산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2019.1 특집 요약(p33-55)

확산되는 Mass∙Customization
MassⅹCustom의 최적 해법

매스프로덕션(대량생산)을 대신하여 개개의 유저가 원하는 커스터마이즈 제품을 제공하는 시대가 되었다. 그러나 납기가 지연되거나 비용이 증가해서는 안 된다. Additive Manufacturing(AM, 부가제조)이나 Generative Design(GD) 등의 신기술이 매스∙커스터마이제이션에 새로운 가능성을 만들어 내고 있다.

■ 사례소개

▶ 자동차의 내외장을 좋아하는 디자인으로
독일 BMW는 ‘MINI’의 내외장 부품을 커스터마이즈할 수 있는 서비스 ‘MINI Yours Customized’를 2018년 봄에 시작하였다. 유저가 웹사이트에서 디자인을 변경할 수 있다. 커스터마이즈한 부품은 BMW의 공장에서 3D프린터 등을 활용하여 제조한다.

▶ 금속부품도 커스터마이즈
독일 폭스바겐은 2018년 9월, 미국 HP가 개발한 금속 3D프린터의 최신 기종 ‘HP Metal Jet’으로 만든 부품을 조달한다고 발표하였다. 키 케이스와 같은 부품의 커스터마이즈도 검토하고 있다고 한다.

▶ 사이즈나 주행 방법으로 슈즈 최적화
독일 아디다스의 ‘Futurecraft 4D’는 3D프린터로 조형한 미드솔이다. 유저의 발 크기나 모양뿐 아니라 주행 시의 골격의 움직임 등에 기초하여 모양을 최적화한다.

▶ 렌즈의 위치로 프레임 설계
벨기에의 Materialise와 렌즈업체 HOYA비전케어는 오더 메이드 안경을 제조하는 플랫폼 ‘Yuniku’를 개발. 단순히 디자인을 커스터마이즈하거나 사이즈를 조정하는 것만이 아니라 시력을 조정하는 안경 본래의 기능도 최적화할 수 있다.

▶ 가볍고 강한 스포츠용 의족
도쿄대학 생산기술연구소가 추진하고 있는 스포츠용 의족 연구개발 프로젝트 ‘MIAMI 프로젝트’. 육상 경기용 의족 ‘Rami’는 인체에 꼭 맞는 피트(Fit)성, 경량화, 설계∙제조 프로세스의 최적화에 도전한다.

▶ 혼자서 수십 종류의 치과 교정기구
미국 Align Technology의 치과 교정기구 ‘Invisalign’. 치형을 3D스캐너 등으로 취득한다. 교정 도중의 모양을 3D프린터로 여러 개를 제작하여 가열한 폴리우레탄 시트를 덮어서 진공 성형으로 만든다. 세계에서 520만 명이 치료를 받았다.

▶ 자신만의 면도 느낌
미국 질레트는 2018년 10월, 전기 면도기의 핸들 부분을 커스터마이즈하는 서비스 ‘Razor Maker’을 시험적으로 시작. 전용 사이트에 액세스하여 48개 패턴의 기본 디자인을 선택하여 핸들의 색이나 면도기 날의 개수 등을 변경할 수 있다.

▶ 10억개 패턴의 조합
미국 오리지널이 제공하는 ‘Original Stitch’는 소매나 옷깃, 단추의 디자인을 10억개의 패턴 가운데서 자유롭게 선택하고 사이즈도 유저에게 맞출 수 있다. 전신 사진을 통해 16곳의 치수를 자동 추출하는 시스템도 제공한다.

Part 1. 총론
두 마리 토끼를 잡다, 설계∙생산의 신기술이 지원

매스프로덕션(대량생산)과 커스터마이제이션(개별설계∙생산)을 융합한 ‘매스 커스터마이제이션’을 시도하는 기업이 늘고 있다. 저비용, 단기 납기 등 높은 생산성과 고객의 개별 요구에 대한 대응이라는 두 마리 토끼를 잡으려는 시도다.

