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[TECH] 제조 공정 낭비 컨트롤하는 실용적인 방법

제조업체, 진정한 진단·스마트한 제조 전략 채택·운영핵심 완벽 이해해야

[산업일보]
제조업체에 맞는 진정한 진단을 위해서는, 제조업체 운영의 핵심을 완벽하게 이해하는 것이 필수적이다.

제조업체에는 생산성과 효율성을 극대화하는 방안을 끊임없이 모색하고 있다. 오늘날 이러한 노력은 클라우드 컴퓨팅, 데이터 주도 제조, 사이버-물리 시스템, Industry 4.0과 같은 전문 용어가 빈번하게 등장하는 높은 수준의 프로그램을 수반한다. 이러한 첨단 도약은 훌륭한 컨셉이며 이에 따라 괄목할만한 성과를 얻을 수 있다. 그러나, 제조 업계의 현실은 이와 같은 야심적인 계획의 이행과 종종 상충되며, 제조 공정에서 컨트롤 할 수 없는 낭비가 존재한다는 것이야 말로 실질적인 현실이다.

디지털화와 최적화를 논의하기 전에 제조업체에는 공정을 조사하고, 어디에서 낭비가 발생하는지 확인하고, 낭비를 줄이거나 없애는 방법을 개발하는 것이 필요하다. 낭비 관리는 제조 회사에서 정교하고 스마트한 제조 전략을 채택하기 위한 첫 번째 단계다.

[TECH] 제조 공정 낭비 컨트롤하는 실용적인 방법
제조 공장의 모든 요소및 요소 간 상호 작용의 전체 이미지(NEXT STEP 모델 및 개념)

생산 경제학의 기본 원리
제조는 일련의 형질전환 공정이다. 작업장에서는 단조, 용접, 기계 가공과 같은 개별적인 형질전환 작업 과정을 연속적으로 거쳐 원재료를 가공 또는 반가공 피삭재로 만든다. 이 작업 공정은 다수의 요소로 구성된다. 예를 들어, 기계 가공의 기본 요소에는 절삭공구, 공작기계, 설비, 절삭유가 포함된다. 이러한 요소가 모여 생산 시스템에서 관련 장비와 구성 요소의 지원을 받는 기계 가공 시스템을 형성한다.

계획, 프로그래밍 및 경제적 관리 기능이 생산 시스템을 구성해 생산 환경을 만든다. 생산 환경을 만드는 핵심 요소는 사람이다. 아무리 오늘날 제조업계에서 컴퓨터, 로봇 및 기타 첨단 기술이 광범위하게 이용된다 할지라도, 생산 환경 전반을 컨트롤 하는 결정을 내리는 것은 사람이다.

기계 가공 공정은 공구 선택, 절삭 조건, 프로그래밍, 피삭재 재질과 설비 배치와 관련한 기술적인 작업 세부 사항에 따라 달라진다. 다른 핵심 세부 사항으로는 생산량 필요조건과 가공 피삭재의 요구 특정 품질이 있다.

기술적인 공정과 경제적인 이슈를 연결하는 것을 생산 경제학이라고 부른다. 생산 경제학이라는 과학의 목적은 관련된 모든 요소들의 균형을 유지하는 것이다. 기술적으로는 피삭재 품질, 수량, 적시성 측면에서 원하는 결과가 도출되면서도, 기업의 수익 창출이 가능한 비용으로 공정이 수행돼야 한다.

기계 가공 공정에서 산출량과 비용의 균형은 세 단계를 통해 달성된다. 첫 번째 단계는 안정적인 기계 가공 공정을 설립하는 것이다. 이는 공구 파손, 칩 제어 불능, 그로 인한 피삭재 손상과 같은 예기치 않은 사건을 최소화하기 위해 필수적이다. 현장에서는 부하 용량이 기계 가공 공정에서 생성되는 기계, 열, 화학 및 마찰 부하를 충족하거나 초과하는 공구를 선택해 공정의 안정성을 확립한다.

