간을 센다: 생산 + 대기 + 엔지니어링 = 21시간, 21 ÷ 24 ≈ 88%.

같은 장비, 같은 날인데 숫자가 두 개 나온다. 영어로는 뒤의 것을 흔히 uptime이라고 부르며, availability, utilization이라는 말도 자주 쓰지만 가리키는 범위는 곳마다 다르다. 분모가 다를 수도 있다. 전체 시간을 쓰는 곳도 있고, 처음부터 쓸 계획이 없던 시간을 먼저 빼는 곳도 있다. 그래서 장비 두 대나 팹 두 곳의 가동률을 비교하기 전에는 먼저 “어떻게 계산했나?”를 물어야 한다.

고장만 따로 볼 때 자주 쓰는 숫자가 두 개 더 있다.

• MTBF(mean time between failures, 평균 고장 간격. 얼마 만에 한 번 고장 나는가): 일정 기간 장비가 정상적으로 일한 시간을 고장 횟수로 나눈 값이다. ‘한 번 고장’으로 세는 것은 예정에 없던 고장뿐이며, 계획된 정비는 넣지 않는다.
• MTTR(mean time to repair, 평균 수리 시간. 한 번에 평균 얼마 만에 고치는가): 고장으로 멈춘 시간의 합을 고장 횟수로 나눈 값이다. 실제로 손을 대 수리한 시간만 세는 곳도 있고, 고장을 발견한 순간부터 제품을 돌릴 수 있게 될 때까지를 세는 곳도 있다.

MTBF가 길수록, MTTR이 짧을수록 고장에 빼앗기는 시간은 줄어든다.

가동률은 어떻게 끌어올릴까? 단계별로 보기

1단계: 모든 시간의 상태를 기록한다

하는 일: 장비의 상태가 바뀔 때마다 시각과 이유를 기록한다. 많은 상태는 장비가 스스로 팹의 컴퓨터 시스템에 보고하지만(‘MES란?’ 참고), 멈춰서 무엇을 기다리고 있는지는 사람이 덧붙여야 하는 경우가 많다. 이유: 시간이 어디로 갔는지는 기록이 있어야 보인다. 그러지 않으면: ‘가동률이 떨어졌다’는 것만 알 뿐 고장인지, 정비인지, 로트가 없었는지 말할 수 없다. 상태를 잘못 기록하면 숫자는 좋아 보여도 문제는 숨어 버린다.

2단계: 시간을 늘어놓고 가장 큰 덩어리부터 처리한다

하는 일: 한 달 동안의 상태별 시간을 합산해 큰 순서대로 늘어놓는다. 고장 시간은 어느 부품인지, 어떤 알람인지 원인별로 다시 나눈다(‘장비의 알람과 워닝이란?’ 참고). 이유: 사람도 시간도 한정되어 있으므로 가장 큰 덩어리가 먼저다. 또한 라인 전체에서 가장 붐비는 공정, 곧 병목을 먼저 본다. 병목이 한 시간 멈추면 라인 전체의 생산이 한 시간만큼 줄기 때문이다(‘생산관리는 무슨 일을 할까?’ 참고). 그러지 않으면: 작은 곳에 힘을 쏟고, 라인 전체의 산출은 그대로다.

3단계: 고장을 줄인다(MTBF 늘리기)

하는 일: 왜 고장 나는지 밝혀 원인부터 고친다. 잘 망가지는 부품을 바꾸고, 정비 내용을 바꾸며, 전조도 지켜본다. 예를 들어 되풀이해서 켜지는 노란불이나 FDC에서 조금씩 벗어나는 수치다. 이유: 결함을 없애지 않으면 계속 되돌아온다. 그러지 않으면: 리셋만 눌러 장비를 일단 돌리게 되고, 다음에도 한밤중에 다시 멈출 수 있다(‘근본 원인 분석이란?’ 참고).

4단계: 고장을 빨리 고친다(MTTR 줄이기)

하는 일: 한 번의 정지를 쪼개어 본다. 발견, 호출, 사람이 오기까지의 대기, 원인 탐색, 부품 대기, 수리, 테스트 런 가운데 어느 구간이 가장 긴지 살핀다. 자주 쓰는 부품은 미리 갖춰 두고, 대응 절차는 SOP로 문서화하며, 밤에는 온콜 담당을 둔다. 이유: 정지 시간의 일부는 고치는 시간이 아니라 ‘기다리는’ 시간이다. 그러지 않으면: 오래 멈출수록 뒤에 로트가 쌓이고, 큐타임을 넘기는 로트가 생길 수도 있다.

