부품 및 컴포넌트 설계 간소화로 효율성과 가치 향상

미네소타주 와코니아 소재 밀트로닉스 매뉴팩처링(Milltronics Manufacturing Company)은 CNC(컴퓨터 수치 제어) 공작기계 제조업체로, 고품질의 비용 효율적인 머시닝 센터, 툴룸 및 브리지 밀, 툴룸 선반을 미국 내외에 제조·판매하는 주요 업체입니다.

거의 25년 역사 동안 밀트로닉스는 치열한 경쟁 속에서 살아남기 위해 마케팅 철학을 여러 번 바꿨습니다. 처음에는 국내 공작기계 제조업체들에 CNC 시스템(치수 정보로 프로그래밍된 컴퓨터가 밀링 기계 움직임을 명령)을 제조·판매했습니다. 수입품이 늘어나자 미국 제조업체들은 더 이상 경쟁할 수 없다고 판단하고 철수했습니다.

국내 제조업체가 줄어들자 밀트로닉스는 턴키 제품을 팔기 시작했습니다. 자사 CNC를 수입 기계에 장착해 파는 방식이었습니다. 추가 정부 제재로 기계 공급원은 물론 남은 소수 고객의 철강 공급원도 거의 고갈되었습니다. 그때 남은 유일한 선택은 기계를 직접 만드는 것이었습니다. 많은 이들이 앞서 시도했다 실패한 길이었습니다. 차별점은 '어떻게' 했느냐에 있었습니다. 밀트로닉스는 기계 부품 수를 최소화하고 여러 요구를 동시에 해결하는 컴포넌트를 설계한 것을 성공 비결로 꼽습니다.

새 제품군 이름을 '파트너(Partner)'로 지었는데, 이는 회사 전반의 태도를 정의합니다. 밀트로닉스는 직원, 벤더, 고객과 '파트너십'을 맺었습니다. 이 전략은 기술력, 경쟁력 있는 가격, 공작기계 전체 세그먼트 재정의에 영향을 미쳤습니다.

이 회사/벤더 파트너십을 통해 밀트로닉스는 가장 인기 있는 제품군 중 하나인 CNC 머시닝 센터의 품질과 미래 설계를 위협하던 골치 아픈 엔지니어링 문제를 해결했습니다. 회사는 브러시 타입 DC 서보모터를 장착했는데, AC 서보모터의 기술적·성능적 우월성을 제공하지 못했습니다.

VM17 시리즈 머시닝 센터에 브러시리스 모터를 장착하기로 결정했을 때, 서보드라이브와 모터를 담당하는 전기 엔지니어 로버트 페이지(Robert Page)가 이 엔지니어링 변경의 핵심 인물이 되었습니다. "이 프로젝트 시작부터 시장이 브러시리스 시스템을 요구한다는 걸 알았습니다."라고 페이지 씨는 말합니다. "주로 속도와 신뢰성 때문이죠." 시장엔 빠른 브러시 타입 DC 모터도 있었지만, 최신 브러시리스 기술에 비하면 구식이었습니다. "일반적으로 브러시리스 모터가 더 빠르고 브러시 교체나 정류 한계 걱정이 없습니다."라고 페이지 씨는 덧붙입니다.

회사는 18개월간 다양한 제조사의 서보드라이브와 모터 조합을 실험했습니다. 어떤 경우는 동일 제조사 제품으로, 어떤 경우는 섞어서 테스트했습니다. "결과가 그리 좋지 않았습니다."라고 페이지 씨는 말합니다. "여전히 문제가 있어 더 쓰기 쉽고 신뢰성 높은 옵션을 계속 연구했습니다."

회사는 야스카와 전기(Yaskawa Electric, 일리노이주 노스브룩)의 시그마 서보 시스템(Sigma Servo System)을 검토하기 시작했습니다. 유연한 올디지털 앰프와 매칭된 컴팩트 고성능 브러시리스 서보모터 조합입니다. 시그마 제품군은 분석한 다른 시스템들보다 관성 대비 토크, 길이당 토크, 달러당 토크가 더 높았습니다.

야스카와 머신 툴 세일즈 그룹 지역 영업 매니저 피터 제누소(Peter Gennuso)가 1996년 9월 IMTS 전시회 출하 예정 머시닝 센터에 장착할 브러시리스 서보모터, 드라이브, 케이블 납품을 주선했습니다. "이 프로토타입 모델의 속도와 전반적 성능에 깊은 인상을 받았습니다."라고 페이지 씨는 말합니다. "전시회에서 고객들로부터 엄청난 관심을 끌었는데, 당시 고객들이 AC 디지털 브러시리스 모터 기술과 성능에 더 정통해지고 있었습니다."

