절차의 불확실성을 극복하여 폐기 및 재작업 감소
스웨덴 파거스타, 2020년 6월 — 제품 품질은 제조업의 핵심 성과 지표입니다. 많은 공장들은 ISO, NADCAP, API 와 같은 품질 표준 인증을 획득하는 것이 작업의 품질을 보증한다고 생각합니다. 사실, 이 표준들은 허용 수준 안에 드는 완제품을 만드는 방법에 초점을 맞추기보다는, 불량품을 거부하는 절차를 수립하는 데 집중하고 있습니다.
제조업체 제품 품질의 진짜 모습은, 공장의 품질 관리 구역에서 ‘재검사’ 스티커나 꼬리표를 부착한 부적합 제품들이 모여있는 곳에서 나타납니다. 꼬리표는 가공물이 어떤 이유로 불량 판정을 받았거나 재작업을 위해 생산팀으로 반환되어야 하는지 보여줍니다. 제조 공정이 예상을 충족시키지 못하면 폐기 및 재작업이 발생합니다. 특히 가공을 비롯한 몇몇 공정은 여러 변수의 상호 작용을 기반으로 하므로 불확실성과 어느 정도의 불안정성이 존재합니다. 제조업체는 불확실성의 원인을 알아내고, 불확실성이 어떻게 발생하는지 이해하고, 이를 해결할 방법을 찾는 것이 중요합니다. 그러나 많은 경우 프로세스 불확실성의 원인을 인식하지 못하거나 무시하고 표준 관행으로 받아들입니다. 결국 불확실성을 극복하고 불량품과 재작업을 줄이는 것은 작업 현장의 직원들의 인식, 지식, 동기 부여에 달려 있습니다.
불확실성의 원천
경쟁이 치열해지면서 제조업체는 비용 절감 분석을 수행해야 합니다. 분석에는 재료, 공구 및 가공 시간에 대한 지출 조사가 포함됩니다. 시간 낭비 원인들을 찾아서 제거하면 상당한 비용을 절약할 수 있습니다(그림 1 참조). 비용 분석에 사용되는 기법에는 OEE 및 린(Lean) 프로그램 등이 있습니다. 그러나 이러한 분석은 제조 공정을 일종의 독립된 ‘단순한 상자’로 보는 시각에 기반하는 경우가 많습니다. 공장에서 원자재 또는 반제품을 상자에 넣으면 가공 공정이 진행되고, 일정 수의 가공물이 완제품 또는 다른 상자로 향하는 반제품이 되어 상자를 빠져나갑니다.
가공 변수 인식
분석에서는, 현실 세계에서 모든 제품이 적합품인지 완전히 확신할 수 없다는 점을 종종 잊곤 합니다. 부적합한 제품은 재작업하거나 폐기해야 합니다.
부적합 제품의 수는 제조 공정의 변수가 얼마나 면밀하게 제어되는지에 따라 달라집니다. 예를 들어 단조 공정은 매우 복잡하지 않으며 극도의 정밀도가 필요하지 않습니다. 따라서 이러한 프로세스는 비교적 제어 가능하고 신뢰할 수 있으며, 품질 적합품의 예상 수량을 일관되게 제공할 수 있습니다. 이와는 대조적으로 다른 제조 공정에는 결과의 예측 가능성을 떨어뜨리는 여러 변수가 존재합니다. 상자에서 나오는 적합품의 수를 안정적으로 예측할 수 없습니다.
“모든 가공 공정을 전혀 신뢰할 수 없다”는 것은 과장된 표현이지만, “완벅한 예측은 불가능하다”는 말은 매우 정확합니다. 가공에는 많은 변수가 수반됩니다. 절삭 공구와 가공물 소재는 강한 절삭 부하와 높은 온도에 노출됩니다. 힘과 온도의 조합은 복잡하고 유동적인 상황을 만들어냅니다. 공구의 경도는 효과적인 절삭 능력을 결정하며, 경도는 실온과 가공 중에 상승하는 온도인 800˚C 사이에서 달라집니다. 열은 공작물 소재의 가공 특성에도 영향을 미칩니다. 변수의 영향은 예측할 수 없습니다. 특정 응용 가공에 대해 절삭 조건이 지정되어 있어도 작동 중에 존재하는 정확한 값은 알 수 없습니다. 표면 조도나 치수의 결과가 달라지면 부품이 재작업 또는 폐기함으로 보내질 수 있습니다.
부품이 품질 부적합 판정을 받는 경우 두 가지 영역을 검사해야 합니다. 한 영역은 기술적입니다: 제조업체는 실제로 어떤 일이 일어나고 있는지 파악하고, 어떤 변수가 예상치 못한 결과를 초래했는지 파악한 후 문제 해결 방법을 결정해야 합니다. 검토해야 할 다른 영역은: 부적합품 생산에 의한 재정적 영향을 결정하는 것입니다. 여기에는 예상치 못한 폐기 또는 재작업 비용을 계산하고 회사가 이를 어떻게 처리할지 결정하는 것이 포함됩니다.
