일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2023.7.19

'디지털 카이젠(개선)’으로 경쟁력을 높인다
다이킨 공장의 최전선을 취재

다이킨공업이 디지털 기술을 사용한 개선 프로세스, '디지털 카이젠(改善)'을 추진하며 공장의 경쟁력을 더욱 높이고 있다. 화상처리와 인공지능(AI), 애플리케이션 소프트웨어를 적극적으로 활용. 지금까지 작업자의 역량에 의지해온 작업을 디지털로 대체함으로써 한층 더 품질 향상 및 시간 단축을 실현하고 있다.

다이킨공업의 가정용 에어컨 생산에 있어 글로벌 마더팩토리(Mother factory)인 시가제작소(滋賀製作所, 시가 현)의 디지털 카이젠의 최전선을 취재했다.

다이킨공업 공장의 가장 큰 특징은 무수한 종류의 제품을 얼마만큼의 양이든 만들어낼 수 있는 ‘혼류(混流) 생산’이다. 혼류 생산을 위해 공장에서는 1개의 생산 라인에 하나씩 다른 종류의 제품을 흘려 보내 조립하는 ‘One piece flow(한 개씩 흐름 생산)’를 실천하고 있다. 잘 팔리는 제품은 많이 생산하고 덜 팔리는 제품은 적게 생산할 수 있어 시장의 수요에 유연하고 빠르게 대응할 수 있다.

반면, 이러한 생산 방법은 작업의 누락 등 미스가 발생할 위험이 높아진다. 작업자는 컨베이어 위를 흘러가는 제품(본체) 하나하나에 대해 각각 다른 부품을 장착하기 위해 위치와 방법 등도 바꿔야 하기 때문이다.

-- 불량품을 후공정에 흘려 보내지 않는 ‘자동화’--
이러한 작업 미스를 방지하기 위해 기존에는 부품의 장착 상태를 작업자가 육안으로 확인했다. 그러나 이러한 방법은 작업자의 업무 부담이 크다. 작업자는 검사를 위한 스킬과 노하우를 익혀야 하며, 혹시 모를 실수를 막기 위해 신중한 확인 작업이 필요하기 때문이다.

그래서 다이킨공업은 작업 미스 확인 작업을 디지털 기술로 대체했다. 생산라인에 2개의 카메라를 설치하고, 하나는 바로 위에서, 다른 하나는 옆 방향에서 작업자의 작업 동작을 촬영. 이를 통해 얻은 영상을 바탕으로 작업을 분석한다.

구체적으로는, 골격 추정 기술을 사용한 동작 분석을 실시한다. 우선, 촬영된 영상에서 제품의 위치와 사람의 위치를 특정. 이어서 사람의 화상으로부터 골격을 추정하고, 그 자세 데이터로부터 손의 움직임이나 각도를 추출. 주변의 화상 인식으로부터 위치를 검출해 작업이 올바르게 이루어졌는지를 자동으로 판정한다.

판정 결과, ‘OK’라면 후공정에 흘려 보내고, ‘NG’의 경우에는 그 자리에서 컨베이어를 멈추고 확인하도록 한다. 즉, 이상이 발생하면 설비와 기계, 생산 라인이 즉시 정지해 불량품을 만들지 않는 도요타 생산 방식의 ‘자동화’ 구조를 도입한 것이다. 다이킨공업은 1970년대 도요타 생산방식을 도입했고, 시가제작소는 이를 기반으로 한 ‘다이킨 생산 방식’으로 가동되고 있다.

-- 열교환기 배관검사에 AI 도입 --
보급 기종의 열교환기 배관을 셋팅 하는 공정에도 자동 화상 검사를 도입했다. 열교환기 내 냉매가 흐르는 배관이 올바르게 셋팅되었는지를 작업자 대신 확인한다. 일견 비슷해 보이는 배관이라도 사양은 미세하게 달라 작업자가 육안으로 확인하는 것은 부담이 컸다.

이 자동 화상 검사에서는 무인 운반차(AGV)에 실려 운반되는 열교환기를 카메라로 촬영. 그 영상으로 화상 대조를 통해 배관의 셋팅이 올바른지 여부를 자동적으로 판정한다. 또한 AI를 사용한 기계학습으로 정밀도를 높이고 있어, OK인지 NG인지 단번에 판단할 수 있다.

NG일 경우에는 차단기를 내려서 AGV가 멈추도록 해 잘못된 배관의 열교환기를 후공정으로 보내지 않는 구조를 도입했다. 여기서도 역시 자동화 컨셉트이 관철되었다.

이러한 디지털 및 자동화 기술의 도입은 품질이나 생산 효율을 높이는 반면, 설비가 증가한다는 과제가 있다. 예를 들어, 다이킨공업은 열교환기의 ‘올(All) 알루미늄화’를 뒷받침하는 양산설비 도입도 적극 추진하고 있으며, 해외에서의 잇따른 공장 신설로 설비보전 업무가 증가하고 있는 상태이다. 하지만 보전 담당자의 인원 수는 한정되어 있다. 이 문제를 해소하기 위해 다이킨공업은 디지털 기술을 활용한 예방보전에도 주력하기 시작했다.

