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Nikkei Monozukuri_2023.12 특집 요약 (p57~64)

나카무라토메정밀공업의 새로운 모듈러 공장
경이로운 생산 리드타임 단축

공작기계 제조 업체인 나카무라토메정밀공업(中村留精密工業, 이시카와 현)이 2023년 10월 1일, 새로운 공장 ‘마기(MAGI)’를 가동시켰다. 새로운 ‘모듈러 생산’에 대한 아이디어를 형상화한 공장이다.

생산 리드타임을 기존의 25일에서 15일로 열흘이나 단축하고, 수주에서 출하까지의 기간을 기존의 약 5개월에서 약 한 달 반으로 줄일 계획이다. 어떻게 이것이 가능할까? 필자가 직접 가동 개시 직전의 마기를 방문해 목격한 그 생산 기술과 새로운 아이디어 발상의 비밀을 소개한다.

경이로운 리드타임 단축. 10월 1일, 호쿠리쿠(北陸) 지방의 중견 공작기계 제조 업체 나카무라토메정밀공업이 새로운 공장 ‘마기’를 가동시켰다. 그 이름의 유래는 신약성경에 등장하는 ‘동방의 세 현인’. 매직(마술)의 어원이기도 하며, 슬기롭게 공정을 정리한다는 의미를 담았다.

하지만 이것이 과장된 표현이라고 단언할 수 없다. 고객으로부터 주문을 받아 출하할 때까지의 리드타임을 기존의 약 5개월에서 1/3 이하인 한 달 반 정도로 단축할 계획이기 때문이다. 이 리드타임 단축 효과와 새로운 공장 설립에 따른 부지 면적 증가를 합치면 생산능력은 약 1.5배 높아진다. “실증은 마쳤다. 결과에 자신 있다”라고 나카무라토메정밀공업의 나카무라(中村) 사장은 자신감을 내비쳤다.

이것을 가능하게 하는 것이 새로운 ‘모듈러 생산’의 아이디어인 ‘유닛 생산’이다. 모듈러 생산은 어느 정도 정리된 부품 단위인 모듈(유닛)을 개별 조립한 뒤 모든 모듈을 모아 한 개의 최종 제품으로 조립하는 방식으로, 공작기계 제조 업체들은 이미 수십 년의 실적을 가지고 있다. 나카무라토메정밀공업의 경우, 20년 정도 전부터 모듈러 생산을 도입. 이 오랜 경험이 새로운 모듈러 생산의 원천이 되었다.

나카무라토메정밀공업은 이 ‘유닛 생산’이란 아이디어를 새 공장을 통해 형상화했다. 포인트는 굉장히 심플하다. 결론부터 말하면, ‘유닛 단계에서 완성도를 높이는 것’이다.

-- 유닛 단계에서 기능과 품질을 확보 --
나카무라토메정밀공업의 주력 제품은 선반(旋盤) 베이스의 복합 가공기. 재료를 회전시켜 샤프트나 파이프 등 환봉 형상을 절삭하는 선삭(旋削) 기능과 복잡한 형상을 새기거나 구멍을 뚫는 것을 드릴이나 엔드밀 등의 회전 공구로 가공하는 밀링(Milling) 기능을 1대로 집약한 공작 기계이다.

그 중에서도, 터렛(복수의 공구를 부착할 수 있는 받침대)과 주축을 복수 탑재한 복합 가공기 제조에 강점을 가지고 있다. 1대로 복잡한 형상의 피절삭물을 가공할 수 있기 때문에 자동차부터 건설기계, 의료기기 등 폭넓은 업계에 고객을 보유하고 있다.

나카무라토메정밀공업은 이 복합 가공기 조립을 [1]’유닛 ASSY’, [2]‘본체 조립’이라는 2개의 공정으로 실시한다. 전자에서는 유닛을 조립하고 후자에서는 완제품인 공작기계로 조립한다. 이 점은 기존 모듈 생산과 다르지 않다.

새로운 방식의 유닛 생산에 있어서 리드타임 단축의 최대 열쇠는 [1]유닛 ASSY 공정에 있다. 이 공정에서는 크게 2개의 유닛을 조립한다. 하나는 주축 유닛, 다른 하나는 인덱스 유닛이다.

