세계의 최신 스마트 공장 - 마더 팩토리(Mother Factory)를 해외 생산 거점으로

[能田]

세계의 최신 스마트 공장

- 마더 팩토리(Mother Factory)를 해외 생산 거점으로 -

Nikkei Monozukuri_2019. 08 특집1 요약 (p42~76)

일본 방식 그대로를 현지에서 시행해도 제대로 가동되지 않는다. 해외 각지에는 노동 및 조달비용이나 물류 등의 면에서 지역별 이점이 있는 반면, 저마다 독자적인 풍토와 문화가 있다. 그것을 IoT(Internet of Things), 인공지능(AI), 자동화 기술과 융합시켜 품질과 낮은 비용을 양립 하는 스마트공장이 잇따라 가동되기 시작했다. 일본계 기업에서도 마더 팩토리는 해외 생산 거점이라고 단언하는 기업도 등장했다. 그 최신 연구 및 활약을 살펴보겠다

Part 1. 총론

자동화의 앞길을 모색하는 각 공장 신흥국은 저비용 vs 선진국은 QoL

“인건비 상승을 상회하는 생산성 향상이 필요하다”(오므론의 상해(上海) 이사∙총경리 니시야마(西山) 씨). 중국을 비롯해 동남아시아 및 신흥국의 인건비는 해마다 상승하고 있다. 생산비용도 상승하지만 이제는 제조업에 있어서 작업자의 채용 자체도 힘들게 되었다. 저임금을 앞세운 공장은 사라지고 있는 추세이며 일본 국내와 비교해도 뒤처지지 않는 공장의 자동화가 급물살을 타고 있다.

-- 품질은 높고 가격은 저렴하게 –

그렇지만 아직까지 신흥국 공장의 저가격에 대한 기대는 크다. 뿐만 아니라 제품의 품질은 경쟁력을 유지하는데 있어서 이전보다 더 중요해졌다. 그러나 채용하는 작업자의 능력은 균일하지 않아 일본처럼 경험이 풍부하고 고르지 못하다. 공장 근무에 익숙하지 못하기는커녕, 아예 일 한 경험이 없는 사람도 적지 않은 ‘다이킨공업 인도 님라나 공장’ 상황이다. 이와 같은 상황을 커버하는 것이 자사에서의 연구에 의한 저가격의 자동화이다. 구체적인 방법에는 여러 가지가 있으나, 예를 들어 오므론의 중국 상해공장은 “다 관절 로봇은 가격이 비싸지만, 스칼라 로봇이라면 비용 대비 효과를 충분히 얻을 수 있다”고 한다. UMC일렉트로닉스 중국 둥관(東筦)공장도 다 관절 로봇을 사용하지 않고 필요한 기능으로 축약한 자동화 장치를 자체 설계 및 제작하고 있다. 코니카미놀타 말레이시아공장은 중요한 공정용으로 ‘접착제의 액적(droplet) 형상을 안정적으로 형성하는 자동기기’를 개발했다.

10년정도 전까지는 ‘다 관절 로봇 쪽이 처음부터 자동화 장치를 만드는 것보다 저렴하다’라는 제조사도 있었다. 그러나 지금은 카메라를 포함한 센서, 엑추에이터, 프로세서 및 컨트롤러와 개발 도구를 저렴하게 손에 넣을 수 있다. 선진 공장의 생산 기술자는 그 혜택을 충분히 활용하고 있다. 예를 들어 상하로 나눠져 있는 부품을 조립할 때 ‘위의 부품을 흡착해 들어올린다’ ‘밑에서 촬영한 위치 및 방향을 확인’ ‘아래의 부품을 소정의 위치로 가져와 촬영해 확인’ ‘확인한 결과를 통해 상하의 위치를 미세 조정하면서 맞춘다’와 같은 일련의 동작을 쉽게 실현할 수 있게 되었다. 그것을 한층 더 진화시킨 형태 중 하나가 모듈화 라인이다. 장치의 기본 부분 및 틀을 표준화해, 그것을 상호 접속해 라인을 구축하는 시스템이다. 예를 들어 다이킨공장 인도 님라나공장에서는 ‘운송 모듈’ ‘검사 모듈’과 같은 2종류의 모듈의 조합만으로 라인의 각 공정을 구성. UMC 일렉트로닉스 둥관東筦(공장)은 프린터 배선판의 실장 공정부터 모듈화 라인을 적용해 그 이후의 조립 라인에도 적용을 확대시켰다.

