HLB (Hyundai Lifeboats. 현대구명보트: hdboat.com)는 구명보트와 Davit(구명정, 앵커, 사다리 등을 올리거나 내릴 때 사용하는 갑판에 설치된 크레인 같은 소형 기둥)에 필요한 스페어 부품을 생산하는 기업이다. 다음은 Materialise Mindware와 HLB가 적층 제조(3D 프린팅) 적용 사례를 번역 정리한 내용이다.

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적층 제조 (Additive Manufacturing: 3D프린팅)의 가치는 현재 잘 정착되어 가고 있다. 의료 및 항공 우주와 같은 가장 고객요구가 까다로운 산업에서도 자주 사용되고 있으며, 제조업체의 대다수가 적층 제조는 미래를 보장하는 확실한 기술로 생각하고 있다. 그러나 적층 제조를 성공적으로 활용하기 위한 여정은 그렇게 단순한 일이 아니다. 

3D 프린팅 컨설팅 Materialise Mindware사는 고객사의 적층 제조를 성공으로 유도하기 위한 다양한 단계를 설정하였다. 

하나의 사례로, HLB가 구명보트의 생산을 최적화하도록 제1 단계인 Explore를 어떻게 지도하여 맞춤형 지그와 고정부품을 개발했는지 알아본다.

적층 제조(3D 프린팅) 성공을 위한 로드 맵

다른 제조기술과 마찬가지로 혁신적인 제품 개발은 복잡한 프로세스이다. 항상 비즈니스의 적기를 판단하는 것에서부터 시작하여, 응용 연구와 개발을 거쳐 아이디어의 타당성을 검증하고, 마지막으로 인증 후 생산으로 이동하여 초기에 수립한 비즈니스 목표를 구체화하여야 한다. 적층 제조의 경우도 이와 동일하다.

적층 제조를 비즈니스에 통합시키는 방법을 알려주는 매뉴얼은 없다. 고려해야 할 요소가 너무 많고 다음 단계가 항상 간단하지는 않기 때문에 혼란스럽고 리스크가 있어 위압감이 느껴질 수 밖에 없다.

적층 제조(AM) 생산 3 단계 모델

지난 30 년 동안 Materialise는 불확실성 속에서도 완전 자동화 인증 제조 라인을 구축한 많은 경험이 있다. 이러한 경험을 토대로 적층 제조를 하는데 있어서 세 가지 거쳐야 할 주요 단계를 만들었고, 적층 제조의 특성상 발생할 수 있는 고유 한 문제들을 고려하여 모델을 수립했다. 예를 들면 다음과 같다.

● 현재의 비즈니스에 3D 프린팅 활용을 모색하기 시작했다면, 비즈니스의 전략적 필요에 대한 해답을 이 기술이 줄 수 있는지, 어떠한 방법으로 확인할 것인가?

● R & D에 3D 프린팅을 활용하기 위해 투자할 경우, 제품 요구 사항을 충족하는 주어진 재료 또는 기술에 대한 설계 변경이 있을 경우 어떻게 결정하고 실험할 것인가?

● 이미 적층 생산을 익숙하게 활용하고 있다면, 성공적인 확장과 활성화 단계에 도달하기 위한 최적의 품질 안정화 전략은 무엇인가?

어떤 업종이든, 달성하려는 목표가 무엇이든, 탐색(Explore) 실험(Experiment) Enable(활성화) 단계를 밟아야 한다. 현재 어떤 단계에 있는지에 따라 우선 과제를 해결하고, 적층 제조로 달성하려는 다음 목표에 도달하기 위해 경우에 따라 전문가의 도움을 받을 수도 있다.

첫 번째 단계이자 이 사례의 초점인 탐색(Explore)단계이다. 탐색 단계는 고객을 위해 기술을 탐색하고 적용범위를 지정하는 것이다. 이 단계에서는 적층제조로 비즈니스 과제를 해결에 정확히 3D 프린팅으로 어디까지 가치를 추가 할 수 있는 지와 시작할 애플리케이션 그리고 조직과 담당을 결정하게 된다.

이 모델 중 탐색(Explore) 단계에서는 해결해야 할 주요 과제를 강조하고 답변 할 수 있는 질문을 다룬다.

첫 번째 탐색(Explore) 단계에서 적층 제조를 탐색하고 범위와 조직을 결정

HLB(현대 구명정): 생산에 어떤 문제가 있는가?

이 프로젝트는 대한민국 울산시의 요청으로 2018년 2 월에 Materialise Mindware와 HLB(현대 구명정)가 함께 시작했다. 울산의 제조기업들은 적층제조 방법에 관심을 관심을 가지고 있었다. 울산시는 3D 프린팅 애플리케이션 개발을 가속화하기 위해 몇 몇 회사를 만나보도록 Mindware에게 권유했다.

이 프로젝트는 탐색(Explore)단계를 적용한 모범 사례이다. Materialise의 혁신 이사와 팀원들이 구명정 생산에 대한 경험이나 지식이 없었던 것처럼 HLB팀은3D 프린팅의 능력과 한계를 알지 못하고 있던 상태였다.  따라서 이 프로젝트의 첫 번째 단계는 적층 제조를 통해 해결할 수 있다고 믿는 HLB의 구명정 관련 비즈니스 과제를 정확히 파악하기 위해 두 조직의 지혜를 하나로 모으는 것이었다.

실행보다는 말이 언제나 쉬운 법이다. 양측은 서로의 관점, 기대치와 잘 이해하고 있는 점을 찾기 위해 대화형 워크숍을 실시했다. 먼저 생산속도, 성능, 기능이 향상된 3D프린팅으로 보트의 가치를 높일 수 있는 방법에 대해 설명하고 논의하려 했지만, HLB 팀은 반신반의로 주저하면서 만나 주었다.

