다양한 조립 시스템의 적절한 사용법

해마다 Fraunhofer IAO 공장에는 다양한 수동 조립 시스템을 보기 위해, 1,500명 가까운 방문객이 다녀간다.

Fraunhofer 연구소는 적합한 시스템을 선택하는데 도움을 주기 위해, “조립 시스템 체크“ 가이드라인을 개발하였고, 모델 공장에서 새로운 조립 시스템 프로토타입의 구성과 테스트를 진행한다.

올리버 숄츠(Oliver Scholtz) & 만프레드 벤더(Manfred Bender): 프라운호퍼 IAO 연구원

대부분의 독일 기업들은 다양한 조립 시스템을 이용하지 않는다. 기업들은 보통 하나의 표준 시스템으로 모든 제품 제작에 이용한다. 조립 작업의 목적은 천차만별이다. 시스템도 투자비, 성능, 특성 그리고 자동화 정도에 따라 크게 차이가 난다. 조립 시스템 선택은 그 동안 조립에 대한 비용 압박은 늘 있었기 때문에 중요한 과정이 되었다. 조립 공정의 해외 이전 압박을 어떤 조립 작업 솔루션으로 대응할 수 있었고, 어떻게 경제적인 생산과 조립을 할 수 있는지에 대해, 미래를 보고 질문을 해야 한다. 성공적인 기업을 보면, 개별적인 생산 목적에 맞추어 다양한 혼합형 조립 시스템을 활용하고 있다는 점을 알 수가 있다.

혼합 조립 시스템

조립 시스템은 공정에 가장 적합하게 맞추어야 한다

혼합형 조립 시스템은 수동 조립 절차와 자동화 조립 절차의 조합과 조화로운 연결을 특징으로 갖고 있다. 한 번 선택한 조립 시스템은 전체 제품 수명이 다할 때까지 유지되는 경우가 대부분이어서 제조 목적에 최대한 맞추어야 한다 [1]. 대부분의 회사들은 조립 작업을 위해 여러 시스템이 필요함에도 불구하고, 한가지나 두 가지 혼합 시스템을 사용하는 경우가 대부분이다. 점점 짧아지는 제품 수명과 개발 시간 때문에, 조립 시스템 플래너들은 막대한 시간적 압박에 시달린다. 적합한 조립 시스템을 최단 시간에 선택해야 한다. 과거에는 플래너들이 체계적인 선택보다는 현 시점에 사용하고 있는 시스템에 방향을 맞추었다. 따라서 조립 플래너들이 가장 적합한 혼합형 조립 시스템 선택을 위해 보조 수단을 이용할 수 있도록 혼합형 조립 시스템의 선택을 체계적으로 지원해야 한다. Fraunhofer IAO가 조립 시스템 체크 가이드라인을 개발하였다.

분리된 일렬 조립은 한 제품을 여러 작업자가 조립한다. 여러 작업 위치가 필요한 경우에 대안이 될 수 있다.

혼합형 조립 시스템은 유연성이 매우 뛰어나다

혼합형 조립 시스템은 자동화 정도가 낮은 경우가 많지만, 다양한 직원을 투입할 수 있어서 유연성이 매우 뛰어나다. 혼합형 시스템은 대체로 투자비가 많이 드는 자동 운반 장치나 공급 장치를 사용하지 않는다. 가치를 창출하는 조립 작업은 비교적 단순하고 저렴하게 자동화 또는 부분 자동화된다. 기업들은 보통 조립 시스템의 종류를 단순화하는 데 초점을 두고 있지만, 제품들은 부품 개수 면에서 확연히 차이가 난다. 부품 개수가 많은 제품에 맞는 조립 컨셉트는 상대적으로 적은 제품에는 경제성 측면에서 합리적이지 못하다. Fraunhofer IAO가 성공적인 시스템과 그 시스템의 특성 그리고 장단점을 제시하였다. 독일에서 성공적인 제조 기업들을 보고 조립 시스템 체크 가이드라인을 위해 그림 2에 묘사한 조립 시스템 또는 조립 컨셉트를 선택하였다. 시스템 간의 중요한 차이점은 투자비와 작업 절차 그리고 자동화 정도에서 찾을 수 있다. 그 다음 다양한 조립 시스템을 간략히 설명하고, 전형적인 특징을 제시하였다. 제품 공급이 충분하고 면적이 제한되며 토탈 조립으로 필요한 개수를 달성하려면, 핸들링이 최소화되고 사이클 타임 관리가 필요하지 않은 싱글 스테이션 시스템을 선택한다. 작업자는 일하는 작업 위치에 상관 없이 제품을 끝까지 조립한다.

제품 조립시 여러 인력과 작업 위치가 필요하다면, 투자비가 적게 들고, 동기화가 적용되지 않는 분리된 일렬 조립(그림 4)이 대안이 될 수 있다. 작업자들은 고정된 작업 위치에서 작업하고, 상당한 완충을 통해 상호 분리된다. 이 시스템은 제공되는 부품이 많고, 핸들링 시간과 처리 시간이 길기 때문에 새로운 제품의 준비 단계에서만 적합한 경우가 많다. 라인 조립 시스템 또는 흐름 조립 시스템은 개별 작업 위치를 시간적으로 동기화하는 것이 특징이며, 조립하는 동안 제품 흐름이 가능하다.

