(A) study of productivity trends with applications on manufacturing SMEs

이충현 Graduate School, Yonsei University 2016 국내박사

(An) analysis of the total factor productivity of manufacturing firms by location types

Yoo, Yejin Graduate School, Yonsei University 2019 국내박사

한국 정부는 산업단지를 공급하기 위하여 1970년대부터 산업 및 경제 발전 전략에 부합한 계획입지 정책을 추진하여 왔으며, 결과적으로 기업 입지의 효과적인 공급, 산업 집적에 의한 긍정적인 효과로 이어져 국가경제발전계획을 구현하는데 성공적인 역할을 하였다. 즉, 산업단지 정책은 한국 경제의 고도성장을 가능하게 한 국가경제의 핵심기반이자 지역경제의 성장거점으로 앞으로도 주요한 한국경제 발전전략이라 할 수 있다. 아울러 최근에는 산‧학‧연·관 연계를 통한 경쟁력 강화와 주거·문화·복지 등의 시설 구축을 통해 다시금 새로운 경제성장의 거점으로 주목 받고 있다. 이러한 계획입지 정책에 따른 긍정적인 효과에 대해 다수의 연구에서는 개별입지 기업과 비교하여 제시하고 있다. 개별입지의 경우 적시·적기에 공장 설립이 가능하고 사업의 확장 및 증축이 용이한 반면, 환경 부담금 등 금융·세제·재정 지원이 미흡하고 환경문제의 악화와 난개발 등의 문제가 발생할 수 있다. 반면에 계획입지는 금융·세제·재정 지원 정책 지원에 대한 수혜가 가능하고 산업단지 조성에 따른 생활편의시설, 산업기반시설 등 지원 시설을 충족시킬 수 있으며, 기업의 집적에 따른 기술교류, 정보의 교환 등이 가능하다는 장점이 있다. 또한, 최근에는 단순히 공장을 입지시키는 것이 아니라 첨단산업, 지역의 특성화 산업을 중심으로 관련 업종의 기업을 입주시켜 특화된 클러스터를 조성하는 등 기업의 생산성을 향상 시킬 수 있는 주요 정책수단으로 활용되는 모습을 보이고 있다. 이처럼 정부가 중점을 두고 있는 산업단지 조성 정책에 대해 한국산업단지공단 등 관련 기관들은 연차별로 입주기업들의 수출, 생산, 고용 등 실적에 대해서 제시하고 있을 뿐 실증적 연구를 통한 정책 효과의 분석에는 다소 미흡한 실정이다. 즉, 정부의 지원 정책에 대한 예산 확보의 타당성을 파악하기 위해서는 산업단지 조성이 입주기업의 생산성에 실질적으로 기여하고 있는지 판단할 필요가 있다. 본 논문에서는 정책적 집적지인 산업단지의 입지효과를 평가하기 위하여 한국신용평가정보사가 제공하는 기업단위 미시데이터인 KISVALUE(2000년~2017년) 자료를 이용하였으며, 계획입지 및 개별입지 기업의 총요소생산성을 비교 분석하고, 산업단지 입지·유형별·업종별 총요소생산성 차이를 분석한다. 분석기간은 2008년 전‧후로 두 단계로 설정하여 분석하였으며, 그 이유는 2008년 금융위기라는 특수한 경제상황과 산업단지 관련 정책이 2008년 부근에 제정되었고, 국가산업단지, 일반산업단지 등 산업단지 유형별 생산성에 급격한 변화가 나타나게 된 시점이기 때문이다. 따라서 분석기간을 1단계기간(2000년~2008년)과 2단계기간(2009년~2017년)으로 구분하여 산업단지 입지 여부에 따른 생산성 변화, 수도권과 비수도권에 입지한 기업의 생산성 변화, 산업단지 유형별에 따른 입지기업의 생산성 차이, 업종별 생산성 차이에 대하여 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다. 첫째, 산업단지 조성에 따른 입지기업과 개별입지기업의 생산성에 어떠한 영향을 주는지를 분석한 결과, 1단계(2000년~2008년)에는 개별입지 기업의 총요소생산성이 더 높았지만, 2단계(2009년~2017년)에는 산업단지 입지기업의 총요소생산성이 더 높게 나타났다. 또한 1, 2단계기간 동안의 생산성의 변화율을 보면 산업단지 입지기업이 개별입지기업보다 총요소생산성 증가율이 더 높게 나타나서 산단 내 입지기업이 개별입지기업보다는 금융위기와 같은 외적 충격을 효과적으로 극복하기 위한 자구노력과 더불어 다양한 정부정책의 효과가 반영된 것으로 사료된다. 둘째, 수도권 및 비수도권 지역의 산업단지 입지에 따른 생산성을 분석한 결과, 1단계(2000년~2008년)에는 비수도권이 수도권보다 생산성이 높게 나타났지만 2단계(2009년~2017년)에는 수도권이 더 높게 나타났다. 이러한 연구결과를 토대로 하여 기존 연구결과를 살펴보면, 이영성(2008)은 1996년-2005년까지 비수도권 총요소생산성의 평균은 계속해서 수도권보다 높았음을 제시하였다. 본 연구의 분석결과와 이영성(2008)의 연구결과를 고려할 때 비수도권 산업단지 입지기업의 생산성이 수도권보다 높게 나타나고 있었는데 금융위기가 발생되고 다양한 정책지원 등이 더해지면서 2008년 부근을 시점으로 하여 수도권과 비수도권의 입지기업의 생산성이 반전된 것으로 판단된다. 물론 이러한 분석결과는 1970년대부터 시작된 각종 수도권 규제에 근거한 도시 및 국토개발정책에 대한 근본적인 분석과 본 연구에서 사용한 자료의 한계, 그리고 이러한 현상이 발생된 원인에 대한 보다 다각적이고 구체적인 연구가 더 필요할 것으로 판단된다. 셋째, 산업단지의 유형을 국가산업단지, 일반산업단지, 농공단지, 도시첨단산업단지로 구분하여 생산성을 분석한 결과, 두 단계의 기간에서 모두 일반산업단지가 가장 높고 국가산업단지, 농공단지 순으로 분석되었다. 도시첨단산업단지의 경우 조성 시기를 고려하여 분석기간을 2012년~2017년으로 설정하여 분석하였고 그 결과, 국가산업단지와 일반산업단지의 총요소생산성과 유사하거나 일부 연도에서는 더 높게 나타났다. 이러한 특성이 나타나는 원인에 대한 보다 구체적인 분석이 필요하며 이에 따른 향후 산업단지조성과 운영전략을 수립하는데 생산성 분석결과가 중요한 근거를 제시하여 줄 수 있다고 판단된다. 넷째, 본 연구에서는 전자부품, 컴퓨터, 영상, 음향 및 통신장비 제조업, 자동차 및 트레일러 제조업, 화학물질 및 화학제품 제조업; 의약품 제외 비금속광물, 기타 기계 및 장비 제조업 등으로 총 4개의 업종군을 선정하여 분석하였고 그 결과, 1단계(2000년~2008년)에는 업종별 총요소생산성은 화학물질 및 화학제품 제조업; 의약품 제외 비금속광물이 가장 높았고 그 다음으로 전자부품, 컴퓨터, 영상, 음향 및 통신장비 제조업, 자동차 및 트레일러 제조업, 화학물질 및 화학제품 제조업; 의약품 제외 비금속광물 순이었다. 또한 2단계(2009년~2017년)에는 전자부품, 컴퓨터, 영상, 음향 및 통신장비 제조업이 가장 높았고 그 다음으로 기타 기계 및 장비 제조업, 자동차 및 트레일러 제조업, 화학물질 및 화학제품 제조업; 의약품 제외 비금속광물 순이었다. 그리고 1단계(2000년~2008년)에 대한 2단계(2009년~2017년)의 총요소생산성 변화율을 살펴보면 가장 크게 증가한 업종군은 전자부품, 컴퓨터, 영상, 음향 및 통신장비 제조업이었으며, 그 다음으로 자동차 및 트레일러 제조업, 화학물질 및 화학제품 제조업; 의약품 제외 비금속광물, 기타 기계 및 장비 제조업 순으로 나타났다. 한편 김영수(2002)의 보고서를 살펴보면, 2008년 이후 기계 산업이 부진한 흐름이 이어지면서 생산성이 하락하였음을 제시하였는데 본 연구에서도 기타 기계 및 장비 제조업이 1단계(2000년~2008년)에 비해 2단계(2009년~2017년)에 총요소생산성 증가율이 가장 낮은 것으로 분석되었다. 이상의 연구결과는 앞서 서술한 것과 같이 KISVALUE 자료 중 2000년부터 2017년까지 자료가 충실히 갖추어진 기업만을 선별하여 분석한 결과로서 기업에 대한 전수 자료를 분석한 것이 아닌 만큼 분석결과에 한계가 있을 것으로 판단된다. 하지만 이러한 분석결과를 토대로 정부에서 조성하고 있는 산업단지가 입지기업의 총요소생산성에 어떠한 영향을 주고 있는지 그리고 산업단지 입지기업의 입지 및 유형에 따른 총요소생산성 격차를 살펴볼 수 있는 하나의 실증적 지표로 사료되며, 향후 산업단지 조성과 운영전략을 수립하는데 본 논문의 분석결과가 중요한 근거가 될 수 있다고 사료된다. The introduction of the industrial complex greatly increased the efficiency of the manufacturing industry. Starting in the 1970s, the South Korean government systematically created industrial complex in accordance with policies appropriate for contemporary levels of industrial development and economic strategies. This practice provided sufficient space for the manufacturing industry to develop, leading to the concentration and growth of firms in nationally strategic industries. Ultimately the industrial complex played an important part in achieving the goals of government-led economic development plans. Therefore, as a core part of the foundation of the national economy that enabled South Korea’s rapid national economic growth distributed around the country, the industrial complex policy was an effective economic development measure in the past. In recent years, industrial complex has been receiving renewed attention as way for driving economic growth by strengthening South Korea’s software industry by fostering links between industry and academia. The new conceptions of these industrial centers are environmentally and include residential, cultural, etc. Many studies have yielded various conclusions about the productivity of firms in industrial complex to those unplanned located firms. Unplanned located firms can be built at the appropriate time in firms in industrial complex and can be expanded more easily. Some have also found that firms in industrial complex cause problems due to supporting banking, tax, financial, and environmental policies. However, today the government is building industrial complexes taking into account environmental concerns and with efforts to vitalize local economies. The advantages of firms in industrial complex are that firms located there can receive banking, tax, and financial support and have easier access to infrastructural facilities built to serve the industrial complexes. The firms in industrial complex also facilitate the exchange of technology and information. Particularly in recent years, rather than simply trying to host firms, industrial complexes have been housing high-tech firms and regionally specialized