신진 기술의 활용도 추진된다. NEC플랫폼 태국공장은 설비의 가동률 및 이상을 IoT(Internet of Thing)로 판단∙분석, 더 나아가 일본과 원격지 간에서 VR(가상 현실)에 의한 라인의 설계 및 사전 검증을 시작했다. 선진 기술의 활용도 추진되고 있다. NEC플랫폼 태국공장은 설비의 가동률과 이상을 IoT로 파악∙분석해 또한 일본과의 원격지간으로 VR(가상 현실)에 의한 라인의 설계 및 사전 검증을 시작했다.

-- 선진국은 데이터 분석과 활용에서 앞서 있어 –

자동화의 진전은 인건비 비율의 감소를 의미한다. 자동화 라인은 어느 국가나 인건비 면에서 운용 비용이 크게 다르지 않다. 다시 말해, 신흥국에서 개발한 자동화 라인을 선진국에 ‘역(逆)으로 전개’하더라도 전혀 이상할 것이 없다는 것이다. 오히려 작업자의 높은 능력을 전제로 하지 않는 만큼 신흥국 측에서 개발하는 라인을 철저히 자동화할 수 있다. UMC일렉트로닉스와 같이, 이제는 마더 팩토리는 중국이라고 잘라 말하는 기업도 등장했다. 그 경우의 선진국 공장 역할은 무엇일까? 지멘스의 독일 암베르크(Amberg) 전자제품 공장은 1991년에 비해 2018년의 생산량이 13배 이상에 달한다. 그 동안 작업자 수는 거의 변하지 않았다. 정보기술, IoT활용에 의해 일찍이 생산성 향상을 실현해 왔다. 디지털 트윈, 다시 말해 컴퓨터 상에서 현실과 동일한 가상 공장을 구축해 그곳에서 고속으로 생산계획 등을 시행 착오를 통해 최적의 결과를 실제 공장에서 가동시키는 대응도 본격화되고 있다.

유럽의 선진국은 워크 라이프 밸런스, 즉 업무와 사생활의 밸런스를 개선해 생활의 질을 높이는 생각, QoL(Quality of Life)이 공장에도 반영되고 있다. 이구스(IGUS)의 독일 본사공장도 그 중 하나이다. 해당 공장은 전세계에서 제작하는 제품의 품질을 일괄 관리하는 거점이기도 하다.

조립 자동화 등의 공장을 물리적으로 개선하는 기술은 이제 선진국과 신흥국 간의 격차가 거의 나지 않는다. 작업자 노하우의 축적, 데이터의 축적, 그 데이터를 분석하는 노하우의 축적은 선진국이 앞서있다고 할 수 있다. 노하우 및 작업자의 차이는 문화의 차이라고 말할 수 있어 세계 각지의 공장은 각각의 문화 특징을 살려나가며 다른 지역의 공장을 이끌어 가는 역할 분담이 진행될 것으로 보인다.

Part 2. 사례

1) 지멘스 암베르크 (Amberg) 전자제품 공장 《AI자동화∙로봇디지털 트윈》

■ IoT 활동을 통해 인더스트리40 실천 AI 활용해 제어장치를 자동 생산

■ 독일 바이에른 주 암베르크 시

▶ 디지털 공장전략의 총본산, 사람을 존중해 생산성을 13배로

“암베르크 전자제품공장(EWA)은 우리의 주력 공장이며 동시에 디지털 공장전략의 실험장이며 최신 쇼 케이스다”라고 독일 지멘스에서 FA(팩토리 오토메이션) 사업의 CEO를 맡고 있는 랄프 마이클 프랑케 씨는 자랑스럽게 말했다.