Mindware가 HLB의 생각을 물었을 때, 보트의 생산원가를 개선하는 일에 초점을 맞추었다. 커피를 마시며 단순히 버튼을 누르기만 하면 현재의 조립방식과 생산 프로세스를 뛰어 넘을 수 있는 3D 프린팅으로 보트를 한 번에 인쇄 할 수 있기를 바라고 있었다. 보트의 크기와 사용하는 특정 재료 때문에 3D프린팅에 대한 꿈을 깨뜨려야 하는 어려움이 많이 있었지만, 적어도 HLB의 주된 관심사였던 생산 효율성에 대한 문제를 이해하게 되었다.

가치를 추구하는 것은 중요한 일이지만 빠르게 결정할 일은 아니었다. 이 프로젝트는 하나의 긴 여정이었다.  Mindware 팀은 HLB 의 생산 프로세스 현장 투어를 시작했다. 현장 투어 과정에서 구명 보트 생산 프로세스를 새로운 관점에서 살펴보았다. 각 생산단계에서 비즈니스와 기술적인 질문을 하며 왜 생산의 효율성이 그들의 주요 관심사 중 하나인지 그 이유를 발견하게 되었다. 구명정은 작업 현장 작업자들에 의해 100 % 수작업으로 제작되고 있었다. 최대30 %는 재 작업을 해야 했으며 스크랩 비율도 30%나 되었다.

투어가 끝난 후 다시 모여 전체 생산 프로세스의 모든 주요 단계를 매핑했다. 주요 비효율 영역을 서로 확인하고 3D 프린팅이 가장 큰 영향을 미칠 수 있는 공정으로 도어 조립 단계를 결정했다. 지금까지 작업 현장 작업자들은 20kg나 되는 문을 들어 올려 수동으로 조립위치를 조정 한 후 보트에 문을 조립해야 했다. 분명히 이 공정과 작업은 에러 발생의 여지가 잠재되어 있는 곳 이었다. 스플래시(누수) 테스트를 하여 도어 조립 에러로 인해 누수가 발견되면 문을 다시 분해하고 재 조립하는 과정을 반복해야 한다.

HLB는 모든 보트 생산에서 이 과정을 2 ~ 3 번씩 거쳐야 했다. 재 작업 할 때마다 귀중한 시간과 비용의 낭비가 발생한다. 이 공정을 개선하여 좀 더 효율적인 작업 방법을 찾아야 한다고 생각했다.

프로세스를 원활히 하기 위한 3D 프린팅

3D 프린팅을 사용하여 위치 조정 작업을 간소화하는 것은 Mindware 팀에게 새로운 개념이 아니었다. 이미 외과의사들이 보다 정확한 수술을 할 수 있도록 3D 프린터로 인쇄한 가이드를 개발 한 경험이 있었다. 또한, 자동차 생산라인에서 차 뒷면의 글자 인쇄 위치를 조정하기 위한 지그를 3D 프린팅으로 개발한 경험이 있었다.

문제를 신중히 생각하고 전략을 계획하는 데 많은 시간을 투자 한 후 Mindware는 소매를 걷어 올리고 해결책 개발 준비를 했다.

프로제트의 기어가 돌아가기 시작했다. Mindware 팀과 HLB팀은 서로 언어도, 회사 및 역할이 다름에도 불구하고 하나가 되어 목표로 하는 솔루션을 찾기 위해 브레인스토밍을 시작했다. 그 다음 화이트 보드에 디자인을 그렸고, 재 디자인을 5~6 번씩이나 반복하다 보니 제대로 된 솔루션이 겨우 개념화 되는 것 같았다.  3 개의 다기능 지그와 생산 프로세스의 여러 단계에서 사용할 수 있는 픽스츄어이다. 보다 구체적으로 말하면, 품질 검사용 지그와 위치를 조정하고 결정하는 픽스츄어 시스템이다.

3일 동안 HLB 팀과 함께 프로젝트를 수행하고 Mindware팀은 벨기에로 돌아와 엔지니어들이 화이트 보드 위에 그려 디자인했던 컨셉을 디지털 디자인으로 전환하는 작업에 착수했다. 그런 다음 프로토 타이핑 기술로 물리적 개념 실증품 (PoC: Proof of Concept)을 만들었다.

3 주 후 개념 실증품(PoC)을 손에 들고 한국으로 돌아와 HLB 팀과 함께 새로운 시스템을 평가하고 설치했다. 우리의 첫 번째 결과는 매우 좋았다. 작업자들은 조립 위치를 조정을 위해 더 이상 무거운 문을 들어 올릴 필요가 없게 되었다. 단순히 시스템에 도어를 배치하고 노브의 도움과 인디케이터로 처음 한번에 도어를 조립할 위치에 정확하게 맞출 수 있게 되었다.

질문을 하고, 팀을 교육하고, 어떤 문제를 해결해야 하는지 파악하는 탐색(Explore) 단계에 전념함으로써, 10 년 동안 묵었던 문제를 해결할 솔루션을 단 6 주 만에 테스트 할 준비가 되는 순간이다.

컨설팅, 적층 제조 설계와 구명정 엔지니어링 같은 모든 고유기술 경험을 결합함으로써, HLB의 구명정 생산 라인에서 도어 조립작업 오류 시 발생할 수 있는 누수 문제를 성공적으로 해결하였다.

이 내용은 HLB(현대구명보트)의 구명보트 생산공정, 과제, 목표 및 기대치를 완전히 탐색한 후, 3D프린팅으로 지그와 픽스츄어를 만들어 생산 효율을 향상시킨 적층 제조 사례를 번역 정리한 것이다.

출처 : manufacturingtomorrow