주축 유닛은 선삭을 위해 피절삭물을 회전시키는 주축과 피절삭물을 피킹하는 부착 실린더, 주축의 회전을 멈추는 주축 브레이크 등 3개 부품으로 구성되어 있다. 한편, 인덱스 유닛은 복수의 공구들을 부착하는 터렛과 공구의 위치를 결정하는 인덱스(분할 장치), 인덱스 유닛을 이동시키는 슬라이드 등 3개의 부품으로 구성된다.

기존 방식과의 차이점은 유닛 ASSY 공정에서 추구하는 유닛의 높은 완성도이다. 3개의 부품을 유닛으로 조립한 후 시운전까지 실시. 이를 통해 유닛 단위의 기능과 품질을 확보하고 있다.

구체적으로는, 주축 유닛에서는 회전 수를 최대 회전 수까지 500rpm씩 올려가며 이상 발열이나 이상음이 없는지 확인한다. 인덱스 유닛에서는 분할 기능에 이상이 없는지, 밀링 축에 이상이 없는지, 탑재한 각종 센서가 올바르게 기능하고 있는지, 장착 위치가 올바른지 확인한다. 이를 통해 마치 유닛만을 제품으로 판매하는 유닛 전문 제조사 수준으로 기능과 품질이 보증된 유닛이 완성되는 것이다.
-- 유닛의 손쉬운 조립 공정을 목표로 --
유닛의 완성도를 여기까지 높이는 이유는 [2]의 본체 조립 공정을 손쉽게 하기 위해서이다. 이때 손쉬운 조립 공정이란 공작기계 본체의 베이스가 되는 주물 베드 위에 각 유닛을 올려놓는 것만으로 공작기계가 완성되는 간편함을 말한다. 사실 기존의 본체 조립 공정은 조정 작업에 오랜 시간이 걸렸다.

주축 유닛과 인덱스 유닛 모두 기존에는 조립 정밀도를 그다지 추구하지 않았다. 예를 들어 인덱스 유닛의 경우, 본체 조립 공정에서 베드 위에 해당 유닛을 올려놓은 뒤 베드와 슬라이드의 조립 정밀도를 보증해야 했다.

여기서 위력을 발휘해 온 것이 일본 제조업의 전통적인 기술인 ‘스리아와세(擦り合わせ, 서로 부딪치며 세밀하게 맞춰나간다는 뜻)’이다. 고도의 기술을 가진 작업자에 의한 스리아와세로 조립 정밀도를 보증하는 것이다.

인덱스 유닛은 크고 무거운 부품이지만, 조립 정밀도는 μm 오더의 치밀함이 요구된다. 또한 조정 작업은 한 번에 끝나지 않는다. 슬라이드와 인덱스를 세밀하게 맞춰 조립 정밀도를 조정하고, 그것이 끝나면, 베드와 인덱스를 맞춰 조립 정밀도를 조정, 그 다음에 인덱스와 터렛…과 같은 방식으로 조정 작업이 3, 4회 필요하다고 한다. 이처럼 많은 조정 작업들로 인해 리드타임이 늘어날 수 밖에 없다.

나카무라토메정밀공업은 이 조정 작업에 메스를 대었다. 유닛 생산에서의 조정 작업은 유닛을 베드에 장착할 때 한 번뿐이다. 인덱스 유닛의 경우, 베드와 슬라이드의 접속면을 세밀하게 맞춰 요구된 조립 정밀도가 나오면 그것으로 장착이 완료된다.

-- 본체 조립 리드타임을 10일로 단축 --
이것을 가능하게 한 발상이 ‘조정 작업의 프론트 로딩’이다. 나카무라토메정밀공업은 조정 작업을 본체 조립 공정에서 그 전 공정인 유닛 ASSY 공정으로 옮긴 것이다.

유닛 ASSY 공정에서는 주축과 척실린더, 주축 브레이크 등 3개 부품을 세밀하게 맞춰 주축 유닛에 요구되는 조립 정밀도를 확보. 마찬가지로, 터렛과 인덱스, 슬라이드를 세밀하게 조정해 인덱스 유닛에 요구되는 조립 정밀도를 보증하는 것이다.

이러한 조정 작업의 프론트 로딩을 통해 나카무라토메정밀공업은 표준 사양의 복합 가공에서 생산을 개시한 후 출하까지의 리드타임(생산 리드타임)을 기존의 25일에서 15일로 10일이나 단축했다.