컴퓨터 시뮬레이션과 현실의 생산 라인을 동기화(同期化)시켜 운용하는 디지털 트윈 및 자동화∙로봇, IoT를 사용한 가동 데이터의 수집과 해석, 인공지능(AI) 활용과 같은 지멘스의 디지털 공장용 최신기술의 대부분은 이 EWA에서 최초로 시행되며 실제 제조에 이용해 개량을 거쳐 성과를 확인한 다음, 제품 및 서비스화 되고 있다. “시장이 요구하는 기술을 자신들이 제조 현장에서 미리 시험을 통해 개량해 실력을 향상시켜왔다”(프랑케 씨).

-- 조업 개시부터 약 30년만에 생산성을 13배로 –

-- 자동화 비율은 75%이상 협동 로봇 활용도 –

-- 제품설계에서 제조까지 디지털로 관리 –

-- 디지털화를 추진해도 비용은 유지 –

2) 다이킨공업 인도 님라나공장 《IoT모듈화》

■ 라인을 모듈로 구성, 숙련도가 낮은 작업자일지라도 고품질의 가정용 에어컨 생산이 가능

■ 인도 라자스탄 주 님라나

▶ 비(非)숙련자가 고품질 제품을 만든다. ‘모듈 라인’의 비밀

다이킨공업의 성장 동력은 해외에 있다. 그 중에서도 경이적인 성장을 보이는 것은 인도 시장 그것을 상징하는 것이 다이킨공업의 인도공장의 내부이다. 한산해 보이지만 가까운 미래에 다이킨공업이 증설할 생산 라인을 위한 공간이다.

이 공장은 인도 북부 라자스탄 주 님라나공장. 주로 대형의 업무용 에어컨을 생산하는 제1공장과 가정용 에어컨을 생산하는 제2공장으로 나눠져 있다. 현재 제2공장에는 생산라인 1세트(실외기와 실내기의 양쪽 생산 라인을 합친 것)가 가동되고 있다. 2019년 6~7월을 기준으로 1세트, 2019년 12월~2020년 1월을 기준으로 1세트를 더 신설할 계획. 2020년 초에 님라나공장의 가정용 에어컨 생산 대수는 연간 150만대까지 늘어날 전망 이다.

-- 심플해서 누구나 만들 수 있다 –

-- 부품의 착오나 결품을 방지할 수 있는 이유 –

-- 리크테스트Leak test의 결과를 일본에서 알 수 있다 –

-- 부품과 제품의 올바른 조합을 확보 –

3) UMC일렉트로닉스 중국 둥관(東筦)공장 《자동화∙로봇모듈화》

■ 저가격의 자동화 설비 모듈을 현지 기술자가 자체개발, 세계에 전개

■ 중국∙광동성 동관시

▶ 중국인 기술자가 자동화 주도, 마더 팩토리로서 세계에 전개

EMS(전자기기 제조 서비스)의 UMC일렉트로닉스 중국 동관공장은 마더 팩토리로서 생산기술을 개발∙개량해 자체적으로 적용시키면서 동시에 일본 국내를 포함한 다른 공장에 생산 기술을 전개하는 역할을 맡고 있다. 전기자동차(EV)용의 충전기, DC/DC컨버터를 비롯한 차재기기를 취급해 고객의 자동차 부품 제조사와 제조 개발의 초기 단계부터 공동으로 공정을 설계해, 생산 설비를 갖추고 있다. 지금까지의 다양한 제품 생산을 맡은 경험을 통해 고객의 요구에 맞춰 다양한 공정과 설비를 제안할 수 있다는 것이 강점이다.

그 강점을 추구하는 속에 UMC일렉트로닉스는 자동장치 및 AGV(무인운송차), 기계장치를 응용해 워크를 다루는 장치, 부품 트레이 등을 자체적으로 설계, 제조하는 방식을 추진, 낭비를 없앤 저비용의 라인을 구축해 발전시켜왔다. UMC일렉트로닉스는 이것을 LCA(Low Cost Automation)라고 부른다.

