그룹 기술: Industry 4.0 시대의 최고의 운영

산업혁명 이전부터 오늘날에 이르기까지 모든 제조업체의 공통된 목표는 지정된 시간 안에 정해진 비용으로 특정 수량의 부품을 생산해 내는 것이었다. 한때 수공업 방식의 단일 품목 생산 방식이었던 제조 공정은 동종 부품을 양산하는 대량 생산 공정(HVLM: 대량/저품종 생산 시나리오)의 형태로 발전했다. 최근 들어서는 프로그래밍, 기계 공구 제어, 피삭재 관리 시스템에 디지털 기술을 도입함으로써 Industry 4.0이라는 제조 환경이 도래했고, 이로써 소량 배치의 다양한 부품을 효율적인 비용으로 생산(HMLV: 고품종/소량 생산)할 수 있게 되었다.

Industry 4.0 시대에는 최신 생산 기술과 디지털 기술을 강조하는 것이 유행처럼 되었다. 그러나 생산성 및 비용 효율성을 최대화하기 위해서는 여전히 운영 효율적인 측면에서 든든한 기반이 마련되어야 한다. 현대 경제 환경의 제조업체는 운영 효율성의 핵심 지표로 속도를 꼽는다. 제조업체는 설계 도면이 설비에 입고된 시점부터 완성품이 출하되기까지 소요되는 시간을 최대한 단축하길 원한다. 이와 같이 속도를 높이려는 노력의 일환으로 린(Lean) 제조 또는 6 시그마와 같은 전략에 주력하는 경우가 많다.

그러나 이러한 전략은 일반적으로 HVLM 생산에 해당되기 때문에 HMLV 시나리오에 적용할 때는 효과가 떨어질 수 있다. HMLV 생산 간소화에 도움이 되는 중요한 기법으로는 그룹 기술(Group Technology) 접근방식이 있다. 이 방식은 부품을 가공 가능한 부품군으로 분류 및 코드화하여 작업장에서 높은 수준의 운영 효율성을 달성하는 방법이다.

그룹 기술(Group Technology)
그룹 기술은 부품을 형상, 재질, 제조 공정 또는 품질 기준 등의 특정 유사성에 의거하여 그룹이나 부품군으로 분류하고 공통된 생산 방식으로 제조하는 제조 조직화 전략이다. 이러한 공정은 개별 피삭재가 아닌 부품군별로 계획된다.

부품군을 처리하도록 생산 라인을 조직할 때 셀형(Cellular) 제조 방식으로 설명할 수 있는 배열을 이루는 경우가 많다. 셀형 제조 방식은 1980년대 HMLV 제조 시대가 시작될 즈음 등장한 개념이다. 당시 제조업계에는 피삭재 품종과 새로운 소재는 점차 늘어나는 반면 배치별 생산량은 축소되는 현상이 나타났다. 작업장은 점점 다양한 품종의 피삭재를 비교적 적은 수량의 배치로 생산해 내야 했다. 이에 따라 생산 준비 소요 시간이 급증하자 제조업계는 이 문제를 해결할 방도를 모색했다.

그룹 기술의 부품군 제작은 부품 코드화 및 분류를 기반으로 한다. 각 부품에는 문자나 기호 또는 이러한 조합의 코드가 할당되고, 각 문자나 기호는 피삭재의 특징이나 피삭재 생산에 필요한 생산 기법을 나타낸다. 그림 1에서 부품 코드의 6번째 자리는 피삭재의 치수를 나타내고 7번째 자리는 원재료를, 8번째 자리는 피삭재 재질의 원래 형상을, 9번째 자리는 달성해야 하는 품질 수준을 나타낸다. 3~5번째 자리는 부품 가공에 필요한 공정을 설명한다.