-- 의욕적인 부품 재고 전략 --
새로운 공장에서의 리드타임 단축의 열쇠는 높은 유닛의 완성도와 함께 또 한 가지가 있다. 바로 전략적으로 유닛의 재고를 확보한다는 점이다. 이것을 설비 측면에서 뒷받침하는 것이 자동화 설비 도입이다.

기존에는 고객으로부터 수주를 받으면, 사양에 맞는 부품 준비와 납품에 시간이 걸리기 때문에 약 4개월 후에 공작기계를 만들기 시작해 25일만에 완성품으로 제공할 수 있었다. 즉, 준비에 4개월이 걸리고 생산 리드타임에 25일이 걸리지 때문에 수주에서 출하까지 5개월 정도가 소요되었다. 이럴 경우, 판매 기회를 놓치는 케이스가 나올 수 있다. 반대로, ‘즉납’이 가능할 경우 즉시 제품을 원하는 고객을 확보할 수 있다.

그래서 나카무라토메정밀공업은 유닛 ASSY 공정에서 조립하는 주축 유닛과 인덱스 유닛에 대해 재고를 확보한다는 방침을 내걸었다.

-- 유닛을 공통화 --
또한 양산에 의한 코스트 절감 효과를 극대화하기 위해 나카무라토메정밀공업은 모듈러 디자인을 선행적으로 도입하고 있다. 다른 기종간에 공통 유닛을 사용하는 설계를 실시하고 있는 것이다.

공작기계 제조 업체들은 즉납을 위해 완제품인 공작기계를 재고로 갖는 경우가 있다. 더 빨리 출하할 수 있기 때문이다. 하지만 나카무라토메정밀공업은 “우리는 완성품 재고를 갖지 않는다는 주의이다”(나카무라 사장). 완제품으로 재고를 가지고 있으면, 유닛 재고를 가지는 경우와 비교해 3배 이상의 공간이 필요하다.

외부 창고를 사용하면 창고 비용과 수송비, 세금 등 코스트가 높아진다. 이미 완성되었기 때문에 사양 변경이 어렵고, 고객의 니즈에 맞지 않아 팔리지 않게 될 위험도 커진다.

이에 반해 유닛 재고의 경우, 보관에 필요한 공간이 비교적 작고, 고객의 니즈에 맞는 옵션 대응도 가능하다. 이러한 장점과 단점을 감안해 나카무라토메정밀공업은 경쟁력 향상으로 이어질 수 있는 ‘공격적인 재고 전략’을 새로운 공장에서 실천하려 하고 있다.

-- AGV와 자동창고 도입 --
이러한 공격적인 재고 전략을 설비 측면에서 지원하는 것이 스태커크레인 방식의 자동창고(이하 스태커)이다. 유닛 재고는 사내∙외의 창고가 아닌 이 스태커에 저장해 둔다는 것이 이번 새로운 공장의 특징이다. 스태커에는 246개의 팔레트가 있으며 이 중 일부를 완성된 유닛의 보관 장소로 사용한다.

나카무라토메정밀공업은 유닛 재고 보관을 위해서만 스태커를 설치한 것은 아니다. 메인 용도는 자동화에 있다. 이 때문에 무인운반차(AGV)와 조합해 사용한다.

운반 작업은 부가가치를 낳는 ‘핵심 작업’이 아니라, 어디까지나 ‘부수 작업’이다. 낭비를 철저히 배제한다는 생각 아래, 나카무라토메정밀공업은 스태커와 AGV를 도입을 단행했다. 그 배경에는 “인재의 확보가 어려워지고 있는 것과, 성인화(省人化)하지 않으면 성장하지 못한다”(나카무라토메정밀공업)라고 하는 위기감도 있었다.

-- AGV가 부품을 배분 --
새로운 공장에서는 초·중형 복합가공기에 대해 유닛 ASSY 공정을 2층에, 본체조립 공정을 1층에 설치했다. 각 층 사이의 운반을 담당하는 것이 스태커이다. 유닛 조립에 사용되는 부품은 1층에서 공급. 부품들을 유닛 1대 분씩 나누어 스태커 내의 팔레트에 투입한다.

스태커는 조립 작업 지시에 따라 다음날 조립할 계획인 유닛 대수만큼의 부품 세트를 2층으로 올리고 임시 저장 구역에 둔다. 그리고 종업 후부터 야간에 걸쳐 AGV가 임시 저장 구역에서 유닛 1대 분을 팔레트별로 픽업하여 유닛 ASSY 공정 구역으로 운반해 각 조립 구역에 배분한다.
 

