자유토론 선박생산기술 개요

[박창호]

2-1-1 선박생산기술 개요

 [1] 생산기술의 현황

(1)국내 생산기술 현황

  생산기술을 그 성격과 단계로 크게 나누면 생산관리 기술과 선체건조 기술,도장기술 , 위장기술,시험,검사기술로 나눌 수 있다.국내 생산기술을 이렇게 분류된 항목에 따라서 차례로 알아보면,아래와 같다. 단 여기서 국내 생산기술이라 함은 국내 대형조선소의 생산기술을 말한다.

1)생산관리 기술

 생산관리에는 주된 기능으로 생산계획 기능과 실행기능,조절.통제 기능,분석.평가기능이 있다. 이들 기능과 생산관리에 포함되기도 하고 별도의 기능으로 독립되기도 하는 품질관리 기술도 여기 포함하여 하나의 항목으로 요약한다.

  계획기능 : 중.장기계획과 단기계획, 실행계획(일정계획)이 있는데,국내 조선소의 경우 계획의 조기화와 정확도에 있어 변화대응 능력이 마약에 생산을 완전히 이끌지 못하고 있는 현실이다. 계획의 정확성과 조기화를 달성하기 위해서 여러 가지 방안들이 조선별로 모색되고 있는  가운데 상품화된 범용 scheduling package를 이용하거나,자 조선소별로 모색되고 있는 가운데 상품화된 범용 scheduling system을 이용하거나,또는 외부의 도움으로 scheduling system을 연구 .개발 함으로써 정확하고 신속한 계획수립을 시도하고 있어 가까운 장래에 개발효과가 나타나리라 기대하고 있다.앞으로 초기 단계의  제품 정보 부족과 생산정보의 부정확성과 생산 현장의 임의성 이 극복되면 계획의 신뢰도와 의존도가 높아질 것인데, 이를 위하여  각각 회사가 설계 .생산의 통합data base 구축,expert system의 도입,부정확성 생산정보의 가시화,표준일정의 확립 등 여러 가지 방법으로 개선노력을 투입하고 있다.

  실행기능 : 계획이 완벽하지 못한 것은 앞에서 지적되었지만,조선업 특성상 매 단계마다 인력 의존도가 높고 복잡성에서 야기되는 불확실함과 둘발사태의 빈발 등에 따라서 계획의 실행률이 낮다. 여기에는 끊고 맺는 것을 잘못하는 우리의 습성도 한 몫을 하고 ,또 계획이 안맞을  때 재빨리 대처해서 진로를 원래와 가깝도록 바로잡아 주는 일선관리 감독기능이 미약한 원인도 있다. 앞으로 자동화 로봇화가 더 이루어지면 인력 의존도가 줄어들고 계획 대비 실행률이 더 높아지겠지만 완전화 무인화는 어렵고,작업자와 일선 감독자의 기량과 의지가 반영되지 않을 수 없다.

  조절.통제기능 : 가장 어렵고 정형이 없는 기능으로서 공정이 궤도에서 벗어나거나 늦어지거나 서로 충돌이 일어날 때 이를 예견하거나 재빨리 발견해서 피하는 수단을  실행하는  조절기능과 공정간의 균형을 맞추기 위하여 또는 흐름을 바로잡기 위하여 일부공정을 늦추거나 촉진시키거나 물류를 통제하는 기능을 말하는데 ,모두가 관리자 개인의 능력을 크게 의존한다. 이 부분도 대체로 미약한 것이 현실이다.이러한 기능은 직무교육과 훈련,경험에 의해서 개인별로 축적되는 기술로서 전사적인 향상의지와 제도적인 뒷받침이 필요하다.신속한 현상파악을 위한 생산정보의 전산화와 현시화가 가가 회사별로 추진 중인데,정보의 on-line과 real time화가 이어지면 많은 도움이 될 것이다.

