한국과학기술정보연구원 전문연구위원 : 심영일
제품개발 단계는 기획구상→개발 및 설계→시제품 평가→생산준비→양산→판매 및 보수와 같이 연속적인 프로세스로 이루어진다. 이 때 여러 업무를 동시에 처리할 수 있다면 개발기간을 획기적으로 단축시킬 수 있지 않을까? 이에 따라 1990년대 후반부터 자동차 업계를 중심으로 동시병행설계(CE, Concurrent Engineering)가 추진되기 시작했다. 동시병행설계를 적용할 경우 앞 단계를 완료하기 전에 다음 단계를 시작할 수 있어 납기를 단축시킬 수 있고 공정 단위의 품질 역시 담보할 수 있게 된다.
최근 일본 제조업은 중국을 비롯한 아세안 여러 국가와 경쟁하는 데 있어 납기 및 가격의 어려움을 겪고 있다. 이를 극복하기 위해 필요한 것은 일본식 장인정신, ‘모노즈쿠리’의 재정립과 품질확보 방법의 개선이다. 모노즈쿠리 W 모델에서는 ICT(Information Communication Technology), 개발과 제조의 연계 강화를 통해 이를 실현해나가고 있다.
모노즈쿠리 W 모델
제조업 각 기업은 모노즈쿠리 W 모델을 실현하기 위해 ①데이터를 중심으로 한 모노즈쿠리 프로세스 구축, ②물리적 시뮬레이션을 통한 공정품질 확보, ③설계 데이터를 통해 실제로 물건이 만들어질 수 있는가에 대한 가상 검증, ④설계 시 검사 조건에 의한 실기검증으로 설계품질을 담보하는 등의 사상을 도입해 추진하고 있다. 자동차의 경우, 신규모델이 결정되었을 때 어떻게 좋은 평가를 받을 수 있는가를 가상으로 확인해 그 결과에 따라 제품 컨셉을 수정해 나간다. 구상 설계에는 제품을 확실히 제조할 수 있도록 제조 설비나
작업자 부하, 원가 요소인 작업시간, 공수 등의 평가가 포함된다. 상세 설계에서는 부품 선택, 조합 상태 점검을 비롯해 제조 시의 간섭 문제, 부품 간의 영향 유뮤에 대한 검토를 수행한다.
최종적으로 양산에서의 출하 전 검사는 부적절한 제품이 시장에 나가지 못하도록 하는 관문이기 때문에 제품설계 단계에서 설정한 품질을 만족하고 있는가를 확인할 필요가 있다. 그러나 이전처럼 검사에 많은 시간과 수고가 소모된다면 경쟁에서 뒤쳐질 우려가 있기 때문에 가능한 한 적은 시간과 수고로 제품품질을 확보하는 것이 관건이다.
ICT 활용 사례
상품기획 단계에서의 활용 모노즈쿠리 W 모델을 실현하기 위해서는 각 공정 별로 ICT를 활용하는 것이 필수적이다. 상품기획 단계에서는 ICT 활용을 통해 시장가치가 높은 제품을 기획하는 것이 중요하다. 이를 위해 SNS 등의 소셜 데이터와 POU(Point Of Use) 데이터를 이용한 예측 확인이 실시되고 있다. 또 상품이 어떻게 이용되고 있는가를 평가하기 위해 디지털 목업(DMU) 모델을 활용하기도 한다. 특히 대형 플랜트나 항공기 엔진 및 건축물 등은 시험 제작이 어렵기 때문에 4면 가상현실을 이용해 평가하는 경우가 증가하고 있다.
구상설계 단계에서의 활용 클라우드 상에 개발 플랫폼으로 엔지니어링 클라우드를 구축하고 개발부문의 노하우를 집적함과 동시에 구상설계 단계에서 기계적, 전기적, 조립 소프트웨어 등의 복합 시뮬레이션을 연계시켜 최적의 조합성을 평가한다. 이를 통해 상류 공정에서의 품질 확보를 꾀할 수 있다. 또 제조 단계에서의 설계변경을 방지하기 위해 DMU 모델에 의한 설계·생산기술·제조·품질보증 부문에서의 조립, 조작, 보수성을 검증한다.
