사물인터넷/ICT/4차산업혁명

Nikkei Business_2019. 6.3 Techno Trend 071 (p86~88)

Mass Customization의 이륙
2가지 새로운 기술이 뒷받침

대량생산과 개별 설계를 동시에 실현하는 매스 커스터마이제이션(대량 맞춤생산). 새로운 제조 방법으로서 최근에 제조기업을 중심으로 확산되고 있다. 이것을 뒷받침하는 것이 설계와 제조의 새로운 기술이다.

대량생산(Mass Production)과 맞춤형 설계∙생산(Customization)을 고차원에서 융합하는 ‘매스 커스터마이제이션’. 이 제조방식을 도입하는 기업이 최근에 증가하고 있다. 비용절감과 납기단축과 같은 높은 생산성과 고객의 개별 수요에 대응한다는 두 마리 토끼를 잡기 위한 방안이다.

-- 다양한 분야로 확산 --
예를 들어 독일의 BMW는 승용차 ‘MINI’에 대해 내외장 부품의 커스터마이즈 서비스를 2018년에 스타트했다. 또한 미국 오리지널 사의 ‘오리지널 스티치(Original Stitch)’ 셔츠에서는 천의 색상이나 소매와 깃의 디자인 등을 자신의 취향에 따라 자유롭게 매치 시킬 수 있다. 그 패턴은 10억가지에 이르며 또한 고객의 신체 정보(상반신 사이즈) 및 원하는 핏감에 맞춰 셔츠를 제작할 수 있다.

미쓰비시(三菱)중공업 공작기계의 경우, 대형 공작기계 및 기어가공기에 대해 오더메이드는 아니지만 이전부터 고객의 개별 수요에 대응해왔다. 그러나 “맞춤형 수주, 맞춤형 설계, 맞춤형 생산이라는 방식을 지속하기보다는 중(中)양산품의 효율적인 설계 및 생산방식을 도입하고 싶다”(미쓰비시 중공공작기계 사장의 이와자키(岩崎) 씨)는 생각으로 매스 커스터마이제이션 실현에 나서고 있다.

매스 커스터마이제이션의 확산을 뒷받침하는 하는 것은 2가지 기술이 있다. 하나는 고객의 수요를 제품의 설계 데이터에 신속하게 반영시키는 ‘Generative Design(생성적 설계)’. 다른 하나는 3D 프린팅과 같이 형태가 각각 다른 부품이라도 저비용이면서 짧은 납기로 생산하는 ‘Additive Manufacturing(적층 가공)’이다. 설계와 생산의 양면에서 맞춤 생산을 위한 노력이 진행되고 있다.

-- 제너러티브 디자인(생성적 설계) 기술 --
설계의 제너러티브 디자인에서는 컴퓨터를 활용함으로써 고객의 요구조건을 만족시키는 최적의 형상을 자동으로 반영하는 방식이다. 이 방식을 도입함으로써 커스터마이즈의 향상과 동시에 납기 단축이 가능하다.

예를 들어 MINI에서는 웹브라우저 상에서 고객이 디자인을 정할 수 있으나, 여기에서는 제너러티브 디자인이 도입되고 있다. 고객은 색상이나 요철 패턴의 종류 및 크기 등을 선택할 수 있을 뿐만 아니라, 배치하는 텍스트 정보의 내용, 그 크기나 위치를 임의적으로 설정할 수 있다. 이렇게 완성된 데이터가 BMW의 공장으로 전송되어 부품의 생산에 이용된다.

아디다스재팬은 2018년 9월, 대량 맞춤화형 러닝슈즈 제작을 위해 기간 한정으로 도쿄시내에 체험시설을 마련했다. 고객의 발 치수 및 보행 시 골격의 움직임 등을 측정해 그 데이터를 기반으로 각각의 고객에게 적합한 슈즈를 제안. 여기에서는 형상을 자동으로 작성하는 제너러티브 디자인 기술을 활용했다고 볼 수 있다.

맞춤형 설계 시간을 대폭적으로 단축시키는 수단으로서 부상하고 있는 것이 제너러티브 디자인 등의 최신 기술이다. 새로운 방식을 통해 맞춤형 설계 능력을 대폭 강화시킬 가능성이 있다.

미국 오토데스크(Autodesk)가 개발 및 상품화를 추진하고 있는 제너러티브 디자인은 클라우드의 강력한 계산 능력을 이용해 소정의 조건을 만족하는 복수의 설계 안을 고속으로 생성한다.