  분석.평가기능 : 생산의 진행을 주기적으로 분석평가해서 상.하.좌.우로 알려주는 기능으로서 시의 적절한 분석평가는 조절.통제기능을 높여 주어 결구 생산관리 기능 전체를 뒷받침해 준다. 정기적으로 취득되는 생산진행 정보가 형식에 치우치거나,적당히 조작되는 사례(외주 기성고 책정 등)가 있어 신뢰도가 떨어지는데 이러한 것을 최소화하기 위하여 bar code의한 물류정보의 현시화를 실현하는 시스템을 구축한 사례도 있고,무선신호에 의한 대형 구조물의 운반정보가 전산화되도록 물류 시스템을 운영하는 사례도 있어 가까운 시일안에 현재보다는 정확하고 빠른 분석평가가 가능해질 것으로 기대한다.

  품질관리(시험.검사) 기능: 선박의 건조공정이 진행됨에 따라서 점차로 늘어나는 것이 각종 시험과 검사공정이다.작업을 관리하는 입장에서는 검사가 하나의 피하고 싶은 장애처럼 여겨져 왔으나, 지금은 반드시 거쳐야 하는 하나의  공정으로 인식되는 변화를 가져왔다.그러나 아직도 선진국에 비해 시험 검사항목이 많은데 이것을 해소하려면,작업자와 검사원 상호간에 충분한 신뢰를 확보하여 자체시험 및 검사결과가 믿어져서 번거로운 제3자에 의한 검사항목을 줄이도록 하는 노력이 요구된다. 각 회사마다 품질관리를 전담하는 전담인원이 정해진 자체검사와 외부검사를 수검하도록 하는 이외에,작업자 자신에 의한 품질관리의 참여의식을 높이고 능동적으로 참여하도록 하기 위한 Q.C분임조 활동이 실천되고 있는데,실제의 분임조 활동은 단순한 품질 향상 차원을 넘는 작업자들의  노동의욕과 참여동기를 부여한다는 의미에서  더 많이 기여하고 있는 현황이다.

2) 선체 건조기술  

  선체 건조기술은 공정이 흘러가는 순서대로 강재분류,표면저리,선각현도,마킹 ,강재절단,가공,대형판계.소조립,블록,중조립,대조립,블록탑재,연결 등으로 구분하여 국내기술을 알아본다.

  강재분류.표면처리 :   철강재의 저장분류와 표면처리는 소위 생산준비단계(preparation)라 하여 주공정에서 제외되는 경향이 있기 때문에 다른공정에 비하여 관심도가 적고 공정의 개선노력과 장비에 투자가 다른 공정에 비해 낮다.그러나 이 공정이 강재물류의 시발점이며,막대한 재화가 저장되어 있는 곳이므로 물류의 개선과 적체량의 감소를 달성하기 위한 노력을 기울이고 있다. 1주일 미만의 사용량만을 사내 저장햐여JIT(justin time)를 실천하고 있는 일본 조선소들에 비해 강재의 적치장 넓이가 이동거리나 적재무더기 높이 등이 커지지 않을 수 없으며 ,전체적인 능률이 그만큼 낮은 것을 개선하는 방법은 공급처와의 수급방식의 개선,운송시스템의 개선,발주량의 정확화 및 조기화 등이 이루어져서 강재의 강재의 공급주기를 단축하여 저장량을 가능한 한도에서 최소화하는 것이다.

  선각현도.마킹 :   Line순종적업을 비롯한 현도 및 마킹업무가 대부분 전산화 또는,NC화되어 손으로 직접 그리고,본을 뜨고 강판 또는 형강에 옮겨 그리는 수동작업은 현저히 줄어들었으나 형상이 복잡한 선수부나 선비부에는 부분적이 원척현도와 상자형 marking이 사용되고 있다.현재국내 조선소의 현도.마킹에서 활용되는 전산화 software package는 조선전용으로 개발된 외국의 system들이 도입되어 쓰이고 있고,앞으로 전개될 일관화에 필요한 3차원CAD와 이에 연결되는 현도.마킹system도 외국의 package가 도입활용될 것으로 예상되어,기술종속을 벗어나기는 당분간 어려울 것이다.

