복합재 4.0: 디지털 전환으로 적응형 생산과 혁신 가속화

복합재 4.0의 개념

복합재 4.0은 재화와 서비스의 설계, 생산, 전달, 운영, 유지보수, 폐기 방식을 디지털로 전환하는 인더스트리 4.0이라는 우주 속의 한 작은 은하입니다. 복합재 제조의 목표는 자동화, 센서와 데이터, 5G 통신, 소프트웨어 및 기타 지속적으로 진화하는 디지털 기술을 활용해 제품과 공정을 더 효율적이고 지능적이며 적응적으로 만드는 것입니다.

복합재 제조업체들은 이 디지털 전환의 스펙트럼을 따라 나아가고 있습니다. 초기 단계로는 인라인 검사와 최적화된 공정을 통해 폐기물과 비용을 줄이면서 부품 품질과 수율을 높이는 것이 있습니다. 더 진보된 솔루션은 시장의 변화와 고객 요구를 단순히 민첩하게 대응하는 것을 넘어 예측하는 지능형 자율 생산을 지향합니다.

"복합재 4.0은 목적이 아닌 도구입니다."라고 RWTH 아헨 대학교의 AZL 아헨 통합 경량 생산 센터 소장 미하엘 에몬츠(Michael Emonts) 박사는 설명합니다. 그의 iComposite 4.0 프로젝트는 자동차 플로어 팬 비용을 50~64% 절감할 잠재력을 가진 적응형 공정 체인을 시연했습니다.

"단순히 일을 디지털화하는 것과 실제로 비즈니스 뒤의 공정을 변화시키고 새로운 기회와 비즈니스 모델을 여는 디지털 전환 사이에는 차이가 있습니다."라고 복합재 부품 생산업체 다이나마(Dynexa, 독일 라우덴바흐)의 전무이사 크리스티안 코펜베르크(Christian Koppenberg)는 주장합니다.

"복합재 4.0은 단지 로봇을 사용하는 것이 아닙니다."라고 독일 항공우주센터(DLR) 경량 생산 기술 센터(ZLP, 아우크스부르크) 소장 미하엘 쿠프케(Michael Kupke) 박사는 단언합니다. ZLP는 협업 로봇이 복합재 후방 압력 격벽에서 동체 패널로 재프로그래밍이나 재교육 없이 전환할 수 있는 인공지능(AI) 탑재 작업 셀을 개발했습니다. "로봇을 가르칠 필요가 없도록 하는 기술이 복합재 4.0입니다. 로봇을 가르치는 데는 비즈니스 케이스가 없기 때문입니다. 복합재 4.0은 단순히 효율을 높이고 비용을 절감하는 것 이상입니다. 기업이 생산에 대해 생각하고 접근하는 방식을 바꾸는 것이며, 이것이 어떤 기업이 생존하고 어떤 기업이 도태될지를 결정할 것입니다."

적응형 프리포밍, RTM

"iComposite 4.0 프로젝트의 아이디어는 비용 효율적인 로빙과 토우로 프리폼을 만드는 것이었습니다. 건조한 장섬유 유리(25~30mm)를 분사한 후 단방향(UD) 탄소섬유 그리드로 자동 섬유 배치(AFP)를 통해 보강하는 방식입니다."라고 에몬츠는 설명합니다. "선택된 시연품인 후방 하부 차량 플로어 팬은 이전에는 더 비싼 직물로 제작되었으며 60% 이상의 폐기물이 발생했습니다."

복합재 4.0 전환에는 섬유 분사, 섬유 증착, 이후 수지 이송 성형(RTM) 공정의 통합이 필요했습니다. 이들은 공정 간 측정된 부품 품질에 기반해 서로 반응하고 적응하도록 했습니다(그림 1). "아포디우스(A podius GmbH, 독일 아헨)의 머신 비전 시스템에 광학 레이저 센서와 카메라 모듈을 사용해 분사된 프리폼의 표면 토폴로지를 특성화했습니다."라고 에몬츠는 말합니다. "아포디우스는 소프트웨어를 조정해 각 방향의 섬유 비율을 분석했습니다. iComposite 4.0 라인은 이를 디지털 설계와 비교해 기계적 요구사항 충족 여부를 판단했습니다. 충족하면 표준 UD 그리드로 보강하고, 아니면 추가 UD 섬유 층을 어디에 배치할지 결정했습니다."

