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제목 자동화 시스템의 올바른 선택
작성자 플라스틱코리아
글정보
Date : 2019/06/28 12:23

 

 

대량으로 사용되는 소모품을 생산하기 위한 복잡한 자동화 시스템을 공장에 설치하고자 하는 경우 이 작업을 성공적으로 이끌기 위해 필수적으로 고려해야 할 팁을 소개한다. 경쟁이 치열한 오늘날의 제조 분야는 보다 효율적이고, 때로는 복잡한 자동화 시스템을 사용하는 것이 그 어느 때보다 중요하다. 자동화 시스템의 도입 필요성은 여러 가지 근거를 지니고 있다. 가장 분명한 몇 가지를 살펴본다.

 

노동력 부족

낮은 실업률과 과거보다 엄격해진 노동법들은 숙련된 노동력의 부족을 낳고 있다. 숙련된 작업자, 가공기술자, 유지보수인력 부족은 공장 전체의 효율성 향상뿐 아니라 효과적인 자동공정의 도입을 절실히 요구하고 있다.

 

오염 문제 및 부품 품질

의료용 또는 고급 전자제품은 작업자의 손이 닿아 생길 수 있는 오염에 매우 민감하거나 입자(먼지, 액체) 또는 DNA로 인한 오염 발생이 허락되지 않는 경우가 많다. 섬세한 표면구조, 부드러운 소재, 매우 얇은 구획, 극히 예민한 치수 등 부품의 민감성 때문에 적절하게 제어되지 않은 사람과의 접촉은 부품을 손상시키거나 품질을 저하시킬 수 있다. 사람 손에 많이 접촉할수록 품질은 불량 가능성이 커진다.

 

생산성

자동화 시스템은 수작업보다 작업이나 검사속도가 빠를 뿐 아니라 공간도 적게 차지하는 경우가 많다. 자동화된 시스템은 휴식시간이 필요하지도 않고, 사람이 작업하는 경우와 비교해 성과 변동이 없다. 자동화를 통한 검사과정은 수치로 계측이 가능하며, 신뢰성이 훨씬 더 높게 나타난다.

 

전반적 효율성

자동화를 성형기 자체에 직접 적용할 수 있으므로 성형품의 방향이 잘못 되는 일이 절대 발생하지 않기 때문에 고가의 볼피더(bowl feeder) 또는 기타 피딩 시스템을 사용해 바로 잡아줄 필요가 없다. 일단 창고에 부품을 보관해뒀다가 다시 후속공정을 위해 출고해야 하는 번거로운 과정이 요구되지 않아 물류과정이 단순해진다.

여기서 요점은 제조공정에서 사람이 하는 작업이 기계보다 못하다는 주장이 아니다. 올바른 지식과 기술, 준비를 모두 마치면 작업현장 담당자들이 더 높은 수준의 업무를 수행할 수 있도록 무장시킬 수 있으며, 이를 통해 인력 부족, 심지어 비숙련인력 부족까지도 보완할 수 있고, 보다 높은 산출량과 성형품 품질 구현, 저렴한 생산비용으로 전반적 효율성 향상이 가능하다는 것을 보여주는 것이다.

 

 

자동화를 위한 직원들의 준비

 

매우 복잡하고 까다로울 수 있는 자동화 시스템을 이해하고, 작동하고, 유지관리할 수 있는 충분한 인력을 갖추지 않으면 안 된다.

 

‘급한 불 끄기’(긴급히 그때그때 문제만 해결하는) 관행을 없애라

최근 들어 업계가 겪고 있는 큰 문제 가운데 하나는 2008년 경제위기 이후 많은 회사가 유지보수직원을 크게 줄이고, 금형 제작 또는 금형 유지보수작업을 아웃소싱해왔다는 점이다. 몇 년 동안은 이것이 큰 문제가 되지 않았다(특히, 사업이 부진했기 때문에 불황 이후 최초 2년 동안은 그랬다), 그 후에도 일상적인 라인 작동에는 크게 영향을 미치지 않았다.