-- 저비용 자동화 설비를 자체적으로 설계 및 제조 –

-- 공정 변경은 어태치먼트(Attachment)로 대응 –

-- AGV도 자체 제작 부품 공급도 거의 자동 –

-- 일본 멕시코의 공장으로 전개 –

4) 오므론 중국∙상해공장 《IoT/AI/자동화∙로봇》

■ AI를 응용해 ‘불량을 만들지 않는 공장’ 실현, 제어기기 생산의 자동화에 저가격 로봇을 활용

■ 중국∙상해시 포동신구

▶ AI 및 자동화로 인건비 상승에 대항, 스칼라로봇 채용으로 저비용화

“중국의 인건비 상승을 상회하는 생산성 향상을 염두에 두고 개선을 추진하고 있다”-. 오므론 상해 이사∙총경리의 니시야마 씨는 이렇게 말한다. 상해시 교외에 있는 오므론의 공장은 Relay(계전기)나 센서, PLC, 온도조절기 등을 생산하는 오므론의 인더스트리얼 오토메이션 사업 (IAB: 제어기기사업)의 핵심 공장, 생산 품목 수는 2만 2,000종에 이르며 생산출하액은 30억중국위안(약 480억엔)으로 IAB 전체의 약 35%를 차지한다. 2018년 7월에는 새로운 공장인 ‘제2공장’ 가동을 개시한다.

오므론 중국∙상해공장이 최근 수년간 추진하고 있는 것이 자동화와 IoT에 의한 생산성 향상이다. 지금 중국의 제조사는 공장의 자동화∙성인화 (省人化)에 힘을 쏟고 있으며 이에 따라 IAB의 상품인 제어기기 및 센서의 수요도 확대되고 있다. 한편, 중국의 인건비는 지속적으로 상승해 가격 경쟁력이 떨어지고 있다. 따라서 해당 공장은 성인화 및 고효율 생산을 통해 품질을 확보해나가면서 얼마나 원가를 줄일 수 있는지에 고심하고 있다.

-- 셀 생산으로 ‘고도 10m’의 개혁 –

-- AI가 필요한 과거의 트러블을 제시 –

-- 스칼라로봇으로 저비용 성인화(省人化) –

-- 4인 작업을 1명이 –

-- 수송 로봇이 자동으로 제품을 회수 –

5) 코니카미놀타 말레이시아공장 《IoT/자동화∙로봇》

■ 복합기를 생산, ICT와 자동화 기술에 의해 QCD를 최적화, 사람∙장소∙국가∙변동에 좌우되지 않는 유연한 생산을 구현화

■ 말레이시아 마라카주 마라카시

▶ IoT와 자동화로 어디에서나 동일한 생산, 데이터 분석과 예측으로 공수 절감

코니카미놀타는 차세대 공장의 컨셉트인 ‘디지털 매뉴팩처링(DM)’을 내걸고 ‘자동화’와 IoT화를 추진하고 있다. 목표는 ‘사람∙장소∙국가∙변동에 의존하지 않는 제조’(코니카미놀타 집행위원 생산본부장 다케모토(竹本) 씨. 그 선두를 달리는 것이 코니카미놀타 오피스사업의 주력공장인 말레이시아 공장(말라카주)이다.  MFP의 주력 기종 생산의 90%를 담당하고 있으며 하루에 1,200대를 생산한다. 드럼(DR) 유닛 및 현상 (DV) 유닛 등의 키 디바이스, 수지부품 등 유닛∙부품의 생산도 하고 있다.

“자동화∙디지털 기술을 이용해 어디에서나 동일한 것을 만들어내는 시스템을 구축해야 한다는 생각이다”라고 다케모토 씨는 DM의 목적에 대해 설명한다. 저비용의 노동력을 찾아 공장 이전을 반복하는 것이 아니라 일본 기업의 제조의 기본 및 사고방식을 정착시키는 현장 능력의 강화와 병행을 통해 어느 공장에서 전개하더라도 일본 제품으로서 경쟁력이 있는 QCD를 실현하는 것이 DM의 전략이다.