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STEP에서 개발된 전체 가공성 모델

균형 잡힌 생산 경제학 달성 2단계는 실제 상황에서 기계 가공 공정에 가해지는 제약 사항을 반영하는 절삭 조건의 선택이다. 절삭 공구의 이론적인 가능성은 무궁무진하다. 그러나, 현장의 특정 상황이 효과적인 작업 매개변수의 범위를 제약한다.

예를 들어, 공구의 능력과 성능은 공작 기계의 전력, 피삭재 재질의 기계 가공 특성, 진동과 변형에 취약한 부품 구성에 따라 달라진다. 이론적으로는 적용 가능한방대한 절삭 조건 선택 영역이 있지만, 불행히도 현실에 서 야기된 제한 사항이 가능한 선택의 범위를 한정한다.

실제 절삭 공정시 다양한 조건에서 선택 영역이 더 작은 부분과 감소한 양으로 분할된 절삭 속도, 절삭 깊이, 이송의 큰 선택 영역 또는 양을 보여준다.

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절삭 환경에서 비롯된 제약 사항 내에서 사용할 수 있는 모든 절삭 조건 조합 모음을 보여주는 3D 삽화

특정 상황에서 공정 제약 사항을 벗어나는 절삭 조건을 적용하면 비용 상승과 생산성 하락을 야기해 경제적으로 부정적인 결과가 발생한다. 기계 가공 중 경험하는 문제의 원인 중 약 90%는 작업장 현실에 맞지 않는 절삭 공정에 대한 고려 부족이다.

작업 현장의 제약 사항을 절삭 조건이 넘어서지 않으면, 기술적인 관점에서는 공정에 문제가 없다. 그러나, 기술적으로 문제없는 조건들의 조합이 항상 경제적인 결과를 도출하는 것은 아니다. 절삭 조건을 변경하면 기계 가공 공정의 비용이 달라진다. 기술적 안정성을 지니며 또한 보다 적극적인 방향의 절삭 조건으로 바꾸면 가공 피삭재의 산출량이 증가하지만, 절삭 매개변수도 공구 수명 단축의 원인이 되므로 어느 지점을 지나면 생산성이 감소한다. 그러면 시간이 지날수록 마모된 공구를 바꾸는 데 시간을 더 많이 쓰게 되므로 부품의 산출량도 감소한다.

생산 산출량과 제조 비용이 균형을 이루는 절삭 조건 조합이 어딘가에는 존재한다. 그림 4는 절삭 조건, 생산성, 공구 및 기계 비용 간 관계를 보여준다. (그래프에서는 절삭 조건 변경에 따라 달라지는 요소에만 집중한다. - 재질, 제조간접비, 관리 및 엔지니어링 비용은 포함돼 있지 않다.) 오른쪽으로 갈수록 조건이 더 적극적이고 위로 올라갈수록 생산성이 높다. 그래프 중앙의 담청색 부분은 생산성(최고 산출량)과 절약(최저 비용)의 균형 잡힌 혼합이 도출되는 절삭 조건을 나타낸다.

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절삭 조건, 생산성, 기계 가공 비용 간 관계. 이 그림은 낭비 요인을 고려하지 않고 간소화한 모델을 보여준다.

따라서, 균형 잡힌 생산 경제학 달성의 3단계는 주어진 상황에 대한 최적 절삭 조건 조합 결정을 수반한다. 기계 가공 작업 과정의 모든 요인을 고려해 원하는 생산성 및 절약 수준이 절삭 매개변수에서 제공되는 작업 영역을 확립하는 것이 필수적이다.

