일본 모노즈쿠리 혁명① 매스 커스터마이제이션 - KOTRA 나고야무역관에서는 최근 일본기업이 도입하는 새로운 제조방식을 소개하고자 ‘일본 모노즈쿠리 혁명

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일본 모노즈쿠리 혁명① 매스 커스터마이제이션

2019-06-17 김현희 일본 나고야무역관

- KOTRA 나고야무역관에서는 최근 일본기업이 도입하는 새로운 제조방식을 소개하고자 ‘일본 모노즈쿠리 혁명’을 주제로 총 2회에 걸쳐 시리즈물 해외시장뉴스를 연재할 계획 – 
- 제너러티브 디자인(생성적 설계)과 부가제조 기술을 통해 ‘대량 맞춤생산 혁명’ 일으킨 일본 제조기업, 비용절감과 납기단축을 실현하고 생산성 크게 향상 - 
- 개별 고객 대량 맞춤생산형 수주-설계-생산 방식을 고수하던 일본 모노즈쿠리, 항공우주와 같은 고도기술수반 산업부터 액세서리 산업까지 대량 맞춤생산 확산 -  

□ 일본 모노즈쿠리에 확대되는 매스커스터마이제이션 

  ㅇ 매스커스터마이제이션(Mass Customization)이란?
    - 다양해진 개인 고객의 수요에 대응하고 대량생산을 통해 비용 절감 효과도 누리는 생산방법으로, 대량을 뜻하는 매스(mass)와 고객 대량 맞춤생산을 뜻하는 커스터마이제이션(customization)의 합성어. 최근에는 소비재뿐만 아니라 생산성 향상을 높이고자 하는 제조기업을 중심으로 확산되고 있음. 

  ㅇ 대량 맞춤생산이 확산되는 이유  
    - 대량 맞춤생산 혁명은 독일, 일본 등 선진국 기업을 중심으로 가속화되고 있는데 그 이유는 소비재 시장에서 고객의 수요가 다양해짐과 동시에 제품의 생명주기가 짧아져 신제품 개발이 단시간에 이루어져야 하기 때문임.

    - 그러나 공급자 측면에서 모든 고객의 개별 수요를 충족시키기 어렵기 때문에 개별 수주-설계-생산 방식인 기존 모노즈쿠리 방식에서 탈피하여, 설계·생산 단계에 첨단기술을 도입해 대량 맞춤생산을 실현하고 있음.  

변화하는 일본의 모노즈쿠리

자료 : 닛케이비즈니스

□ 대량 맞춤생산을 확산시킨 두 가지 핵심 기술

대량 맞춤생산을 위해 필요한 2가지 기술

자료 : 닛케이비즈니스

  ㅇ 제너러티브 디자인(generative design, 생성적 설계) 기술
    - 제너러티브 디자인은 미국 오토데스크(Autodesk)사의 인공지능 소프트웨어 Fusion 360이 제안하는 디자인 기술로, 설계 단계부터 고객의 요구조건을 만족하는 최적의 형상을 자동으로 컴퓨터에 반영하는 설계 방식임.  
    - 특히 기능과 성능이 중요한 제품에서 주로 사용되는 디자인 기술로, 이 방식을 도입함으로써 고객의 다양한 수요에 대응하고 시제품 재검토 시간을 절약할 수 있어 동시에 납기를 단축할 수 있음.

  ㅇ 대기업의 제너러티브 디자인 적용 사례 
    -  아디다스재팬은 2018년 9월, 대량 맞춤생산형 러닝슈즈 제작을 위해 일정기간 도쿄시내에 체험시설을 마련하여 고객의 발 치수 및 보행 시 골격의 움직임 등을 측정하였음. 축적된 데이터는 클라우드를 통해 빠른 연산작업을 거친 후, 일정 조건에 부합하는 복수의 설계도가 고속으로 생성됨.
    - 즉, 고객이 필요로 하는 '구속 조건'을 입력하면 설계 첫 단계부터 조건을 모두 만족시킨 새로운 설계도가 생성되어 최종 생산단계 직전에 설계도를 여러 번 검증하지 않아도 되는 장점이 있음.    