  강재절단.가공 :   판재의 절단은 NC자동화가 이루어져 플라즈마 절단기와 함께 능률을 올리고 있으나 형강재의 절단 자동화는 외국의 기술과 장비가 도입되어 부분적으로 시험운용되고 아직 본격화되지 못하고 있는 실정이다. 부재의 가공도,3차곡면 외판의 예를 들면,대형 roller-press에 의한 거친가공과 line heating에 의한 마무리 가공의 두단계를 거치게 되는데,이를 한 단계로 기계화(자동화)하는 필요성은 인식되고 있으나 아직 본겨적인 공법연구나 장비개발이 착수되지 못하고 있다.선진 조선소와 비교한 현재 우리 나라의 가공공정 생산성은  약 1/2수준(1인당 월간 처리톤수 102.5 : 1998)이다.

  대형판계.소조립 : double hull 구조가 늘어남에 따라 대형 panel의 소조립을 위한 전용 판계장과 종통재의 취부용접을 위한 작업장,내부골재를 내세우는 소조립장을 흐름 공정으로 묶어서 이동작업이 주기적으로 가능하게 하는 tact system이 도입되어 많은 시설투자가 이루어지고 있는 선각공정 중에서 가장 앞서 있는 공정이다.당장은 투자된 만큼의 효율은 거두지 못하고 있지만 앞으로 정확한 작업예측과 여타 생산정보들과의연계가 원만해지면 기대이사의 효과를 얻을 수 있는 공정이다.

  블록 중조립.대조립 : 소조립된 부재들이 연결되고 커지면서 입체화되는 과정에서 뒤따르는 작업발판의 고정을 위한 지지물 용접을 없애는 노력이 결실을 보아 후공정에서 발생하는 제거처리 작업이 줄었다. 또한,용접의 자동화가 많이 진행되어 전 조립용접의 약 10%(중력,이산화탄소, 반자동 제외)에 달한다.또한.곡블록 전용조립의 skid화가 추진되고 있어 곡블록의 조립정도 향상과 모든 조립블록에 대한  non-margin화가 이루어질 것으로 기대된다.선행건조(P.E)가 완성된 후의 최대 탑재중량은 약 800 ton에 달하며, 이때 전체의장의 약 60% 에 해당하는 블록의장이 완성된다.조립공정의 선진 조선소 대비 국내 생산성은  1/2 이하(1인당 월간 처리톤수 29.8: 63.8)의 수준이다.

3)도장기술

  블록도장:  분진과 유해가스 등으로 작업자들로부터 기피당하고 있는 도장의 주요과제는 분진확산 저지와 환기 및 통풍이다.그동안 이것을 극복하기 위한 다각도의 노력을 기울긴 결과 대용량 환기시설과 강력흡입 및 집진 설비를 갖춘 도장 전용공장을 크게 건설하고 거기에 서 완성 블록의 표면처리와도장을 행함으로써 노천에서 행할 때의 약2배의 효율을 올리고 있다.그러나 이것으로 해서 도장직조이 유망직조으로 바뀌것은 아니므로 ,다른 공정에 비해 환경개선 노력과 기능공  유치 노력이 더욱 더 요구되며, 앞으로의 무인 작업화가 이루어질 때까지는 이러한 어려움이 계속 될 것이다.

구획 및 바깥도장: 도장 자체의 어려움에 더하여 블록탑재 이후로 진행되는 각종 tank와 hold의 구조검사를 비롯한압력시험 대기등과 임시 가설물의 철거 등으로 인한 수정작업 등 작업대기와 중복작업이 복합적인 도장의 품질과 효율을 저하시키고 있어서 타 공정에 비해 작업능률이 잔은편이다.이러한 어려움은 단순한 작업의 기계화나 도장의 특수성과 독립성을 살려서 공정이 짜여질 때 해결될 것이다.

4) 의장기술

  관제작 :  국내에는 NC화된 일관 pipe bending 설비를 갖추고 정상적으로 운영하는 곳은 아직 없고,절단,가공,용접 등을 별도로 자동화시킨 장비들이 쓰이고 있어 능률과 정도가 높지 못하다.탑재 연결부의 조정관을 감소시키는 방안이강구되어 자재와 작업량을줄이거나 지상조립 유닛을 중가시키는 작업을 조기화함으로써 작업의 능률과 안전성을 높이는 등의 노력이 경주되고 있다.