industries in order to form specialized clusters to increase industrial productivity. The main entities concerned with the construction and operation of these industrial complexes are the Ministry of Knowledge Economy, the Ministry of Land, Infrastructure, and Transport, and the South Korea Industrial Complex Corporation. These entities are focused on improving the performance of the firms in industrial complexes as measured by metrics such as the amount of goods that they export, the amount of goods that they produce, and the number of people they employ. However, these entities tend to only publicize their successes. The impact of these industrial complexes has not been empirically studied. In order to understand whether the current budget for supporting these industrial complexes is justified, the effect that being located in an industrial complex has on firms productivity must be analyzed compared to unplanned located firms. The present study used data extracted from KISVALUE materials produced by the South Korea Investors Service, which contained data about firms. It analyzed the effect that industrial complexes as policy clusters have on total factor productivity (TFP). The period of analysis was divided into pre-2008 and post-2008 to account for the 2008 financial crisis and because many industrial complex policies were implemented around 2008. That year was also a time of rapid changes in productivity, particularly in firms located in National and General industrial complexes. The pre-2008 period was designated as stage 1 and the post-2008 period was designated as stage 2. The study analyzed the differential effect that being located in Industrial Complex and unplanned located firms, being located in industrial complex in the capital region and non-capital region. Also comparative analysis among four types of industrial complex and manufacturing sectors in industrial complex. The results of the analyses are as follows. First, the TFP of firms located in industrial complexes was higher than that of those that were not. The TFP of firms not located in industrial complexes was higher than that of firms located in industrial complexes in stage 1, but lower in stage 2. This result shows that firms located in industrial complexes were able to more effectively weather economy-wide events, such as financial crises, than those not located in industrial complexes. The change in the productivity of firms located in industrial complexes between stages 1 and 2 was likely due to various government policies and firms’ individual efforts. Second, the productivity of firms located in industrial complexes the non-capital city region was higher than that of those in the capital region in stage 1, but not in stage 2. Lee (2008) calculated the TFP of South Korean cities and provinces between 1996 and 2005 and found that the average TFP of firms located the non-capital city region was consistently higher than that of those located in the capital city region. The results of the present study and those found by Lee (2008) show that the productivity of firms located in industrial complexes the non-capital region was higher than that of those located in the capital region, but this situation reversed in 2008, likely as a result of the financial crisis and the implementation of various forms of policy support. Of course it is necessary to conduct more thorough and specific research about urban and land development policies for the capital region beginning in the 1970s to better understand the cause of this phenomenon. Third, firms located in General industrial complexes had the highest TFP of all types in both periods, followed in decreasing order by those located in National and Agricultural industrial complexes. Urban High-tech industrial complexes were analyzed between 2012 and 2017 to account for construction time. Firms located in Urban High-tech industrial complexes had similar or significantly greater TFPs to those located in National and General industrial complexes. While future analyses should be conducted given that Urban High-tech industrial complexes are relatively new, the present study showed that firms located in them had high TFPs. The results of this study can be used to inform the future of industrial complex policies. Fourth, the present study analyzed that manufacture of electronic components, computer, radio, television and communication equipment and apparatuses (“manufacture of electronic components”), manufacture of motor vehicles, trailers and semitrailers (“manufacture of motor vehicles”), manufacture of pharmaceuticals, medicinal chemicals and botanical products (“manufacture of pharmaceuticals”), and manufacture of other machinery and equipment (“manufacture of other machinery”), Manufacture of other machinery had the highest TFP in stage 1 followed in decreasing order by manufacture of electronic components, manufacture of motor vehicles, and manufacture of pharmaceuticals. In stage 2, manufacture of electronic components had the highest TFP followed in decreasing order by manufacture of other machinery, manufacture of motor vehicles and manufacture of pharmaceuticals. Manufacture of electronic components had the greatest increase in TFP between stages 1 and 2 followed in decreasing order by manufacture of other machinery, manufacture of motor vehicles, and manufacture of pharmaceuticals. The growth in the manufacturing industry began to decline after 2008, likely causing its decreased productivity (Kim, 2002). The present study also showed that manufacture of other machinery had the lowest rate of increase in the TFP between stages 1 and 2. These results were based on data taken from KISVALUE materials as discussed above and were about firms from 2000 to 2017. As such, one of the limitations of the present study is that its results were not based on data about all firms. However, the present study’s results can serve as the basis for evaluating the effect that being located in industrial complexes built by the government has on firm TFP. Furthermore, it can provide important grounds for constructing industrial complexes and establishing operational strategies in the future.

