산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2020.7. 특집 요약(1) (p61~85)

창업 100년, 마쓰다 생산 기술의 저력
‘Mass Craftsmanship’

올해 창업 100주년을 맞이한 마쓰다는 누구나 알고 있는 대기업이지만, 자동차 제조사로서는 세계 시장 점유율이 2%에 불과한 ‘업계의 스몰 플레이어’(마쓰다)다. 그런 마쓰다가 자동차 업계에서 살아남기 위해 주력하고 있는 것은 ‘변종변량 생산’과 장인 기술을 양산화하는 ‘Mass Craftsmanship’이다. 상품 경쟁력을 높이는 다양성과 볼륨의 효율을 높이는 공통성을 양립시키기 위한 생산 기술을 살펴본다.

Part 1. 총론
‘작은 자동차 제조사’의 생산 기술 / 상품력과 생산성의 두 마리 토끼를 잡는다

마쓰다는 연간 매출이 3조엔 이상이며 종업원 수도 약 5만명에 이르는 대기업이지만, 스스로를 ‘작은 자동차 제조사’라고 표현한다. 실제 생산 대수는 연간 150만대 안팎이지만, 세계 시장에서의 점유율은 2%에 불과하다.

2020년 5월14일에 발표한 2019년도(2020년 3월기) 결산에서는 코로나19에 의한 시장 한파의 영향으로 판매 대수는 감소해 감수감익이 되었다. 그러나 코로나19의 영향뿐만 아니라 환율 및 재료 가격의 상승과 같은 마이너스 요인이 총 900억엔이나 누적된 가운데 감익 폭을 400억엔까지 줄일 수 있었던 것은 “영업의 노력과 원가 절감 등 오퍼레이션의 노력이 있었다”(마쓰다)라고 설명한다. 2019년에 발표한 ‘MAZDA3’ 및 SUV ‘CX-30’의 제 7세대로 불리는 새로운 제품군의 판매도 호조를 보였다.

마쓰다가 치열한 세계 경쟁에서 살아남기 위해서는 ‘좋은 상품을 충실한 라인업을 통해 저비용으로 제공한다’는 제조업의 기본을 철저히 준수하는 수 밖에 없다. 1,000만대 급 생산량을 자랑하는 자동차 제조사와 동일한 방법으로는 그들과 대적할 수 없다. 이에 마쓰다는 “만들기 쉬운 것을 추구하는 제조로부터의 전환을 도모해, 고객의 가치 창출에 공헌할 수 있는 제조를 목표로, 개발과 생산 부문이 공동으로 추진해 왔다”(마쓰다 이사전무 집행위원 아야메(菖蒲) 씨).

-- 계기는 포드 그룹 산하로의 참가 --
“1990년대까지는 규모를 확대하는 것이 최고의 경영 목표가 되어 있었다”(아야메 씨). 그 결과, 상품의 라인업 및 판매 채널을 너무 늘려 구색을 갖추데 주력한 나머지, 각각의 상품 경쟁력을 높일 여력이 없었다. 무리한 할인 판매로 인해 브랜드 가치가 훼손되는 악순환에 빠지게 되었다.

그 결과, 마쓰다는 미국 포드 모터(Ford Motor)의 산하에 들어가게 된다. 1996년에 포드의 출자 비율이 33.4%가 되어 사장은 포드로부터 영입하게 되었다. 당시 영국의 재규어(Jaguar Cars) 및 랜드로버(Land Rover), 스웨덴의 볼보(Volvo Cars) 등이 포드 그룹 산하에 합류했다. 이들 각 사가 자사 브랜드의 독립성을 지닌 채, 세계적으로 높은 효율의 개발 및 생산을 하고 있는 모습을 지켜봤다. 또한 이 시기에는 “국내 생산 부문을 지키기 위해 생산 기술이 비약적으로 발전했다”(아야메 씨)라고 한다.