그러나 이러한 추가 UD 층은 부품 두께와 형상이 공차를 초과하게 할 수 있습니다. "따라서" 그는 설명합니다, "프리포밍 라인과 적응형 RTM 공정을 결합해, 필요한 경우 프레스의 특정 부분에 압력을 증가시켜 부품 두께를 조정했습니다." 이 역시 자동화되었으며, 라인 운영자의 개입을 대체하는 것이 목적이었지만, 측정 데이터와 표준 FEA 소프트웨어를 사용한 부품 성능 시뮬레이션이 필요했습니다.

"현재 부품 기계적 물성 시뮬레이션은 오프라인으로 수행됩니다."라고 에몬츠는 말합니다. "공정과 부품 변형의 데이터베이스를 생성하고, 각 변형에 반응하는 알고리즘을 만들어 FEA로 검증했습니다. 따라서 라인에서 측정된 변형에 기반해 알고리즘이 적절한 완화 조치를 수행하도록 했습니다. 라인을 인시츄에서 적응형으로 만들기 위한 다음 단계는 머신 러닝을 추가하는 것입니다." 한편 AZL은 하이브리드 열가소성 복합재의 자기 최적화 생산, 테이프 기반 맞춤형 블랭크의 통합 보강이 된 사출 성형 부품 등 수많은 복합재 4.0 프로젝트를 추진 중입니다.

결함 제로 CFRP 날개 스킨

ZAero 프로젝트(「복합재 부품의 제로 결함 제조」 참조)는 2016년에 시작된 또 다른 핵심 복합재 4.0 프로젝트로, 날개 스킨 같은 대형 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP) 구조물의 생산성을 높이는 것을 목표로 했습니다. 프리프레그 AFP 또는 다노바트(Danobat, 스페인 엘고이바르)의 자동 건식 소재 배치(ADMP, 「대형 항공 구조물용 건식 직물 및 주입의 실행 가능성 입증」 참조)를 이용한 자동 인라인 검사로 결함을 줄이고, 수지 주입 또는 프리프레그 경화 중 공정 모니터링으로 경화 상태를 예측하고 사이클 타임을 단축했습니다. 수집된 공정 및 결함 데이터는 FEA와 함께 사용돼 부품 성능을 예측했고, 이는 식별된 결함을 어떻게 처리할지 결정하는 의사결정 지원 도구에 입력되었습니다. CFRP 날개 스킨용 부품 흐름 시뮬레이션이 개발되어 이 도구에 입력되면 재작업 전략 최적화에 도움이 되었습니다(그림 2). 오늘날 많은 부품이 제조 중 재작업되지만, 오직 NDI 후에만 가능했습니다. 초기 재작업과 향상된 공정 통제는 ZAero 프로젝트의 목표이자, 목표한 15% 생산 속도 증가, 15~20% 생산 비용 절감, 50% 폐기물 감소를 위한 인에이블러였습니다.

2019년 9월 최종 검토 시, 프로젝트 리더 프로팩터(Profactor, 오스트리아 슈타이어)가 개발한 프리프레그 AFP 센서는 자동 인라인 검사뿐만 아니라 인시츄 부품 보정에도 사용될 수 있었습니다. "이 센서는 갭, 오버랩, FOD, 퍼즈볼, 꼬인 토우 같은 표준 결함뿐만 아니라 각 토우의 조기 및 늦은 컷도 감지할 수 있습니다."라고 프로팩터의 머신 비전 책임자 크리스티안 아이칭거(Christian Eitzinger) 박사는 말합니다. 누락된 토우는 정확히 생략된 위치에 추가 토우를 배치해 자동으로 보정할 수 있습니다. 다만 퍼즈볼이나 꼬인 토우를 제거하려면 기계를 멈춰야 합니다. "다쏘 시스템즈(Dassault Systèmes, 프랑스 파리)의 3D 익스피리언스 포 카티아(CATIA)를 사용해 구축한 데이터베이스로 결함의 크기, 모양, 유형에 기반한 부품 성능 영향을 계산할 수 있습니다. 한 플라이의 모든 결함을 처리하는 데 몇 초밖에 걸리지 않습니다. 기계 운영자는 어떤 결함을 남겨둘지, 어떤 결함을 재작업할지 결정합니다."