작용영역

유연하게 연결된 흐름 조립 시스템의 자동화 정도가 가장 높다

라인이 고정적으로 연결되어 있는 경우 지정된 라인의 시작과 끝 부분이 있다. 작업 위치 간 완충이 근소하면 제공품과 처리 시간이 적어진다. 조립해야 할 제품을 직접 조립 라인으로 운반하거나, 피삭재 캐리어를 이용하여 시스템을 통과하도록 운반할 수도 있다. 유연하게 연결되는 흐름 조립 시스템은 코딩 가능한 피삭재 캐리어, 자동화된 부품 공급 유닛 그리고 부분적으로 자동화된 조립 프로세스 등으로 고도로 자동화된다. 이러한 흐름 조립 시스템은 형태와 재료 흐름 때문에 „Carrée(카레, 사각형을 뜻하는 프랑스어) 벨트“라고도 부른다. 이 시스템은 다른 시스템에 비해 투자비가 가장 많이 든다. 현재 가장 선호하는 조립 시스템은 One-Piece-Flow(낱개 흐름 생산) 방식으로, U 라인 또는 “chaku-chaku 라인“으로도 부른다. 이 시스템에서는 한 작업자에 의해 항상 하나의 부품만 한 작업 위치에서 그 다음 위치로 운반된다. 이 컨셉트는 각 주문 상태에 따라 많은 작업자를 다양하게 시스템에 투입할 수 있어 근로자의 노동 생산성이 높게 보장되기 때문에 경제적이다.

로터리 인덱스 테이블을 모범으로 하여 One-Set-Flow 원리에 기반한 시스템은 많이 알려지지 않아서 널리 퍼지지 않았다. 이 시스템에서는 항상 한 세트의 부품이 하나의 피삭재 캐리어로 가공하고 운반된다. 머시닝 단계 또는 조립 절차는 그 다음 머시닝 단계를 시작하기 전에 항상 완전한 세트에 대해 실시되는데, 이 원리를 „세트별 조립“이라고도 부른다. 이 조립의 장점은 세트 당 비 생산 시간이 한 번뿐이고 각각의 부품에 대해서는 비 생산 시간이 발생하지 않는다는 점이다 [2]. 재료가 여러 작업 위치에 분산됨으로 인해 최적으로 그리핑하기 유리하게 재료를 공급할 수 있다. 그림 5는 앞서 소개한 혼합 조립 시스템의 특성과 선택을 위한 설명 요소를 보여준다. 설명 요소와 특성은 경제성 산출의 근거를 형성하고, 다른 한편으로는 적합한 조립 시스템 선택에 중요한 역할을 한다. 특성 선택은 아래에서 다룬다. 조립 시스템의 투자 방향은 토털 조립에서 U 라인과 One-Set-Flow 시스템을 거쳐서 연결된 흐름 조립으로 변하고 있다. 그림 5에서 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 해당 시스템에서 생산할 수 있는 제품 유형의 수는 줄어든다. 일반적으로 시스템이 각각의 제품에 맞게 특수하게 제작되거나 더욱 자동화되어 조정하기가 갈수록 어렵거나 또는 장비 교체에 시간이 많이 걸린다는 점을 모든 시스템에서 확인할 수 있다.

스테이션 / 토탈 조립:
한 제품을 토탈 조립하기 위한 작업장. 높은 유연성, 운반 장치 불필요 유연한 작업 공간 레이아웃 등이 장점이다.

판매량을 예측하기 어려움으로 인한 문제

U 라인은 많은 작업자를 투입하여 매우 유연하게 구동할 수 있다. 그에 반해 연결되어 있는 흐름 조립 시스템은 각 작업 위치에서 한 사람의 작업자만 작업해야 시스템이 돌아간다. 이는 시스템 공정 시간이 길거나 중간 정도인 경우 항상 대기 시간이 존재한다는 걸 의미하고, 그로 인해 작업자의 작업 부하가 근소하다. U 라인에서는 공정 시간이 길거나 중간 정도인 경우 One-Set-Flow 시스템과 유사하게 작업자가 그 다음 공정 스테이션으로 가며, 그로 인한 작업자의 작업 부하가 높다. 생산 공장들은 10여 년 전부터 제품 수명이 짧아지고, 모델 당 개수가 줄어들고, 판매량을 예측하기가 어려워지는 등 일련의 시장 변화에 노출되는 듯 보인다. 그로 인해 경제적으로 조립 작업을 계획하기가 어렵다 [3]. 독일에서 생산 시설의 이전 압박은 생산 요소들의 높은 비용으로 인해 여전히 존재한다 [4]. 생산 환경의 이러한 변화로 인해 경제적인 조립 시스템의 합리적 계획과 선택의 중요성이 높아지고, 더불어 신속하게 투자비를 회수하는 것이 중요해지고 있다. 기업들은 경제적으로 조립할 수 있기 위해 현명한 솔루션을 찾고 있다. 다양한 혼합 조립 시스템은 경제적인 솔루션을 찾는 데 있어서 새로운 장을 제공한다. 조립 시스템 선택을 위한 Fraunhofer IAO의 조립 시스템 체크 가이드라인은 투자 결정 시 놓치기 쉬운 요소도 추가로 살필 수 있도록, 작업 결정을 확실하게 지원한다.

참고 문헌

[1] Bullinger, H.-J.: Systematische Montageplanung – Handbuch für die Praxis (REFA). München, Hanser-Verlag 1986

[2] Lotter, B.: Montage in der industriellen Produktion. Berlin, Springer-Verlag 2006

[3] Pohl, A.: Leapfrogging bei technologischen Innovationen. Dissertation, Universität Trier. Wiesbaden, Gabler-Verlag 1996

[4] Lay, G.; Dreher, C.; Kinkel, S.: Produktionsinnovationserhebung