오토 엔지니어링의 혁신: 멀티스핀들 선반으로 소량 다품종 생산의 패러다임 전환

작업장이 머신 툴을 찾을 때 전문가 조언에 의존할 수 있습니다. 머신 툴 제조사는 자사 장비와 역량을 알기에, 가장 적합한 애플리케이션과 실패할 수 있는 영역을 판단할 수 있어야 합니다.

하지만 일리노이주 카펜터스빌 소재 오토 엔지니어링(Otto Engineering Inc.)은 고정관념을 깨고 공급업체에게 전통적 관행에 도전하는 새로운 접근을 요구하길 좋아합니다. 프로덕션 머시닝(Production Machining)이 15년 전 오토의 이야기를 다뤘습니다. 이 후속 기사는 당시 공급업체조차 머신 판매를 주저할 만큼 급진적이었던 계획이 성공으로 이어지자, 그 성공에 더블 다운(double-down) 베팅한 이야기를 보여줍니다. CNC 멀티스핀들을 소량 생산에 쓰는 것 자체가 낯설진 않을 수 있지만, 그 특정 목적으로 머신을 사서 엄청난 성공을 거둔 것은 조직 밖 대부분에게 놀랍습니다.

통제 하에

오토는 1961년 요구되는 애플리케이션용 스위치 제품과 통신 액세서리 개발·제조를 위해 설립되었습니다. 원래 로터리 및 푸시버튼 스위치를 생산했으며, 컨트롤 사업부는 이제 광범위한 컨트롤 스위치, 토글, 그립 라인을 제공합니다. 군수, 항공우주, 농업, 건설 등 산업에 제품을 공급합니다. 현재 프로젝트 중 하나는 NASA 오리온(Orion) 프로젝트용 스위치 생산으로, 향후 10년 내 화성 유인 탐사 가능성을 탐색 중입니다.

2004년, DMG MORI USA 시카고 테크 센터를 통해 오토는 길데마이스터(Gildemeister) GMC 35 ISM CNC 6-스핀들 멀티를 구매했습니다. 처리량 단축과 작업장 유연성 증대를 위한 큰 투자였습니다. 예상대로 일부 부품 런은 10,000개 이상이 필요할 수 있습니다. 그건 놀랍지 않습니다. 하지만 훨씬 더 이례적인 것은 50개, 25개, 심지어 5개만 필요한 런도 주저하지 않는다는 점입니다. 6-스핀들 머신이니 여분 부품 1개를 더 만들어야 합니다. 그런 초소량 생산으로 성공하는 유일한 방법은 셋업 시간을 최소화하는 것입니다. 평균 런은 200~1,000개로, 약 2~6시간 생산 시간이 소요됩니다.

멀티스핀들은 긴 셋업 시간이 필요하기로 유명하지만, 오토는 그 추세를 깨고 길데마이스터 평균 셋업 시간을 약 15분으로 유지합니다. 스케줄에 따라 어떤 날은 9시간 근무 중 6번까지 머신 셋업을 바꾸기도 하고, 어떤 날은 단일 작업을 종일 돌리기도 합니다.

왜 통하는가

머신 구매 후 작업장 수퍼바이저 톰 세크레토(Tom Secreto)는 이 머신으로 412개 다른 부품을 프로그래밍했는데, 7개 부품 패밀리, 부품당 평균 런타임 16초입니다. 그는 단 13종 프론트 드릴, 16종 프론트/백워킹 ID 터닝 툴, 10종 드럼 사이드 OD 터닝 툴, 6종 밀링 툴, 총 45개 툴을 머신 안팎으로 교체하며 이 작업들을 관리합니다.

모든 부품에 동일한 직경의 알루미늄 바스톡만 사용합니다. 부품 직경은 0.875인치~0.16인치 범위입니다. 더 작은 직경 부품 가공 시 발생하는 소재 낭비 비용을 상쇄하기 위해, 오토는 깨끗하고 오일 없는 칩을 재활용 업체에 공급하는 엄격한 기준을 지킵니다. 머신을 다른 바 직경으로 전환할 필요를 없애 상당한 셋업 시간 절약을 실현합니다.

모든 툴링은 퀵체인지 방식이고 모든 툴은 프리세팅되어 있습니다. 충분한 툴 오프셋을 제공하는 지멘스 컨트롤로 각 위치의 모든 지오메트리 오프셋을 쉽게 셋업합니다. 일반적인 셋업은 4~5개 툴을 머신에 장착하고, 원하는 부품 프로그램을 로드하고, 픽오프 콜렛을 교체하는 것입니다. 시뮬레이션에 완벽하게 맞도록 프로그래밍 단계에서 추가 시간을 들입니다. 오퍼레이터는 단순히 사이클 스타트를 누르고 첫 부품 정확성을 확신할 수 있습니다.

세크레토 씨는 다음에 돌릴 부품이 무엇인지 알고 있으며, 셋업 대기 상태로 준비해 둡니다. 모든 프리셋 툴과 셋업에 필요한 것들이 머신 옆 캐비닛에 보관되어 있습니다. 머신 숍 매니저 존 랭(John Lang)은 멀티스핀들의 과제 중 하나가 서브 스핀들과 픽오프 간 거리 설정, 즉 부품 전체 길이를 결정하는 것이라고 설명합니다. 오토의 전략은 인디케이터를 머신 내부에 장착하는 것입니다. 이전 부품에 따라 인디케이터가 다음 부품에 필요한 정밀 조정을 정확히 보여줍니다. 두 부품 간 차이가 180/1000인치(약 0.0046mm)에 불과할 수 있지만, 조정은 '플러스 마이너스 제로'로 정확히 이루어져 다음 부품이 첫 번째부터 올바르게 만들어집니다.

