'사람 움직임→데이터화'···변화 시작 '스마트 공장'

[생생일본통]일경 모노즈쿠리, 로봇 자동화·AI·IoT 등 '日 최신 스마트 공장' 소개
자료제공=해동일본기술정보센터, 정리=김지영 기자 orghs12345@HelloDD.com 입력 : 2019.05.16|수정 : 2019.05.23
대덕넷이 매주 목요일 일본 과학기술 및 산업계 최신 동향을 소개하는 '생생일본통'을 연재합니다. 해동일본기술정보센터의 지원을 받아 일본의 기술서적과 정기간행물, 일본 정부 산업계 백서 등 다양한 정보를 번역해 제공합니다. 더 많은 최신 일본 기술정보는 해동일본기술정보센터 홈페이지를 통해 확인 할 수 있습니다.<편집자 주>

생산효율 향상을 목적으로 스마트 공장이 추진되고 있는 가운데 사람의 움직이는 모습을 데이터화해 수작업의 효율화를 추진하는 개선활동이 이뤄지는 곳들이 있다. 자동화에 적합하지 않는 수작업 공정의 개선 활동을 추진하기 위해 사람의 움직임을 데이터화하는 모션 센서 시스템을 도입하는 것이다. 해당 시스템을 도입한 곳은 일본의 파나소닉 공장이다.

일본 정기간행물 일경 모노즈쿠리 4월호는 일본의 최신 스마트 공장의 현장을 소개했다. 자세한 요약기사내용을 하단에 소개한다.

일본 정기간행물 일경 모노즈쿠리가 지난 4월호를 통해 일본의 최신 스마트공장을 취재해 기사로 실었다.<사진=해동센터 제공>일본 정기간행물 일경 모노즈쿠리가 지난 4월호를 통해 일본의 최신 스마트공장을 취재해 기사로 실었다.<사진=해동센터 제공>

일본의 최신 스마트 공장
로봇 자동화 및 IoT 등의 ICT와 AI의 활용


생산효율 향상을 목적으로 자동화 및 IoT화 등의 ICT 활용이 추진되고 있는 스마트 공장. 그 효과를 단기간에 저비용으로 최대한 끌어내기 위해서는 각 사마다 사정에 맞는 다양한 대처가 필요하다. 특히 지금까지 작업자가 맡아 오던 공정을 어떻게 전환시켜 나갈 것인가가 중요해 진다. 또한 남는 일손에 의한 작업의 효율화에도 ICT 활용이 효과적이다. 일본의 최신 공장에서 이와 같은 활약들의 최전선을 취재했다.
 
◆ Part 1. 총론
열쇠는 수작업과 디지털의 융합
탄탄한 현장을 활용하는 스마트화가 일본 스타일

 
'3분의 1의 작업자로 생산 스피드를 3배 향상(야스카와전기(安川電機)'의 야스카와 솔루션 팩토리), '생산력을 70% 향상시켜 필요 인원을 반으로 절감(다이헨의 로코사업소)'과 같이 공장의 스마트화를 통해 대폭적인 생산성 향상 및 성(省)인화를 동시에 실현한 공장이 늘어나고 있다. 스마트 공장 실현을 위한 활동은 생산하는 제품의 종류 및 수량, 기업 풍토 등에 따라 각각 다르지만, 일본만의 공통점도 찾아 볼 수 있다.
 
눈에 띄는 것은 '사람에 의한 작업'에 중점을 주고 있다는 점이다. 로봇 도입에 의한 자동화 등을 추진할 때 무작정 사람에서 기계로 전환시키는 것이 아니라 '어느 부분을 자동화해야 할 것인가?'를 판별해 도입하는 공장이 많다.
 