주입 공정 모니터링 및 제어를 위해 에어버스(Airbus, 프랑스 툴루즈)는 자회사 인팩토리 솔루션(InFactory Solutions, 독일 타우프키르헨)을 통해 온도, 경화 상태, 수지 흐름 전선을 측정하는 세 가지 센서를 개발했습니다(「수지 주입 흐름 전선 모니터링 센서」 참조). "이들을 카티아 3D 익스피리언스와 통합해 데이터를 신뢰성 있게 획득하고 각 부품의 디지털 스레드에 추가할 수 있음을 보였습니다."라고 아이칭거는 말합니다(온라인 사이드바 「복합재 4.0: 디지털 스레드 vs 디지털 트윈」 참조).

세 번째 부품 시연품은 세 개의 스트링거가 있는 상부 날개 커버 서브섹션이었습니다(온라인 사이드바 「ZAero 프로젝트 업데이트」 참조). 이 부품으로 프로팩터의 의사결정 지원 도구가 파트너 피담크(FIDAMC, 스페인 마드리드)에서 라이브 시연되었으며, 지멘스 PLM(미국 텍사스주 플라노) 테크노매틱스 플랜트 시뮬레이션 소프트웨어 기반의 부품 흐름 시뮬레이션과 연결되어 오스트리아 프로팩터 서버에서 실행되었습니다. 결함 데이터베이스 구축 외에도 ZAero는 머신 러닝 실험을 수행했습니다. 수동 설계된 생성적 컴퓨터 모델과 심층 신경망을 결합해 결함을 감지하고 분류했으며, 실제 ADMP 모니터링 데이터에서 갭, 오버랩, 토우, 퍼즈볼 등 다양한 영역을 95% 정확도로 실시간 분류했습니다. 심지어 인위적으로 생성된 결함 데이터가 심층 네트워크 학습에 사용되었습니다(초음파 테스트 시스템이 의도적 결함 범위로 보정되는 것과 유사).

"우리는 분명히 어떤 형태의 다음 단계를 추구할 것입니다."라고 아이칭거는 말합니다. 한편 프로팩터는 자동 적층 중 섬유 방향과 결함을 위한 모듈러 센서를 상용화하고 있습니다. 인팩토리 솔루션도 AFP 및 수지 주입 센서를 제공하며, 섬유 배치 파트너인 다노바트와 MTorres(스페인 나바라 토레스 데 엘로르츠)는 이제 인라인 검사가 통합된 장비를 판매하고 있습니다.

다이나마의 디지털 전환 여정

다이나마는 CFRP 튜브와 샤프트를 전문으로 하는 복합재 부품 제조업체입니다. "우리는 항상 모든 것을 디지털화하려고 노력했습니다."라고 전무이사 코펜베르크는 말합니다. "이미 수동 및 아날로그 공정을 없애고 대부분을 ERP(전사적 자원 관리) 시스템에 통합했습니다. 하지만 제조 현장에서 어떻게 할까요? 우리가 작업자 프로토콜이나 절차에 넣는 모든 것이 코드라는 것을 이해했고, 이것이 디지털 전환의 기초입니다. 하지만 어디에 저장하나요? 로컬 서버, 클라우드, 기계 내부? 다섯 명에게 물으면 일곱 가지 답이 나옵니다." (온라인 사이드바 「복합재 4.0: 어디서 시작하나?」 참조)

다행히 독일 정부가 중소기업(SME)을 위해 대학에 무료 인더스트리 4.0 컨설팅을 제공하는 프로그램을 마련했습니다. 다이나마는 다름슈타트 '미텔슈탄트(SME) 4.0' 역량 센터와 협업을 시작했습니다. "그들은 디지털 아키텍처에 대해 걱정하지 말고 무엇을 측정해야 하고 어떻게 측정할지 보라고 조언했습니다."라고 코펜베르크는 회상합니다. "우리는 상당한 수동 측정이 수반되는 공정 하나를 골랐는데, 거기서 품질, 시간, 비용 이슈가 있다는 것을 알고 있었습니다."

다이나마는 습식 필라멘트 와인딩 공정을 사용합니다(「자동차 시험장 대비 복합재 출력 샤프트」 참조). 핵심 단계는 수지 픽업으로, 건조 섬유가 압축 롤러 위로 올라가 수조 밖으로 나옵니다. 압축 롤러에 닥터 블레이드가 닿아 있어 건조 필라멘트와 결합될 수지 양을 결정합니다. "수지를 너무 많이 픽업하면 지정된 튜브 직경을 초과할 수 있습니다."라고 코펜베르크는 말합니다. "하지만 너무 적으면 허용 최소 직경 미만으로 떨어질 위험이 있습니다."