현재는 포드 그룹으로부터 독립(2015년까지 포드가 마쓰다 주식을 전부 매각)했지만, 그 당시의 경험이 2007년에 발표한 상품개발 전략인 ‘서스테이너블(Sustainable) “Zoom-Zoom” 선언’ 및 ‘제조 혁신’에 커다란 영향을 미치게 된다. 제조 혁신의 활동 중에서는 각 부문이 부분 최적화가 아닌, 전체 최적화로 대응하기 위한 시스템으로서 ‘일괄 기획’이라고 하는 콘셉트를 도입했다. 현재는 많은 자동차 제조사에서 동일한 대응책을 도입하고 있으나, 가장 먼저 시작한 것이 마쓰다였다.

일괄 기획은 5~10년 앞을 예상한 상품이나 기술을 개발과 생산 부문이 공동으로 기획하는 것이다. 일괄 기획은 크게 ‘커먼 아키텍처(Common Architecture) 구상’과 ‘플렉시블 라인 구상’의 2가지로 구성된다.

커먼 아키텍처 구상은 말하자면 플랫폼으로 불리는 사고 방식이다. 차 종류마다 개별로 최적화된 개발을 시행하는 것이 아니라, 차격(車格)이나 배기량 차이를 뛰어 넘어 엔진 및 변속기, 샷시 등 각 유닛의 기본 콘셉트를 공통화함으로써 “닮은꼴로 설계한다”(아야메 씨). 이로 인해 볼륨 효율과 차후에 설명할 플렉시블성(유연성)을 높여 모델 베이스 개발(MBD)에 의한 검토 등도 쉽게 할 수 있다.

한편, 플렉시블 라인 구상은 다종다양한 차종을 혼류 생산하는 시스템 구축을 말한다. 마쓰다가 목표로 하는 상품 개발 전략을 실현하기 위해서는 상품 경쟁력을 높이기 위한 다양성과 양산 효율을 높이는 공통성의 양립이 필요하다. 이것들은 원래 트레이드 오프 (Trade off)의 관계이다. 다품종 소량 생산과 소품종 다량 생산을 발전적으로 양립시킨 변종 변량 생산을 실현한다.

각각의 대응과 더불어, 일괄 기획의 특징은 개발과 생산의 관계를 들 수 있다. “과거에는 생산이 개발에 대해 커먼 아키텍처와 같은 공통 구조를, 개발이 생산에 대해 플렉시블 한 생산을 요구해 왔다”(아야메 씨). 그러나, 일괄 기획에서는 역(逆) 방향으로도 요구를 전달한다. 자동차의 구조와 생산 공정을 동시에 고찰함으로써 달성 레벨이 비약적으로 향상되었다.

-- ‘무엇을 만들까’에도 커다란 영향 --
이처럼 일괄 기획에서는 개발과 생산의 공동 작업이 불가결하다. 다른 견해로 보면, ‘어떻게 만들 것인가’뿐만 아니라, ‘무엇을 만들 것인가’에 대해서도 생산 기술이 커다란 역할을 하게 된다.

예를 들어, 마쓰다가 ‘혼동(魂動) 디자인’이라고 부르는 디자인의 실현이 있다. 혼동 디자인은 ‘생명관을 형태로 만든다’라는 콘셉트로 마쓰다의 디자이너가 시행착오 끝에 발견한 디자인이다. ‘이것을 실제 차체에 어떻게 실현시킬까’가 생산 기술의 솜씨를 보여주는 대목인 것이다.

기존의 생산 기술의 사고 방식은 ‘만들 수 있는 것을 효율적으로 만든다”라는 측면이 있어 그 대상으로서 디자인이 다소 희생을 감수해야 되는 경우가 있었다. 일괄 기획에서는 이것을 없애기 위해 ‘어신체(御神体; 모델 형상을 높여 일컫는 말) 활동’이라고 부르는 디자이너와 생산 기술자의 공창(共創) 활동을 실시. 디자이너가 진정으로 원하는 형상을 충실히 또한 효율적으로 만들 수 있는 기술을 현장이 개발하는 방침으로 바꿨다.

