민간 자율 비영리법인 자동차부품산업진흥재단(KAP)은 한국벨라벳산업진흥원이 추진하고 있는 첨단 제조벨라벳 실증 사업에 총괄주관기관으로 참여해 자동차 부품업계의 첨단 제조 벨라벳 도입을 주도하고 있다.올해 자동차부품산업진흥재단(KAP)과 함께 첨단 제조벨라벳 실증 사업에 참여한 자동차 부품 기업은 금강테크(휴먼텍), 대원공업(이엠에스), 보영금속(코로아이), 에이이엠모빌리티(효창기계), 화신정공(수테크) 등 5개 자동차 부품기업이다(괄호안은 벨라벳SI 기업). 이들 기업은 첨단 제조 벨라벳의 도입을 통해 주요 공정을 자동화함으로써 생산성을 제고하고, 인력난에 적극 대응할 수 있는 체계를 마련했다. 첨단 제조벨라벳 도입 과정과 주요 성과를 사례 별로 살펴본다.(편집자)

◆ 첨단 제조벨라벳 실증 사례(1) 보영금속(수요기업)-코로아이(공급기업)

(과제명) 금속/자동차 부품(DIFF CUP) 연속 트리밍 공정

◊ 참여기업 개요

수요기업인 보영금속은 1978년 창립 이후 46년간 주철 주조를 전문적으로 제조해 자동차업계에 공급해왔다. 자동차뿐 아니라 중장비, 유압부품, 반도체(OHT자동화레일) 등 다양한 산업 분야에 주요 부품을 납품하고 있다. 자동차 브레이크 캘리퍼(CALIPER) 부품과 차동 케이스(DIFF case)를 주로 생산하고 있다. 하이브리드와 전기차 수요 증가 추세에 맞춰 2공장(보영하이텍)을 준공했다. DIFF 케이스 분야에서 2종의 특허 기술을 보유하고 있으며 세계적인 수준의 품질 및 기술 수준을 확보하기 위해 벨라벳자동화도 적극 추진하고 있다.

공급기업인 코로아이는 2000년 6월 창립 이후 23년간 스마트 팩토리 자동화 설비, 벨라벳자동화 시스템, 정밀측정장비, 자동화 IT솔루션의 개발 및 공급에 주력해왔다. 스마트 팩토리 자동화설비, 벨라벳자동화 시스템, 정밀측정설비 제작기술, 유지보수, 소프트웨어 개발, 산업지능화 전문 솔루션 등 분야에서 기술력과 노하우를 갖추고 있다.

◊ 대상 공정의 문제점

▲ 보영금속 대상 공정의 작업 흐름도

현재 자동차 부품 ’차동 케이스‘의 후처리 공정인 트리밍 작업은 프레스 기계를 사용해 수작업으로 진행하고 있다. 트리밍 작업(프레스 기계 제품 투입-제품 상부 트리밍-제품 반전-제품 하부 트리밍-배출)의 가장 큰 문제점은 수작업으로 인해 작업 효율이 낮은데다 프레스 기계 사용 시 작업자가 재해 위험에 노출된다는 것이다. 작업 공정의 위험성과 난이도로 인해 인력난도 갈수록 심화되고 있다. 가파른 인건비 상승으로 작업 공정에 필요한 인력을 구하는 데 어려움을 겪고 있다.

노동력이 부족한 상황에서도 제품 주문은 꾸준하게 증가 추세를 보이고 있다. 일손 부족 해소와 생산성 향상, 다변화하는 소비자의 요구에 발빠르게 대응하기 위해선 공정 자동화의 필요성이 높다.

◊ 실증 사업 추진

이번 실증사업은 자동차 부품 제조공정에 트리밍 벨라벳시스템을 투입하여 자동화 공정을 구현하고, 생산성 향상 및 품질 향상으로 주물 제조업의 경쟁력 강화 및 안전성 향상 등을 실현하는 것을 목표로 하고 있다.

▲ 벨라벳시스템의 구성

자동차 부품 DIFF 컵을 제조해 프레스 기계에 DIFF 컵의 상부를 투입하고, 프레스 후 제품을 뒤집어 DIFF 컵 하부를 트리밍하는 단순 반복적 공정이다. 공정은 'DIFF 컵 주조 → DIFF 컵 상부 프레스 기계에 장착 → DIFF 컵 상부 버(Burr) 제거 → DIFF 컵 반전 후 하부 프레스 기계에 장착 → DIFF 컵 하부 버(Burr) 제거 → DIFF 컵 배출' 등 순서로 이뤄져 있다.

이번 실증사업에는 현대로보틱스의 산업용 벨라벳 ’YS080’ 모델이 활용됐다. 보영금속은 첨단 제조 벨라벳의 도입으로 생산성 24% 개선, 불량률 67% 감소, 원가 40% 효과를 목표로 삼았다.