독일 BMW는 승용차 ‘MINI’의 내외장 부품의 커스터마이즈 서비스를 2018년에 시작하였다. 자동차 분야만이 아니라 슈즈나 안경, 셔츠 등 사람이 착용하는 제품이나 스포츠용 의족, 치과 교정기구 등 폭넓은 분야에서 매스∙커스터마이제이션이 시작되고 있다.

매스∙커스터마이제이션에 대한 시도는 제품의 부가가치(매력) 상승으로 이어져, 매출 확대뿐 아니라 다른 이점도 기대할 수 있다. 고부가가치 제품을 저비용, 단기 납기로 제공할 수 있는 힘은 업체의 경쟁력과 수익력도 상승시킨다.

매스∙커스터마이제이션의 확대는 최근에 등장한 신기술이 지원하고 있다. 고객 요구를 제품 설계데이터에 신속하게 반영하는 Generative Design(GD), 개개의 모양이 다른 부품도 저비용, 단기 납기로 생산하는 Additive Manufacturing(AM)/3D프린팅 등이 그것이다.

-- 커스터마이즈화와 매스프로덕션화의 두 방향 --
매스∙커스터마이제이션은 매스프로덕션과 커스터마이제이션의 장점을 모두 갖추려는 시도다. 기존의 대량생산 제품 입장에서는 커스터마이즈 비율을 높이는 방향, 오더 메이드 제품 입장에서는 생산성을 높이는 방향인 것이다.

기존의 커스터마이즈 비율과 생산성은 반비례 관계에 있었다. 커스터마이즈 비율을 높이면 생산효율이 떨어져 비용이 비싸지고 리드타임도 길어진다. 반대로 생산성을 높이기 위해서는 대량생산이 전제였기 때문이다.
그러나 매스∙커스터마이제이션은 이들의 양립을 목표한다. 기존에도 오더 메이드 제품과 대량생산품의 중간에 해당하는 제품은 있었다. 앞에서 말한 2방향 중 하나, 아니면 2방향 모두에 대한 시도를 거치면서 커스터마이즈 비율과 생산성의 레벨을 향상시켜 양자를 높은 레벨에서 양립시키는 것이다.

예를 들면, 미쓰비시중공공작기계는 대형공작기계나 기어가공기에서 오더 메이드는 아니지만 고객의 개별 요구에 대응해 왔다. 그러나 “개별로 수주, 개별로 설계, 개별로 생산하는 방식을 계속하는 것보다 양산품의 효율적인 설계∙생산 방법을 채용하고 싶다”(이와사키(岩崎) 사장)라며 매스∙커스터마이제이션에 착수하고 있다. 제품 별로 사양이 다른 설비업체에서도 상황은 같다.

컴퓨터의 BTO(Build to Order)나 자동차의 업체옵션과 같이 대량생산품이라도 어느 정도의 커스터마이즈가 가능한 제품은 있다. 이 방법의 문제는 업체 측이 준비한 선택지 범위 안에서만 고객은 커스터마이즈를 할 수 있다는 점이다. 제품의 다양성을 늘리고 있는 것과 크게 다르지 않다.

매스∙커스터마이제이션은 BTO에서 한발 더 나아가 고객 요구에 대응하는 커스터마이즈의 범위와 유연성을 높인다. 안전성, 품질, 기능이나 성능 면에서의 제약은 있지만 고객이 자유롭게 변경할 수 있는 요소나 범위를 확대시킨다. 고객이 결정한 세계에 하나밖에 없는 디자인, 개인의 체격에 맞춘 의류 등을 적절한 가격으로 제공하는 것이 매스 커스터마이제이션이다.

-- 부가가치를 높여 경쟁력 향상 --
-- 과부족없이 커스터마이즈 --
-- 설계와 생산에 신기술이 등장 --

Part 2. 생산편
AM으로 개별품을 고효율생산/ 조형기술의 혁신과 라인화 추진

Additive Manufacturing(AM)/3D프린팅은 매스∙커스터마이제이션의 실현 가능성을 생산 면에서 지원하는 중요한 기술이다. 예전부터 시작품과 같은 개별 생산을 효율적으로 시행하는 수단으로서 주목을 받고 있다. 재료나 정밀도 면에서 많이 개량되면서 실제 부품의 제조 장치로서의 이용도 확산되기 시작하였다. 실제로 항공우주분야 등에서의 채용 사례가 증가하고 있고, 자동차업계에서도 일부 양산차 부품에 채용되게 되었다.