The analysis of total factor productivity of Korea-China-Japan major metropolitan areas by manufacturing industry

변태근 Graduate School, Yonsei University 2010 국내박사

(An) integrated framework of energy simulation and PLM for sustainable manufacturing

Zhao, Wenbin Sungkyunkwan university 2018 국내박사

The world has undergone rapid development in the economy, science, industry, and other fields since the Industrial Revolution while also grappling with various social and environmental problems. Humanity’s dependence on fossil fuels for daily living has been a major cause of global warming as it has generated massive amounts of greenhouse gases. The indefinite material development and unbridled competition under the market economy have caused a great deal of social dilemma in terms of human dignity while also destroying the earth’s fragile ecosystem. People have begun to understand that the unfettered exploitation and consumption of natural resources that has been supporting the modern human civilization is no longer able to sustain human prosperity and civilization, as it has become obvious that the linear production and consumption based on fossil fuels has clear limitations. In this phase, keywords such as “low-carbon green growth,” “clean production,” and “eco-friendly products” began to be adopted by the manufacturing industry, which had already been grappling with industry-specific problems, along with the increasing influence of energy prices among the various manufacturing costs. It is necessary to consider the reduction of energy use early in the engineering stage, such as in the product design and production stages. Now is also the right time to expand the application of simulation, an engineering front-loading methodology. As a result, the energy simulation methodology, which has not been widely utilized thus far, has come to be actively discussed of late. The product lifecycle management (PLM) solution is composed mainly of the product data management (PDM) system and various other applications, while it is also necessary to manage additional information for a host of applications, ranging from the PLM system for sustainable manufacturing to the existing PDM system for sustainable development. To carry out such energy simulations, it is necessary to expand the information capacity and enhance the data management and utilization capability compared with the existing PLM, and to further expand it into a PLM system capable of supporting sustainable manufacturing. In this paper, a PLM information model for sustainable engineering and an integrated framework for simulation/optimization for energy saving purposes were designed, implemented, and then verified. The results of this study showed that manufacturing enterprises would be able to contribute to sustainable development for the human society by reducing their energy consumption and generation of environmental pollutants while at the same time improving their productivity and product quality and reducing their manufacturing cost.

Three Essays on Technological Innovation : Focusing on Efficiency, Employment, and Government Support in Korean Food Manufacturing Firms

