인더스트리 4.0이 공구 제작과 다이 제작을 지배하다

„스마트 팩토리“를 만든다는 목표는 독일 연방 정부와 산업 협회의 하이테크 전략인 인더스트리 4.0 원리를 기반으로 한다. 이를 위한 순수한 기술적 전제 조건을 제공하는 것은 사이버 물리 시스템과 사물 인터넷이다. 이제 공구 제작과 다이 제작도 이 길을 따라 제작 기술의 미래를 향해 나아간다.

안드레아스 슐츠(Andreas Schulz): Certa Systems GmbH 마케팅 리더

독일은 „세계 공장의 설비 공급자“로서 전세계에서 가장 경쟁력 있는 산업 입지 가운데 하나이다. 제조 강국인 독일의 미래와 경쟁력 그리고 번영과 고용을 보장하기 위해서 핵심 분야인 공구 제조업과 다이 제조업도 결정적인 변혁을 맞이하고 있다. 기계화, 전기화, 정보화를 뒤이어 이제는 “사물과 서비스 인터넷”이 인더스트리 4.0 시대를 알리고 있다. ‘4차 산업 혁명’이라고도 불리고 있는 이 트렌드에서 기계, 컨베이어 시스템, 창고 시스템, 로봇 그리고 작동 수단이 서로 네트워크화되고 있다. 이들은 실시간으로 정보를 교환하고, 조직하고, 상황에 따라 독립적으로 그리고 분산되어 제어된다. 인간과 기계와 시스템이 이제 지속적으로 상호 연결되어 실시간으로 통신한다. 이로 인해 제조와 전체 기업 내에서 절차와 작업 방식이 근본적으로 변화를 맞고 있다.

투명한 절차

방전 가공을 이용한 정밀 공구 가공을 위한 밀링된 흑연 전극

이렇게 되면 언제든지 제품을 명확하게 식별하고 위치를 추적하는 것이 가능하다. 제품은 자신에 관한 이력을 빈틈 없이 제공하고, 현재 상태와 목적 상태까지의 절차를 제공한다. 업체 내에서 이루어지는 완벽한 가치 창출 체인뿐만 아니라 고객, 협력사 그리고 부품업체와의 연결면도 상호 톱니바퀴처럼 맞물리게 된다. 모바일 통신, 스마트한 사물과 센서 시스템을 통해 미래에는 사건에 대해 즉각적으로 실시간으로 분석되어 결정을 내릴 수 있다. 따라서 회사 내 모든 절차가 더욱 투명해지고 융통성이 높아진다. 이는 개별적인 고객의 요건을 경제적으로 그리고 경쟁력 있게 실현하기 위한 전제 조건이 된다.

다음 시나리오는 전극 제작을 예로 들어 인더스트리 4.0 시대에 스마트 제품이 어떻게 제조 공정을 제어하는지 간략하게 보여준다. HSC 밀링 머신은 흑연 전극을 밀링할 준비가 된다. 전극은 완성되었음을 중앙 제조 컨트롤 시스템에 알리고, 로봇에게 전극을 공작 기계에서 가져와서 그 다음 공정 단계, 즉 오프셋 데이터를 측정기에서 측정하기 위한 단계로 옮길 것을 지시한다. 로봇이 전극을 콜릿 척에 배치한 후에, 측정 절차를 시작할 수 있도록 전극이 제조 컨트롤 시스템에 측정 프로그램을 요청한다. 측정 절차를 실시한 후 전극은 실제 측정 데이터를 규정 값과 비교하고, 데이터가 공차를 벗어나는지 확인한다. 그런 다음 새로 제작되어야 하는지 여부를 결정한다. PPS 어플리케이션을 이용하여 전극은 있을 수 있는 그 다음 제조 일정에 맞추어 조정한다. 전극을 새로 제작하려면 전체 주문 일정이 밀리는 것이므로, CRM 시스템은 고객에게 이에 대해 알리도록 지시를 받는다. 또한 창고에 필요한 만큼 충분한 흑연 블랭크가 있는지 점검이 이루어진다. 지시를 받은 로봇은 전극을 조립 위치로 옮기고, 블랭크를 전극 홀더에 조립한다. 현재 공작 기계를 이용할 수 없으므로 로봇은 전극을 먼저 매거진으로 옮긴다. 정해진 일정에 따라 로봇은 전극을 매거진에서 꺼내어 공작 기계로 옮긴다. 공작 기계는 NC 프로그램을 다시 자동으로 제조 컨트롤 시스템으로부터 제공받는다. 성공적으로 제작하고, 측정기로 옮긴 후 이어서 측정을 하면 이제 모든 실제 데이터가 설계 시 지정된 공차 이내에 있다. 전극은 측정 데이터를 자체 제작 이력에 저장하고, 로봇이 다시 매거진으로 옮긴 후 거기서 다음 작업 공정, 즉 방전 가공이 실시를 기다린다.