이 제품의 경우, 이용자는 요구하는 사양을 ‘구속조건’으로 입력하면 설계 첫 단계부터 조건을 만족시킨 새로운 설계도가 완성되므로 나중에 설계도를 여러 번 검증할 필요가 없다.

이 제품을 현재 시행하고 있는 기업의 대부분은 부품의 경량화가 목적으로, 소정의 강도 등의 확보를 조건으로 경량화 할 수 있는 안을 생성하고 있다. 따라서 맞춤형 설계에 사용할 경우, 현재는 강도나 강성(剛性)에 관한 요구만 충족시킬 수 있다. 그러나, 앞으로는 강도와 강성뿐만 아니라, 열 해석에 의한 내열성의 검증, 유체 해석 등을 통한 공기 저항의 검증, 소음 검증 등도 가능해져 이들에 관한 요구 사양을 모두 다룰 수 있게 될 전망이다.

-- ‘애디티브 매뉴팩처링(적층 가공)‘ 기술은 스피드 향상이 열쇠 --
이에 대해, 생산 면에서는 애디티브 매뉴팩처링(AM)에 기반한 제조 장치의 활용이 최근 빠른 속도로 확산되고 있다. 3D 프린팅도 여기에 포함되어 있으며 복잡한 형상의 부품을 만드는 것부터 항공 우주 분야 등에 이르기까지 주로 경량화를 목적으로 한 활용이 추진되고 있다. 최근에는 자동차 업계에서도 일부 양산차 부품에서 채택되고 있다.

매스 커스터마이제이션의 경우, 예를 들어 질레트 면도기의 핸들은 미국 폼랩스(Formlabs)의 애디티브 매뉴팩처링 장치를 도입하고 있다. 또한 아디다스의 신발 밑창에 해당하는 미드솔(midsole) 중에서 ‘퓨처크래프트(Futurecraft) 4D’는 미국 카본(Carbon) 사의 애디티브 매뉴팩처링 장치를 사용하고 있다.

맞춤 생산이 앞으로 확산되기 위해서는 제조 면에서 애디티브 매뉴팩처링 장치의 조형 스피드 향상이 반드시 필요하다. 독일 이오스(EOS)가 2018년 11월에 프랑크푸르트에서 개최된 전시회에서 발표한 기술은 기존의 10배 스피드의 생산성을 갖추고 있으며 2021년 실용화를 목표로 개발을 추진하고 있다.

금속 재료를 사용할 수 있는 장치의 생산성 향상도 수요가 높다. 미국 HP는 2018년 9월에 금속 분말 소결 방식의 제품을 발표. 일반용으로 2021년에 판매를 시작할 예정이다.

일본에서도 레이저나 전자 빔을 사용한 금속 애디티브 매뉴팩처링 장치의 생산성 향상을 위한 연구 개발이 진행되고 있다. 이것은 경제산업성의 위탁을 받은 기술연구조합 '차세대 3D적층조형 기술 총합 개발 기구(TRAFAM: Technology Research Association for Future Additive Manufacturing)'의 개발 프로젝트이다. 이 프로젝트는 고도 정밀도와 장치 가격 인하를 목표로 삼고 있다. 2018년도가 프로젝트의 최종 연도가 되므로 도시바기계, 미쓰비시중공공작기계, 오오타전기, 일본전기 등이 해당 프로젝트에 참가해 연구 성과를 통해 향후 해당 기술을 적용한 장치가 제품화 될 예정이다.

-- 2가지 기술의 밀접한 관계 --
매스 커스터마이제이션의 확산을 뒷받침하는 제너러티브 디자인과 적층 가공(3D 프린팅) 기술은 밀접한 관계를 맺고 있다.

제너러티브 디자인에서는 절삭가공이나 사출성형으로는 만들 수 없는 복잡한 형상을 산출하는 경우가 있다. 그럴 때 ‘부가제조’ 기술에 의해 자유로운 형태를 만들 수 있는 것은 큰 도움이 된다. 한편, ‘부가제조’ 기술로 실현할 수 있는 복잡한 형상을 사람 손으로 모델링 하기는 힘들다. 그 점에서 컴퓨터로 형상 데이터를 제작하는 제너러티브 디자인이 유력한 수단이 된다.

 -- 끝 --