Taeyang Kim 고려대학교 대학원 2025 국내박사

This study analyzes the technological innovation performance of Korean food manufacturing firms, which belong to low-tech industries but have recently shown high technology adoption. The aim is to examine how technological innovation acts as a driving force for the sustainability and growth of actual industries. Specifically, the study analyzes the efficiency and employment effects of food manufacturing firms resulting from technological innovation. Additionally, it reviews the effectiveness of government support programs to explore ways to promote innovation. The research objectives and results are summarized as follows. The first paper, focusing on production efficiency, estimates the technological efficiency of food manufacturing firms through a stochastic frontier analysis using a trans-log production function and analyzes the inefficiency impacts by type of technological innovation. The main findings of the efficiency study are summarized as follows: First, the average technical efficiency of food firms over the years was approximately 0.73, showing an overall increasing trend. Second, food manufacturing firms in South Korea exhibit a close positive relationship with R&D alongside labor as a production factor. In particular, R&D input has a relatively large impact on value-added production compared to other factors. Third, the analysis of inefficiency determinants indicates that inefficiency decreases as the scale of the firm increases and as technological innovation is implemented. Specifically, the scale of food manufacturing firms shows a U-shaped relationship with inefficiency, suggesting that when the scale of a food manufacturing firm exceeds a certain level, technological efficiency may decrease. The factors of technological innovation show a negative relationship with inefficiency for all innovation activities in the food industry. Both product and process innovations exhibit statistically significant negative impacts on the inefficiency of food manufacturing firms. This can be interpreted as all types of technological innovation contributing to the reduction of inefficiency in food manufacturing firms. In conclusion, the first study confirmed that technological innovation in food manufacturing firms is an important factor in reducing inefficiency in value-added production. The second paper focuses on the employment performance of food manufacturing firms. The objective is to examine the impact of technological innovation in South Korean food manufacturing firms on employment and to suggest directions for industrial development. To achieve this, the study estimates the impact of technological innovation on employment in food manufacturing firms through a system GMM analysis using a CES production function. The summary of the analysis results is as follows: First, technological innovation in food manufacturing firms has a statistically significant positive impact on employment. Second, both product innovation and process innovation in food manufacturing firms show positive impacts on employment. This indicates that product innovation increases consumer demand for products, contributing to the growth of labor demand in firms. Additionally, process innovation enhances the production efficiency of firms, leading to changes in product prices and demand, thereby increasing labor demand in food manufacturing firms. Third, in all models of the study, wages show a statistically significant negative relationship, while capital shows a statistically significant positive relationship. This implies that wage increases in Korea's food manufacturing firms can raise employment costs, potentially reducing labor. In conclusion, the second study confirmed that all types of technological innovation in food manufacturing firms can influence employment growth in the industry. It suggests that efforts by the government and firms to promote technological innovation are necessary to ensure employment stability and foster growth in the scale of the food industry. The third paper examines the performance of technological innovation based on government support systems. This study considers the benefits of technological innovation