  선행의장: 선행의장에는 유닛의장과 블록의장이 있는데 이 가운데 의장유닛의 조립은 전체 의장의 약25%,블록 의장률은 약65% 정도여서 전체 선행 위장률은 약 90%가 되어 매우 선행 의장률을 나타내고 있다.그러나 이 비율은 의장품 중량 또는 품목수를 바탕으로 했기 때문에 실제의 작업량(MH로 환산될 수 있는)과는 차이가 있어 실제로 선상에서 행해지는 선내의장은 10%가 넘는다.최근에 이룩한 선행의장 사례 중에는 블록상태에서 선미관 보링을 시공하거나 갑판기기의 설치와시운전을 행하는 등 선진국과 같은 수준의 앞선 공법도 있다.이와 같은 의장작업의 지상화는 여러 가지의 절감을 가져오기 때문에 앞으로도 이를 위한 계속적인 노력이 필요하다.

  선내의장: 선내의장의 요체는 작업환경의 개선사례로서 과감한 구획간의 교통로( access hole )설치,hole내 임시 승강기 설치,하절기 밀폐구획의 환기  및 냉방기 설치 ,도장 등 유해가스 발생 작업의 조기화 ( 블록도장시에 final coating 시공 )를 실행하는 등 다양한 방법으로 개선되고 있다.또 하나의 변화는 구획의장 또는 통합의장의 공법을 실행하기 위한 기능직의 통합과 관리조직의 단일화이다.이미 블록의 조립단계에서도 과거에는 따로 관리되던 블록의장( 배관,철의 등 )이 하나로 통합관리되고 있는데, 아직 직종간의 교류나 다기능화는 이룩하지 못했지만 구획의장 효과적인 운영을 위해 바람직한 변화이다.

(2) 국외 생산기술 현황

  선진 외국 조선소의 생산기술은 시설 장비규모나 여기에서 구사되는 기술과 기능으로만 본다면 우리 나라의 조선소들과 큰 차이가 없다.규모면에서만 본다면 우리나라가 앞선다고도 볼 수 있다.그러나 생산기술을 지배하는 시스템 연구,자동화 연구, 소재개발,공법개발 등의 내용을 본다면 우리와의 격차가 분명해지고 앞으로 우리가 영원한 2위를 면하기 위한 방법이 무엇인가를 생각하게 한다.이하에는 위에 열거한 생산기술의 기초기술들에 대하여 선진국(주로 일본)들의 현황을 알아본다.

1) 시스템 기술

  지금까지 따로 떨어져서 운영되어 온 조선소 내의 가가 시스템들(기획,제품개발,설계,생산관리,생산 및 품질관리,생산 및 품질관리 등)을 전산기의 도움으로 하나의 통합된 시스템으로 완성하여 전체 시스템의 효율을 극대화 시키자는 것이 선진국 조선소들의 움직임이다.다른 산업에서는 CIM이라는 이름으로 수많은 시스템이 쏟아져 나오고 있고,이런 경향은 국내에서도 마찬가지이다.이러한 가운데 일본의 대형 조선소들와 대학과 관련 연구기관들이 관련 재단의 기금으로 5년간의 연구결과로 내어놓은 조선업 CIMS frame model"이 주목을 끌고 있다.선박이라는 제품을 object의 형태로 전산기속에 구축하여 이것을 product model이라고 칭하고,여기에 들어 있는 부품과 이들의 관계정보를 공정을 설계하고 여기에 다시 자원과 일정을 추가한 생산 일정을 작성하는 데까지를 전산기로 일괄처리하는 pilot model을 3년에 걸쳐 개발하고 ,잇달아 좀더 현실과 접근시킨 frame model을 개발하였다.이밖에도 유럽국가들이나 미국의 연구기관들이 product model을 구축하기 위한 제품정보의 표준화를 위한 제안과 연구결과들을 발표하고 있어 조만간 통일된 표준 package와 code가 나올 것으로 기대된다.한편,조선소의 독자개발로 오래전에 실용화된 CAD의 차원을 높여 지금까지는 별개로 운영되던 NC자동화 시스템과 연결시켜 실절적인 CIM에 한발 다가서는 시도가 성공적으로 운영되고 있는 조선소들도 있다.
또한 유렵의 유수한 개발회사는 이미 실용화되어 있는 CAD/CAM에다 CAE와 MIS를 연결시키고 보완하여 production과  material requisition까지도 할 수 있는 일괄 시스템 등을 상품화하고 있다.