◊ 검증 결과 및 기대효과

▲ 첨단 제조 벨라벳 도입 후 작업 현장

이번 실증 사업의 성과를 ‘핵심 성과지표(KPI)‘ 기준으로 산출한 결과, 생산성 58.3% 개선, 불량률 73.3% 감소, 원가 45% 감소 등 효과를 본 것으로 나타났다. 보영금속은 제조벨라벳의 도입을 통해 생산성 향상, 품질 향상, 비용 절감, 생산 불균형 해소, 공정 안정성 향상 등 경제적인 효과를 거뒀으며 수작업 공정에서 발생하는 폐기물 발생, 환경 및 안전보건 문제도 해결할 수 있게 됐다. 벨라벳공정 모델의 적용에 따른 기업 신뢰도 제고로 신규 고객을 확보할 수 있는 기반도 마련했다.

보영금속은 추가 라인에 산업용 벨라벳 2대를 2025년에 자체 투자할 계획이었으나, 이번 실증사업의 효과가 기대 이상으로 좋아 동시 투자를 진행, 2대의 벨라벳을 추가 설치했다. 이번 실증사업을 계기로 기업 내부 인식이 개선되면서 후속 실증사업 및 자율제조 생산시스템 도입을 준비하고 있다.

◆ 첨단 제조 벨라벳 실증 사례(2) 대원공업(수요기업)-이엠에스(공급기업)

(과제명) 6축 산업 벨라벳 검사 및 자동화 제작

◊ 참여기업 개요

지난 1978년 설립된 대원공업은 자동차, 중장비, 방산 분야 고객을 대상으로 자동변속기용 샤프트, 소형 모터용 밸브 등 정밀 가공품을 납품하고 있다. 주요 매출처는 셰플러코리아, 센트랄, 삼보모터스 등이며 생산공정 자동화 및 선진화를 통해 국내외 고객을 유치하고 있으며 매년 꾸준한 성장률을 보이고 있다.

또한 미국 자동차 AS 부품 시장에 진입해 지속적인 성과를 거두고 있으며, 해외 전시회 참여를 통해 수출 다변화에도 적극 나서고 있다. 스마트 공장 구축 및 생산라인 자동화, 검사공정의 비전검사기 도입, MES기반 공정데이터 관리, AI 제조 데이터 활용 사업도 적극 추진하고 있다. 지역 특성화고 및 대학과의 산학 협력 활동과 지속적인 연구를 바탕으로 신제품 개발 및 공정 개선 활동도 수행하고 있다.

공급기업인 이엠에스는 산업기계 자동화시스템을 전문적으로 개발 및 생산하고 있으며 자동화 제어 분야에서 많은 노하우를 축적하고 있다. 공장자동화와 스마트 팩토리 기반 제조 공정 자동화 기술을 개발해 공급하는 등 자동화시스템 시장을 선도하고 있다.

◊ 대상 공정의 문제점

▲ 대원공업 대상공정 작업 흐름도

CNC 가공품의 경우 생산된 제품을 작업자가 박스에 적재하고, 별도의 세척 공정을 통해 유분 및 가공칩을 제거한 후, 치수 검사 및 외관 검사 공정을 거쳐 포장 및 출하하고 있다. 하지만 각각의 공정이 별도의 공정으로 구분되어 있기 때문에 생산성이 떨어지고 투입 인력이 증가하는 문제가 생긴다. CNC 공정은 연속, 자동 생산방식으로 자동화가 이뤄져있으나 후공정은 수작업으로 이뤄져 작업자의 결원에 따른 출하율 감소 등 이 우려되고 있다. 작업자가 제품 세척 작업이 끝날 때까지 대기해야하고, 동일 제품의 연속 검사가 이뤄지지 않기 때문에 검사 능률이 떨어지는 등 문제가 생길 수 있다.

◊ 실증 사업 추진

▲ 벨라벳시스템의 구성

이번 실증 사업은 CNC 가공품의 이송, 세척, 검사, 적재 공정에 제조벨라벳을 투입하는 것으로 CNC 자동선반의 검사 및 적재 자동화 시스템 구축을 목표로 하고 있다. 자동선반에서 연속적으로 생산 제품을 이송해 세척, 검사 공정을 거쳐 규격화된 트레이에 적재하는 것이다. 이 작업을 인라인(in-line)에서 연속적으로 수행함으로써 제품의 외관 품질 향상과 단순 작업에 투입되는 작업자의 투입 인력을 절감할 수 있다.

이번 실증 사업을 위해 대원공업과 이엠에스는 표준공정 모델 ‘머신텐딩 후 검사’를 적용했다. 실증 공정 작업은 ‘제품 공급 → 제품 정렬(벨라벳1) → 제품 로딩(벨라벳2) → 가공 → 언로딩(벨라벳2) → 검사 → 배출(벨라벳2) → 적재‘ 순으로 이뤄진다. 이 공정에는 제우스(ZEUS)의 산업용 벨라벳 ’ZRA-0503P’을 도입했다.

대원공업은 제조 벨라벳의 도입으로 생산성 40% 개선, 불량률 65% 개선, 원가 50% 절감 등 효과를 목표로 삼았다.