-- 상태 모니터링으로 고장 전에 대처 --
다이킨공업은 예방보전을 2개의 축으로 진행하고 있다. 하나는 평균 고장 간격(Mean Time Between Failure, MTBF)의 연장으로, 설비의 고장 발생 빈도를 줄이는 것. 다른 하나는 평균 복구 시간(Mean Time To Repair, MTTR)의 단축으로, 설비의 수리 시간을 단축하는 것이다.
 

구체적으로, 전자에서는 설비 상태를 모니터링해서 설비가 고장이 나기 전에 대처해 가능한 한 고장을 일으키지 않도록 하는 이른바 예지보전이다. 그래도 고장이 발생한 경우에는 후자로 대응한다. 즉, 고장 상황과 처치 상황을 ‘가시화’해 신속하게 해결하는 대응이다. 이 두 가지에 다이킨공업은 디지털 기술을 적극적으로 도입하고 있다.

설비의 평균 고장 간격을 연장하는 대응은 예를 들면, 열교환기의 알루미늄 합금 핀(방열판)을 성형하는 프레스기(핀 프레스기)의 상태를 모니터링하는 것이다. 이 핀 프레스기에서 중요한 부분은 클러치 브레이크이다. 고장이 나면 수리에 오랜 시간이 걸리기 때문이다.

그래서 다이킨공업은 이 클러치 브레이크에 대한 모니터링을 시작했다. 구체적으로는, 모터의 전류값이나 슬라이드의 정지 위치는 물론, 클러치가 연결된 뒤 슬라이드가 움직이기 시작할 때까지의 시간(클러치 응답시간)도 상시 모니터링하고 있다. 클러치 브레이크 마찰판의 소모가 진행됨에 따라 클러치가 연결되어 슬라이드가 움직일 때까지의 시간이 느려지는 경향이 있다.

그림 6이 클러치 응답 시간에 대한 모니터링 데이터의 이미지이다. 가로축이 시각, 세로축이 클러치가 응답하기까지 걸린 시간(클러치 응답시간)이다. 실제로 클러치가 동작하면, 동작에 걸린 시간이 데이터로 갱신되어 축적되는 구조로 되어 있다.

이러한 모니터링을 통해 설비의 불량 부분에 대한 진단 시간과 복구에 필요한 시간을 단축하는 동시에 고장에 의한 다운타임(시스템을 이용할 수 없는 시간)을 줄여 나갈 수 있다.

-- 보전 앱 개발 --
한편, 설비의 평균 복구 시간을 단축하는 상징적인 대응은 고장이나 처치 상황 내용을 가시화하는 시스템의 도입이다. 이를 위해 다이킨공업은 보전 앱을 개발. 고장이나 처치 상황의 상세 내용을 가시화하고 보전 담당자의 신속한 대응을 촉구하고 있다.

다이킨공업이 개발한 것은 스마트폰 상에서 사용할 수 있는 앱이다. 설비에 고장이 발생하면 보전 담당자가 그 설비의 장소에 도착해 ‘예방보전’ 버튼을 클릭한다. 그러면 'QR 스캔' 버튼이 뜨고 이를 클릭한 후 각 설비에 부착된 QR코드를 스마트폰 카메라로 읽는다. 이후 등록 버튼을 클릭하면 화면이 업데이트되고 고장 발생 장소와 대응 상황, 누가 대응하고 있는지, 수리가 언제 시작되었는지 등이 표시된다.

조치가 완료되면 대응한 보전 담당자가 ‘수리 완료’ 버튼을 클릭하고, 이어서 ‘등록’한다. 그러면 대응 상황과 수리 종료 시간, 실제 수리에 걸린 시간 등의 데이터가 표시된다.

조치에 들어간 지 일정 시간이 지나도록 수리가 종료되지 않을 경우 '지원 요청'이라는 글자가 뜬다. 이것은 보전 사무소에 설치된 디스플레이에도 표시되며, 보전 사무소에 있는 보전 담당자가 지원을 위해 현장에 출동하는 구조이다.

이러한 고장이나 조치 상황을 알 수 있는 가시화 시스템의 도입으로 다이킨공업은 기존에 안고 있던 과제를 해소할 수 있었다. 생산 현장에서 보전 담당자로의 복구 의뢰 지연이나 보전 담당자의 지원 출동 지연 등의 과제이다.

다이킨공업의 디지털 카이젠은 지금, 다음 단계로 나아가고 있다. 고장 및 조치 상황의 가시화로 얻은 모니터링 데이터와 설비 진단 데이터를 활용해 디지털트윈으로 진화시키는 대응을 실시하고 있다. 올해 안에 1개의 고장 모드에 대한 대응을 완료. 그리고 그것이 완료되면, 그 다음 단계로 다른 설비나 공장으로 수평 전개해나갈 방침이다.

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