2) 자동화 기술

지금까지는 판재의 마킹.절단에만 적용되던 NC자동화가 형강재에까지 적용되어 강재의 가공 자동화율을 높였고,삼차원 곡면의 가공을 자동화하는 전단계로서 다점 프레스 방법의 실용화를 위한 연구와 선상 가영방식을 고주파유고 가열장치와 강판의고유열변형 이론을 결합기킨 새로운 자동성형 장치로 바꾸는 연구 등이 진행되어 가까운 시일 내에 실용화될 것으로 기대되며,이렇게 되면 가공공장 내의 자동화는 한 단계 더 나아가게 된다.
국내 일부 조선소에서 실시하고 있는 panel line의 흐름 공정화(tact)가 일본에서는 보편화되어 있으며,여기에 더하여 편면잠호 용접(one sideSAW: submerged arc welding)의 정착,종통재 취부 및 용접의 자동화,내구재 용접(vertical, fillet),robot의 실용화 등 끊임없는 개발과 실용화를 지속하고 있다.현재 일본 조선소의 용접자동화율은 약 88%이고 수동용접은 12%에 불과하가.여기서 특이할 것은 우리나라의 이산화탄소 용접은 대부분이 반자동인 반면,일본의 경우는 자동장치 또는 robot에 의한 것이고,잠호용접도 우리나라는 양면용접인데 반해일본은 편면인 점이 다르다.

3)소재 및 공법 개발기술

  획기적인 소재개발의 하나가 용접성이 우수한 50 ㎏/㎣급 고장력강의 개발일 것이다.이로 인한 선체의 경량화는 물론 용접량의 감소 ,열변형 최소화로 인한 선각조립 및 탑재 정밀도 향상 등 부수되는 원가절감 효과가 크다.또한 입체 블록의 조립 정밀도를 높이기 위한 3차원 계측기술을 개발 적용하고, 한편으로는 근본적인 대책으로 돋접 수축량의 보상 값이 미리 가산된 부재룰 제작하여 용접이 완료된 후에 정규 값이 되게 하는 연구가 추진되고 있다.이와 같이 조립블록의 정밀도를 높임으로써 내업 용접률을 높여 double  hull VLCC의 경우 내업 용접률이 89.4%(용접장 기준)나 되고 나머지 외업 용접도 대폭적으로 지상화시켜 dock내의 용접은 6.2%로 줄임으로써 생산성을 높이고 있다.
  이 밖에도  용접에 영향을 주지 않고 영향을 받지 않는 primer도료의 개발,엔진 설치용 냉동선의 방열재를panel화하여 시공을 간편하게 함으로써 인력의 절감과 방열효과의 향상을 가져오는 시도가 실용화되었다.
공법개발 사례로서는 1970년대초부터 제창되어 온 GT(group technology)의 조선업 활용방안이 모색되어 선체가공 단계의 부재제작 공정에서 동류의 부품들을 그룹화 하여 흘러 가게 함으로써 생산성을 높이고 원자재를 절감시키려는 등의 시도가 이루어졌다.
  선박구조의 소재로 쓰이는 복합재료는 경량화,부식방지,선령연장,진동감소,열로인한 신축방지,그리고 내화학성이 요구되는 화학물 운반선의 적층 압력용기 외에도 적의 레이더에 전파를 흡수하여 감지되지 않는 잠수정 및 소해정의 구조 등에 그 응용영역이 확대되고 있는 추세이다.특히,FRP(glassfiber reinforced plastics)선은 목선이나 상선에 비하여 가벼우며,부식되지 않아 선령이 목선의3배,강선의 2배 정도이며 수리하기 쉽고 연로비 절약면에서 이점이 있어 그 이용이 증가되거 있다.