discussed in the previous topic and explores ways to promote it through government support for firms. To achieve this, the research conducts PSM (Propensity Score Matching) and CEM (Coarsened Exact Matching), which are effective for controlling selection bias, to compare the performance differences in technological innovation by type of government support. The summary of the analysis results is as follows: First, receiving government support positively influences the promotion of technological innovation in food manufacturing firms. Additionally, there are statistically significant positive impacts on both product innovation and process innovation performance, with the influence of product innovation (20.9~23.0%p) being greater than that of process innovation (15.3~19.1%p). Second, non-financial support shows a greater effect on the performance of technological innovation than financial support. Third, the combination of monetary and non-monetary support showed a greater effect on innovation in food manufacturing firms compared to single support. Fourth, among the detailed types of government support, technical support and financial support were found to be effective in enhancing technological innovation performance in food manufacturing firms. In contrast, certification support was effective for process innovation, while tax support showed no statistically significant impact on technological, product, or process innovation performance. Consequently, the third study confirmed that the characteristics and types of government funding influence technological innovation outcomes in the food industry. Based on this, it is suggested that to promote innovation in food manufacturing firms, non-monetary support should be strengthened alongside monetary support. 본 연구는 저기술 산업에 속하나, 최근 기술 수용이 높은 한국 식품제조기업을 중심으로 이에 대한 기술혁신 성과를 분석하였다. 이는 기술혁신이 실제 산업의 지속 가능성 및 성장 발전에 어떠한 동력으로 작용하는 검토하기 위함이다. 세부적으로 연구에서는 기술혁신에 따른 식품제조기업의 효율성, 고용 효과를 분석하였으며, 역으로 혁신을 촉진하기 위한 방안을 검토하기 위해 정부 지원제도의 효과를 검토하였다. 주제별 연구 목적과 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫 번째 논문인 생산 효율성 연구는 트랜스로그 생산함수를 이용한 확률 프론티어 분석을 통해 식품제조기업의 기술 효율성을 추정하고, 기술혁신의 유형별 비효율성 영향을 분석하였다. 효율성 연구의 주요 결과를 요약하면, 첫째, 식품제조기업의 연도별 기술 효율성의 평균은 약 0.73으로 나타났으며, 이는 전반적으로 증가하는 추세를 보였다. 둘째, 우리나라 식품 제조기업은 생산 요소인 노동과 함께 R&D에 밀접한 정(+)의 관계로 나타났다. 특히, 부가가치 생산에 있어, R&D 투입이 다른 요소에 비해 상대적으로 큰 영향력을 미쳤다. 셋째, 비효율성 결정 요인의 분석에서는 기업의 규모가 클수록, 기술혁신을 이행할수록 비효율성이 감소하였다. 세부적으로 식품제조 기업의 규모는 비효율성과 U자형 관계를 나타냈다. 이는 식품 제조기업의 규모가 일정 수준 이상이 되면 기술 효율성이 감소될 수 있음을 의미한다. 기술혁신 요인은 식품산업의 모든 혁신 활동이 비효율성에 부(-)의 부호를 나타냈다. 제품혁신과 공정혁신은 식품제조기업의 비효율성에 통계적으로 유의미한 부(-)을 부호를 보였다. 이는 식품제조기업의 비효율성 감소에 모든 기술혁신 유형이 기여한다고 해석할 수 있다. 결론적으로, 첫 번째 연구에서는 식품제조기업의 기술혁신은 부가가치 생산의 비효율성을 감소시키는데 주요한 요인임을 확인하였다. 두 번째 논문는 식품제조기업의 고용 성과에 관한 연구이다. 이는 우리나라 식품제조기업의 기술혁신이 고용에 미치는 영향력을 검토하고, 이를 통해 산업의 발전 방향성을 제시하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위해 연구에서는 CES 생산 함수를 이용한 system GMM 분석을 통해 식품제조기업의 기술혁신이 고용에 미치는 영향을 추정하였다. 분석 결과를 요약하면, 첫째, 식품제조기업의 기술혁신은 고용에 통계적으로 유의미한 정(+)의 영향을 미쳤다. 둘째, 식품제조기업의 제품혁신, 공정혁신이 고용에 미치는 영향력은 모두 정(+)의 부호를 보였다. 이는 제품혁신이 제품에 대한 소비자 수요를 증대시켜 기업의 노동수요 증대에 기여함을 의미하며, 공정혁신은 기업의 생산 효율성을 향상시켜, 제품의 가격과 수요에 변화를 가져와 식품제조기업의 노동 수요를 증대 시킴을 의미한다. 셋째, 연구의 모든 모형에서 임금은 통계적으로 유의미한 부(-)의 부호를 보였다. 이는 우리나라 식품제조기업의 임금 상승은 고용 비용을 증가시켜 노동을 감소시킬 수 있음을 의미한다. 결론적으로, 두 번째 연구에서는 식품제조기업의 모든 기술혁신 유형이 해당 산업의 고용 증대에 영향을 미칠 수 있음을 확인하였으며, 이를 통해 식품산업의 고용 안전성과 규모의 성장을 위해서는 기술혁신을 장려하는 정부와 기업의 노력이 필요함을 제언하였다. 세 번째 논문은 정부지원제도에 따른 기술혁신 성과에 관한 연구이다. 이는 이전 주제에서 논의한 기술혁신의 이점을 고려하여, 이를 촉진하기 위한 방안을 정부의 기업지원 제도를 통해 살펴본 연구이다. 이를 위해 연구에서는 선택적 편의 제어에 효과적인 PSM(Propensity Score Matching)과 CEM(Coarsened Exact Matching) 분석을 수행하여, 정부지원의 유형별 기술혁신의 성과 차이를 비교하였다. 분석 결과를 요약하면, 첫째, 식품제조기업의 정부지원 수혜는 기술혁신을 촉진하는데 긍정적으로 작용 했다. 또한, 제품혁신과 공정혁신 성과에 통계적으로 유의미한 정(+)의 부호를 보였으며, 이는 공정혁신(15.3~19.1%p)보다 제품혁신(20.9~23.0%p)의 영향력이 더 큰 것으로 나타났다. 둘째, 식품제조기업의 기술혁신 성과에는 비금전적 지원이 금전적 지원보다 더 큰 효과를 나타냈다. 셋째, 금전과 비금전적 지원의 중복 지원은 단일 지원보다 식품 제조기업의 혁신에 더 큰 효과를 보였다. 넷째, 세부 유형별 정부지원에서는 기술지원과 금융지원이 식품제조기업의 기술혁신성과에 효과적인 것으로 나타났다. 반면, 인증지원은 공정혁신에, 조세지원은 기술, 제품, 공정혁신 성과에 통계적으로 유의미하지 않은 결과를 보였다. 결과적으로, 세 번째 연구에서는 식품산업에서는 정부 지원의 재원 성격과 유형에 따라 기술혁신 성과를 발현하는데 차이가 있음을 확인하였으며, 이를 통해 식품제조기업의 혁신을 촉진하기 위해서는 금전적 지원과 함께 비금전적 지원을 강화할 필요성이 있음을 제언하였다.