  ㅇ 중소기업의 제너러티브 디자인 적용 사례 
    -  중소기업에서도 신제품 개발을 위해 생성적 설계방식을 적극적으로 도입하고 있음. 요코하마시에 본사를 둔 WHILL사는 '퍼스널모빌리티' 차기 제품 개발을 위해 검토를 진행하는 과정에서 시제품 제조를 맡아줄 파트너 발굴이 어려웠음. 
    - 여러 가공업체로부터 수주를 거절당한 이유는 시제품이 일반적 공업제품과 달리 형상이 뼈와 같은 유기적 디자인이었기 때문에 설계가 어려웠기 때문임. 그러나, WHILL사는 생성적 설계 방식을 도입하였고 이를 통해 제작된 복수의 설계도로 알루미늄 부품을 사용한 바디 프레임을 제조하였음.  
    - 제작된 프레임 실물과 기존에 계산한 수치와의 상관성을 검토한 뒤 데이터 일부를 수정하여 양산이 가능한 시제품 제작에 성공하였음.

제너러티브 디자인을 적용한 퍼스널모빌리티 'WHILL'의 메인바디 일부

아래는 랜더링 이미지

자료 : 오토데스크

    - 제너러티브 디자인 도입이 유망한 업종은 고객의 요청에 따라 여러 차례 견적서를 수정하고 가격 경쟁을 통해 수주에 실패하는 비율이 높은 판금가공업임. 제너러티브 디자인 기술을 이용해본 적 없는 판금가공 회사 A사(비공개 희망)는 나고야무역관과의 인터뷰를 통해  "기존 고객을 확보하고 있어 당장 이용할 계획은 없으나 향후 업계 내 경쟁력 강화와 이윤 증대를 위해 도입을 고려할 수 있다"고 밝혔음.

  ㅇ 부가제조(Adative Manufacturing) 기술
    - 3D프린팅을 포함한 '부가제조' 기술은 설계자를 여러 제약에서 해방시키고 제품의 강도나 경량화, 고도의 기능성을 실현시킴과 동시에 비용을 절감할 수 있음.  
    - 대표적인 3D프린팅으로는 금속 프린팅을 들 수 있는데, 저장된 데이터를 활용하여 용해재료를 레이저나 전자 빔을 사용하여 얇게 여러 겹으로 쌓아 '부가가공'하여 최종적으로 제품을 완성하는 기술임. 
   - 일본정부는 5년 전 국가 프로젝트로써 기술연구조합 차세대 3D적층조형기술종합 개발기구(TRAFAM:Technology Research Association for Future Additive Manufacturing)을 설립하였음. 금속 부가제조 장치 생산성 향상을 위해 연구기관과 민간기업이 공동으로 개발을 진행 중인데 프린터의 고도 정밀화와 장치 가격 인하를 목표로 삼고 있음. 도시바기계, 미쓰비시중공공작기계, 오오타전기, 일본전기 등이 해당 프로젝트에 참가하여 연구를 진행하고 있으며, 향후 출시되는 자사 신제품 장치에 해당 기술을 적용하여 제품화할 예정임. 

  ㅇ 항공부품부터 액세서리까지 다양한 분야에 사용되는 3D 프린터 
   - 기존 3D프린터는 제품 생산 전 샘플을 만드는데 그쳤으나, 최근 개발된3D프린터는 디지털 데이터를 활용하여 최종 제품 생산까지 가능해지며 항공우주산업부터 자동차 양산까지 고품질의 제조기술이 필요한 다양한 분야에서 빠른 속도로 확산되고 있음. 
    - 금속분말소결 3D 프린터는 금속부품을 직접 제조하는 DMP(Direct Metal Printing) 기술을 활용하여 복잡한 형상의 금속 제품을 제조할 수 있는데, 평평하게 깐 미세 금속분말에 고출력 레이저를 조사하여 층층이 소결해 가는 과정을 반복하여 3차원 금속제품을 구현함.