하지만 자세히 들여다보면 갈수록 많은 수의 기업이 이 같은 만성적 직원 부족으로 인한 ‘급한 불 끄기’ 관행을 정상적인 운영상태로 받아들이고 있다. 복잡한 고속자동화 시스템 운영에 있어 이런 상황은 결정적인 방해요인이다.

 

 

두려워해서는 안 된다

사출기에서 성형품을 취출해 다른 곳으로 가져다 놓거나 통 안으로 떨어트리는 수준의 경험만을 지닌 성형업체가 복잡한 고속자동화 시스템을 구현하는 것은 사실 겁나고 실패할 가능성이 매우 높은 접근방식이다. 첨단자동화 도입을 고려하기에 앞서 성형업체는 단순한 수준의 자동화부터 시작해 복잡한 자동화까지 점진적으로 경험해가면서 자동화 프로세스 노하우를 넓혀가는 것이 중요하다.

이 같은 점진적 기술 축적과정 없이는 세계 최고의 자동화 시스템도 최상의 효과를 발휘하지 못할 것이다. 왜냐하면 이런 축적된 기술 없이는 자동화 시스템의 적절한 이용에 필수적인 자체 문제해결능력과 프로세스 최적화가 매우 어렵기 때문이다. 공장직원들이 자동화를 이용한 작업에 대해 자신감과 의욕을 느끼며 두려워하지 않아야 한다.

 

그 가치를 이해하도록 하라

공장관리자가 자동화의 가치를 이해하는 것뿐 아니라 시스템을 일상적으로 다루는 사람들이 그 가치를 아는 것이 매우 중요하다. 이 같은 문화는 의식적으로 만들어내야 하지, 저절로 생겨나는 것이 아니다. 관련자 모두가 프로젝트 시작부터 참여해야 하며, 해당 프로젝트에 대한 예상치와 자동화가 가져올 실적에 대해 모두가 동일하게 이해하는 것이 중요하다는 것을 명심해야 한다. 이 세 가지 사항은 듣기에는 간단하고 당연한 것처럼 보인다. 하지만 실제 사출성형업체들이 자동화 프로젝트에서 성공을 거두지 못하는 있는 가장 큰 이유가 되고 있다.

 

자동화 담당팀의 성장과 발전의지

매우 복잡한 자동화는 회사 내 누구나 맡을 수 있는 프로젝트가 아니다. 일반적으로 기술과 지식 개발의욕이 강한 직원들이 맡아야 하고, 이들은 프로젝트와 함께 성장할 수 있다. 사실, 이 프로젝트는 직원들 자신도 미처 깨닫지 못했던 숨겨진 능력을 드러낼 좋은 기회다. 직원들이 가진 숨겨진 능력을 찾아내고, 이를 성장시키고 발전시키도록 돕는 과정이 자동화 과정이 될 수 있다.

 

초기부터 장비 공급 파트너간의 조율 필요

프로젝트 초기부터 성형장비, 금형, 자동화 장비와 관련한 모든 프로젝트 파트너간의 기대치와 전략을 조율하는 것이 중요하다. 실수를 피하고 효율적인 작업 환경을 조성하기 위해 파트너들이 보유한 다양한 지식과 기술을 활용하려면 프로젝트 초기에 작업이 이뤄져야 한다.

이를 통해 자동화 장비 공급업체는 자동화를 어렵게 만드는 금형쪽의 장애물을 해결하고, 거꾸로 금형업체 또한 자동화 설계 기업의 어려움을 해결할 수 있는 경우가 많다. 이러한 실수들을 나중에 제거하려면 원래 계획했던 예산에서 고려되지 않은 추가비용이 발생하고 계획했던 시간 안에 프로젝트를 마치는 것도 어려워진다. 또한, 프로젝트의 진행에 결코 도움이 되지 않는 파트너간의 신뢰와 협조 부족도 피할 수 있다.

 

 

상호 관련책임 범위를 명확히 정할 것

프로젝트의 또 다른 중요한 부분은 팀 구성원(공정 책임, 기계, 전기, 소프트웨어)간의 명확한 상호 관련범위를 정의함으로써 모든 관련자가 효율적으로 함께 작업을 수행하는 동시에 프로젝트의 책임영역이 명확하게 나눠지도록 해야 한다.