Part1의 총론에서도 소개한 매스∙커스터마이제이션의 몇몇 사례에서는 AM이 부품의 생산 수단으로서 사용되고 있다. 단, 개별품이라고는 하지만 누적되면 어느 정도의 양이 되는 매스∙커스터마이제이션의 생산 수단으로서는 가일층의 생산성 향상은 과제다. 유저로부터 생산성 향상에 대한 요구가 있어, AM 장치업체도 이에 대응한 기술 개발을 추진하고 있다.

-- 기본원리는 단면 모양의 적층 --
우선, AM이 왜 매스∙커스터마이제이션에 적합한 생산 방식인가를 정리해 보자. AM에는 다양한 방법이 실용화되어 있다. 기본원리는 입체 모델을 단면 모양의 적층으로 조형하는 것이다. ‘적층 조형’이라고 불리는 이유다.

부품의 모양(3D데이터)을 단면으로 자르면 2D의 단면 모양 데이터를 얻을 수 있고, AM장치의 입력데이터로서 사용할 수 있다. 형틀 설계나 가공, 공구의 툴패스 작성과 같은 공정도 불필요하다. 실제 조형 헤드의 동작이나 재료의 분사 위치 등의 제어는 AM 장치 측에서 자동적으로 처리하는 경우가 많다. 즉, 설계 데이터가 완성되고 나서 조형을 시작하기까지의 시간이 짧고, 커스터마이즈된 개별 모양에서도 시간적인 손실은 없다.

또한, 형틀이 불필요하기 때문에 초기 비용의 비율이 적다. 동일 모양의 부품을 만들 때도 총생산비용은 개수와 비례 관계가 된다. 즉, 같은 모양의 부품을 만드는 개수가 적어도 단가가 상승하는 요인이 되지는 않는다.

형틀이 불필요하다는 점은 절삭가공도 마찬가지다. 그러나 단면 모양의 적층이라는 기본원리 때문에 공구와의 간섭이라는 절삭가공 특유의 제약이 없다. 즉, AM은 조형할 수 있는 모양의 자유도가 높고, 복잡한 모양의 부품이라도 일체 조형이 가능하다.

이러한 AM의 특징 때문에 매스∙커스터마이제이션에 적합하다는 것이다. 단, 생산성 향상을 바라는 목소리가 강했던 것은 사실이다. 그 때문에 AM장치업체 등은 조형 속도의 향상, 복수의 조형장치를 조합하여 연속 조형이 가능한 시스템, 조형의 주변 공정도 포함하여 모듈화하여 생산라인을 구축하는 시스템 개발 등을 추진하고 있다.

-- 레이저를 늘려 조형 속도를 높인다 --
-- 소결을 병용하여 조형 속도를 높인다 --
-- 복수의 AM장치를 조합한다 --

Part 3. 설계편
자동설계의 코어는 모듈화로/ 가공법까지 검증 가능한 제2세대 GD

자동차전문 컨설팅업체 롤렌드버거의 이가라시(五十嵐) 씨는 “’얼마나 고객의 요구에 대응할 수 있을까?’와 관련된 것은 현재의 매스∙커스터마이제이션이다”라고 말한다. 모듈러 디자인으로 대표되는 제품 설계에 따라서 개별 대응이 필요한 부품이나 유닛을 정비, 신속하게 고객의 요구에 대응하는 시도가 진행되고 있다.

동시에 매스∙커스터마이제이션을 지원하는 다양한 기술이 갖춰지고 있다. 제조 면에서 개별 제품의 생산에 도움이 되는 AM기술이 발전하고 있다. 또한 제품 설계를 자동화하는 기술도 빠르게 발전하고 있다. 만약, 개별 고객을 위한 요구를 반영하여 컴퓨터가 자동으로 빠르게 설계해 준다면 매스∙커스터마이제이션에 이용할 수 있게 된다.