"측정 없이는 모든 가치가 투입된 경화 후에야 최종 직경을 알 수 있습니다."라고 그는 지적합니다. "따라서 운영자는 기계를 멈추고 부품을 측정하고 기록한 후 재시작해야 합니다. 수년간의 경험으로 와인딩 각 단계에서 라미네이트 두께가 얼마여야 하는지 알고 있습니다. 따라서 운영자는 측정값과 비교해 필요에 따라 닥터 블레이드를 조정해 수지 픽업을 보정하지만, 이는 매우 수동적이며 운영자 기술과 경험에 의존합니다."

이를 디지털화하기 위해 다이나마는 수많은 레이저와 카메라 제조사와 상담했습니다. "그들은 '해결책이 있다'고 하지만 아무도 작동하게 만들지 못했습니다."라고 코펜베르크는 말합니다. 그러나 다름슈타트 대학 팀은 젖은 표면에서의 빛 반사 같은 특정 물리적 요인으로 인한 보정을 파악해 카메라 사용을 가능하게 했습니다. "이제 와인딩 기계가 측정 장치와 연결되어 매우 표준화된 방식으로 작동합니다."라고 그는 덧붙입니다.

팀은 보정 테이블과 의사결정 알고리즘 데이터베이스를 개발해 필라멘트 와인딩 기계가 감겨지는 특정 튜브의 각 단계에서 목표가 무엇인지 알 수 있게 했습니다. "측정 장치 입력이 수지 픽업이 있어야 할 위치에 있지 않음을 보여주면," 코펜베르크는 설명합니다, "필라멘트 와인딩 기계가 와인딩을 멈추고 측정하지 않고도 닥터 블레이드를 조정해 다시 사양 내로 가져옵니다."

이제 모든 와인딩 기계에 디지털 측정 시스템 그리고 이더넷 카드가 장착되었습니다. "가장 비싼 부분은 서버까지 케이블을 설치하고 운영하는 것이었습니다."라고 코펜베르크는 농담합니다. "하지만 이제 모든 기계와 통신하고 모든 데이터를 수집할 수 있습니다." 또 다른 이점도 있습니다. "전에는 운영자가 기계에서 프로그래밍했지만, 서버에 연결한 후에는 어떤 데스크톱이나 노트북에서도 프로그래밍할 수 있습니다. 이는 다운타임을 더욱 줄이고 또 다른 생산 병목 현상을 제거했습니다."

이 첫 디지털 단계로 다이나마는 공정 제어, 품질, 효율을 개선해 비용 효율성을 높였으며, 추가 전환을 촉진했습니다.

복합재의 패러다임 변화

"우리는 고객을 위한 새로운 생태계를 단계적으로 제공하고 있습니다."라고 다이나마의 영업 및 마케팅 책임자 마티아스 브루크호프(Matthias Bruckhoff)는 말합니다. 그는 예를 들어줍니다. "아마존에서 당신이 무엇을 언제 샀는지, 추천 신제품이 무엇인지 볼 수 있습니다. 우리는 고객 요구사항을 받아 며칠 후 계산과 엔지니어링 도구로 응답했습니다. 이제 이것은 온라인이 될 것입니다. 고객이 제품을 보고 필요한 것, 비용, 납기를 몇 분 만에 계산할 수 있습니다. 이것은 새로운 것이 아니지만, 우리 산업에는 새로운 것입니다. 기계 운영자가 더 많은 기계와 고차원 작업에 집중할 수 있게 된 것처럼, 이제 엔지니어링 팀이 더 전문적이고 정교한 제품에 집중할 수 있게 될 것입니다."

에어본(Airborne, 네덜란드 헤이그)은 2019년 9월 복합재 자동 제조를 위한 주문형 제조 포털을 출시했습니다(「에어본, 복합재 프린팅 포털 출시」 참조). 이 도구로 고객은 웹 기반 플랫폼에 설계를 입력합니다. 시스템은 즉석에서 머신 코드를 생성하고 생산 소요 시간과 비용을 결정합니다. 제품은 맞춤화할 수 있으며, 주문하면 자동 제조 셀에서 생산됩니다. 포털은 에어본의 자동 적층 셀(ALC)을 사용해 열경화성 프리프레그를 가공하는 것으로 출시되었습니다. SABIC(사우디아라비아 리야드) 스페셜티 사업부를 위해 개발된 고량 열가소성 복합재(TPC) 생산 라인 등 다른 공정으로 확장될 예정입니다.