 

명확한 사용자 요구사양(URS)

URS(User Requirements Specification)는 프로젝트의 핵심으로 실제 시스템을 사용하게 될 성형업체의 기대치를 명확히 담는 문서다. 이 문서는 성형업체가 자신의 모든 요구, 우려, 한계사항 등을 소상히 밝히기 위해 사용할 수 있는 가장 강력한 툴이다. 최대한 활용하는 것이 유리하다. 그렇게 해야 관련공급업체들이 당신의 공장에서 필요한 사항을 충족시킬 수 있는 온전하고 신뢰할 수 있는 장비 견적을 내놓을 수 있다.

공급업체들에게 귀사의 URS는 시스템을 만드는 바탕으로 사용할 가이드북 역할을 한다. 따라서 URS는 극히 중요하고 충분한 주의를 기울여 상세히 작성해야 한다. 이는 요구하는 시스템이 납기 안에 완성될 수 있는지 그리고 프로젝트 전체가 협력 분위기에서 진행되도록 막대한 영향을 미친다.

 

자동화 시스템 공급업체에 요구되는 사항

자동화 시스템 공급업체는 사출성형 공정뿐 아니라 사출금형 및 사출성형에 일반적으로 나타나는 품질 결함 등에 대한 상당한 지식을 갖추고 있어야 한다. 공급업체는 다양한 플라스틱 원료와 그 원료들의 구체적 거동(MFI, 연성 대 취성, 정전기 거동, 표면 감도, 취출을 위한 실리콘 흡착 컵 사용시 흔적 발생 여부 등)에 대한 지식 또한 지니고 있어야 한다.

공급업체가 이러한 지식을 제대로 갖추고 있지 않으면 프로젝트 지연으로 인한 비용 발생, 추가비용 등의 부담을 지게 된다. 뿐만 아니라, 장비 대 장비 인터페이스에 대해서도 정확히 알고 있어야 한다.

 

 

IMM 자동화에 대한 전문성

전문지식을 제대로 갖춘 공급업체는 사이클타임을 최대한 낮게 유지하는 것이 가장 중요하다는 것을 알고 있다. 사출공정을 잘 아는 파트너라면 사이클타임을 단축할 수 있는 유일한 방법이 금형 개방시간을 줄이는 것이다. 금형 개방시간의 0.5초 단축은 충분치 않은 것 같지만, 5초의 전체 사이클에서 보자면 산출량을 10% 늘려주는 것이다. 이는 연간 57만번 더 많은 사이클타임을 수행할 수 있다는 뜻이다. 예를 들어, 캐비티의 수가 64개라고 했을 때, 이를 곱해주면 대략 1년에 3680만개 더 많은 수의 성형품을 만들 수 있다는 계산이 나온다. 단지 0.5초의 사이클타임 단축으로 이런 결과를 얻을 수 있다.

또한, 사출공정에 대한 지식을 갖춘 이 공급업체는 금형이 닫히면 자동화 시스템의 움직이는 속도를 충분히 낮춰줌으로써 로봇이 금형 개방 직전까지 금형으로 돌아가 있도록 조절해줘야 한다는 점도 알고 있어야 한다. 느린 동작은 장비 구성부품의 수명을 크게 늘려주게 된다. 결과적으로 더 긴 가동시간을 보장한다. 중요한 것은 꼭 필요한 곳에 높은 속도와 가속도를 사용해야 한다.

고객의 능력과 취약점에 대한 이해, 이를 위한 출발점은 고객능력에 맞는 수준의 적당한 복잡성을 지닌 자동화 시스템을 제안하고 설계하는 것이다. 일부 자동화 장비 공급업체는 성형업체 고객의 필요나 능력을 넘어서는 지나치게 복잡한 자동화 시스템을 판매하기도 한다. 이렇게 되면 성형업체는 장비를 최대한 활용할 수 없게 되고, 결국은 자동화 시스템을 전혀 사용하지 않거나 이후에는 자동화 자체를 두려워하게 될 수 있다.