녹색생산성 향상을 위한 프레임워크 개발과 가공시스템으로의 적용

신승준 포항공과대학교 대학원 2010 국내박사

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.

Integrated approach for optimum manufacturing cost estimation of composite helicopter blade

탄린 건국대학교 대학원 2011 국내박사

The strong and light weight composite material has been become one of the major aerospace materials. For example, advanced composite rotor blades are routinely used in modern helicopters. Blade construction is changed with the aerodynamic section fabricated from metal to composites. On this purpose, the design of composite rotor blades becomes one of the most challenging tasks because of the sophisticated geometry changes in chord, twist, airfoils, length of the blade and tip shapes. In the product development cycle, several engineering tasks like design, process planning and production planning require to be executed. To achieve those tasks, the integration of engineering tasks in the product development cycle has been a major research topic in the last decades. Because engineering tasks can be seen as the information processing tasks, information is the proper base for integration. Research results show that over 70% of the production cost of a product is determined during the conceptual design stage. Conceptual design is characterized by large number of design alternatives, trade studies, and continuous evolutionary change to the aircraft concepts under consideration. Currently, manufacturing companies are forced to invest more and more in innovation, in order to improve their products quality, flexibility, variety and to reduce their costs at the same time. It is necessary to maintain their competitive edge, and also satisfy the customers who are demanding higher quality at lower prices. To achieve those, cost has become one of the main factors in product development. It is an important task to develop an integrate method to help the designer to evaluate the optimum manufacturing cost estimates. Proper cost estimation is necessary to ensure the maximum productivity which is one of the major concerns. Therefore, Concurrent engineering and Integrated Product Process Development (IPPD) approaches are considered as an important role in the development of product lifecycle. This research describes not only an integrated framework but also a design optimization procedure in which aerospace composite manufacturing companies or designers can improve product cost estimation at the conceptual design phase. It enables designers or estimators to provide a rapid and dynamic feedback of optimum geometric design parameters by evaluating the manufacturing cost. An integrated manufacturing cost estimation framework consists of developed modules such as Parametric Model Generation, Time Estimation and Decision Support System. The concept has considerable scope for application in industry because it will allow companies to make better use of information that is already being recorded in their information systems, by providing it in a form which will enable designers to make better decisions during the early design process. The integrated approach is illustrated by applying it to a typical problem in aerospace composites manufacturing. Feasibility of the approach is demonstrated and an integrated model implemented by using commercial software applications that are commonly applied in the industry.

Does Free Trade Agreement by East Asia Economies Increase Extensive and Intensive Margin of Trade on Manufacturing Product Exports? : Case Study in Indonesia 2001-2011

슈르야 서울대학교 대학원 2014 국내석사

East Asia has been the most active region in promoting FTAs in the last decade. At the same time there was an increase of manufacturing products exported from East Asia to the world. This paper addresses the question of whether Free Trade Agreements (FTAs) that were engaged by East Asia economies can increase the intensive and extensive margins of export. This paper focuses only on manufacturing products of each East Asia economy by considering that East Asia economies’share of world manufacturing products exports is steadily increasing. The study collected evidence from 15 East Asia economies in the period of 2001 – 2011 and analyzes the impact of the availability of FTAs by East Asia economies toward their intensive and extensive margins of manufacturing product exports. From this, the results are interpreted as the role of FTAs toward intensive and extensive margins of manufacturing product exports. The results of the gravity equation show that FTAs by East Asia economies in general are showing positive signs at both intensive and extensive margins at the early years of implementation and becoming significant after the third year of FTA implementation toward the extensive margin. The FTAs implemented among East Asia economies tend to have no positive signs toward the intensive margin in the first five years, while indications toward the extensive margin are significantly positive in the fifth year of FTA implementation. The study furthermore analyzes the impact difference of Free Trade Agreements engaged by each East Asia economies toward their intensive and extensive margins of manufacturing products exports. The analysis shows that among 15 East Asia economies, only Japan, Korea, and China are experiencing a positive impact from FTAs toward their intensive and extensive margins of manufacturing products. This also reveals significant benefits only in those economies where the government and the business associations are able to provide and facilitate FTAs, as well as those with manufacturing sectors ready to face and utilize FTAs. Concerning the Indonesia case, among the FTAs engaged by Indonesia, only a bilateral FTA can provide a positive impact toward the intensive and extensive margins of manufacturing products. Currently, the only bilateral FTA is with Japan. This case study shows that for an economy in which the manufacturing sector is still less developed, it is better to have a bilateral FTA to increase their intensive and extensive margins of manufacturing product exports.