인더스트리 4.0에 도달하기까지 최근 몇 십 년간 제조 산업이 거쳐온 단계들

많은 부분이 이미 실제로 실현되었다

위에 묘사한 시나리오는 미래에나 이루어질 일이다. 그러나 이 시나리오는 인더스트리 4.0이 나아갈 수 있는 방향을 보여준다. 작업 단계는 더 이상 사람에 의해 중앙에서 제어되는 것이 아니라 스마트 제품을 통해 분산되어 제어된다. 부분적으로는 오늘날 이미 실현된 부분도 있다. 그러나 인더스트리 4.0은 버튼 하나 눌러서 연결할 수 있는 일이 아니다. 오히려 수 많은 작지만 혁신적인 단계들이 서로 연결되어야 한다. 현재의 상황과 비교할 때 10년 ~ 20년 후에 보게 될 결과는 혁명적일 것이다. 많은 공구 제조사와 다이 제조사들은 오늘날 이미 중앙 제조 컨트롤 시스템과 자동화 로봇에 투자한 상태이다. 다른 업체들은 아직 이 단계를 거치지 않았으며, 좇아가야 한다. 그러나 인더스트리 4.0은 단순히 제조에만 관련된 것이 아니라는 인식이 필요하다. 디지털 방식으로의 변모는 회사의 전체 공정과 IT 시스템과 관련된 것이다. 따라서 미래를 지향하는 계획으로부터 적절한 조치를 도출하는 것이 경영진의 전략적 과제이다.

사출성형 공구에 사용할 다이윤곽 자동측정

CIM 컨셉트가 약 20년 전에 성공하지 못했던 이유는 기술 부족에 있다. 이런 기술이 이제는 제공되고 있다. 우수한 성능의 네트워크, 케이블을 통한 또는 무선 광대역 인터넷 액세스는 오늘날 표준이다. 또한 스마트폰이나 태플릿과 같은 모바일 단말기가 회사 안으로 이미 들어와 있고, 기계들은 자신의 상태 데이터를 지속적으로 클라우드로 트윗하고 있다. 새 공구는 빅데이터를 제공하고, 회사는 이 빅데이터를 이용하여 회사를 스마트하게 실시간으로 제어할 수 있다. 빅데이터를 통해 생기는 기회와 잠재력은 추정만 할 수 있을 뿐이다. 적층 가공으로 인해 공구 제작과 다이 제작에 새로운 가능성이 침투되고 있다. 이러한 새로운 방법으로 인해 기존의 제작 방식이 보완되면서 동시에 지속적으로 변화할 것이다. 프로토타입을 빠르게 제작할 수 있고 소량 생산은 경제적으로 이루어질 수 있다. 인더스트리 4.0은 공구 제조업과 다이 제조업에 완전히 새로운 사업 영역을 만들고 확장할 수 있는 커다란 기회를 제공한다. 그러나 이를 위해서는 사고 방식을 완전히 바꾸어, 과거의 성공에 안주하지 말고 현재의 사업 모델을 의심해 보는 시각이 필요하다. 이러한 맥락에서 여러 가지 문제를 제기하고 허용해야 한다. 현재의 사업 모델이 미래 지향적인지? 누가 우리의 새로운 고객이 될 것인지? 어떤 디지털 채널을 통해 내 제품을 판매할 것인지? 우리의 가치 기여도는 어느 정도인지? 누가 가능성이 있는 협력사는 될 수 있는지? 더 이상 사람이 필요하지 않을 것이라는 의구심은 항상 있었으나, 이는 잘못된 생각으로 드러났다. 사람이 없는 공장에 대한 예전의 CIM 아이디어는 올바른 방향이 아니었다. 사람은 생산 현장에서 언제나 중요한 역할을 맡을 것이고 가치 창출의 지휘자 역할을 해야 한다. 확실한 것은, 사람은 부분적으로 지루하고 신체적으로 부담이 되는 틀에 박힌 활동에서 벗어나서 창의적이고 가치를 만들어내는 활동에 투입되어, 자신의 완전한 사고 능력과 협력적 능력을 회사에 제공할 수 있다는 점이다. ABB, Kuka 또는 Universal Robots과 같은 업체들의 새로운 세대의 콜라보레이션 로봇은 단계적으로 생산 현장에 도입되고 있고, 새로운 동료이자 돕는 손길로 자리를 잡아가고 있다. 그러나 새로운 생각이 필요한 새로운 작업은 전문 인력을 필요로 한다. 이는 기술의 문제가 아니라 오히려 문화의 문제이다. 인더스트리 4.0은 단순히 몇 가지 프로세스와 IT 시스템을 최적화하는 것을 의미하는 것이 아니다. 인더스트리 4.0은 오히려 깊이 있는 근본적인 변혁을 의미한다. 이 점을 기업 전체가 이해하고, 체득하고 이행해야 한다. 인더스트리 4.0을 위한 마지막 전제 조건은 4차 산업 혁명을 만들고 경쟁력을 유지하는 것이다. 기업이 새로운 이 길을 걸어 가느냐 그렇지 않느냐는 중요하지 않다. 언제 어떻게 할 것이냐가 중요할 뿐이다.

Certa Systems GmbH은 소프트웨어 및 프로세스 컨설팅 중소기업이며 Erowa 그룹의 100% 자회사이다. Certa는 공구와 다이 제조업, 공작 기계 분야 고객들이 로봇과 소프트웨어 어플리케이션을 통합하고 공정을 자동화하는 과정을 솔루션과 서비스로 지원하고 있다.