상세설계 단계에서의 활용 부품 정보의 부문 간 일원화 관리를 통해 EOL(End Of Life) 등의 부품 라이프 사이클 정보를 공유하고 최적 부품의 검색, 조합 검증 등에 대한 부품정보 데이터베이스를 활용한다. VDR(Virtual Design Review), VMR(Virtual Manufacturing Review)을 통해 프로세스를 앞당기고 개발 기간을 단축시킬 수도 있다.
가상시작 단계에서의 활용 과거에는 시제품을 통해 검증하던 사항을 컴퓨터를 이용한 가상 시제품 단계를 통해 검증할 수 있어 테스트 시간을 줄이고 효율성을 높였다. 가상 시뮬레이션 단계에서 ICT를 활용할 경우, 기구 부품과 전기 부품 등을 모두 조립해서 낙하할 때 내부 충격이 어느 정도인지, 가동부 배선 부품의 상태와 조립성은 어떤지를 검증할 수 있다. 또한 3D 프린터를 활용해 제품 형상 등을 감각적으로 평가할 수도 있다.
제조·검사 단계에서의 활용 작업자의 육안에 의존하던 테스트를 ICT로 자동화해 작업자의 개인차로 인한 산포, 감정에 의한 영향, 검사결과에 대한 표현방식의 차이 및 숙련도에 의한 변화 등을 제거할 수 있게 되었다. 또 프린트 기판 검사도 기판에 내장된 검사용 테스트 프로그램으로 실행해 자체 시험 할 수 있게 되었다.
ICT의 전망
설계 단계에서 품질과 직결되는 정보는 항상 변화하고 있으며, 이에 따라 이러한 정보를 취급하는 방법 역시 달라진다. 제품의 소프트웨어가 먼저 결정되고 이를 실행하는 하드웨어가 개발되는 비즈니스 모델에서는 기존 모노즈쿠리 모델로 대응할 수 없다. Apple이나 Google사는 대표 제품을 개발하는 데 있어 하드웨어에 앞서 디자인과 규격을 먼저 결정하기 때문에 새로운 모노즈쿠리 모델과 설계 프로세스 단계에서의 ICT활용에 대해 생각할 필요가 있다.
출처: 大崎榮佐、“製品設計品質評?のためのICT活用?況と今後の方向性”、「精密工學會誌(日本)」, 81(3),
2015, pp.211~215
전문가 제언
일본 정부는 2000년, ‘모노즈쿠리 기반기술 진흥기본법’을 만들어 젊은 층의 중소기업 기피 현상을 극복하고 중소기업이 기술개발을 통해 고부가가치 제품을 생산하도록 추진해왔다. 여기에 정보통신기술(ICT), CAD/CAM/CAE와 같은 신기술을 접목해 제조업을 노동집약형 단순 노동에서 고도의 기술적 활동으로 승화시켜 나가고 있다. 또 모노즈쿠리 역시 단순한 제조기술을 넘어 하나의 경영철학, 기반기술의 고도화가 어우러진 종합 정책방향으로 나아가고 있다.
최근 ICT를 기반으로 한 타 부문과의 융합이 다양하게 이루어지고 있다. 제조분야에서의 ICT 활용은 저출산 고령화 사회로 진입하면서 그 필요성이 더욱 강조되고 있다. 국내 기계 산업계 역시 ICT 융합의 가치를 인식하고 최근 들어 ICT 융합 제품 기술개발에 박차를 가하고 있다. 우리나라 공작기계 산업이 중국 및 신흥 개도국과의 격렬한 경쟁으로 이윤이 감소하고 고용이 정체되는 상황에서도 ICT 융합이 기계 산업 생산에 따른 부가가치 유발에 긍정적인 역할을 하고 있음은 다행스러운 일이다.
지난 4월, 국내 기계 산업의 중심지인 창원에서 경남창조경제 혁신센터 개소식이 열렸다. 최근 제조업은 중국의 높은 성장세와 핵심 소재 및 부품 국산화율 저조로 성장세가 둔화되고 있어 체질 개선이 시급하다. 이러한 가운데 창조경제 혁신센터 개소를 기회로 성장 한계에 놓인 전통 기계 산업에 새로운 활로가 열릴 것 이라 기대해 본다.
* 이 분석물은 미래창조과학부 과학기술진흥기금, 복권기금의 지원을 받아 작성하였습니다
<기사등록 : 월간MTM 2015년 8월>