IoT 및 화상인식 기술 등은 제조 장치뿐만 아니라 사람의 작업에도 적용할 수 있다. 사람의 움직임을 데이터화를 통해 분석해 자동화해야 할 공정 및 작업을 명확히 한다. 또한 그 데이터 및 분석 결과로 사람의 작업 자체의 효율을 높인다. 이런 노력은 생산성 및 품질 향상에 의한 경쟁력 강화와 함께 인력 부족의 대응책으로써 성인화, 매스커스터마이제이션에 의한 변동변량 생산 대응으로의 유연성 있는 실현으로 이어질 수 있다.
 
이하, 본 특집에서 취재한 사례를 통해 이런 포인트 들을 살펴보기로 하겠다.
 
-사람의 작업을 디지털로 분석할 수 있게 
IoT 활용에서는 공장 내의 제조 장치 및 공작기계, 로봇 등을 네트워크에 접속해 다양한 정보를 수집해 가시화하는 용도로 시선이 갈 수 있다. 그러나 선진적인 스마트 공장에서는 기계뿐만이 아니라, 작업을 시행하는 사람의 움직임에 대한 데이터화에도 힘을 쏟고 있다.
 
예를 들어 파나소닉의 가정용 코제너레이션(열병합) 시스템인 '에네팜(Ene-Farm)'의 연료전지를 생산하는 구사츠 공장에서는 자동화에 적합하지 않는 수작업 공정의 개선 활동을 추진하기 위해 사람의 움직임을 데이터화하는 자체 개발의 모션 센서 시스템을 도입하고 있다. 작업자의 동작 및 소요 시간이 적절한지 여부 및 피로도가 높은 작업인지 등을 영상을 통해 자동으로 분석한다. 확보한 데이터는 수작업의 효율화를 더욱 추진하기 위한 개선활동에 활용하고 있다.
 
UMCㆍH일렉트로닉스에서의 스마트화 추진에서도 사람에 대한 배려가 포인트가 된다. 사람의 움직임을 디지털로 기록하는 시스템을 작업대에 도입해 작업 시간 등의 분석에 활용. 뿐만 아니라, '갑작스런 판단이 필요한 작업'은 사람에게, 기계의 특기인 '단순한 반복 작업'은 기계에게로, 사람과 기계의 작업을 효율적으로 배분한다.
 
이런 사고 방식은 IoT나 화상인식 기술 등이 등장해 공장 전체에 적용되어 실현되기 쉬운 면도 있으나 그뿐만이 아니다. 예를 들어, TDK에서는 품질 향상을 목적으로 전제품의 제조 공정을 모두 제로부터 재검토하는 개선 활동인 '바람직한 모습 활동'을 추진하고 있다. 사람 손에 의한 수작업 중에서 품질 불량으로 이어지는 리스크를 없애 개선하려는 활동이다. 개선의 수단으로써는 로봇 등에 의한 자동화뿐만 아니라, 공장의 레이아웃의 재검토 등도 포함해 폭넓은 검토를 시행한다.
 
◆ Part 2. 사례
-파나소닉 구사츠(草津)공장 / 고베(神戸)공장
화상인식 및 협동 로봇의 활용으로 수작업의 효율과 확실성 향상

 
▶ 구사츠공장 C17동
- 소재지: 시가(滋賀) 현
- 총면적: 8250㎡
- 가동 개시 시기: 2008년 4월
- 생산 품목: 가정용 연료전지
- 생산 능력: 연간 5만대
2018년에 모션 센서 시스템 시험 도입
 
▶ 고베공장
- 소재지: 효고(兵庫) 현 고베 시
- 총면적: 2만7000㎡
- 가동 개시 시기: 1991년 8월 PC 생산 개사
- 생산 품목: 노트북. 태블릿 단말기
2019년에 협동 로봇 도입
 
파나소닉은 각 회사가 각각의 독자적인 스마트화 추진을 전개. 화상 인식에 의한 사람의 작업 체크 및 협동 로봇을 활용한 성(省)인화, IoT에 의한 공장 데이터의 일원적 관리 등을 추진하고 있다.
 