[2]생산기술의 발전전망

  이상에서 본 바와 같이, 선진조선소와 우리나라 조선소의 기술 격차를 짧게 표현하면 생산성 1/2로 압축할 수 있다.그래서 우리나라 조선 생산 기술의 개발은 생산성을 높일 수 있는 방향으로 전개되어야 하며,선진국들의 연구개발 방향도 마찬가지로 고품질 선박개발에 의한 경쟁력 유지와 함께 생산성 향상에 의한 수익증대로 맞추어져 있다.이들 가운데 고품질 선박의 개발은 설계기술과 관련되므로 여기에서는 줄이고 ,오직 생산기술에 국한되는 기술 발전 방향만을 전망한다.생산기술도 다시 분해하면 여러 가지의 형내로 나누어지겠지만,여기에서는 편의상 hardware적인 발전과 software적인 발전으로 나누어서 생각한다.

(1)기술 집약적인 발전

  인건비 상승,근로의식의 변화 ,기능 인력난 등 국내의 사회적 변화와 무한 경쟁체제로의 돌입, 경제불록화에 의한 각종 제약의 강화 등 국제겅 무역환경의 변화 때문에 현재와 같은 우리나라의 높은 인건비 비율과 낮은 생산성으로는 우리 나라가 조선수출국으로서 더 이상 존속하기 어렵다.이러한 인식은 우리를 경쟁 대상으로 삼는 선진국들도 마찬가지이므로 일본의 경우 다가올 2000년대의 목표를 생산원가에서 인건비가 차지하는 비율을  10%(현재 우리나라 30%이상 ,일본 20%이하) 가지 낮추는 것으로 설정한 데서도 명확해진다.
이러한 상황에서 앞으로의 생산기술 개발 방향은 조선공정의 기능 의존도를 낮추는 것과 인력을 절감하는 목표하에 자동화와 무인화를 더욱 강화하는 방향으로  추진될 것이다. 예를들면,사용량이 많은 선각 및 배관자재의 선별.전처리.배열.절단.가공.용접까지를 일관되게 자동화 시키는 장비의 개발,부재의 이동,저장.선별.배송 등을 무인화시키는 설비의 개발,용접 자동화율의 향상을 위한 용접 robot의 개발 ,각종 검사대행 robot의 개발 등과 작업의 옥내화와 지상화를 위한 선행공법의 개발과 이를 위한 정도향상기술의 개발등 들 수 있겠다.

(2) 정보집약적 발전

  이상과 같은 기술 집약적 변혁을 가져오기 위해서 반드시 필요한 기수이 정보를 다루는 전산기술과 통신기술이다.현재는 분산적으로 처리되고 인적 개입에 의해서 연결 운영되는 많은 시스템들이 하나로 통합되는 과정에서 필요로 하는 차원을 달리하는 엄청난 정보 운용하는 체계의 개발 등 많은과제가 놓여 있고,이 가운데는 현재의 수준으로는 미달이지만 멀지 않아 도달할 것으로 보이는 기술들도 적지 않아 정확확 예측은 할 수 없으나 ,대체로 2000년 대 초기에는 실현될 것으로 전망된다.일본에서 거국적으로 추진중인 조선업CIM( computer intergrated manufacturing) 미국에서는 해군주도하에 구체화되어 개발되고 있는 NIDDESC(navy/industry digital data exchange standards commitee)와 CALS(continuous acquistion and life-cycle support),유럽공동체의 주요 공업국들의 주동이되어 국제표준기구인 ISO(international standasrd organization)에서 제정하고 있는 STEP(standard for the exchange of product model data) 및 객체지향언어인 express를 이용하여 개발하고 있는 조선의 제품 모델 구축 등이  여기에 해당되는 정보의 표준화 운영체제를 대표하는 연구과제들이고,우리나라에서는 국가 출연 과제로서 정부 출연연구소와 대형 조선소들이 참여하여 진행된 CSDP(computerized ship design and production system)개발연구가 유일한 노력으로 꼽일 수 있을 것이다.