마쓰다에서는 이것을 장인 기술의 양산화라는 의미로 ‘Mass Craftsmanship’이라고 부른다. 디자이너가 빚어낸 클레이 모델로 표현한 장인의 기술을 공장에서 가공하는 양산 기술에 녹여 넣는다는 의미뿐만 아니라, 생산 현장에 있어서 숙련 작업자의 기술을 ‘어떻게 해야 높은 재현성으로 자동화할 수 있을까’라는 대응도 포함된다.

외관 디자인뿐만 아니라, 자동차로서 목표로 하는 안락한 승차감 및 운전의 안전성, 저연비와 같은 요구를 실현하는데 있어서도 높은 생산 기술이 요구된다. 차체의 고강성화 및 경량화를 실현하기 위한 기술이다.

차체뿐만이 아니다. 고압축비의 적용에 의해 저연비를 실현한 신개발의 가솔린 엔진 ‘SKYACTIV(스카이액티브)-X’의 실현도 높은 생산 기술력이 있었기 때문에 가능했다. SKYACTIV-X는 압축비를 세계 최고인 16.3까지 향상시켜 비열비를 높여 열효율을 비약적으로 향상시킨 엔진이다. 그 실현을 위해 실린더 헤드 등의 내제 부품의 가공 정밀도를 높일 필요가 있었다.

또한 제품의 기능을 보증하기 위한 기능평가 기술을 확립. 사내∙외 부품을 마쓰다의 공장에서 조립했을 때 비로소 엔진의 기능이 발휘되기 때문에 각 부품의 검사만으로는 엔진으로서의 기능을 보증할 수 없다. 조립품이 된 단계에서 동적인 전수 검사를 하는 기술도 개발했다.

Part 2. 새로운 차체 생산 라인
새롭게 설계된 자동차 혼류 생산에 즉시 대응 / 3가지 모듈로 변화와 차이 흡수

마쓰다의 새로운 차체 생산 라인 ‘플렉시블 모듈 라인’. 그 특징은 타사보다 한 걸음 앞선 유연성에 있다. 마쓰다는 이 새로운 라인을 2019년 4월에 우시나(宇品)공장(히로시마 시)의 차량 조립 라인에 도입. SUV ‘CX-30’의 양산을 시작으로, 순차적으로 도입을 확대해 나갈 계획이다.

플렉시블 모듈 라인의 유연성이 뛰어난 점은 2가지다. 우선 소형차에서 대형 SUV에 이르기까지 서로 다른 차종을 제조할 수 있는 ‘혼류 생산(Combine Process)’이 가능하다는 점. 또 다른 하나는 향후에 설계가 크게 다른 신형차가 등장하더라도 그 변경을 수용해 생산할 수 있는 태세를 갖추고 있다는 점이다.

혼류 생산 자체는 일본 제조사에서는 드물지 않다. 그러나 아직 보지 못한 미래의 자동차 설계 변경에도 생산 라인을 대폭적으로 개조하지 않고도 대응할 수 있다는 점은 괄목할 만 하다.

-- 설계 진화로의 대응과 생산 효율의 양립 --
지금까지 마쓰다는 새로운 자동차를 개발할 때마다 생산 라인도 쇄신해왔다. 산업용 로봇 및 설비를 철거해 공장의 바닥을 비운 후, 로봇이나 새로운 전용 설비를 배치해 생산 라인을 재구축하고 있었다. 하지만 이대로라면 투자가 늘어나 가동 직후에는 재작업도 늘어나게 된다. 생산 측의 입장에서는 최대한 생산 라인 변경을 원치 않아 새로운 설계의 자유도에 대한 제약을 설계 측에 부과할 수 밖에 없었다.