낭비가 생산 경제학에 미치는 영향
불행히도, 균형 잡힌 생산 경제학의 우아하며 과학적인 방법은 낭비에 따라 실적이 좌우된다. 낭비는 균형을 파괴하며 다양한 방식으로 발생한다. 예를 들어, 15kW의 전력을 사용하는 공정을 60kW의 전력의 공작기계로 가공하는 것은 에너지와 전력 낭비다. 다른 예로, 가공 피삭재가 요구되는 품질 수준을 충족하지 못하면 공정에 투자한 시간, 돈, 자원이 낭비된다. 마찬가지로, 적정 요구 품질 수준을 불필요하게 넘는 경우도 비용 증가로 인한 낭비를 야기한다.

낭비가 발생하는 불분명하고 납득하기 어려운 경우는 지적 자원이 잘못 사용된 경우이다. 회사 내의 특정 인력이 목표 달성에 도움이 되는 지식 또는 기술을 가지고 있음에도 불구하고, 커뮤니케이션의 부족부터 사내 정치의 이유까지 온갖 이유로 지식과 기술이 공유되지 않는다면 지식과 기술은 낭비되는 것이다.

낭비 절감 수단
낭비 요인이 파악되고 분류가 된 후에, 현장에서는 그 낭비를 줄이거나 제거할수 있는 계획을 마련해야 한다.
현장에는 낭비를 야기하는 관행을 적시하고, 측정해, 최소화할 수 있는 수단이 광범위 하게 있다. 예를 들어, 공구 사용, 조작 및 열화 분석으로 낭비를 발생하는 부분을 파악할 수 있다.

이러한 분석을 통해 일부의 경우 마모됐다고 확인된 공구 중 최대 20~30%가 실제로는 여전히 사용 가능한 것으로 드러났다. 명확한 공구 마모 기준을 확립하고 현장 담당자와커뮤니케이션하는 것만으로 낭비되는 공구 수명을 잡을 수 있다.

이와 마찬가지로, 공작 기계에서 설정, 프로그래밍, 공구 변경과 같은 활동에 소요된 시간을 측정해 기기 가동 중지 시간을 분석한다. 이 분석으로는 꼭 필요하지만 시간이 걸리는 일을 더 잘 이해하고, 절차에 맞게 수행함으로써 가동 중지 시간의 50-60%는 줄일 수 있다는 결과를 도출 할 수 있다.

인터뷰, 설문조사, 훈련 프로그램을 사용하면 실현되지 않은 지식과 기술뿐만 아니라 지적 자원의 낭비로 이어지는 직원 문제를 다룰 때 유용한 많은 정보를 찾아낼 수 있다. 그러면 직원이 직무를 더 잘 수행하며 직원 생산성을 극대화하는 능력을 단련하게 된다.

가치 부가, 가치 활성화 및 불필요한 활동 관리
20세기 초, 미국 산업 엔지니어인 Fredrick Taylor는 현장의 공정을 연구해, 최종 생산품에 가치있는 영향을 주지 않는 부분은 공정에서 배재해, 생산성을 개선하자는 제안을 내놓았다. 현대의 ´린(lean)´ 제조 가이드라인은 이와 동일한 사고 체계를 따른다.

기계 공정에서, 진정한 부가 가치 창출 활동은 공구가 실제로 금속을 절삭하고 칩을 만들 때만 발생한다. 이 외에 다른 활동, 예를 들어 가치 활성화 활동이라고 부르는 부품 적재 및 설비 배치와 같은 다른 작업은 제조된 생산물에 직접 가치를 부가하지 않지만, 가치 부가 활동이 발생하려면 반드시 필요한 활동이다.

기계 가공 시스템에서 세 번째 활동 그룹은 불필요한 활동이다. 이러한 활동은 가치를 창출하거나 가치 창출을 활성화하지 않으면서 아무런 편익 없이 자원만 소비하는 낭비의 원인이다. 불필요한 활동의 예에는 문제 해결이 있다. 애초에 공정을 제대로 설계하고 관리하면 문제가 생기지 않고 문제 해결에 시간이 낭비되지 않는다.