Production planning for mass customization with additive manufacturing

Kim, Songi Graduate School, Yonsei University 2017 국내박사

대량맞춤생산은 대량생산과 단품수주생산이 융합된 새로운 전략으로서, 대량맞춤생산은 두 가지 상반되는 전략으로부터 태생적으로 발생한 모순들을 내재하고 있다. 한편, 적층생산기술의 발전으로 적층생산법은 쾌속조형 기계로서 시제품을 생산했던 것에서 더 나아가 쾌속제작 기계의 역할을 하며 직접 완제품을 제조하기에 이르렀다. 이러한 환경에서 적층생산법은 대량맞춤생산자가 대량맞춤생산 전략의 두 가지 대립되는 목표인 비용효율성과 생산시스템의 유연성을 동시에 달성할 수 있게 하는 가능성을 가지고 있다. 본 연구에서는 대량생산과 단품수주생산의 생산계획 구조를 분석하고, 이를 토대로 대량맞춤생산에 적합한 생산계획 프레임워크를 개발하였다. 새로운 생산계획 프레임워크에서는 맞춤화 능력 계획수립 모형과 맞춤화 주문에 대한 제조옵션 선택 모형이 추가되었다. 첫 번째로 맞춤화 능력 계획수립 모형은 대량맞춤생산자가 맞춤화 트렌드 및 적층생산 기계의 양을 고려하여 적절한 맞춤화 수준을 정하는 데 도움을 준다. 본 연구에서는 먼저 맞춤요인과 맞춤화수준을 수리식으로 표현하였으며, 이를 반영해 맞춤화 능력 계획수립 모형을 개발하였다. 두 번째 맞춤화 주문에 대한 제조옵션 선택 모형은 고객의 요구에 따라 맞춤화된 부품을 대상으로 네 가지 제조옵션인 제조순서, 제조기술, 제조시점 및 사용되는 자재에 대해 최적 의사결정을 내린다. 또한 맞춤화 능력 계획수립 모형과 제조옵션 선택 모형이 주고받는 정보의 유형을 정리하였다. 제안된 모형은 실험분석을 통해 검증되었다. 첫 번째 모형을 대상으로 한 실험분석에서는 다양한 맞춤수요 트렌드를 바탕으로 대량맞춤생산자의 맞춤화수준이 어떻게 달라지는지 분석했으며, 두 번째 모형에서는 맞춤주문 패턴에 따라 적층생산법이 어떻게 활용될 수 있는지 분석하였다. 본 연구는 대량맞춤생산 환경에서 극복해야 할 모순을 지적하고, 대량맞춤생산에 적합한 새로운 생산계획 프레임워크를 제시하였다는 점에서 의의가 있다. 또한 맞춤화수준을 수리적으로 표현하고 최적의사결정의 하나로 모형에 반영하였으며, 대량맞춤생산 환경에 적층생산법을 활용하는 데 대한 강점과 한계를 분석함으로써 생산자가 대량생산에서 대량맞춤생산으로 전략을 수정하는 과정에서 발생하는 의사결정을 지원하는 도구로 활용될 수 있을 것이다. Mass customization is a convergence strategy of mass production and one-of-kind production (OKP), which results in the unavoidable contradictions within mass customization. However, with the technological advance of additive manufacturing (AM), it becomes not only a prototyping tool but also a rapid manufacturing machine to fabricate final items. In this circumstance, AM has a potentiality to help mass customizers achieve the two contradictive objectives of mass customization: cost-effectiveness and production system’s flexibility. In this dissertation, a new production planning framework is developed for mass customization based on the analysis of the planning structures of mass production and one-of-kind production. In the framework, two planning modules are newly added which are customizing capability planning and manufacturing option selecting for custom orders. The first model, customizing capability planning, helps the mass customizer understand the appropriate range of customization level which is related to the capacity level of additive manufacturing machines. Before developing the mathematical model, mathematical representation of customization factors and customization level is addressed first. The second model, manufacturing option selecting, focuses on custom orders, including customized parts within them. For each customized part, four manufacturing options can be considered: manufacturing procedure, technology, timing, and raw materials. The two planning models are connected to each other to exchange information. The proposed models are verified by the experimental analyses. The first analysis focuses on the customization level of the mass customizer with different trends of custom orders. The second experimental analysis aims to investigate the influence of AM machines in the circumstances where the patterns of custom orders are differentiated. This research investigates the inherent contradictions within the mass customization strategy and develops the production planning framework for mass customization. Also, the models involve the customization level which is represented mathematically, and the potentiality and limitations of AM processes are analyzed. It helps mass customizers who want to change their production strategy from mass production to mass customization, and supports them to make decisions in the mass customization environment.