그 중 하나가 가정용 연료전지 코제너레이션 시스템인 '에네팜'의 연료전지를 생산하는 AP사의 구사츠공장. 해당 공장C17동의 1층에서 연료전지 스택(Stack), 3층에서 연료 처리기 및 본체를 생산하고 있다. 1000점 가량의 부품을 사람이 직접 채결하고 있으나, 개선활동과 IoT의 활용으로 공정 능력을 높이고 있다(구사츠 공장장의 다카다(高田) 씨)는 것이 특징이다. 하루 130~150대, 연간 약 5만대를 생산하고 있다.
 
-야스카와전기(安川電機) 야스카와 솔루션 팩토리
작업자 수 1/3으로 스피드 3배, 이상 발생 음 검출과 고장 예지로 AI 활용

 
▶ 야스카와 솔루션 팩토리
- 소재지: 사이타마(埼玉) 현
- 총면적: 7642㎡
- 가동 개시 시기: 2018년 12월
- 생산 품목: 서보모터, 서보 앰프
- 생산 능력: 월 생산 10만대, 약 1000종류
스마트공장의 모델로서의 역할 담당
 
2018년 12월에 본격적으로 가동을 시작한 야스카와전기의 새로운 공장인 '야스카와 솔루션 팩토리'. IoT 및 인공지능(AI), 산업용 로봇, 무인 반송차(AGV) 등의 최신 기술을 활용해 철저한 '가시화·데이터 활용'과 '자동화·성력화(省力化)'를 통해 생산 효율의 향상을 추구한 공장이다.
 
그 결과, 예를 들어 서보 앰프의 생산 택트타임(최대 공정 시간)은 90초에서 30초로 3분의 1이, 제품의 납기(제조 리드타임)는 1주일에서 하루 이내로 6분의 1이 단축. 해당 라인의 작업자 수도 기존에는 300명 필요했던 것을 100명까지 감축할 수 있었다. 또한 최소 로트가 1대부터라는 변종변량 생산에도 대응한다.
 
-TDK 쓰루오카(鶴岡) 히가시(東)공장 / 이나구라(稲倉)공장 히가시(東) 사이트
'결함 제로'를 목표로 전체 공정 재검토 / 궁극의 자동화와 스마트화를 동시에

 
▶ 쓰루오카 히가시공장
- 소재지: 야마가타(山形) 현 오카야마(岡山) 시
- 총면적: 1만6526㎡
- 부지면적: 2만4400㎡
- 종업원 수: 약 150명
- 가동 개시: 2017년
- 생산 품목: 박막 코일제품
 
▶ 이나구라공장 히가시 사이트
- 소재지: 아키타(秋田) 현
- 총면적: 1만5375㎡
- 부지면적: 5만㎡
- 종업원 수: 약 270명
- 가동 개시: 2016년
- 생산 품목: 페라이트 재료, 페라이트 코어 부품
 
"공정의 개선을 거듭해 최적화된 최종 형태로 자동화시켰다. 높은 품질의 페라이트 코어를 제조하는 현 시점에서의 궁극의 모습이다"(TDK 이나구라공장 히가시 사이트 공장장 스다(須田))

스다씨가 자랑하는 것은 2017년 4월에 가동한 'DSS(Direct Sintering System)으로 불리는 자동화 라인이다. 도리우미(鳥海)(니가호 시)공장으로부터 설비를 옮긴 이나구라공장 히가시사이트의 주력 제품은 페라이트 코어이다. 그 제조의 모든 공정을 단 5m라는 컴펙트한 사이즈로 응축시켰다.
 