야스카와 기술진도 매우 협조적이었습니다. "우리가 도움을 요청할 때마다 즉시 와서 우리 직원들과 함께 작업했습니다. 한 기술자가 이틀간 우리 시설에 머물며 드라이브가 완전히 적절히 매칭되도록 했습니다."라고 페이지 씨는 말했습니다. "지원은 처음부터 매우 좋았습니다. 우리가 고르지 않은 다른 야스카와 시그마 서보 모델들도 테스트용으로 제공하길 주저하지 않았고 반품도 받아줬습니다. 야스카와는 초기 발견과 진행에 필요한 도구를 줬습니다. 그들의 엔지니어링 노력과 현장 기술 지원 덕분에 학습 곡선이 빨랐습니다."

"브러시리스 서보모터와 드라이브를 사용한 우리 엔지니어링 테스트는 훌륭한 결과를 보였습니다."라고 페이지 씨가 덧붙입니다. "켤 때마다 기계마다 정확히 같은 방식으로 작동합니다. 이제 서보모터와 드라이브를 파인튜닝할 필요가 없어 제 일이 훨씬 수월해졌습니다. 절대적으로 균일하고 항상 작동합니다."

최근 밀트로닉스는 기계 정확도를 보장하기 위해 훨씬 더 엄격한 테스트를 하고 있습니다. 가장 엄격한 것 중 하나가 레니쇼 바 볼 테스트(Renishaw bar ball test)입니다. 기계에 원을 깎도록 프로그래밍하고 원형도를 측정해 이론적 완벽함에 얼마나 가까운지 봅니다. 이는 기계 툴 모터가 구동하고 제어하기 어려운 작업입니다. 기계 모든 측면을 측정하므로 종합적입니다. 페이지 씨에 따르면 브러시리스 서보 모터가 매번 둥글고 매끄러운 원을 제공합니다.

시스템 셋업, 파라미터 설정, 오토튜닝, 성능 모니터링, 트러블슈팅은 시그마 시스템 소프트웨어 패키지 SVMON으로 훨씬 쉬워집니다. "매우 쓰기 쉽습니다."라고 페이지 씨는 말합니다. "SVMON으로 RS-232 케이블을 드라이브 앞쪽에 꽂고 약 15초 만에 파라미터를 다운로드합니다. 이 기계들의 각 축마다 파라미터 파일이 유지되므로 드라이브 전원을 켜고 파라미터를 다운로드하면 바로 준비됩니다."

팀 래슐레거(Tim Rashleger) 최고운영책임자는 테스트 초기 단계에서 시그마 서보 브러시리스 모터와 드라이브, 그리고 제공하는 더 높은 기술 수준이 너무 비쌀 거라고 생각했습니다. 비용이 너무 많이 들고 학습 곡선이 너무 길어 제품을 출시하기 힘들 거라고요. 하지만 정반대였습니다. "야스카와 시그마 서보 모터 채택 비용이 사실 이전 시도보다 덜 들었습니다."라고 그는 말했습니다. "네 가지 범주로 봅니다. 첫째, 제품을 제 궤도에 올리고 준비시키는 곡선이 매우 빨랐습니다. 둘째, 가격이 예상보다 좋았습니다. 우리 물량에 대입해보니 쉽게 정당화됐습니다. 셋째, 현장에서 기술적으로 시그마 서보 모터와 드라이브가 더 빨리 조립되고 더 빨리 테스트됩니다. 작동하니까 트러블슈팅이 최소화됩니다. 넷째, 현장에 나가면 교체와 서비스 비용이 없고, 결과적으로 불만 고객도 없습니다. 그래서 전체적으로 야스카와 시그마 서보 사용 비용이 더 낮은 기술 대비 유리합니다.

밀트로닉스 제품군은 머시닝 센터와 툴룸 기계로 나뉩니다. 3분의 2가 머시닝 센터, 3분의 1이 툴룸 제품에서 나옵니다. 밀트로닉스 머시닝 센터는 6개 모델로, 테이블 이동 25×16인치부터 100×30인치, 중절삭용 최대 20마력까지 범위입니다. 엔트리 레벨 모델 제외 모두 시그마 서보 모터와 드라이브로 제조됩니다. "제조 관점에서 여러 모델을 같은 서보모터로 만드는 건 매우 생산적입니다."라고 래슐레거 씨는 말합니다. "이전엔 더 나은 가격을 위해 여러 크기 DC를 더 많이 사야 하고 큰 재고를 안고 가야 했습니다. 야스카와의 40·50인치 범위 가치 덕분에 한 서보 제품으로 여러 기계 모델을 커버합니다."