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기계 가공 작업장 및 관련된 모든 요소의 계통도

과거에는 불필요한 활동이 제조 공정의 일부로 용인되고, 균형 있는 생산 경제학 달성의 주요 방해 요인으로 생각되지 않았다. 그러나 최근 경제적인 생산의 초점은 불필요한 활동의 배제 또는 최소화로 전환되고 있다. 생산성에 집중하기, 또는 생산량 계획은 용량 계획의 초점이 불필요한 활동의 배제, 가치 활성화 활동의 최소화, 가치 부가 활동 최적화에 맞춰지고 있다.

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가치 부가 활동(주황색), 가치 활성화 활동(파란색) 및 낭비 활동(빨간색)의 개요. 인적 요인(회색)이 제조 최고 성과의 최적 달성에 도달하는 핵심 요인이다.

낭비를 없애면 이론에 머무는 생산 경제학이 실용적인 방법이 된다. 이렇게 되면 생산 경제학의 발전을 회사 성공에 바로 적용할 수 있다. 그러나, 낭비의 모든 원인을 제거하는 과정에서 주의가 필요하다. 낭비 절감 활동의 투자수익률을 계량화하는 것이 중요하다. 특정 낭비 발생의 완전한 배제는 규모가 너무 커서 낭비 또는 그 일부를 수용하고 감수하는 것이 경제적인 관점에서 더 나을 수 있는 투자를 수반할 수도 있다. 이러한 결정은 회사 목표와 철학에 어떤 영향을 미치는지에 대한 사내 논의뿐만 아니라 적절한 정량 분석에 따라 달라진다.

제조 생산물이 더욱 정교해지면서 사용자가 새로운 기술에서 최대 편익을 실현하는 데 보다 많은 지원이 필요해지고 있다. 기계 가공에서는 초기 지원 수준이 특정 작업 과정에 적합한 공구 선택의 지침이 된다. 공구를 선택한 후에는 추가 정보가 최적 절삭 조건 선택, 냉각제 및 기타 고려 사항을 진척시킨다. 그 후에 만약 그 공정에서 공구가 예상한 대로 작동하지 않으면 공구 업체가 문제를 해결해 줄 수 있다. 이 세 가지 지원 방식으로 전통적인 툴링 서비스를 제공한다.

툴링 서비스가 한 공정에만 적용되다가 확장돼 하나 이상의 기계에서 여러 작업 과정에 피삭재가 사용되는 공정을 다루게 되면, 최종 사용자가 작업 과정, 피삭재 조작 및 기타 요인의 순서를 배열해 효율성과 생산성을 극대화하는 지침을 요구하게 된다. 이런 수준의 지원을 엔지니어링 서비스라고 부른다.

제조업체에서는 전체 작업장 또는 조직의 기능, 산출량, 비용 관리를 개선하는 방안을 더 빈번히 모색하고 있다. 이러한 경우에 일부 독립적인 컨설팅 회사에서는 자칭 관리/제조 컨설팅이라는 것을 수행한다. 그러나, 제조업체에 맞는 진정한 진단을 위해서는, 제조업체 운영의 핵심을 완벽하게 이해하는 것이 필수적이다.

Seco는 오랜시간 축적한 기계 가공 공정 및 툴링에 대한 포괄적인 이해를 적용해, 전통적인 툴링 서비스와 엔지니어링 서비스는 물론, 더욱 넓은 시야의 컨설팅을 수 십년 동안 제공하고 있다. 이러한 서비스는 구체적인 조건 또는 상황을 바탕으로 제공됐는데, 2016년에 Seco는 더욱 간소화되고 즉각 대응하는 제조 서비스를 제공하기 위해 Consulting Services를 조직했다.

 
이상미 기자 sm021@kidd.co.kr

반갑습니다. 편집부 이상미 기자입니다. 산업 전반에 대한 소소한 얘기와 내용으로 여러분들을 만나겠습니다.

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