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Nikkei X-TECH_2022.12.21

내시경의 왕자 올림푸스의 공장 혁신
‘절묘한 조합’을 뛰어넘는 다음 한 수는 무엇인가
내시경의 왕자 올림푸스의 공장에 잠입

일본 기업의 특기인 ‘절묘한 조합’에 그치지 않고 다음 한 수를 놓는다. 의료용 소화기 내시경(이하 내시경)에서 약 70%로 독보적인 세계 시장 점유율을 자랑하는 올림푸스. 그 경쟁력을 한층 더 높일 수 있도록 올림푸스는 주력 생산 거점인 아이즈 올림푸스(후쿠시마현 아이즈와카마쓰시)의 아이즈공장에서 생산 혁신을 가속하고 있다.

내시경 업체가 공장 취재를 허용하는 것은 드문 일이다. 비밀의 베일에 가려진 아이즈공장에 닛케이 크로스네크가 잠입했다. 올림푸스는 일부지만 공장 내 촬영도 허용했다.

아이즈공장의 특징은 지금까지 강점이었던 ‘고도 정밀 가공 기술’과 ‘장인의 기술’과의 조합에, 한층 더 새로운 기법을 더해 품질이나 생산 효율을 비약적으로 높이려고 하고 있다는 점에 있다. 그 기법이란 자동화 및 디지털 어시스트(디지털에 의한 지원 기술)이다.

-- 올림푸스의 공장 혁신은 여기가 다르다 --
“내시경 만들기는 미세함을 추구하는 싸움이다”(아이즈 올림푸스). 기능을 보다 높이면서 환자의 부담을 줄이기 위해 신체 내에 삽입하는 가늘고 부드러운 튜브(연성 튜브나 벤딩 유닛, 선단부)를 보다 가늘게 만들 필요가 있기 때문이다.

특히 가는 타입에서는 선단부 직경이 3mm 정도 밖에 되지 않는데, 그 안에 촬영 유닛이나 렌즈 유닛, 송기/송수 노즐, 겸자용 채널, 조명용 렌즈(라이트 파이버)를 고밀도로 구현해야 한다. 고기능화에 따라 구현하는 부품은 늘어나지만 직경은 유지하거나 더 작게 하는 설계가 요구된다.

게다가 취급하는 제품(내시경)의 종류는 400개가 넘지만 각각 생산량은 적다. 아이즈 올림푸스는 '다품종 극(極) 소량생산'이라고 표현할 정도다. 제품의 종류마다 서로 다른 극히 세세한 작업을 보다 효율적으로 소화하기 위해 올림푸스는 자동화와 디지털 어시스트를 도입했다.

도입한 것은 아이즈공장 중 [1] 벤딩 유닛 공정, [2] 렌즈 공정, [3] 촬영 유닛 공정, [4] 최종 조립 공정의 4곳이다.

이들 공정에 (1) 프레스 가공의 자동화, (2) 연마 가공 조건의 보정 자동화(디지털 자동 연마 가공 기술), (3) 작업 분석(인공지능(AI)을 사용한 고도 기능 작업의 분석과 설비가동률의 디지털화), (4) 정밀 조립의 디지털 어시스트, (5) 고정밀 프리즘 유닛의 접합 자동화, (6) 최종 조립의 자동화(차세대 조립 라인), (7) 제조 기록의 자동화 등의 자동화 또는 디지털 어시스트 기술을 투입하고 있다.

<표> 아이즈공장의 공정과 도입한 자동화 및 디지털 어시스트

-- 부수 작업을 하기 위한 자동화 --
가장 먼저 확인해야 할 것은 자동화나 디지털 어시스트에 관한 올림푸스의 기본적인 생각이다. 올림푸스는 ‘인간을 완전히 대체할 수 있는 자동화는 없다’고 생각한다. 고도 기술자나 작업자를 배제한 완전한 무인화를 위해 자동화나 디지털 어시스트를 도입하는 것은 아니다.

오히려 귀중한 시간을 인간만이 할 수 있는 작업 영역으로 이전시키기 위해서 자동화나 디지털 어시스트를 추진한다. 예를 들면, 이미 작업을 완벽하게 습득한 구 제품의 생산은 자동화하고, 난이도가 높은 새로운 작업에 도전해야 하는 신제품 생산에 고도 기술자나 작업자를 투입한다.