-- 자동기기 및 로봇으로 6명작업을 1명이 –

-- 박스 종류는 160개에서 4개로 격감 –

-- 수집한 데이터는 경영 콕핏으로 분석 –

-- 예측 조정으로 공수를 10% 절감 –

6) NEC 플랫폼스 태국공장 《IoT/디지털 트윈》

■ IoT를 활용한 생산 효율의 향상, 디지털 트윈에 의한 설계의 기간 단축을 실현, 전화기 및 프로젝터, 차재기기 등을 생산

■ 태국 파툼타니 현 나와나콘 공업단지

▶ 현장주의로 IoT 활용을 확대, VR로 국경을 뛰어넘는 라인 설계

NEC 플랫폼스(본사 도쿄)의 생산관련 회사인 NEC 플랫폼스 태국(이하 NECPF 태국공장) 해당 공장에서는 사무실용 전화기 등 네트워크 제품, 비즈니스용 프로젝터 등의 영상 디바이스 제품, ECU(전자제어장치) 및 디지털타코그래프(Digital Tacho Graph) 등의 차재 제품을 주로 생산한다. 이것들과 함께 수탁 생산도 하고 있어 출하하는 제품의 종류는 800점을 넘는다고 한다.

2000년경에 도요타그룹의 컨설턴트를 받아 ‘TPS(도요타 생산방식)’을 베이스로 개선을 추진해왔다. 이 생산 혁신에 더해, 최근 힘을 쏟고 있는 것이 IoT 및 로봇에 의한 자동화 등의 디지털 혁신이다. “생산 효율을 높여 공간 및 인원의 여유를 신규 사업에 투입해간다”(NEC 플랫폼스 태국 사장인 후지타(藤田) 씨)는 방침이다.

-- 건물을 1개로 집약해 분산 낭비를 절감 –

-- 조립 성형 실장에서 IoT 활용 –

-- VR로 생산 라인의 타당성을 검증 –

7) 이구스(IGUS) 독일 본사공장 《IoT/자동화∙로봇/모듈화》

■ 마찰이 적은 수지로 만든 가동 부품을 생산, 공장은 매단 구조(현수식)로 레이아웃 및 증설의 자유도를 높였다

■ 독일 베스트팔렌주 쾰른시

▶ 라인 구성이 자유로운 ‘쓰리야네(吊り屋根, 기둥에 매달린 지붕모양의 구조물), 한 발 앞선 확장성과 유연성

수지 제품의 가동형 케이블 보호관 및 톱니바퀴, 축받이, 베어링 등의 제조를 특기로 하는 기계부품 제조사인 독일 이구스, 독일 남부에 위치한 쾰른시의 본사 부지 내에는 공장과 연구개발 시설이 병설되어 있다. 이 시설의 특징은 자유와 개방적으로 확장성이 높은 점에 있다.

그런 시설을 상징하는 것은 건물의 구조이다. 철탑이 주요 구도로 되어 지붕과 벽을 붙들어 매고 있다. 따라서 건물 내의 기둥과 벽을 최소한으로 줄일 수 있어 전망이 좋으며 종업원의 이동이 쉽고 재료나 제품의 운반도 용이하다.

건물은 모듈화하고 있어 한 변은 675m의 전방형. 주요 구조인 철탑은 그 중앙에 위치한 안뜰에 세워져 있다. 건물의 지붕과 벽의 하중을 거의 철탑이 부담하는 구조에 맞게 간이 시공 시스템을 채택하고 있으므로 건물의 증설도 쉽다. 가동을 개시한 것은 1994년 이후 이미 6회에 걸쳐 증설을 하고 있으며 2019년 4월시점에서 공장 부분의 총면적은 약 12만 7,800㎡에 달하고 있다. 2020년에는 근접 지역에 새로운 동을 증설할 예정이다. 가장 큰 매리트는 건물 내의 레이아웃의 변경이 쉽다는 것이다. 벽과 기둥이 거의 없기 때문에 제품 수량이나 생산량의 증감에 맞춰 생산 구역 및 생산 라인을 변경할 수 있다. 국내외의 경제 상황 및 기술의 진보에 따라서 고객의 요구나 자사의 운영 방침에 맞춤형으로 공장을 운영할 수 있다는 것이 이 공장의 최대 특징이다.

-- 제조와 같은 정도로 중요한 시험 –

-- 자사 개발의 로봇으로 피킹 –

-- 끝 –

목 차

자료원: 해동일본기술정보센터_월간브리핑 2019년 10월