그림 1:
HQ_ILL_Opitz_Coding_And_Classification_System.jpg

부품 코드를 사용하면 그림 2의 두 번째 줄에 나온 것처럼 복합형 피삭재라고 부르는 존재하지 않는 가상의 부품을 참고하여 생산을 계획하고 가격 견적을 낼 수 있다. 여기서 복합형이란 복잡하다는 의미가 아닌 홀 정확도의 높고 낮음, 포켓의 깊고 얕음, 측면 밀링 특징 등 회사에서 제작할 수 있는 모든 특징을 나타내는 일반적인 피삭재를 설명하는 것이다. 이 그림의 첫 번째 줄에 있는 부품은 두 번째 줄의 복합형 피삭재 설명에서 선택된 공정으로 생산 가능한 피삭재를 나타낸다. 필요한 특징의 생산 비용을 합치면 총 비용이 되므로 예상 비용을 간편하게 산출할 수 있다. 부품마다 일일히 비용을 따질 필요가 없는 것이다.



그림 2:
HQ_ILL_Workpiece_Machining_Elements.jpg

생산 관리자와 평가자는 피삭재 도면을 검토하면서 해당 피삭재의 특징을 복합형 피삭재의 특징과 비교하는 방식으로 비용 견적을 내고 필요한 기계 공구, 절삭유 필요 여부 등과 같은 기타 생산 요소를 판단한다. 또한 정교한 CAM 시스템을 활용하여 그룹 기술 기법을 전개하면 가공 전 엔지니어링 시간을 한층 줄일 수 있다. 뿐만 아니라 설비 내 모든 부서가 동일한 복합형 피삭재 모델을 기준으로 작업하기 때문에 부서 간 커뮤니케이션이 원활해지는 이점도 있다.

그룹 기술 접근방식은 공정 엔지니어, 프로그래머, 관리자 대상 인터뷰를 통해 다양한 생산 공정 비용에 관한 정보를 수집하는 과정에서 얻은 경험을 기반으로 처음 개발되었다. 1980년대에 개발된 방식이지만 개별적인 경험과 데이터를 취합하여 시스템으로 조직화하는 과정은 오늘날 인공지능의 이니셔티브와 닮은 면이 있다.

그룹 기술의 도입은 경우에 따라 작업 현장의 개편으로 이어지기도 한다. 그림 3의 왼쪽은 선삭(T), 밀링(M), 연마(G) 등의 가공 기능을 토대로 한 기존 레이아웃의 작업장에서 부품이 거치는 순환 경로를 나타낸 것이다. 그림 오른쪽에 나와 있는 것처럼 셀형 레이아웃을 이용해 피삭재를 부품군으로 그룹화하여 처리하면 제조 흐름을 간소화하고 작업장 내 부품 이동을 최소화하도록 기계를 배열할 수 있다. 작업장 내에서 불필요한 이동 없이 각기 다른 피삭재 부품군의 가공이 가장 효율적인 방식으로 이루어진다. 이는 부품 생산 시간이 현저히 절감되는 결과를 낳는다.



그림 3:
HQ_ILL_Workshop_Layout.jpg

늘 그렇듯 새로운 개념의 도입에는 이점과 어려움이 함께 따른다. 그룹 기술 접근방식은 엔지니어링, 공정 계획, 제조 시간 절감 면에서는 이점이 있지만 그에 따른 어려움도 존재한다. 첫째, 그룹 기술 접근방식에서는 유연성이 다소 감소한다. 기존의 작업장 조건에서는 특정 피삭재 구성의 수요가 급격하게 늘어나 생산 병목 현상이 발생할 때 유연성 있게 대처할 수 있었다. 기존 레이아웃에서는 부서의 다른 기계를 사용하여 부품을 생산할 수 있기 때문이다. 둘째, 기계 운영 중단 시간 관리도 문제가 될 수 있다. 셀형 레이아웃에서는 한 부품군에 대한 수요가 일시적으로 줄어들면 해당 기계는 유휴 상태가 된다.