마쓰다는 그 해결책으로, 추진하는 ‘제조 혁신’의 원점으로 되돌아가 개발 부문과 생산 부문이 일체가 되어 제품의 진화, 즉 설계의 자유도를 방해하지 않으면서 생산의 효율화를 도모하는 방법을 모색했다. 그 결과, ‘제품’과 ‘공정’의 양립으로 ‘고정’하는 부분과 ‘변동’시키는 부분과의 경계를 재검토하게 되었다. 차종에 따라 바뀌지 않는 공통 부분을 고정해, 바뀌는 부분을 변동 부분으로 흡수한다는 발상이다.

-- 변동 부분의 작업을 모듈로 흡수 --

Part 3. 장인 기술의 양산화
최소의 연삭(硏削) 양으로 디자인을 살린다 / 진화를 이어가는 금형의 절삭과 연마

마쓰다의 생산 기술에 있어서 커다란 테마는 ‘장인 기술의 양산화’이다. 마쓰다는 이것을 ‘Mass Craftsmanship’이라고 부른다. 희소성과 감동의 기반이 되는 장인의 수작업과 단기간/저비용/에너지 절약/고정밀도와 같은 고도의 생산성을 실현하는 기계나 로봇 기술을 고차원으로 융합하려는 시도이다.

바꿔 말하자면, 고객 가치의 주축으로서 마쓰다가 주력하는 ‘혼동(魂動; Soul of Motion) 디자인’을 제품으로서 정확하게 실현하는 생산 기술을 추구하는 것이다. 디자이너가 최종적으로는 클레이 모델을 수작업으로 완성시킨 형태를, 그 의도를 파악해 그대로 재현하는 것이 목표이다. 물론 생산 현장에서는 기계나 로봇뿐만 아니라, 사람에 의한 작업도 혼재되어 있어 그것들을 적재적소에 구분해서 사용한다.

-- 디자이너의 마음을 헤아린다 --
-- 공구를 움직이는 방향과 속도를 재고 --
-- 연마 양은 최대한 적게 --
-- 공작기계의 열 변형을 줄인다 --

-- 도장(塗裝)에서는 장인 기술을 정량화 --
이처럼 혼동 디자인을 실현하기 위해 프레스용 금형을 절삭해 연마하는 공정 자체와 더불어 각각의 작업 공간에 대해서도 깊이 연구하고 있다. 물론 혼동 디자인의 실현에는 프레스용 금형뿐만 아니라, 다종다양한 작업이 필요하다.

차체의 패널 성형에서는 과거에도 세밀한 프런트 필러를 실현하는 금형 기술 및 수지 성형품의 수축을 고정밀도로 예측하는 기술을 발전시켜왔다. 또한 도장에 있어서는 ‘투명감이 있는 빨강’이나 ‘마그마와 같은 약동감’과 같은 디자인의 의도(디자인 감성)를 색채나 금속의 반사율 등의 광학 특성으로 변환해 그것을 실현하는 도막(塗膜) 구조를 생각한다. 그리고 그 도막 구조를 실현하는 재료나 장치를 개발하면서 숙련된 작업자의 장인 기술을 계측하여 정량화해 양산 라인에 적용하고 있다.

Part 4. 경량∙고강성∙저(低)진동
1,310MPa 급 강판을 냉간 프레스 / 자동차 최초 감쇠 접착제가 진동을 억제

마쓰다의 ‘모노즈쿠리(제조) 혁신’의 베이스는 개발 부문과 생산 기술∙생산 부문과의 공창(共創)에 있다. 그 성과가 가장 크게 나타난 것 중 하나는 자동차의 몸체이다. 마쓰다는 가벼우면서도 강성이 높을 뿐만 아니라, 저진동의 몸체를 만드는 기술을 개발해 실용화에 이르렀다.

