[첨단 헬로티]

저자 ｜페트릭 드 보스(Patrick de Vos) 세코툴스 사업개발 매니저

<사진 : 세코툴스>

기계 가공 작업장은 요구되는 품질 수준에서 가장 효율적인 방식으로 일정 수의 부품을 제시간에 납품하고자 한다. 전통적으로 제조업은 투자수익률로 효율성을 정의했다. 성공은 수천 또는 수십만 부품의 연속적인 가동 관점에서 측정되었고, 한 대 또는 많은 기계에서 일정한 산출을 유지하는 것이 목표다.

 

오늘날 제조업체는 종종 다양한 고객 요구에 맞춘 소량/고혼합 생산 시나리오를 실행한다. 로트 크기는 수백 개의 부품부터 한 자릿수까지 다양하다. 그러나 작업장의 모든 기계가 쉬지 않고 작동하고 있을 때도, 고객은 여전히 그들이 주문한 부품을 기다리고 있다. 대량 생산 전략은 소량 생산 시나리오의 유연성과 상충한다.

현재의 제조 환경에서 진정한 제조 효율성이란 최대 산출과 다양한 개별 고객 주문에 대한 적시 납품 사이에 유연한 균형을 의미한다. 다시 말해 적시 납품과 고객 만족에 초점을 맞추어야 한다.

품질 관리

제조업체들은 산출과 수요의 균형을 맞추면서 품질을 유지하기 위해 노력해야 한다. 만약 부적격 품질의 부품을 생산한다면 생산 일정이 틀어지게 되고 자연히 생산 비용을 올라가게 될 것이다. 마구잡이식 계획으로 인해 생산 중단과 기계의 유휴가 발생하고, 중단으로 발생한 예기치 못한 문제들을 처리하느라 작업장의 노동 비용은 배가된다.

일반적으로 제조 시 피삭재 품질은 부품 치수 및 표면 조도 요건의 충족 측면에서 설명된다. 품질의 추가 측정, 즉 적시 납품 성능을 공정 품질이라고 할 수 있다. 제조업체는 계획된 생산 시간에 작업을 완료하고 약속한 시각에 고객에게 인도하기에 충분할 수준까지 공정을 관리해야 한다.

▼전체적인 품질 결정 조건

고객 만족 대 이익 창출

작업장의 기계는 100% 가동될 수 있지만, 납품 성과가 좋지 않으면 고객이 실망하게 되고 작업장의 제품을 사지 않게 되어 결국 망하게 될 것이다. 고객 만족이 주요 목표지만, 고객 만족에만 집중하게 되면 수익성을 위협할 수 있다. 따라서 제조업체는 장비의 활용도를 극대화하는 동시에 고객의 주문량, 품질 요건 및 납품 요건도 충족해야 한다.

성공적인 제조는 제조업체 조직 내에서 여러 그룹 간의 조율된 상호작용이 있어야 한다. 한 그룹은 고객이 주문한 부품에 대한 비용, 품질 및 납품 시간과 관련하여 특정 결과를 고객에게 이행해야 한다. 엔지니어링, 구매, 작업장 인력 등 조직 내의 다른 그룹은 이러한 약속이 지켜지도록 이행해야 한다.

각 그룹은 효율을 다르게 정의한다. 가공 작업자는 최대 산출을 위해 각각의 가공 공정을 최적화하고자 하며, 기술 가공 공정 이외의 그룹은 시스템 전반의 성능 향상에 집중한다. 이들의 분석은 전체 장비 효율성(OEE)과 노동 생산성과 같은 문제를 다룬다.

생산 작업의 심장

생물학적 용어로 제조 효율성을 설명하자면, 생산 작업의 심장은 가공 공정이다. 심장은 몸에 없어서는 안 될 기관이지만, 혼자서는 작동하지 않는다. 심장은 나머지 몸과 뇌를 포함하는 신체의 일부다.

제조에서 심장이 가공 기술이라면, 몸은 엔지니어링, 사업 계획 및 관리 등 전반적인 제조 조직이다. 조직의 뇌는 신체의 모든 요소를 조율하는 인력 그룹이다. 그러나 사람이 생각만으로 심장 박동을 조절할 수 없듯이 뇌만으로 심장을 더 빨리 뛰게 할 수는 없다. 이와 마찬가지로 가공 공정도 이성적인 관점에서 언제나 관리될 수 있는 것은 아니다.

오늘날 디지털 기술과 산업용 사물인터넷(IIoT)의 세계에서 사람들은 가공 공정을 제어하기 위한 해답과 명확한 규칙을 원하지만 안타깝게도, 상당한 경우 합리적인 규칙은 없다. 그저 예기치 않은 가공 문제를 받아들이고, 이에 대응하고, 해결해야 한다.