Context-based Cyber Model Configuration for Cyber-Physical Production Systems

강형석 성균관대학교 일반대학원 2017 국내박사

제조 산업의 새로운 부흥과 혁신을 위하여 스마트 제조와 Industry 4.0 등의 혁신적 패러다임이 독일, 미국 등의 제조 선진국과 우리나라에도 급격하게 불고 있다. 스마트 제조는 첨단 ICT와 제조 기술의 융합을 통해 보다 빠르고 신속하게 시장의 요구사항을 만족하면서 지능화된 생산을 하는 것으로써, 각 국에서는 주요 정책을 통해 사이버 물리 시스템, 사물인터넷, 클라우드, 빅데이터, 스마트 센서, 적층 제조(3D 프린팅), 에너지 절감, 홀로그램(가상/증강 현실) 등의 스마트 제조 관련 핵심 기술의 개발에 투자를 지속하고 있다. 이 가운데 사이버 물리 시스템의 경우 다른 핵심 기술들의 융합을 통해서 성공적으로 개발과 적용이 가능한 통합적 기술로써, 이를 성공적으로 구현하기 위해서는 보다 실용적이고 체계적인 기반이 필요하다. 최근 관련된 연구들은 사이버 물리 시스템의 개념이나 아키텍처, 적용 사례에 관한 것들이 주를 이루고 있으며, 따라서 보다 실용적인 접근을 위한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 사이버 물리 시스템의 실용적 구현을 위하여 사이버 물리 시스템의 핵심이라 할 수 있는 사이버 모델을 정의하고 이를 사이버물리 생산 시스템 환경에서 활용할 수 있도록 지원하는 구성 방법론을 개발하였다. 이를 위하여 사이버 모델에 대한 요구사항을 사이버 물리 시스템의 특성을 통해 도출하였고, 사이버 물리 시스템에 관련된 기존의 시뮬레이션, 데이터 분석 모델과 사이버 모델의 비교를 통해 사이버 모델을 정의하였다. 본 논문에서 정의된 사이버 모델은 간단하게 말해서 제조 상황 기반 동적 모델로써, 불특정한 제조 상황에 사이버 물리 생산시스템을 통해 대응하기 위하여, 과거의 이력 데이터와 현재의 상황을 기반으로 미래를 예측할 수 있는 통합적 모델을 의미한다. 또한 이와 동시에 다양한 분석 과정을 통해 보다 정확한 의사결정지원을 하기 위하여 다양한 시뮬레이션, 수식 모델, 데이터 분석 등을 활용할 수 있으며, 계층화된 모델 구조와 데이터 보정을 통해 의사결정의 정확도와 효율성을 높여준다. 이러한 정의 하에 상호운용성, 실시간성, 범시간성, 자가보정, 범위성과 같이 사이버 모델의 다섯 가지 특성을 도출하였고, 사이버 모델의 개념, 정의, 특성을 기반으로 이를 지원하는 XML 스키마 기반 데이터 모델을 제안하였다. 또한, 제안된 사이버 모델의 실제 활용을 위해서 사이버 모델 구성 방법론을 제안하였다. 이를 위하여 구성 방법론의 기본 개념을 앞서 정의된 사이버 모델을 통해 정리하였고 이를 지원하는 네 개의 사이버 모델 구성 원칙을 정리하였다. 이를 기반으로 사이버 모델이 구성되기 위한 기능적 모델을 IDEF0 방법론을 통해 개발하고 이를 지원하는 시스템 아키텍처를 제안하였다. 또한 사이버 모델 구성의 가장 기본이라 할 수 있는 제조 현장의 실시간 처리를 위한 주요 기능을 Mapping, Scaling, Calibrating 으로 정리하고 각 기능을 지원하는 논리흐름 또는 수식을 통해 MTConnect와 같은 제조 정보 획득 시스템이 구축된 환경에서 사이버 모델을 구성하기 위한 방법론을 구체화하였다. 본 연구에서 제안된 사이버 모델과 구성방법론을 공정 이상 예측과 품질 이상 예측의 두 개의 시나리오를 대상으로 사례 적용을 수행함으로써, 사이버 모델이 제안된 연구결과를 통해 어떻게 사이버 물리 생산시스템 상에서 활용될 수 있는 지 구체화하였다. 본 연구의 결과를 통해 사이버 물리 생산시스템의 구축을 위한 기반을 마련하였고, 이를 통해 보다 실증적이고 성공적인 사이버 물리 생산시스템의 구축, 나아가서는 스마트 공장의 구축이 가능할 것으로 기대된다. As the fourth industrial revolution, smart manufacturing or Industry 4.0 has been risen as new paradigm in manufacturing industry, and it will lead to dramatic innovation of manufacturing industry through the fusion of cutting-edge information and communication technology (ICT) and advanced manufacturing technologies. As a core technology for the successful establishment of smart manufacturing, cyber-physical systems (CPS) is can be applied to manufacturing site, via conversion with various technologies, such as internet-of-things (IoT), (big) data analytics, cloud computing, smart sensor, etc. This can be called as cyber-physical production Systems (CPPS), which is manufacturing version of CPS. CPPS is an integrated system where a manufacturing site (i.e., physical assets) and computational objects or ability (i.e., the cyber world) are interconnected, or a technology for managing the whole system. However, there are few researches for the practical implementation of CPPS. Although, some researches show that concepts and case studies of CPPS, there aren't detailed or systematic methodologies in terms of the cyber model, which is extremely essential for the CPPS establishment into manufacturing site. In this paper, the cyber model is defined with requirement analysis, concept definition with comparison of existing related models. Ten requirements are identified under the consideration of CPPS characteristics. From the ten requirements, the concept of cyber model is defined and compared to existing related models, such as simulation model, data analytics model. Based on these analysis, the cyber model is defined as an integrated and interoperable context-driven dynamic model for representing status of manufacturing site with multiple viewpoints and integrated model based on past, present and future data. With the consideration of this definition, five characteristics are defined as interoperability, multi-timescale, real-time, self-calibration and scalability. Finally, based on suggested definition and characteristics, the data schema of cyber model is proposed as type of extensible-markup-language schema definition (XSD). Also, the configuration methodology of defined cyber model is proposed. For the cyber model configuration, concept, principles, functional architecture and main functions are designed. The configuration process is triggered by manufacturing context, which shows current or predicted status of manufacturing site. Detailed processes are defined with four principles and functional models are designed based on integration definition zero (IDEF0) methodology. Also, detailed logics are developed for the main functions of configuration, which is acquisition of manufacturing data in real-time. Finally, two case studies was illustrated for the well-understanding of defined cyber model and its configuration process. As a result of this research, it is expected that more practical establishment of CPPS will be possible based on proposed concept, data schema and configuration process of defined cyber model.