자동차 몸체를 한층 더 가볍게 하기 위해 마쓰다는 인장 강도가 1,310MPa 급의 초 고장력 강판(슈퍼 하이텐)을 일반적인 프레스 가공, 즉 냉간 프레스로 성형한 부품을 몸체로 채택했다. 2019년 5월에 시장에 투입한 세단 / 해치백 ‘MAZDA3’에서 세계 최초로 양산화에 성공해 그 이후 채택을 확대, SUV ‘CX-30’에서도 사용하고 있다. 재료 제조업체인 JFE스틸이 강판 개발, 신일철주금(新日鉄住金; 현재 일본제철)이 공법 개발에서 마쓰다와 손잡고 탄생시킨 기술이다.

CX-30을 사용한 것은 판 두께가 1.6mm의 힌지 필러 레인포스먼트와 1.8mm의 프런트 필러 이너이다. 전자는 깊이가 있을 뿐만 아니라, 복잡한 요철을 동반한 부품으로 성형 불량이 발생하기 쉬운 형태. 후자는 깊이가 얕으며 전체가 휜 형이므로 측법 정밀도를 내기 힘든 부품이다. 마쓰다는 이것들을 가공이 어려운 초 고항장력 강판을 냉간 프레스로 성형해 제조하는 가공 기술을 개발한 것이다.

강판은 인장 강도가 클수록 연성(延性)이 떨어질 뿐만 아니라, 항복응력이 높아져 냉간 프레스 성형 후에 기존 형태도 돌아가려는 스프링 백의 영향이 커진다. 이것이 성형을 어렵게 하는 최대 이유다.

강판을 가열해 부드럽게 만들어 프레스 성형을 하는 열간 프레스(핫 스탬프)를 사용하는 방법도 있지만, 가열한 만큼 생산 비용이 높아진다. 이에 마쓰다는 최대한 비용을 줄이기 위해 초고장력 강판의 냉간 프레스 성형을 고집했다. 마쓰다는 “비용을 기존의 1.2배로 줄였다”고 한다.

-- 공법과 CAE를 조합시킨다 --
-- 접착제로 유능제강(柔能制剛)의 몸체 --
-- 시속 100km의 로드 노이즈를 5dB 저감 --

Part 5. 고정밀도 가공∙계측
`광 주파수 빗(Optical Frequency Comb)’으로 전수 인라인 정밀 측정 / 종이 1장 반의 두께로 공차(公差)를 사수

‘SKYACTIV-X’는 자동차 엔진에 있어서 마쓰다의 높은 기술력을 세계에 다시 한번 입증시켰다. 가솔린을 연료로 하면서 양산형 가솔린 엔진으로 압축착화(壓縮着火, HCCI)에 의한 희박연소(稀薄撚燒, Lean Burn))를 세계 최초로 실현했다. 마쓰다가 지금까지 추구해 온 열효율을 더욱 끌어올려 연비를 종래의 가솔린 엔진에 비해 약 30% 향상시킴으로써 세계 최고의 수준이 되었다. 또한 토크(회전력)도 10%이상 향상시켰다.

마쓰다가 이 엔진을 개발할 수 있었던 커다란 이유 중 하나가 “개발 부문과 공장이 팀을 이룬 것에 있다”(마쓰다). 양 부문에서 목표를 공유해 서로 의견을 조율하면서 제조 품질까지 생각한 개발을 추진했기 때문이다. 개발 부문에서만 개발을 진행시켰다면 만들 수 없었다고 말한다(마쓰다).

마쓰다에서는 SKYACTIV—X가 높은 연비를 실현하기 위해 필요한 기술을 생산기술 부문 및 공장이 이해함으로써 ‘불가능’ 또는 ‘어렵다’와 같은 소극적인 의견은 나오지 않았다. “오히려 도전이라고 생각해 긍정적으로 받아들여 추진했다”(마쓰다)라고 한다.

-- 연비 향상의 이유를 개발과 생산기술로 공유 --
-- 온도와 압력으로 태우는 압축 착화를 실현 --
-- 제조 품질을 전 수 보증 --
-- 실제 차량에 가까운 상태로 동적 계측 --
-- 3종류의 엔진을 혼류 생산 --

 -- 끝 --

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