부품 세트를 배분한 AGV는 조립 구역에서 완성된 유닛을 팔레트별로 픽업해 운반하고 스태커에 저장한다. 그리고 이들 중 다음날 사용되는 유닛을 1층에 있는 본체 조립 공정용으로 공급한다. 한편, 재고로 할당되는 분에 대해서는 그대로 스태커 내에 보관하는 구조다.

이러한 일련의 운반 작업이 작업자가 없는 시간에 처리된다는 것이 포인트이다. 조립 작업이나 시운전과 같은 부가가치를 낳는 낮 시간 대 작업을 방해하지 않기 위해서다.

-- 벽을 깨부수기 위한 의식 개혁 --
어떻게 나카무라토메정밀공업은 유닛 생산 방식을 만들어 낼 수 있었을까? 여기에는 두 가지 이유가 있다. 하나는 고도의 기술을 가진 작업자가 혼자서 1대의 공작기계를 조립하던 시절부터 리드타임 단축을 경영의 최우선 과제로 삼고 추구해왔다는 점. 20여 년 전 주축 유닛 및 인덱스 유닛을 조립한 후 공작기계를 조립하는 모듈러 생산을 시작했을 때도 그 도입 이유는 리드타임 단축에 있었다.

리드타임을 짧게 하는 방법은 병행 생산 도입이다. 공작기계 본체의 베이스가 되는 주물 베드 위에 유닛을 하나하나 조립해 나가는 방법에 비해 각 유닛을 병행해서 만든 후 1대의 공작기계로 조립하는 본체 조립 공정으로 전환하는 것이 리드타임을 단축할 수 있기 때문이다.

그리고 이 병행 생산을 가속화한 것이 이 회사가 한국 공장에서 시도한 스피드 생산이다. 이것이 유닛 생산 탄생의 또 다른 이유이기도 하다. 주축과 터렛을 각각 1개씩만 갖춘 한국 시장용의 비교적 심플한 복합가공기를 열흘 만에 만들어 줄 것을 나카무라토메정밀공업의 경영진이 기술자들에게 요청했다.

이 난제를 실현하기 위해 기술자들이 시행착오를 거쳐 도출한 것이 병행 생산하던 각 유닛의 완성도를 높여 본체 조립 공정에서의 작업 시간을 짧게 하는 방법이었다.

-- 깨기 힘든 '상식'이라는 벽 --
이것은 ‘조정 작업의 프론트 로딩’을 실시했을 뿐, 즉, 조립의 정밀도를 보증하기 위한 조정 작업을 본체 조립 공정에서 유닛 ASSY 공정으로 이동한 것일 뿐이라고도 생각된다.

하지만 공작기계 제조현장에서 이것은 의외로 어렵다. 본체 조립 공정 작업은 조립의 정밀도를 확보해 최종 제품으로 완성하는 “혼을 담는 작업”(야마무라 사장)이며, 이 중요한 작업을 담당하는 것이 본체 조립 공정 작업자의 자랑이기도 했기 때문이다.

이러한 배경 아래, μm 오더의 정밀한 조립 정밀도를 조정하는 스킬이나 노하우를 가진 작업자는 본체 조립 공정밖에 없었다. 즉, 유닛 ASSY 공정에서 조정 작업을 실시한다고 결정해도, 거기에는 스킬이나 노하우를 갖춘 작업자가 없었다.

반대로, 유닛 ASSY 공정 작업자로부터도 불안의 목소리도 나왔다. 조정 작업으로 인해 부담이 늘어난다고 느낀 작업자가 있었기 때문이다.

그래서 나카무라토메정밀공업은 터렛과 주축을 각각 2개 갖춘 복합 가공기 ‘WT-150II’로 새로운 모듈러 생산을 시행. 유닛 ASSY 공정의 리드타임을 늘리고, 작업 인원도 늘렸다.

또한 본체 조립 공정에서의 조정 작업 스킬과 노하우를 가진 작업자가 유닛 ASSY 공정 작업자에게 조립 정밀도의 조정 작업 방법을 가르쳐 주도록 부탁했다. 그 결과, “완성도가 높은 유닛을 구축할 수 있어 보람을 느꼈다”(야마무라 사장). 유닛을 만드는 단계에서도 작업자의 ‘혼’을 담을 수 있게 되었다고 한다.

 -- 끝 --

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