그룹 기술 개념을 도입할 때 발생할 수 있는 또 다른 어려움은 코드화 시스템을 비교하는 데 지나치게 많은 시간을 소요하는 경우가 많다는 점이다. 그러나 특정 코드화 시스템보다 더 중요한 것은 회사가 자사 내 장비와 리소스, 그리고 원하는 결과를 완벽하게 파악하는 것이다. 이 경우 사내에서 맞춤형 코드화 시스템을 만드는 것이 보다 단순하고 효율적인 접근방식이 될 수 있다. 또한 부품군을 보다 효율적으로 가공하기 위해 작업 현장을 재정비하는 결정은 시설별로 차이를 보인다. 대기업의 경우에는 기계를 재배열하는 것이 비교적 쉬운 반면 중소기업에서는 자금 및 다른 요인의 제약이 있을 수 있기 때문이다.

더욱 신속하고 정확한 견적
부품 견적 생성에 그룹 기술 접근방식을 사용하면 수입과 수익성이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있다. 일례로 HMLV 생산 환경의 한 우주항공 분야 하청업체를 들 수 있다. 이 업체의 배치 규모는 피삭재당 1~5개이지만 1년에 받는 견적 요청은 약 4,000건에 달했다. 부품별 분석과 견적을 별도로 수행할 시간이 항상 부족했기 때문에 견적 절차가 지연되었고 작업장에서 상세 견적을 처리하는 비율은 4,000건의 잠재 주문 중 1,500건에 불과했다. 실제로 수주된 주문은 약 2,600건 수준이었다. 이후 이 하청업체에서 그룹 기술 이니셔티브를 활용한 분석을 사용하고 복합형 피삭재 정보를 사용해 부품 견적을 내자 매년 3,000건의 상세 견적을 낼 수 있었고 더 많은 주문으로 이어져 수주량이 매년 3,200건 수준으로 늘어났다. 무엇보다 중요한 것은 비용과 수익을 합한 입찰가가 그룹 기술 개념을 적용하기 전의 입찰가와 비교해 평균 30% 이상 낮아졌다는 것이다.

견적 절차가 보다 신속하고 정확해지자 2가지 이점이 생겼다. 수익 마진에 부정적인 영향을 미치는 잘못된 저가 입찰 사례가 줄었고 견적가가 사실과 달리 높게 책정되어 고객이 수주를 망설이게 되는 경우도 적어진 것이다. 그룹 기술 개념을 도입한 덕분에 제조업체는 필요한 공정과 비용을 보다 효과적으로 파악할 수 있게 되었고 부정확한 견적을 내는 경우를 줄일 수 있었다.

그룹 기술의 원칙에 따르면 개별 피삭재와 그 생산 변수를 일일이 고려하기보다는 유사한 특성을 지닌 부품끼리 묶어 함께 가공해야 한다. 이 접근방식을 명확히 보여주는 일례로 벨트식 이송 장치용 풀리를 생산했던 한 작업장을 들 수 있다. 이 작업장에서는 각기 다른 크기의 벨트에 사용하기 위해 풀리별로 벨트 그루브의 직경, 너비, 프로파일을 다르게 만들어야 했고, 가공하는 구성을 바꾸기 위한 개조 시간은 약 1시간 반 정도였다.

공정을 분석한 결과 다른 풀리 제작을 위해 개조할 때마다 기계를 완전히 분해하고 모든 공구를 꺼내서 세척한 후 보관하는 것으로 나타났다. 그리고 다음 풀리를 가공하기 위해 거의 동일한 공구를 다시 기계에 조립했다. 그룹 기술 접근방식을 도입하자 동일하진 않지만 유사한 휠들이 하나의 부품군으로 그룹화되었다. NC 프로그램을 변경하는 방식으로 개조가 이루어지면서 일부 가공 변수만 교체하고 때로는 그루브 프로파일을 가공한 공구로 바꾸게 되었고, 피삭재에 따라 개조 시간이 1시간 30분에서 10분으로 대폭 줄어들었다. 그러나 가장 큰 어려움은 작업장 직원에게 제작 부품을 같은 부품군으로 묶을 때 가공 시간이 빨라진다는 확신을 주는 일이었다.