앞서 언급했듯, 자동화의 노하우를 단계적으로 축적해나감으로써 시스템의 실제 작동 및 기술적 지원이 가능하도록 하는 것은 성형업체만의 책임이 아니다. 많은 부분 고객의 역량을 정확히 이해하고 가용 능력에 걸맞은 맞춤형 솔루션을 개발해야 하는 것은 공급업체의 의무이기도 하다.

 

 

그 다음으로 도입해야 할 자동화에 대한 개념을 개발하는 데 고객을 참여시키는 것이 필수적이다. 그저 고객 공장에 자동화 시스템을 만들어 납품하는 것이 아니라 고객사 직원들의 참여와 이해를 처음부터 유도해야 한다. 시스템 개발 및 구축 진행기간 고객이 시스템을 알아나가고 시스템과 함께 성장할 수 있는 여러 차례의 검토 기회를 제공해야 한다.

이렇게 함으로써 고객은 일찍부터 우려사항을 해소하고 질문을 던질 기회를 갖게 된다. 결국, 고객은 자신에게 낯설지 않고 자신이 구축에 관여한 시스템을 갖게 되는 것이다. 이로써 고객은 이 프로젝트를 금전적으로만이 아니라 심리적으로도 자신의 것으로 여기게 된다. 이 부분을 과소평가해서는 안 된다.

또한, 고객 공장지역의 기후, 문화, 언어, 제반 관련법규 및 그 지역의 특수성을 충분히 이해하고 있는 지역 공급업체와 일하는 것이 더 유리하다. 장비 구축에 있어 이 부문을 제대로 이해하고 존중하지 않으면 불필요한 금전적 대가를 치르게 된다.

제대로 된 자격을 갖춘 장비 공급업체라면 의료 분야 제품 공장을 위한 GAMP 5(Good Automated Manufacturing Practice, 우수 자동화 생산규정) 또는 FMEA(Failure Mode and Effects Analysis, 고장형태 영향분석) 같은 평가기준을 포함해 관련산업별 표준에 대해 정확히 알고, 그에 맞는 시스템을 구축한다.

공급업체는 고객의 지역에서 원활한 기술지원 및 호환성에 문제가 없는 장비구성품 및 제어장치가 무엇인지 잘 알고 있어야 한다. 때로는 권장 제어 장치의 공급사나 특정 구성품을 해당 지역에서 구하기 어려운 경우도 있다. 권장제품들이 무조건 최상의 선택은 아닐 수 있지만, 장비 작동 및 기술지원 측면에서 고객의 편리성이 가장 큰 경우가 많다.

또 하나의 중요한 사항은 기후, 온도, 습도, 다양한 변수 등 고객의 생산현장이 놓인 환경을 제대로 충분히 고려하고, 그에 맞춰 시스템을 구축해야 한다는 점이다. 성형품의 원료 및 구조에 따라, 생산현장의 온도나 습도가 성형품에 미치는 정전기 효과는 엄청 나게 다를 수 있다.

필자는 정전기 때문에 플라스틱 성형품이 로켓처럼 솟아오르거나 불량품 통 안으로 떨어지지 않고 마법에 걸린 듯 둥둥 떠있는 것을 본 적도 있다. 이 같은 현상은 공급업체의 생산공장에서 이뤄지는 적합성 테스트에서는 나타나지 않는 경우가 흔하다. 환경적 여건이 완전히 다르기 때문이다.

공급업체는 이 같은 문제에 대한 충분한 해결책을 마련해 두고 성형업체 고객을 지원할 대비를 해둬야 한다. 그런데도 이 점이 기본적으로는 성형업체의 책임이라는 것을 공급업체가 성형업체에게 이해시키는 것이 더욱 중요하다. 기후 등의 지역적 여건은 실제로 시스템이 설치되기 이전에는 공급업체 쪽에서 정확히 재현하거나 평가하기 어렵기 때문이다. 하지만 그렇다 하더라도 공장환경은 온도, 습도, 원료의 배치별 특성 등에 따라 달라지므로 움직이는 목표물처럼 정확한 포착이 까다롭다는 것을 유념해야 한다.