▼신뢰할 수 있는 가공 및 절삭유 생산 시스템

숙련자의 부재와 해결 방안

완벽한 작업 환경에서라면 작업자들은 가공 공정에서 예기치 못한 문제를 처리하는 데 필요한 지식과 기술, 경험을 가지고 있어야 한다. 그러나 많은 작업장 소유주는 유능한 인력을 유지하는 것이 어렵다고 불평한다.

숙련된 인력의 부족을 극복할 방법으로 교육을 말하지만, 일부 작업장 소유주들은 교육 노력이 헛된 것이라고 말한다. 그 이유는 직원들이 새로운 기술을 배우려는 긍정적인 사고방식이 부족하기 때문이다.

소유주들은 직원들에게 기술 교육을 제공하지만, 직원들은 이미 할당된 작업을 수행할 만큼 충분히 알고 있으며 추가 교육이 필요 없다고 생각한다고 보고한다.

총 제조 시간

작업장의 효율성을 분석하고 낭비를 제거하면 가공에 더 많은 시간을 할애하여 고객 요구에 대한 유연성과 대응성을 높일 수 있다. 부품을 제조하는 데 필요한 총 시간은 많은 개별 활동의 합계이다. 여기에는 실제 가공 시간, 공구 취급, 피삭재 조작, 품질 검사, 계획되지 않은 문제, 대기, 관리 작업 등이 포함된다.

공구 교체 및 피삭재 조작 등의 일부 활동은 필수적이며 생략할 수 없다. 필요한 활동 외에도, 작업장은 계획 변경, 품질 문제, 공구 또는 피삭재 재질의 누락 등 예기치 못한 상황의 변화를 처리하는 데 시간을 소비한다.

어떤 사례에서, 한 작업장은 소모되는 각 시간의 양을 확인하기 위해 부품 가공과 관련된 여러 다른 활동을 검토했다. 실제 가공 시간은 전체 생산 시간의 15%였고, 셋업과 대기 시간은 25%를, 누락되거나 지연된 공구 또는 과도하게 긴 칩을 제거하기 위한 중단 등 계획되지 않은 문제가 25%를 차지했다.

계획되지 않은 문제, 셋업 시간, 공구 취급, 대기 및 관리에 걸리는 시간을 줄임으로써 실제 가공 시간은 전체의 50%로 늘어났다. 이렇게 늘어난 시간 덕분에 작업장은 특정 고객의 요구 사항에 맞는 가공 작업을 유연하게 수행할 수 있게 됐다.

시간 절감 시 고려해야 할 점

위에서 언급한 바와 같이, 다른 작업장은 스핀들이 활발히 부품을 절삭하는 시간을 세 배로 늘릴 수 있었다. 하지만 이 작업장은 그렇다고 부품 산출량이 세 배가 되지 않는다는 사실을 발견했다.

그 이유로 몇 가지가 언급된다. 주요 쟁점은 원래 공정 시간에 오프머신(Off-Machine) 디버링(Deburring)이 포함되어 있다는 것이다. 시간 절약 이니셔티브는 기계 자체에서 디버링이 보다 효율적으로 수행될 수 있음을 나타냈다. 단, 오프머신 디버링이 기계 공구로 이동했을 때, 디버링 작업을 포함하도록 전체 스핀들 시간이 증가하였다. 이 상황은 한 영역의 시간 절약이 다른 영역에서의 시간 소모 증가 또는 명백한 효율 감소를 초래할 수 있음을 보여준다.

여기에서 교훈은 제조 공정 전반과 관련하여 작업상의 변경을 고려해야 한다는 것이다. 이는 균형을 맞추기가 매우 어려우며, 가능한 한 가용 시간을 사용하는 방법을 찾는 것 외에는 일반적인 규칙은 없다.

계획 변경

효율성과 유연성을 달성하려면 변화하는 생산 수요에 지속적으로 적응해야 한다. 고객이 제품 설계를 수정하거나 필요한 부품 수를 변경하는 등 외부적으로 변경되는 경우가 많다.

제조 작업장은 이에 대응하여 계획을 변경해야 하지만, 그렇게 되면 작업장의 계획이 전반적으로 차질을 빚게 되고, 더욱 심각한 혼란을 야기하는 체계적이지 못한 대응으로 이어질 수 있다.