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결론
그룹 기술 제조 조직화 전략(Seco 호주 지사 Dave Morr의 광범위한 연구 개발 성과)은 제조업체가 HMLV 생산의 어려움에 효율적으로 대처하는 데 도움이 된다. 린 제조와 6 시그마와 같은 기존의 생산성 향상 전략은 특히 동종 부품을 장기 제작하는 동안 공정을 미세 조정할 수 있는 HVLM 생산에 효과가 있는 것으로 입증되었다. 그러나 가공 기술과 디지털 제품 설계 및 관리의 발달과 함께 고품종 소량 배치 제조가 눈에 띄게 늘고 있는 지금, 부품을 부품군으로 분류하고 견적 활동과 가공 작업을 통합하는 그룹 기술 접근방식은 제조업체에게 Industry 4.0 시대의 과제를 해결할 수 있는 효율적인 방법을 제시한다.



그림 4:
HQ_ILL_Example_Of_Complex_Workpiece.jpg


사이드바
그룹 기술 및 Seco 컨설팅 서비스(SCS)
그룹 기술 제조 조직화 전략은 운영 효율성 제고에 중요한 요소이자 제조업체의 전반적인 노력에 큰 역할을 담당한다. 그러나 경쟁으로 인해 많은 제조업체가 특정 수량의 부품을 정해진 비용으로 시간 내에 생산하는 데에만 주력한 나머지 자사 비즈니스와 가공 공정을 면밀히 분석하고 최적화할 시간이나 전문 인력은 부족한 실정이다.

Seco는 새로운 지사 운영 계획을 마련하여 제조 공정 개선 작업에 투입할 리소스는 있지만 공정 개선 엔지니어를 고용하거나 대형 비즈니스 컨설팅 회사와 협력하는 데 드는 비용을 감당할 자금이 부족한 중소기업을 지원한다. Seco 컨설팅 서비스(SCS)는 제조업체가 가공 효율성 및 경제적인 측면을 고려하면서도 전반적인 제조 및 비즈니스 문제를 해결할 수 있도록 도와준다. SCS는 브랜드 중립적인 입장을 견지하므로 브랜드와 상관없이 사용자의 현재 공구를 활용한다.

SCS 활용의 첫 단계는 가공, 생산 시스템, 운영 관리의 분석으로 구성된 제조 효율성 평가(MEE) 작업이다.

SCS는 회사의 생산 역량을 분석하고 준비, 가공, 장비 취급 중에 발생하는 문제를 조사한다. 이를 통해 직원에게 부족한 지식적 측면은 물론 생산 역량/자산 문제의 근본 원인을 밝혀낸다. 준비 과정 분석에는 프로그래밍 지원과 제조방식 및 부품 표준화가 포함된다. 가공 문제를 파악하여 제조방식 최적화와 문제 해결을 통해 대처하며, 재고 및 소비 상태를 시각화하고 공구를 관리하는 프로그램을 통해 장비 취급 문제를 해결한다.

SCS 프로그램 중 Seco 기술 교육 서비스(STEP 세미나 및 과정)는 제조업체의 직원 교육을 돕는다. 이 서비스의 주요 특징은 작업장 직원에게 새로운 전략 도입에 대한 확신을 준다는 데 있다. 새로운 접근방식을 설명하는 포스터를 벽에 붙여놓는 것은 큰 효과가 없다. 문제는 지식의 유무보다는 기존 솔루션이 최선이라는 직원의 고정관념에서 기인한 경우가 가장 많기 때문이다. 성공으로 가는 열쇠는 직원이 새로운 전략의 이점을 인지하고 의지를 가지고 이 전략을 도입하도록 설득하는 데 있다.



그림 5:
HQ_ILL_Structural_NEXT_STEP_Model.jpg


저자:
Patrick de Vos, Seco Tools 기업 기술 교육 매니저

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