비결은 일반적인 부품 패밀리 접근 대신 '툴 패밀리'를 본다는 창의적 프로그래밍 접근입니다. 기존 툴들을 보고 그것들에 맞는 부품이 무엇인지 찾습니다. 부품 형태를 위해 추가 컷이 필요해도 사이클 타임에 최소한만 추가됩니다. "대부분 멀티스핀들에서 사이클 타임은 가장 긴 작업이나 슬라이드에 의존하므로 이미 여유 시간이 있습니다." 세크레토 씨의 설명입니다. "예를 들어 슬라이드 6이 18초로 가장 길면 사이클은 18초입니다. 슬라이드 2가 황삭 보링으로 12초라면, 슬라이드 2에 6초 황삭 작업을 더 추가해도 전체 사이클 타임에 영향이 없습니다." 툴 라이브러리 추가는 최후 수단으로 거의 하지 않습니다.

정량화된 혜택

"소량 로트일 때 생산하는 스위치에서 실제로 더 많은 돈을 법니다." 랭 씨의 말입니다. "마진이 훨씬 높습니다. 우리만큼 지오메트리가 많은 공작물을 15초 사이클 타임으로 유지하는 건 다른 숍들에겐 어려울 겁니다."

그는 일반 CNC 선반에서 그런 부품이 2분까지 걸릴 수 있고 셋업은 3~5시간이라고 말합니다. 멀티스핀들은 일반 CNC 선반보다 사이클 타임에서 약 7배 우위입니다. 랭 씨는 오토가 이 부품들을 모두 일반 CNC 선반으로 만들었기 때문에 압니다. 길데마이스터 투자의 성과는 회사의 지속적 성공에 중요한 역할을 했습니다. 랭 씨가 오토에 합류했을 때 500만 달러 회사였는데, 지금은 1억 3천만 달러 회사로, 머신 설치 이후 꾸준히 성장(2018년 15% 포함) 중입니다.

짧은 런과 셋업 시간 덕분에 오토는 부품을 매우 빠르게 공급할 수 있어, 이 머신을 사실상 창고나 재고 대용으로 씁니다. 회사는 여유 재고를 두지 않습니다. 5,000개나 10,000개 대량 주문이 들어와도 다음 날 출하 가능합니다. 일반 CNC 선반이면 1주일 걸립니다. 여러 선반을 돌려도 추가 셋업 때문에 더 오래 걸립니다. 고객들도 선주문 고민 없이 바로 응답받으니 만족합니다. 영업팀이 주문을 떨어뜨리면 생산에서 즉각 반응합니다.

다음 단계

CNC 가공 역량 외에도 오토는 사출 성형, 스탬핑, 케이블 어셈블리, 케이블 오버몰딩을 수행하며 약 575명을 고용 중입니다. 최근 툴 앤 다이 회사도 인수했습니다. 심화되는 인력 부족 대응 위해 연간 고교 졸업생 2명을 견습생으로 채용합니다. 이들은 일리노이 툴링 앤 매뉴팩처링 협회에서 시간을 보낸 후 오토에 정착해 강점에 따라 머시니스트, 모델 메이커, 몰드 메이커, 툴 앤 다이 스페셜리스트가 됩니다. 랭 씨는 "5년 전 보고서에서 10년 내(지금부터 5년 후) 인력 절반이 은퇴할 것이라 결론냈습니다. 이 문제를 풀어야 합니다. 젊고 새로운 인재를 데려오고, 인수한 툴 앤 다이 회사의 최고급 인력과 함께 미래 니즈를 대비해 진전을 이루고 있습니다."

인력 우려에도 회사는 급성장 중입니다. 100,000평방피트(약 9,290㎡) 신규 테크 센터 건립 중으로 6월 오픈 예정이며, CNC 가공과 스탬핑 운영 대부분이 들어갑니다. 그 건물과 함께 현재 머신과 거의 동일한 신규 길데마이스터가 들어옵니다. 그 머신은 조립 중으로 6월 납품 예정입니다.

현재 멀티는 초기부터 거의 풀 캐파로 가동돼 왔습니다. 새 머신이 오면 다른 가공 전략을 시도할 유연성이 생깁니다. 한 가지 고려사항은 새 머신으로 7/8인치~1 1/16인치 사이 여러 바 직경을 처리하는 것입니다. "바 사이즈 변경에 반나절 걸려서 일반적으로 피했습니다." 랭 씨의 말입니다. "하지만 다르게 볼 기회가 다시 생겼고, 일반 CNC 선반에서 더 많은 부품을 이관할 것입니다."

오토는 GMC 35 ISM으로 멀티스핀들에서 소량 런과 잦은 셋업이라는 '불가능'을 가능케 했습니다. 부품을 빠르게 공급하고 사실상 머신으로 재고실을 대체했습니다. 머신은 놀랍게 적은 유지보수만 필요했습니다. 슬라이드는 여전히 오리지널로 리빌드 필요 없었습니다. 73,000시간 이상 생산 후 유일한 유지보수는 전기 드라이브, 케이블, 바 피더 관련이었습니다. 오토는 새 머신에서도 같은 결과를 예상하며, 지금까지 기반을 닦은 창의성이 지속적 성장을 이끌 것이라 기대합니다.

오토 엔지니어링 문의: ottoexcellence.com 또는 847-428-7171