문의나 수주 등에 있어서 고객의 요구를 알기 전인지 후인지를 기준으로 설계 작업을 나누면, 요구를 알기 전의 설계를 ‘매스 설계’, 후의 설계를 ‘커스텀 설계’라고 할 수 있다. 이 양자의 밸런스의 최적화가 기업의 ‘매스ⅹ커스텀의 최적의 해답’이 된다.

-- 커스텀 설계를 빨리 끝내고 싶다 --
대책에는 2개의 방향이 있다. 하나는 매스 설계의 능력을 높여 커스텀 설계의 부담을 줄여 고객 입장에서 본 리드타임을 단축하는 방향이다. 다른 하나는 커스텀 설계의 능력을 높여 고객의 요구가 확정한 후에 확실하게 그것을 반영하여 커스터마이즈 비율을 확대하는 방향이다.

매스 설계를 강화하는 목적은 커스텀 설계를 빨리 끝낼 수 있도록 하기 위해서다. 제품의 공통부분과 가변부분을 명확하게 구분한다. 레고처럼 블록의 조합으로 제품을 구성할 수 있도록 하는 등 커스텀 설계 단계에서의 작업을 즐겁게 만들어 시간이 걸리는 조정 작업을 줄인다. 요약해 말하면 “고객의 요구 사양과 제품 제원(諸元)과의 관계를 정리하여 단순화한다”는 것이 매스 설계의 역할이 된다.

매스∙커스터마이제이션의 실현을 위한 설계에서 가장 큰 과제는 고객의 요구 사양을 제품 제조상의 사양(제품 제원)에 반영하는 제품 설계에 시간이 걸린다는 것이다. ‘Nikkei Monozukuri NEWS’의 구독자를 대상으로 실시한 조사에서는 이 점을 지적하는 대답이 가장 많았다.

고객의 요구 사양과 제품 제원이 거의 1대 1로 대응하는 제품은 ‘조합형 아키텍처’라고 부른다. 대표적인 것이 컴퓨터다. 연산 성능을 올리고 싶을 때는 상위 프로세서를 사용하고, 데이터 용량을 늘리고 싶을 때는 외부기억장치의 용량을 늘리는 식의 심플한 대응이 된다. 컴퓨터에서는 BTO(Build to Order), CTO(Configure To Order)라고 불리는 발주 방식이 일반적이며, 커스텀 설계의 작업은 기본적으로 발생하지 않는다.

개별 수주 생산의 산업기계 등은 조합형 아키텍처가 아니라 인테그랄형 아키텍처라고 부른다. 1개의 부품이 복수의 역할을 담당하거나, 다른 부품에 조합하는 부품으로써 서로 최적의 조합을 선택하는 등의 방법으로 요구 사양을 실현한다. 그 결과 제품의 완성도가 높아지는 반면 요구 사양과 제품 제원의 관계는 복잡해진다. 요구 사양이 조금 다른 고객에 대해 제품의 무엇을 변경해야 하는지가 복잡해 커스텀 설계에 시간이 걸리게 된다.

-- 개별 수주 생산에서도 자동설계 --
-- 디지털 신기술로 유저 요구를 정확하게 파악 --
-- 설계 순서도 유저에게 최적화 --
-- 설계∙가공법을 채용하여 자동설계 --
-- 사람의 설계보다 빠르다 --

Part 4. 숫자로 보는 현장
설계 효율화와 고객요구 파악에 과제/ 공장은 IoT와 품질보증이 테마

매스∙커스터마이제이션이 필요하다는 인식은 약 60%. 많다고 할지 적다고 할지 미묘하지만 고객의 만족도를 높이거나 고객에게 새로운 가치를 제공하는 것은 의미가 있다는 대답이 적지 않다. 매스∙커스터마이제이션을 실현하기 위해서는 설계 작업의 소요시간 단축, 생산성을 고려한 설계 실현, 생산에서는 IoT에 의한 효율적인 다품종 소량 생산, 개별 제품의 품질 보증이 중요하다.

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