원료의 페라이트 알갱이를 투입하면 프레스 성형, 디버링, 소결의 공정을 거쳐 약 3~10mm의 소형품을 리드 타임 약 4.5시간만에 제조한다. 동시에 각 공정은 각종 센서로 상시 감시해 데이터를 축적 및 분석해 각종 조건을 최적화하는 개량을 진행 중이다. "데이터 분석으로 자주 정지하는 원인 등을 특정해 하나씩 제거해 나감으로써 가동률을 점차 높이고 있다"(TDK전자부품 마그네틱스 비즈니스그룹 생산기술부 사이토 부장).
 
자동차의 전장 부품 등으로 사용되는 박막 코일(인덕터) 부품을 제조하는 쓰루오카 히가시공장. 그 1층 플로어에서 1대의 로봇이 케이스에서 박막 코일의 재료인 금속 기판을 끄집어 내, 다음 공정인 도금 공정의 투명 아크릴 트레이에 올리는 작업을 묵묵히 하고 있다. 2018년 10월에 가동한 이 로봇은 기존에 사람 손에 의존해 오던 작업을 자동화 한 것이다. 다만 그 목적이 단순한 에너지 절감 때문만은 아니다.
 
-UMC·H일렉트로닉스 하다노(秦野) 거점
IoT 인프라에 개선 능력을 융합/ 제품의 흐름은 AGV로 가시화

 
▶ 하다노 거점
- 소재지: 가나가와(神奈川) 현
- 생산 품목: 서버, 스토리지, 네트워크기기 등
2018년 7월에 UMC 일렉트로닉스 산하로
 
UMC·H일렉트로닉스(이하 UMC·H)는 서버 및 스토리지, 통신 네트워크기기와 같은 IT관련기기의 생산이 주력인 EMS(전자기기 수탁제조 서비스) 기업이다. 원래 히타치(日立)제작소의 생산 자회사였으나 2018년 7월에 국내 EMS 대기업인 UMC일렉트로닉스의 산하로 들어갔다. 명문인 히타치에서 분리된 UMC·H는 종업원들의 사기가 떨어졌을 것이라는 생각과는 달리, 결과는 그 반대였다. "현장의 모티베이션이 상승했다"라고 UMC·H의 사이토(斎藤) 사장은 말한다. IoT의 인프라와 현장의 개선 노하우를 융합시킴으로써 높은 수준의 생산 효율화를 실현하고 있다.
 
-다이헨 로코(六甲)사업소
조립의 자동화률 80%를 달성 / 생산력이 70% 증가해도 인원은 절반 감소

 
▶ 로코사업소
- 소재지: 고베(神戸) 시
- 가동 개시 시기: 2008년
- 생산 품목: 산업용 다관절 로봇
- 생산 능력: 1만2000대 / 연, 2003년부터 생산라인의 자동화, 2018년에 로봇 조립의 자동화률 80% 달성
 
"산업용 로봇을 조립하는 공정의 자동화 비율을 약 80%까지 확대했다. 앞으로는 자동화를 주력 기종 이외에도 수평 전개하고 싶다. 향후에는 검사 등 조립 이외의 자동화도 추진하고 싶다." 다이헨 상무이사 FA로봇사업 부장인 가네코(金子) 씨는 다이헨의 로코사업소에서의 생산 자동화 추진에 대해서 이렇게 말한다.
 
로코사업소에서는 아아크 용접용의 다관절 로봇(산업용 로봇) 등을 생산한다. 해당 사업소에서의 자동화는 2013년부터 개시. 2013년도에 연간 약 7000대였던 생산 능력은 2018년도에 연간 약 1만2000대로 늘어났다. 생산능력이 5년동안 약 70%나 높아진 것이 된다. 이에 반해 2018년도의 제조인원은 2013년도에 비해 50% 감축을 실현하고 있다.
 