대량 생산 시나리오에서는 일반적으로 부적합품의 수를 수백 또는 수천 개 생산되는 전체 가공물의 수와 통계적으로 비교합니다. 장기적인 생산 실행을 통해 공장은 작업을 분석하고, 불량이 발생한 요인을 기록하고, 절삭 조건을 업데이트하여 불확실성을 최소화하고 안정성을 극대화할 수 있습니다.
그러나 다품종 소량 생산에서는 불량을 검사하고 원인을 제거하기 위해 가공 공정을 변경할 시간이 거의 없습니다. 단 한 개만 생산하는 경우 문제는 더 커집니다. 공장에서 가공물 소재에 익숙하지 않고 최종 고객은 완성된 부품을 즉시 요구할 경우 문제는 더욱 배가됩니다. 단 한 개만 생산하는 작업에서 불량이 나오면 처음부터 다시 가공해야 하므로, 비용이 증가하고 고객에게 실망감을 줄 수 있습니다.
대량 생산의 경우 불량품 생산의 원인을 제거하는 것은 비교적 간단합니다. 기술 담당자가 프로세스를 검토 및 업데이트하고 시험 실행을 거쳐 해결책을 도출합니다. 실제 대량 생산 시나리오에서 불량품의 수는 총 생산량에 비해 상대적으로 매우 적으며 비용도 무시할 수 있습니다. 그러나 다품종 소량 생산 또는 단 한 개만 생산하는 경우, 부적합품 생산 비용으로 인해 수익 마진이 심각하게 감소하거나 심지어 영업 손실이 발생할 수도 있습니다. 제조업체는 극도로 제한된 시간 내에 양품을 생산할 수 있는 기회가 단 한 번뿐입니다.
숨겨지거나 무시되는 비용
총 제조 원가에 포함되어야 하는 일부 비용이 숨겨지거나 무시되기도 합니다. 예를 들어 디버링 비용을 들 수 있습니다. 가공된 표면 조도가 사양과 일치하고 모서리와 형상이 도면의 요구 사항과 일치하면 공작물이 완성된 것으로 간주됩니다. 버(burr)가 있는 물건은 완성품이 아닙니다. 버(burr)는 가공 품질 저하를 의미하지만, 공정의 정상적인 결과로 받아들여지기도 합니다. 어떤 경우든 버를 제거해야 하며, 이를 수행하는 데 드는 비용이 상당할 수 있습니다. 실제 사례로, 5축 밀링 장비를 갖춘 고도로 자동화된 한 공장에서 수동 디버링이 필요한 가공물을 생산했습니다. 궁극적으로 디버링에 소요되는 시간과 인건비는 완성품 원가의 20%를 차지했습니다.
부품의 비용 및 가격 계산은 가공 공정을 기반으로 하지만, 여기에 디버링 또는 기타 2차 작업 비용은 빠져있는 경우도 많습니다. 이러한 비용은 무시할 수 없는 수준이 되기도 합니다. 총 제조 비용을 정확하게 파악하려면 숨겨진 비용을 인식하고 줄여야 합니다.
공구 선택
적절한 생산 장비와 공구를 사용하면 가공 작업의 변동성을 최소화할 수 있습니다. 크고 견고한 공작 기계는 일관되지 않은 공작물 치수를 유발하는 기계 가공의 큰 힘을 견딜 수 있습니다. 글래스 스케일, 리니어 가이드 및 열 관리 시스템과 같은 공작 기계 기능은 정확도를 극대화합니다.
절삭 공구 선택은 변동성을 제한하는 데 중요한 역할을 합니다. 지난 20~30년 동안 공구 선택 방식은 진화해 왔습니다. 이전에는 기본적으로 최고 생산 속도를 제공하는 고성능 공구와 부품당 최저 비용을 제공하는 경제적인 공구로 선택이 나뉘었습니다. 그러나 어떤 경우에는 최고 성능의 공구가 상대적으로 취약한 경우도 있었습니다. 잘 작동할 때는 훌륭하게 작동했지만 신중하게 사용해야 했습니다. 저렴한 가격의 공구는 고성능 공구의 속도와 생산성에 미치지 못했지만, 생산성이 낮은 대신 가격 이점이 있었습니다.
오늘날 공구를 선택할 때 형상, 속도 및 이송을 선택하기 전에 가장 먼저 고려해야 할 사항은 공구 성능 측면에서 사용자에게 필요한 것이 무엇인지입니다. 대량 생산(양산) 작업의 경우 금속 제거율을 극대화하는 공구와 공구 수명을 극대화하는 공구가 여전히 필요합니다. 극도의 정밀 가공 분야에는 가공 치수, 마모 특성 및 응용 파라미터에서 극도의 정확성을 염두에 두고 개발된 공구가 필요하지만, 공구 비용이 많이 들기도 합니다.
