산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2023.8 (p14-17)

테슬라보다 '40년 먼저' 가는 공작기계
Citizen Machinery의 자동화 공장에 잠입하다

“우리는 이미 30년, 40년 전부터 하고 있어요. 뭘 새삼스럽게? 이런 느낌입니다”. 미국 테슬라가 선보인 전기자동차(EV)의 새로운 생산방법 ‘Unboxed Process’ 아이디어에 대해 이렇게 농담을 던지는 사람은 일본의 공작기기 업체 Citizen Machinery의 생산기술부 직원이다.

Unboxed Process는 이른바 모듈러형 생산 방법이다. 어느 정도 정리된 부품 단위인 '모듈'을 개별 조립한 뒤, 모든 모듈을 모아 한 대의 완성차로 조립한다. 자동차업계에서는 획기적이라는 목소리가 나오는 아이디어지만 공작기계 업계에서는 다른 모습을 보인다.

자동차와 공작기계는 제품의 기능도 사용방법도 사용환경도 다르기 때문에 비교할 대상이 아닐지도 모른다. 하지만 생산에 관한 아이디어라는 점에서는 공작기계 업계에서 모듈러형 생산 방법은 전혀 새로운 것이 아니다.

-- 야간에는 완전 자동화 --
2023년 5월말, 필자는 Citizen Machinery의 가루이자와 본사 공장(나가노현)에 ‘잠입’했다. 이 회사는 NC(컴퓨터 수치제어) 자동선반(이하 자동선반)에서 세계 시장점유율 1위를 차지하고 있다. 현재는 풀 생산 상태에 있으며 조립 구역은 출하 전의 공작기계로 가득 차 있다.

세계 전기자동차(EV)의 보급 동향을 파악하기 위해 엔진 부품 가공용 자동선반의 경신 수요에는 다소 신중하지만 현재는 대량의 수주잔고를 안고 있고 납기는 7~8개월이라고 한다. 실적은 호조를 보이고 있어, 이번 분기(2024년 3월기)는 3기 연속으로 매출액 과거 최고를 경신할 것이라고 한다.

이 공장의 특징을 한마디로 표현하자면 '철저한 자동화 공장'이다. 취재할 때는 많지는 않아도 작업자가 작업을 하고 있었지만 야간(저녁 이후)에는 거의 완전 자동화로 변한다. 감시하는 사람조차 없다. 작업자는 주간에만 현장에 있지만 생산설비는 야간에도 가동되고 있다.

공작기계의 공구(칼)의 수명 관리는 IoT(사물인터넷)로 실시하는 등 설비 트러블이 되도록이면 발생하지 않도록 매일 보수 점검을 철저히 하고 있다고 한다. 어떠한 트러블로 인해 생산설비가 멈춘 경우는 알람이 울리지만 감시원이나 작업자가 달려와 조치를 취하지는 않는다. 그만큼의 생산 지연은 휴일 작업으로 충분히 메울 수 있다. 반대로 말하면 그 정도로는 문제가 발생하지 않는다는 것이다.

-- 로봇과 갠트리 로더(Gantry Loader)로 운반 --
이 공장은 크게 (1)선반 구역, (2)머시닝 구역, (3)모듈 조립 구역, (4)본체 조립 구역으로 이루어진다. 우선, (1)의 선반 구역에서는 주축을 대표로 원통형 모양의 부품을 가공. 기계구조용 탄소강으로 된 견고한 둥근 봉(워크)의 외경 및 내경을 선삭하여 자동선반(제품)의 심장부라 할 수 있는 주축을 정밀하게 가공한다.

여기서 눈에 띄는 것은 각 선반 옆에 수직 다관절 로봇(이하 로봇)이 반드시 1대 설치돼 있다는 점이다. 워크를 파지해 선반에 공급하거나 선삭 후 선반에서 떼어내는 작업을 이 로봇이 맡는다. 로봇이 직접 선반에 워크를 공급할 수 없는 경우에는 선반 상부에 설치된 갠트리 로더(운반장치)와의 사이에서 워크를 전달한다. 이렇게 해서 워크를 운반하거나 떼어내는 작업을 자동화하는 것이다.

-- FMS에서 절삭을 자동화 --
선삭 이외의 부품 가공은 (2)의 머시닝 구역에서 실시한다. 이곳은 말 그대로 머시닝센터(MC)에서 부품을 절삭하는 공정이다. 주물제 침대나 공구대 등의 워크에 밀링 가공이나 천공 등을 실시한다.

이 구역은 플렉시블 생산시스템(FMS)으로 구축돼 있다. 눈길을 끄는 것은 천장까지 닿을 것 같은 좌우 한 쌍의 거대한 선반(랙, Rack)이다. 선반 수는 244개. 여기에 팰릿(Pallet)에 실은 가공 전 워크를 수납한다.

생산계획에 따라 랙 사이 중앙을 이동하는 모노레일 스태커 크레인이, 팔레트별로 워크를 랙에서 꺼내 랙 옆에 있는 가로형/세로형 MC까지 운반한다. 절삭이 완료되면 다시 워크를 랙으로 운반한다. 이렇게 해서 워크를 MC로 운반하고 꺼내는 작업을 자동화하고 있는 것이다.