DC 서보드라이브 VM17 기계의 급이송은 400ipm입니다. 야스카와를 쓰는 제품군 대부분은 훨씬 높습니다. 800ipm이 전형적입니다. "400ipm 기계 vs 800ipm 기계의 차이는 야스카와 AC 서보가 브러시 타입 DC 대비 만드는 차이입니다."라고 래슐레거 씨가 설명합니다. "어느 기술도 무리하게 밀진 않고, 두 기술 신뢰성 모두 솔직히 매우 좋습니다. 하지만 기계에서 생산성이 필요하거나 고속 코너링을 하는 고객은 800ipm 기능을 긍정적으로 볼 겁니다.

"실제 절삭 시 코너링 이송 속도도 AC 디지털 서보에서 확장됩니다. DC엔 매우 까다롭습니다. 반면 AC 서보는 낮은 관성과 매우 높은 성능으로 고속 가공과 3차원 가공이 필요한 프로젝트에서 탁월합니다.

"야스카와 시그마 서보를 현장에 쓴 지 6개월 넘어서 상당한 수량이 쓰이고 있습니다."라고 래슐레거 씨는 말합니다. "단 한 건도 언더사이즈 보고를 받은 적 없습니다. 사양이 무엇이든 매우 보수적인 경향이 있습니다. 이전엔 같은 크기 DC 쓸 때 기계 추력에 의문이 있었는데, 브러시리스 시그마 서보와 드라이브에선 고려 대상이 아니었습니다. 그게 중요합니다.

"이 제품들 신뢰성은 예외적입니다. 사용 면에서 우리가 써본 어떤 것보다 높습니다. 서비스 부서에 출하 첫 6개월간 현장 고장 보고가 단 한 건도 없었는데, 솔직히 경이롭습니다.

"경쟁사 일부가 자체 서보를 만들기 시작했다는 걸 알았습니다."라고 래슐레거 씨가 말했습니다. "우린 이 옵션을 검토했고, 그냥 말이 안 됩니다. 이 기술을 배우고 마스터하고 극대화하는 건 우리 자원을 쓸 전문성이 아닙니다. 제품들이 매우 경쟁적입니다. 야스카와가 어떤 사설 공작기계 회사보다 이 제품을 기술적으로 올바르게 생산하는 데 훨씬 더 정통합니다. 우리 관점에선 직접 설계 제작하는 게 타당하지 않고, 이 기계 부품을 계속 아웃소싱할 겁니다. 우리 머시닝 센터의 심장을 가능한 최고로 만들기 위해 야스카와 서보를 선택했습니다.

"브러시리스 시그마 서보 전환이 회사에 아주 좋은 결정이었음을 이미 확인했습니다."라고 래슐레거 씨가 말했습니다. "우리가 얻은 결과에 매우 고무돼 있습니다. 6개월 일찍 전환했더라면 좋았을 텐데, 다른 결정들의 대가를 치르고 있습니다. 우리 AC 디지털 드라이브 사용의 100%가 야스카와라는 사실이 제품과 비즈니스 관계에 대한 우리 신뢰를 말해줍니다."

툴룸 기계는 경쟁이 극심해 이 제품군에서 1달러 1달러가 중요합니다. 이 기계들의 요구사항은 보통 DC 기술 영역입니다.

"밀트로닉스가 자체 CNC 시스템을 만드므로 야스카와 제품의 기술 발전이 정말 반갑습니다."라고 래슐레거 씨는 말합니다. 밀트로닉스는 최근 3D 컬러 그래픽과 고속 윤곽 가공 등 최첨단 기술을 포함한 고속 센추리온(Centurion) 컨트롤을 출시했습니다. 하지만 같은 업그레이드 기술의 서보와 매칭되지 않으면 최대 성능을 낼 수 없습니다. 두 기술을 결합해 밀트로닉스는 성능에서 선두를 차지했습니다. 이 성능 수준의 머시닝 센터는 일반적으로 배로 비쌌습니다.

"우리 회사의 흥미로운 점은 진짜 제조가 이뤄지고 있다는 겁니다."라고 래슐레거 씨가 말했습니다. "미국에서 블루칩 기업이 품질 좋고 가치 지향적인 제품을 성공적으로 제조해 전 세계에 판매할 기술이 존재함을 입증하고 있습니다. 제조 기반이 가장 흥미로운 일이라고 생각합니다."