DMP기술로 금속부품을 제조하는 모습

출처 : 캐논

     -  3D프린터  국제표준을 미국과 유럽에 내어준 일본에서는 관련시장 성장 속도가 더뎠으나,  2014년~2018년에 걸쳐 금속 3D 프린터를 활용하기 시작한 기업이 크게 늘었음.  일본 아이치현에 본사를 둔DMG MORISEIKI, YAMAZAKI MAZAK과  도야마현에 위치한OKUMA 등 글로벌 공작기계 메이커들은 금속 3D 프린터를 이용한 절삭가공 기술개발에 힘쓰고 있음.

2015~2022년 전세계 금속 3D프린터 시장동향

출처 : 후지경제

  ㅇ 액세서리 시장에 도입된 3D 프린터 
    - 도쿄에 소재한 액세서리 기업 '스트레인지 프릭 디자인스'는 원형제작 공정에서 미국 폼랩스의 광조형(SLA:Streo-lithography) 방식 3D 프린터 From2를 도입하여 기존에 수작업으로 진행했던 방식을 혁신적으로 바꾸었음.  
    - 보통 액세서리 기업의 원형제작 방식은 일부 단순한 디자인 제품을 제외하면 컴퓨터 디자인 툴 등은 사용하지 않고 수작업으로 제작함. 스트레인지 프릭 디자인스도 디자인이 완성되면 주조 메이커에게 제작을 의뢰하는데 발주부터 납품까지 몇 주의 시간이 소요되었음. 
    -  광조형 형식의 신규 3D 프린터 도입을 통해 제작기간이 줄어든 것은 물론, 고객이 원하는 모형을 컴퓨터 화면을 통해 그 자리에서 수정하여 원형을 확인한 뒤  데이터를 보내면 다음날 출력 샘플을 받아볼 수 있음.

광조형 3D 프린터를 사용하여 제작된 샘플(좌)과 실제 제작된 액세서리(우)

 자료원 : 폼랩스

  ㅇ 상호 보완적인 두 기술의 밀접한 관계
    - 제너러티브 디자인은 절삭가공이나 사출성형에서는 만들 수 없는 형상을 제작할 수 있는데 이 때, 자유로운 형상 도출이 가능한 부가제조를 방식과 결합하여 시너지 효과를 얻을 수 있음.
    - 한 편, 부가제조에서 실현 가능한 복잡한 형상을 인간의 손으로 모델링하는 것은 어려울 수 있으나, 컴퓨터로 형상 데이터를 제작하는 제너러티브 디자인이 보완적 수단이 될 수 있음.

□ 시사점

  ㅇ 제조공정 일부 변화가 생산성 확대로 이어져 
    - 설계 소프트웨어와 부가제조를 창출하는 3D 프린터 기술을 자체적으로 보유하고 있는 일본기업은 많지 않으나 미국, 유럽 등의 제품을 적극적으로 활용함으로써 비용을 절감하고 납기를 단축하는 등 생산성을 향상시키고 있음. 
    - 우리기업도 기업 규모 상 모든 공정 시스템을 자동화하는 스마트팩토리로 바꾸기 어렵다면, 일련의 제조 공정에서 일부 공정에 첨단 기술을 적용하여 전체 공정 시간을 단축하고 비용을 절감하는 방법을 고안해 볼 수 있음.

  ㅇ 공장과 제조를 넘어 '매스 커스터마이제이션 플랫폼 사업' 활용도 주목해야 
   - 최근 창업한 도쿄소재 CADDi사는 고객으로부터 발주를 받으면 자사가 개발한 제너러티브 디자인 방식을 통해  자동으로 견적서를 만들어 제작이 가능한 소규모 공장에게 전달하는 플랫폼 사업을 하고 있음.
    - 이와 같이 제조업 혁명은 공장밖에서도 일어날 수 있다는 열린 사고를 통해 고객 수요에 대응할 수 있는 다양한 경로를 고민해보아야 함.  

자료 : 닛케이비즈니스, IT미디어, 테크팩토리, 캐논, 후지경제, Monoist, KOTRA나고야무역관 종합