교과서에 이런 예가 있다. 가동률이 같은 장비 두 대 가운데 한 대는 짧게 자주 멈추고, 다른 한 대는 드물게 오래 멈춘다. 드물게 오래 멈추는 쪽에 줄 선 로트가 평균적으로 훨씬 오래 기다린다. 한 번 오래 멈추면 로트가 한꺼번에 쌓이기 때문이다(‘웨이퍼 한 장 만드는 데 얼마나 걸릴까?’ 참고).

5단계: 정비는 때를 골라 알맞게 한다

하는 일: 정비 날짜는 대개 앞뒤로 조금 옮길 수 있으므로, 로트가 적고 같은 공정에 돌릴 수 있는 다른 장비가 있을 때를 고른다. 부품과 공구를 미리 갖춰 두면 정비 자체도 짧아진다. 이유: 정비도 정지이므로, 때를 잘못 고르면 고장과 마찬가지로 뒤의 로트를 막는다. 그러지 않으면: 너무 자주 하면 정비가 시간을 잡아먹고, 너무 드물게 하면 고장이 늘어난다(‘장비 PM(예방 정비)이란?’ 참고).

6단계: 로트 대기는 일정을 짜는 사람과 함께 본다

하는 일: 장비는 멀쩡한데 로트가 없을 때, 원인은 장비 밖에 있는 경우가 많다. 앞 공정이 느리거나, 로트가 다른 장비로 보내졌을 수 있다. 이는 제조부의 디스패치, 생산관리와 함께 봐야 한다(‘팹의 제조부는 무슨 일을 할까?’ 참고). 이유: 대기 시간은 장비 담당이 수리해서 없앨 수 있는 것이 아니다. 그러지 않으면: 병목 장비가 비어서 기다리는 만큼 라인 전체의 생산이 그대로 줄어든다. 다만 병목이 아닌 장비에 약간의 빈 시간이 있는 것은 정상이다.

가동률은 높을수록 좋을까?

꼭 그렇지는 않다. 숫자는 ‘줄여서’ 좋아 보이게 만들 수 있지만, 그 대가는 나중에 돌아온다.

• 정비를 줄이면: 이번 달의 정지는 줄어도, 나중에 고장이 늘고 더 오래 멈춘다.
• 테스트 런을 줄이면: 장비는 더 빨리 생산으로 돌아가지만, 사실 제대로 고쳐지지 않았다면 고객의 웨이퍼 한 로트가 통째로 불량이 되어 리워크하거나 심하면 스크랩해야 한다.
• 모든 장비를 꽉 채우면: 장비가 쉴 틈이 없는 상태에 가까워질수록 로트의 대기 시간은 길어진다.

업계에서는 OEE(설비 종합 효율)도 자주 본다. ‘돌고 있는가’에 더해 ‘충분히 빠르게 돌고 있는가’와 ‘만든 것이 양품인가’를 곱한 지표다.

fab24hr에서는

‘출근’을 누르고 ‘직장인의 하루’를 고른 뒤, ‘오늘 나는’ 카드에서 ‘양산 팹’을 누르고 좌우로 넘겨 공정 엔지니어를 찾은 다음, 이름 아래의 ‘식각’을 누른다.

• 오전 근무 ‘급한 불 끄기’: 아침 회의 전에 장비 엔지니어 아카이에게 챔버 B의 오늘 10:00 정비를 내일로 미뤄 달라고 부탁한다. “챔버 A가 지금 다운이라, 두 챔버가 같이 멈추면 장비 전체가 생산을 못 해요.” 08:30 아침 회의에서는 생산 현황판의 두 칸에 빨간 표시가 떠 있다. MOVE 달성률 82%, 그리고 ‘ETCH-03 가동: 챔버 A 다운, 02:47부터’다. 팀장이 “몇 시에 복구돼요?” 하고 묻는다. 챔버 A가 복구되면 그 칸은 ‘챔버 A 복구 완료, 오늘 9.8h 정지’로 바뀐다.
• 식각 장비 ETCH-03을 누르면: 카드에 ‘장비 시간의 여섯 가지 상태’ 표가 있고, 오늘의 빨간불은 ‘비계획 정지’에 들어간다.
• 휴대폰을 열면: 맨 위 줄의 상태 메모도 같은 여섯 가지 상태(UP, IDLE, ENG, PM, DOWN, OFF)를 쓰며, 내 칸에는 하나를 골라 붙일 수 있다.

게임 속 회사, 인물, 장비 번호와 현황판의 수치는 모두 가상이다. 가동률이 무엇인지, 장비의 시간을 어떻게 나누는지는 공개된 일반 자료를 바탕으로 썼으며, 실제 상태 이름과 계산 방식은 팹마다 다르다. 다른 전문 용어는 ‘반도체 공장 전문 용어, 쉬운 말로 풀이’에서 찾아볼 수 있다.