다품종 소량 생산 시나리오가 빈번하게 발생하는 오늘날에는 최초 가공물의 품질이 기대치를 충족하는 것이 매우 중요합니다. 프로세스 개발 시간을 최소화하면서 다양한 상황에서 작동하는 공구에 초점을 맞추고 있습니다. 이것이 바로 다목적(범용) 공구 개발의 배경 철학입니다 (사이드바 참조). 공구의 기능과 한계를 잘 알고 있는 생산 엔지니어와 작업자가 사용한다면, 안정적이고 다용도로 사용할 수 있도록 설계된 공구는 많은 경우에 해답이 될 수 있습니다. 적은 수의 다목적 공구로 작업하면, 작업자가 시간이 지남에 따라 공구 성능을 학습하고 이해하면서 다양한 가공에 적용할 수 있습니다.
다목적 공구들을 잘 활용하면 불량품 생산을 최소화할 수 있으며, 공정 신뢰성이 높아지면 재무 관리자가 실제 비용과 수익 마진을 정확하게 파악할 수 있습니다.
필수적인 기여
최근 전 세계가 팬데믹 바이러스와 싸우면서 제조업의 성공에 있어 사람의 역할이 강조되고 있습니다. 네덜란드의 한 고도로 자동화된 공장은 생산 직원 중 다수가 자택에 머무는 바람에 생산량을 줄여야 했습니다. 로봇, 컴퓨터, 인공 지능의 강력한 존재에도 불구하고 사람이 사라지면 생산성이 저하됩니다. 사람이 여전히 제조 생산성의 핵심 요소임은 분명합니다. 교육을 받고 유연하며 동기를 부여받은 제조 인력은 다품종 소량 생산 상황과 같은 생산 시나리오에 적응할 수 있으며, 급변하는 환경에서 예상치 못한 문제가 발생했을 때 빠르게 대응하여 생산을 신속하게 처리할 수 있습니다. 컴퓨터 조작 기술도 필요하지만, 가공 공정이 어떻게 작동하는지에 대한 감각, 예상되는 최종 결과에 대한 그림, 그리고 그 목표를 달성하려는 열망도 그에 못지않거나 그보다 더 필요합니다.
다양한 요구 사항을 충족하는 세코의 다목적 공구
대부분의 공장장들은 ‘현존하는 최고의 공구’를 확보하는 것이 자신의 임무라고 생각합니다. 하지만 "공구에 기대하는 바가 무엇인가?"라는 질문에 대한 답을 찾지 못했습니다. 어떤 공장에서는 최대 금속 제거율(Q)이 가장 중요하지만, 다른 공장에서는 안전하고 신뢰할 수 있는 무인 야간 생산을 위해 길고 일관된 공구 수명이 필요합니다.
‘최고의 공구’란 각 공장의 부품, 가공물 소재, 공작 기계 및 생산 일정에 정확히 맞는 공구를 뜻합니다. 공구를 선택한 후 초경 재종, 형상, 속도 및 이송에 대한 논의를 시작할 수 있습니다.
공구를 선택하려면 조직의 전반적인 업무 내용과 흐름에 대한 검토도 필요합니다. 최근의 한 예로, 한 기계 공장 소유주는 툴링에 연간 20만~25만 유로를 지출하고 있다는 사실을 깨달았습니다. 회사의 공구 재고를 확인한 결과 약 70만 유로의 재고가 있는 것으로 나타났습니다. 이 공장은 일반적으로 소량의 부품을 생산했으며, 새로운 가공물이나 소재가 등장할 때마다 공장장은 작업에 가장 적합하고 성능이 뛰어난 공구라고 생각되는 것을 추가했습니다. 그 결과, 공장에는 아무도 사용법을 모르는 최고의 공구와, 일회성 작업용으로 구입해 더 이상 쓸 일이 없는 공구들의 재고가 쌓이게 되었습니다.
비슷한 상황을 피하기 위해 세코는 다목적(범용) 공구 제품군을 보유하고 있습니다. 이 공구는 반드시 최고의 성능을 제공하는 것은 아니지만, 신뢰할 수 있고 사용하기 쉬우며 광범위한 가공물 소재 및 부품 형상에 매우 생산적으로 적용할 수 있도록 설계되었습니다. 하루는 강, 다음 날은 스테인리스 강, 그 다음 날은 알루미늄, 주말에는 티타늄을 가공할 수 있는 다목적 공구입니다. 오늘날 제조업의 특징인 다품종 소량 생산 프로젝트를 효율적으로 처리하는 데 필요한 성능과 유연성의 균형을 맞추기 위해 차선책이 아닌 우선적으로 필요한 하는 공구입니다. 숙련된 작업자는 다목적 공구를 사용하여 생산성과 경제성을 모두 향상시킬 수 있습니다.