 

 

최근 들어서는 이전 어느 때보다 청결함-클린룸(clean room), 화이트룸(white room; 크린룸과 같으나 오염요소를 더욱 완벽하게 제거한 환경), 그레이룸(gray room; 클린룸으로 들어가기 전에 의복을 갈아입는 준비공간), 아무 제약 없는 환경 등에 대한 이해가 더 중요해지고 있다. 자동화 장비 공급업체는 고객의 다양한 제조설비 청결요건 사양 및 요건을 어기지 않기 위해 필요한 방법들을 숙지하고 있어야 한다.

예를 들어, 성형영역이 위에서 떨어지는 미세입자로 오염시키는 것을 피하기 위해 금형 상부에서 작동하는 로봇은 사용하지 말아야 할 수도 있다. 혹은 입자 방출이 적은 특수 에너지체인을 사용하거나 층류 유동(laminar-flow) 박스나 헤파(HEPA) 필터가 장착된 추가의 엔클로저를 사용할 수도 있다. 그밖에도 진공 생성장치, 압축에어 수거장치, 배기에어 필터링장치 등 여러 가지 고려사항들이 있다.

자동화 시스템 공급업체는 원료의 배치별 특성(MFI, 즉 용융수지 유동지수) 변동 및 건조정도 공차 등과 같은 기타 설정값이 성형품의 품질에 미치는 영향을 정확히 이해하도록 훈련돼 있어야 한다. 이는 품질 검사를 위한 올바른 방법과 설정한계값 선택에 큰 도움이 된다. 오늘날 효과적인 기술지원을 제공하는 공급업체라면 전화를 통한 유선 지원뿐 아니라 원격 서비스, 온라인 서비스, 심지어는 증강현실 등 첨단 기법을 활용한 지원작업에 제공해야 한다. 복잡한 자동화 시스템 프로젝트에는 즉각적인 문제해결을 위해 현지에 상주하는 프로젝트 관리 및 기술지원팀이 있다면 큰 도움이 된다.

또한 프로젝트 단계에서는 공급업체팀과 성형공장 인력간의 업무시간이 될수록 많이 겹치도록 하는 것이 좋다. 만일 거리가 먼 해외 공급업체와 프로젝트를 진행하는 경우라면 업무시간이 고작 한두 시간 겹치거나 전혀 겹치지 않는 경우가 있을 수 있다. 이 경우 프로젝트 코디네이션이 더욱 어려워지게 된다.

서비스 기술인력이나 예비부품 재고 등의 측면에서 효과적인 현지 기술지원을 제공하는 것도 역시 매우 중요하다. 최근에는 원격 서비스가 발달해 서비스인력의 공장 방문 없이도 다운타임을 줄이고 장비를 최적화하는 데 도움을 주고 있다. 하지만 고객은 늘 물리적 지원이 발생하기 마련이다. 현지 기술지원 인력의 부재는 심각한 다운타임을 야기할 수 있다.

단, 한번이라도 시스템이 며칠 또는 일주일간 다운되는 사태가 발생하면 이전까지의 양호한 성과가 한꺼번에 무너질 수 있다. 원격서비스만으로 현장방문 서비스를 완전히 대체할 수 없다. 믿을 만한 자동화 공급업체는 확실한 구체적 투자대비수익률(ROI) 계산수치를 제시하며 자동화 시스템에 대한 투자가 필요하다는 것을 확인시켜준다.

 

자동화 시스템에 필요한 특성들

 

최적의 공간 활용을 염두에 두고 설계됐는가?