계획이 체계적이지 못할 때 일부 작업장은 닥치는 대로 피삭재를 투입하여 사용할 수 있는 기계를 마구 돌리는데, 이는 더 많은 문제를 일으킨다. 문제가 발생하면 이제 바이러스처럼 번질 수 있다.

예비 용량은 왜 필요한가

작업장의 효율성과 유연성을 효과적으로 높이기 위한 한 가지 방법은 예비 가공 용량을 추가하는 것이다. 예비 용량은 대부분의 작업장에서는 낯선 개념이다.

작업장은 하나의 기계를 100만 ~ 200만 유로(또는 달러) 상당의 투자로 간주하기 때문에, 예비 용량으로써 구매하는 경우 사용하지 않고 정기적으로 아무 작업도 하지 않는다는 개념을 이해하지 못한다. 하지만 실제로는 이러한 기계는 무엇인가 중요한 일을 한다. 바로 고객 만족을 보장한다. 즉, 유연성을 지원하고 예상치 못한 문제를 쉽게 처리할 수 있는 유용한 백업 솔루션이다.

심지어 어떤 작업장은 백업 기계를 구매하는 대신에 과부하가 발생할 때까지 자체 장비로 작업한 다음 하청업체를 고용한다. 그러나 그 하청업체들이 너무 많은 작업과 부족한 직원이라는 동일한 문제로 고군분투하고 있다면 그 책임은 다른 당사자에게 넘어가게 된다. 거의 사용되지도 않을 예비 용량을 구축하도록 작업장을 설득하는 것은 매우 어려운 일이다.

긴 납품 시간 대 적시 납품

적시 납품이라는 압박은 실제 생산 시간을 늘릴 수 있다. 정상적인 조건에서의 제조 작업이 일주일이 걸리지만, 고객이 적시 납품을 절대적으로 원하는 경우 작업장은 완충 시간을 벌기 위해 2주의 리드 타임을 둘 것이다.

또 다른 경우, 고객이 특정 날짜까지 완료된 피삭재를 원한다면 작업장은 첫 번째 부품에 문제가 발생할 것에 대비하여 두 개의 피삭재를 제작할 것이다. 이러한 임시방편적 관행은 불필요하게 생산 시간과 비용을 소비하고 실제로 납품 시간을 보통 때보다 연장하게 한다.

멀티태스킹 선택

작업장의 효율성과 유연성을 높이는 또 다른 방법은 비록 비용이 들지만 멀티태스킹 기계와 팔렛트 풀의 형태로 자동화를 도입하는 것이다. 작업장은 한 작업에서 다른 작업으로 빠르게 자동화 셀을 변경할 수 있고 팔레트를 사용하여 미래 셋업을 구축하고 저장할 수 있다.

이러한 시스템은 피삭재 팔레트와 여러 공구가 있는 공구 매거진을 동반한 멀티태스킹 기계 주변으로 구축할 수 있으며, 모든 정비를 로봇이 수행한다. 이러한 배치를 통해 주간 작업자는 기계와 팔레트를 셋업하여 다양한 부품을 처리할 수 있으며 야간 작업자는 부품을 생산할 수 있다. 그러나 이 솔루션은 비교적 비용이 많이 들고 모든 기업이 감당할 수 있는 투자 수준은 아니다.

멀티태스킹 접근방식에 대한 장애물은 개별 밀링 부서, 선삭 부서 등을 유지하는 것과 같이 기능에만 근거하여 기계를 배치하는 일반적인 공장 관행이다. 대체로 각 기계 그룹이 특정 그룹 또는 피삭재 제품군에 적합한 특정한 공정 능력을 갖춘 경우 셀로 기계를 구성하는 것이 좋다.

단순히 기능별로 기계를 그룹화하면 작업자는 자신을 선반공 또는 밀링 기계공 등 제한된 방법으로 설명하게 된다. 작업자가 여러 직능을 수행하고 다양한 기계 유형을 운영하도록 훈련하면 작업장에 자체 내부 용량 문제의 균형을 맞출 수 있는 유연성을 제공한다.

결론

오늘날 제조업 분야의 효율성은 최고의 기계 부품을 찾는 것 외에도 고객 만족에 중점을 둔다. 제조업체는 적시 납품과 이윤 창출 간의 균형을 맞추기 위해 노력해야 한다.

가공 작업의 최적화와 더불어 부품 및 공정 품질을 포함한 문제에 주의를 기울이는 것 외에도, 전반적으로 제조 조직의 관점에서 계획을 짜고 가공 시간 소모 요소를 지속해서 분석하면 가공 부품에 사용할 수 있는 시간을 크게 늘리고 효율성과 유연성을 증가시킬 수 있다.