-- 로봇 조립을 자사 로봇으로 자동화 --
-- 가이드 없이 이동할 수 있는 AI 운송 로봇 --
-- 로봇에 의한 자동화를 위해 설계 변경 --
 
-OKI 혼조(本庄)공장
0402부품이 가능한 정밀도와 속도를 프린트 기판 대형화와 동시에 달성

 
▶ 혼조공장
- 소재지: 사이타마(埼玉) 현
- 가동 개시 시기: 2019년 2월
- 생산 품목: 반도체 제조 장치, 통신 설비용 대형 프린트 배선 기판
- 생산 능력: 부품 탑재 속도 0.1초/개 달성. 2019년부터 생산 가능한 기판을 대형화해 장변 길이 610mm까지 대응, 탑재 부품은 '0402'사이즈 제작을 가능하게 함
 
반도체 검사 장치 및 휴대전화 네트워크용의 통신장치와 같은 대형 전자기기의 프린트 배선 기판은 대형화와 고밀도화가 동시에 진행되고 있다. 기기로의 요구 성능이 해마다 높아지고 있을 뿐만 아니라 기판에 탑재하는 부품은 소형화가 진행되고 있다. 콘덴서 및 저항 등의 부품은 스마트폰 등의 생산량이 많은 소형기기에서의 소형화 요구가 많아, 전자 부품 제조사도 공급체제를 '0402'사이즈(0.4X0.2mm)로 전환시키기 위해 지금까지의 '1005'나 '0603'은 구하기 힘들게 되었다.
 
오키전기공업(OKI) EMS사업본부는 혼조공장에서 600mm의 대형기판에 0402사이즈의 부품을 실장 가능한 새로운 라인을 2019년 2월에 가동시켰다. 최대길이 610 X 600mm, 질량 10kg까지의 대형 다층기판을 생산할 수 있다. "이만한 크기의 기판을 생산할 수 있는 라인은 다른 곳에는 없을 곳이다."(OKI EMS사업본부 EMS공장생산기술부 생산기술개발과 과장인 고히나타(小日向) 씨).
 
작업이 대형화되면 라인의 운송 장치는 더욱 큰 전력이 필요해진다. 그러나 그와 동시에 작업에서 거칠게 다루는 것이 아니라, 보다 작은 부품을 실장할 수 있게 정밀도를 높이지 않으면 안 된다. 기판 1장에 탑재하는 부품이 늘어날 수 있기 때문에 속도도 높일 필요가 있다. 이들의 상반된 요구를 충족시키기 위해 새로운 라인을 개발했다.
 
-아마다 도키(土岐)사업소 T876 공장
범용 설비와 로봇으로 철저히 자동화 / 인원 3분의 1, 1인당 생산성 4배로

 
▶ T876 공장
- 소재지: 기후(岐阜) 현 도키 시
- 총면적: 5820㎡
- 가동 개시 시기: 2017년 10월
- 생산 품목: 펀칭 금형
- 생산 수량: 5만개/연
 
생산 라인의 직접 작업자를 기존의 1/3까지 줄여 생산 능력을 1.5배, 1인당 생산량이 4배를 실현한 공장이 있다. 판금에 구멍을 뚫어 가공하는 터릿 펀치 프레스용의 천칭 금형을 생산하는 아마다 도키 사업소의 'T876 공장'이다. 산업용 로봇 및 자동화 셀, 자동 창구 등에 의한 철저한 자동화와 IoT에 의한 설비 감시 등을 구사하고 있다.

<해동일본기술정보센터는 김정식 대덕전자 회장의 기부금으로 설립된 비영리 일본 기술정보센터입니다. 후학들이 선진 일본기술을 습득해 기술강국을 만드는데 기여했으면 하는 바람으로 2010년 3월 서울대학교 관악캠퍼스 공과대학 내에 개소했습니다. 다양한 일본 기술 서적과 일본 정부·산업계 백서, 기술보고서 등을 보유, 온·오프라인으로 정보를 제공하고 있습니다. 매주 발행되는 주간브리핑 신청은 hjtic@snu.ac.kr 로 가능합니다.>
자료제공=해동일본기술정보센터, 정리=김지영 기자의 다른 기사 더보기
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