의료기기와 민감한 전자 및 소비자용 성형품은 클린룸이나 화이트룸, 그레이룸에서 생산하는 경우가 많다. 이런 청결 제조시설은 비용이 많이 든다. 따라서 공간 제약도 크고, 공간의 효율적 활용이 커다란 비용요소가 될 수 있다. 이 점에서 공간활용을 최적화한 자동화 시스템 설계가 주는 이득이 크다. 시스템 공급업체마다 장비 배치 컨셉트 및 공간 활용방 식에 따라 커다란 차이가 있을 수 있다. 공급업체에 발주서를 보내기 전에 이 문제를 세심하게 고려해야 한다.

 

고속 대량생산 공정에 필요한 높은 안정성을 고려해 설계됐는가?

제대로 된 자동화 설비제조사는 고속 공정용도에서 어떤 하드웨어 구성장치가 가장 스트레스를 받게 되는지 잘 알고 있다. 또한, 공급업체는 장비에 가장 해로운 것이 스피드, 즉 빠른 가공속도 자체가 아니라 장비의 급속한 가속과 감속이라는 점을 이해한다. 숙련된 공급업체라면 유지보수 사이클과 장비에 사용된 베어링 그리고 구조부품의 수명을 늘리기 위해 사이즈가 일반 적정수준보다 큰 베어링과 구조부품을 사용한다. 약간의 비용이 더 들지만, 이는 시스템의 안정성과 효율성을 위한 투자라고 할 수 있다.

 

가볍고 튼튼한 최신 소재를 사용하고 있는가?

보다 가격이 높은 첨단소재에 대한 투자는 많은 경우 그 혜택을 빠르게 볼 수 있다. 우수하고 효과적인 자동화 장비는 결코 비용이 적게 들지 않지만, 성형품 품질 향상, 오염 감소, 전반적 비용 절감 등 많은 유익한 효과를 낳을 뿐 아니라 합리적인 투자대비수익률로 보답한다.

 

정비 필요가 적도록 설계됐는가?

최근에 개발된 기술 덕분에 정비가 적거나 거의 없다시피 한 장비 구성품들이 적지 않다. 다운타임을 줄이고 산출량을 늘리기 위해서는 이 같은 구성품들을 효과적으로 활용하는 것이 중요하다. 이는 또한 성형업체가 보다 복잡한 자동화 시스템을 수용하는 데도 도움이 된다. 베어링과 구조부품 같이 한정된 수명을 가진 특정 구성품들의 크기를 적정 수준보다 크게 장착해 사용하면 부품 교체주기를 훨씬 늘일 수 있다.

 

문제 해결을 위해 장비 접근이 용이한가?

뛰어난 엔지니어라 할지라도 자주 간과하게 되는 (혹은 설계 프로세스에서 너무 뒤늦게 깨닫곤 하는) 한 가지 근본적 원칙은 자동화 장비를 문제 해결이 간편하도록 해야 한다는 점이다. 이는 성형품이 걸려있거나 일정 시간이 흐르면 재조정이 필요한 장비 내의 모든 예민한 영역에 장비작업자가 쉽게 접근할 수 있어야 한다. 이 같은 예민한 영역이 다른 기계장치에 가려져 있거나 바로 접근하기 어려운 경우가 너무나 많다.

 

사용자 편의성을 고려해 설계되었는가?

직관적 제어장치 및 HMI(작업자와 기계간의 인터페이스)는 복잡한 자동화 시스템의 수용을 훨씬 더 쉽게 만들어준다. 공급업체가 현장 작업자들의 숙련도를 정확히 이해하고, 제어장치를 고객의 필요에 맞도록 조정하는 것이 중요하다. 어떤 생산환경에서는 사용자 인터페이스를 가능한 최대한 유연하게 만들어두고, 고객이 제어장치를 보다 깊이 이해하면서 자신에게 필요한 변화를 줄 수 있도록 하는 것이 중요하다.

 

쉽고 신속하게 성형제품 전환이 가능한가?

다양한 종류의 제품을 생산할 수 있고, 필요에 따라 시스템 구성품을 교체해야 하는 말단적용체(end-of-arm tooling; EOAT) 같은 자동화 시스템에서는 교체가 신속하고 쉬워야 한다. 이를 위해서는 통합된 공압, 진공, 전기회로를 갖춘 빠른 연결장치가 필수적이다.

  

 

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