작업자의 업무는 전날 가공한 워크를 랙에서 꺼내고, 그날 가공할 워크를 랙에 투입하는 일이다. 이러한 작업은 셋업 스테이션에서 실시한다.

의외였던 것은 거물급 부품인 침대를 생산하는 장소다. 필리핀 혹은 베트남에서 주조하여 이 공장까지 운반해 온다고 한다. 이렇게 큰 중량물을 일본까지 수송하는 것은 비용이 많이 든다.

본래라면 가능한 한 가까운 곳에서 조달하고 싶을 것이다. 그런데 그것이 불가능하다. 주조라는 위험이 따르는 고된 일을 담당하는 기업이 일본에서 점점 줄어들고 있기 때문이다. 그 때문에 해외 조달에 의지하고 있는 것이 현실이라고 한다.

이 머시닝 구역에 이어지는 구역은, 서두에서 언급한 테슬라의 새로운 생산 방법의 구상을 앞서는 30~40년의 실적을 자랑하는 조립 구역이다.

-- 걸림돌은 배선 작업 --
여기서 자동화를 막고 있는 것이 호스나 전선의 배선 작업이다. “복잡하고 정교한 작업이 필요한 데다 간섭이나 단선, 오접속 등의 위험이 따르기 때문에 배선 작업이 가장 까다롭다. 조금이라도 틀리면 커버에 닿아 쓸려서 구멍이 난다. (조립하는) 순서를 틀리면 움직였을 때 호스에 구멍이 생길 수도 있다”(Citizen Machinery).

이 조립 작업을 지원하기 위해서 Citizen Machinery는 작업지시시스템을 도입했다. 액정 디스플레이 화면에 일러스트가 부착된 작업 순서를 표시해, 나사의 체결 장소나 조임 토크, 사용하는 공구 등을 작업자에게 알려준다.

사용하는 공구가 보내는 신호를 수신해 작업이 제대로 이루어졌는지 여부도 시스템 측에서 확인한다. 정확하게 작업을 마치지 않으면 다음 작업으로 진행할 수 없는 구조로 되어 있기 때문에 작업 실수를 방지할 수 있다.

다만 숙련도가 높은 작업자는 이틀이면 작업에 익숙해져 작업지시시스템을 사용하지 않고 조립 작업을 할 수 있다고 한다. 스킬이 높은 작업자에게는 오히려 번거로운 시스템으로 변질되는 것 같다. “처음에 제대로 지도하면 작업 실수를 최대한 줄일 수 있다. 그 증거로, 해외에는 이 작업지시시스템을 도입한 공장은 없지만 그래도 작업 실수는 발생하지 않았다”(Citizen Machinery).

이렇게 해서 기본 사양의 본체를 조립한 후에는 수주를 받고 고객 사양을 만족시키는 옵션 부품을 장착해 나간다. 옵션으로는 회전등이나 운반로봇, 고압펌프, 집진기 등이 있다. 기본 사양을 '계획 생산'하고, 수주 후에 고객 사양을 충족하는 제품으로 만들어 나가는 이미지다.

한 업계의 ‘상식’은 다른 업계에게는 ‘비상식’이나 ‘참신’, ‘획기적’이 되는 경우도 있다. 새로운 아이디어를 원할 때 다른 업종을 찾아보는 것은 효과적인 방법 중 하나일 것이다.

 -- 끝 --

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목차

도전자
1. ’우리들에게 실패는 없다’, 다채로운 기술로 승부
고세키(小関) 니텍 부사장 겸 CTO(최고기술책임자)

심층 뉴스
1. ’40년 앞’을 선도하는 테슬라의 공작기기, 시티즌머시너리의 자동화 공장에 투입
2. 쏘아 올린 10기 중 성공은 2기뿐, 초소형 인공위성의 약점

REPORT
1. 도요타가 기가캐스팅 도입 검토, 차세대 EV에서 공정과 코스트 반감 노려
2. 반도체 부족 시기에 공장 배치 개선, 라인 정지를 단행한 OKI넥스테크

특집1
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PART 1. SEAL 상륙
배터리 제조사에서 세계 2위의 EV 제조사로, 비약하는 BYD의 세계 전략 차량 수준은 어느 정도일까?

PART 2. 배터리 편
보디 구조를 겸한 배터리팩으로 인해 너무도 어려웠던 분해, 리사이클과는 상성이 나빠

PART 3. 전동 액슬 편
‘8in1’으로 소형∙경량∙저비용, 선도하는 파워트레인 통합화

PART 4. 열 매니지먼트 편
테슬라의 ‘옥토’를 뛰어넘는 ‘노나’ 밸브가 핵심, 8가지 모드로 냉각과 가열을 조절

특별 연재
가와사키중공업의 ‘수소 프론티아’ 개발 스토리 최종회
-- “이런 작은 구멍만으로도 모든 것이 수포로 돌아간다고!”

숫자로 보는 현장
조사 테마 ‘제조업에 있어서의 생성 AI 활용 실태’
70%가 생성 AI 활용에 긍정적, 기대감은 높지만 정확도에 우려도

사고(事故)는 말한다
공기 중의 유기물로 인해 발화된 것일까? 파나소닉의 제습기, 설계 오류로 리콜

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4번째 조건: 품질 오류의 온상인 ‘힘 희롱(Power Harassment)’을 없애라
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