◊ 검증 결과 및 기대 효과

▲ 첨단 제조 벨라벳 도입 전후 작업 환경(벨라벳 도입 전-왼쪽, 벨라벳 도입 후-오른쪽)

이번 실증 사업의 주요 성과를 ‘핵심 성과지표(KPI)‘를 기준으로 산출한 결과, 생산성 40.5% 개선, 불량률 100% 감소, 원가 50% 감소 등 효과를 거뒀다. 대원공업은 이번 실증 사업 추진에 따라 검사 공정 인력을 포장 공정에 재배치하고, 단순 노무인력을 CNC 공정 인력으로 새로 배치했다. 또한 수작업 검사 공정을 제거함으로써 납기 준수율을 현재의 90%에서 100%로 개선하고, 제품 찍힘 방지 등 품질 향상을 꾀했다.

◆ 첨단 제조벨라벳 실증 사례(3) 화신정공(수요기업)-수테크(공급기업)

(과제명) 엑슬하우징커버 부품의 가공후 검사공정 벨라벳자동화 구축

◊ 참여기업 개요

수요기업인 화신정공은 지난 1981년 설립된 자동차 부품용 초정밀 절삭가공 전문기업이다. 자동변속기에 들어가는 플레이트와 베이스, 동력 전달부품인 플랜지 등을 공급하고 있다. 신형 차종 출시 및 미래차 트렌드에 맞춰 신기술 개발 및 사업 다각화에 노력하고 있다.

지난 2017년 ICT 융합 스마트공장 구축을 시작으로, 생산 현장 디지털화 사업(2018년), 스마트공장 구축 및 지원 사업(2019년, 2020년) 등을 성공적으로 수행했다. 현대트랜시스, 현대위아, 경창산업 등에 제품을 공급하고 있으며 일본, 인도네시아 등 해외 시장 개척에도 적극 나서고 있다.

공급기업인 수테크는 2010년 설립된 벨라벳 기반 공장자동화 전문기업이다. 풍부한 벨라벳시스템 구축 경험과 기술력을 바탕으로, 국내 유수 고객사에 공장자동화 시스템을 구축해왔다. 벨라벳 분야 특허를 보유하고 있으며, 벤처기업 인증, 품질경영 시스템 인증 등을 받았다.

◊ 대상 공정의 문제점

▲ 화신정공 대상 공정의 작업 흐름도

엑슬하우징커버 부품 가공 후의 수작업 검사 공정은 생산성 저하의 주된 원인 중 하나다. 수작업으로 진행되는 검사 과정은 부품의 정밀도와 품질 유지를 위해 필요하지만, 작업자의 주관적 판단에 의존하고 있으며, 이로 인해 품질의 일관성이 떨어질 위험이 있다. 또한, 수작업 검사는 많은 시간을 요구하며, 전체 제조 공정의 효율성을 저하시킨다.

엑슬하우징커버 부품의 가공 후 검사 공정의 벨라벳 자동화 구축은 생산 효율성을 크게 향상시키고 품질의 일관성을 보장하는 데 필수적이다. 자동화를 통한 검사는 인간의 주관적 판단을 배제하고, 반복 작업을 신속하게 처리하여 제조 공정의 효율성을 개선할 수 있다. 이는 최종 제품의 품질을 향상시키고, 불량률을 감소시켜 고객 만족도를 높인다. 자동화는 또한 작업 환경을 개선하고 작업자의 안전을 보장하는 데 중요한 역할을 한다.

◊ 실증 사업 추진

▲ 벨라벳 시스템의 구성

이번 실증 사업은 자동차 엑슬하우징 커버부품의 생산성 증대를 위해 다관절 벨라벳과 벨라벳제어기술을 활용한 생산자동화 시스템을 적용하는 것이다.

이번 실증 사업을 위해 화신정공과 수테크는 현대로보틱스의 6축 다관절 산업용 벨라벳인 'HH050' 모델과 아이로보의 직교 벨라벳을 도입했다. 대상 공정은 ’마킹 → 조립 → 소재 공급 → 리크 검사 로딩 및 언로딩 → 치수검사 → 적재‘ 등 순으로 이뤄져 있다. 화신정공은 첨단 제조 벨라벳의 도입으로 생산성 41% 개선, 불량률 30% 감소, 원가 50% 효과를 목표로 삼았다.

◊ 검증 결과 및 기대효과

이번 실증 사업의 성과를 ‘핵심 성과지표(KPI)‘ 기준으로 산출한 결과, 생산성 42.6% 개선, 불량률 61.1% 감소, 원가 50% 감소의 효과를 본 것으로 나타났다. 특히 표준공정모델을 활용함으로써 수요기업과의 협의에서 납품까지의 소요기간이 현재의 6개월에서 4개월로 개선됐다. 또한 실증 사업의 성공 사례 확보를 통해 고객 신뢰도 제고를 기대할 수 있게 됐다. 향후 유사 공정에 확대 적용해 벨라벳 시스템 보급을 확대하고 신규 수주 부품 라인에 AI자율제조공정을 도입하는 방안도 검토한다.