아울러 인간과 자동화 설비는 각각 담당하는 작업을 분리해야 한다고 올림푸스는 생각한다. 인간에게는 부가가치를 창출하는 '중요 작업'을 맡기고, 자동화 설비에는 '부수 작업'을 맡기는 것이다. 부수 작업이란 직접 부가가치를 창출하지는 않지만 중요 작업을 하는 데 꼭 필요한 작업을 말한다.

예를 들면, 부품을 접합하는 작업(중요 작업)을 인간에게 맡기는 한편, 그 부품을 운반하는 작업(부수 작업)은 자동화 설비가 담당하는 것이다. 그럼 각 공정과 거기에 도입된 자동화 및 디지털 어시스트를 살펴보자.

-- 벤딩 유닛 공정, 워크 셋팅과 탈부착 자동화 --
내시경에는 연성 튜브의 선단부에 의사의 조작으로 휘어지는 벤딩 유닛이 있다. 이것을 만드는 것이 [1]의 벤딩 유닛 공정이다. 다수의 링을 와이어로 연결시킨 구조이다.

이 공정에서는 우선 스테인리스강제 파이프에서 레이저 가공기를 사용해 링을 잘라낸다. 다음으로는 잘라낸 하나하나의 링의 연결부(링과 링을 연결하는 부분)를 프레스 가공으로 평평하게 성형한다. 평평해지면 거기에 와이어가 통과하는 부품을 스폿 용접으로 가고정한 후에 은납땜으로 제대로 고정한다.

그리고 링의 관절부를 리벳으로 고정시켜 각 링을 연결한 뒤 은납땜으로 와이어와 관절을 고정한다. 이렇게 만들어진 벤딩 유닛에 스테인리스강 와이어를 엮은 보강용 블레이드를 씌우면 마지막으로 마무리와 검사를 한다. 이것으로 벤딩 유닛은 완성된다.

아이즈공장은 이 공정에서 링과 링을 연결하는 연결부를 평평하게 성형하는 (1)의 프레스 가공을 자동화했다. 부품 공급 장치와 로봇, 카메라 모듈로 자동화 설비를 구성. 잘라낸 링을 부품 공급 장치로 운반하고, 카메라 모듈로 링의 위치나 자세를 판단한 후에 로봇으로 파지한다.

파지한 링을 프레스기에 셋팅해 프레스 가공한 후에 성형한 링을 로봇이 떼어내는 구조이다. 즉, 기존에는 프레스기에 대한 워크(링)의 셋팅과 탈부착 같은 부수 작업을 작업자가 했지만, 이 부분을 자동화 설비로 대체한 것이다.

현재 가동 중인 이 프레스 가공 자동화 설비는 1대이다. 이 1대로 2명의 작업자를 이 작업에서 해방시켰다. 23년도에는 1대를 추가로 도입할 계획이다. 아이즈 올림푸스는 최종적으로 총 3대를 도입할 생각이다. 24시간 가동도 가능하고 비용도 낮출 수 있을 것으로 보인다.

-- 극소 부품의 취급은 자동화가 곤란 --
다만 아이즈 올림푸스에는 이 벤딩 유닛 공정의 모든 것을 자동화할 계획은 없다. 기술적으로 만들기 어려운 데다 전환에 대한 대응도 어려워지기 때문이다. 예를 들면, 요관에서 신우를 관찰하는 극세 내시경의 경우는 링의 직경이 2mm 정도밖에 되지 않는다.

이들 링을 연결하는 리벳의 지름은 0.1mm 정도로, 입김에도 쉽게 날아갈 정도로 작다. 이를 작업자가 현미경으로 보면서 일일이 핀셋으로 집어 관절부에서 고정해 나간다.

이 같은 극소 부품을 정확하게 파지해서 운반하고 효율적으로 장착하거나 분리하는 자동화 설비를 설계/제작하는 것은 기술적으로 어려운 것으로 알려졌다. 게다가 자동화 설비는 전용 기기가 되기 때문에 정형 작업을 빠르고 정확하게 해낼 수 있는 반면 다품종 소량 생산에는 적합하지 않다.

다품종 소량생산에서는 차례차례 다른 제품을 생산하기 때문에 전환이 빈번하게 발생하지만 전용 기기는 유연성이 떨어지기 때문이다.

그래서 아이즈공장에서는 이러한 극소 부품을 취급하는 제품에는 작업자가 대응한다. 위에서 말한 리벳으로 고정하는 작업에는 현재 3명을 배치하고 있다. 한 명의 작업자가 3개 공정에 대응할 수 있는 다능공(Multi-skilled Worker)화도 추진하고 있다고 한다.

-- 끝 --

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