"이 포털은 우리가 복합재 제조의 디지털 미래를 어떻게 보는가의 핵심 구성 요소입니다."라고 에어본의 최고 기술 책임자 마커스 크레머스(Marcus Kremers)는 말합니다. "5년 전 우리는 부품 제조 비즈니스 모델에서 고객의 자동화와 디지털화를 돕는 것으로 전환했습니다. 우리는 고객이 복합재로 쉽게 구축할 수 있게 하는 솔루션 포트폴리오를 개발하고 있습니다." 이 포트폴리오에는 ALC, 자동 허니콤 포팅, 자동 플라이 키팅, TPC 테이프를 사용하는 고량 생산 라인이 포함되며, SABIC은 이를 디지털 복합재 제조 라인(DCML), 에어본은 팔콘(Falcon)이라고 부릅니다. 후자는 에어본의 맞춤형 솔루션의 예입니다. "우리는 복합재 소재와 부품 제조 노하우를 이 자동화 시스템에 내장해 고객이 전문가가 될 필요가 없도록 하고 있습니다."라고 크레머스는 말합니다.

에어본은 자동화 구매, 임대, 또는 에어본에 맡겨 제조 서비스(MaaS)로 운영하는 세 가지 비즈니스 모델을 가지고 있습니다. 에어본 자동화 셀에는 고객이 정의한 결함 및 공차 데이터베이스에 기반해 알림을 생성하는 센서와 인라인 검사 시스템이 있습니다. "팔콘 라인은 시각적 품질 결함에 대한 공차가 매우 낮습니다."라고 크레머스는 말합니다. "하지만 우리의 항공우주 자동화는 구조적 공차에 더 중점을 둡니다. 우리는 또한 기술을 지속적으로 발전시켜 자기 학습과 자기 적응이 가능하게 하고 있습니다. 예를 들어, ALC 테이프 레이잉용 차세대 소프트웨어 버전은 결함을 식별하고 즉석에서 생산 프로그램을 수정하는 능력을 갖출 것입니다."

장기적으로는 주문형 포털을 여러 회사와 지역에 분산된 복합재 부품 생산 용량을 수집하는 것으로 확장하는 것이 비전입니다. 크레머스는 프로토랩스(Protolabs, 미국 미네소타주 메이플 플레인즈)를 인용합니다. 프로토랩스는 사출 성형, 판금, CNC 가공, 3D 프린팅 프로토타입을 하루 만에 주문형으로 제공합니다. 마찬가지로 플라이어블(Plyable, 영국 옥스퍼드)의 온라인 앱은 폴리우레탄 보드부터 강철까지, 복합재 및 3D 프린팅 툴을 포함한 소재로 복합재 제조용 금형을 제공합니다. "이는 가치 사슬을 조직하는 다른 방식입니다."라고 크레머스는 말합니다. "우리는 이를 복합재 부품에 가능하게 할 기계와 소프트웨어를 만들고 있습니다."

AZL 아헨도 울트라 패스트 컨솔리데이터 머신(Ultra-Fast Consolidator Machine)으로 이 목표를 추구 중입니다. 2019년 상용화된 이 기계는 5초 이내에 다층 TPC 라미네이트를 생산합니다. 콤빌리티(Conbility, 독일 아헨) 로봇, 레이저 보조 AFP 애플리케이터와 25mm 폭 UD 테이프, 고속 인쇄 산업의 최첨단인 피스-플로 원칙을 사용해 다양한 두께의 TPC 라미네이트를 단순 택 또는 완전 통합 상태로 생산하며, 국부 보강도 가능합니다. "우리의 비전은 온라인 플랫폼을 가능하게 할 확장 가능한 기계를 제공하는 것입니다."라고 에몬츠는 말합니다. "라인은 여러 스테이션을 가질 수 있으며, 각 스테이션에 여러 AFP 애플리케이터가 있습니다. 고객은 요구사항을 입력하고 플라이북, 비용, 납기 옵션을 얻습니다. 확정되면 애플리케이터끼리 통신해 생산을 구성합니다. 운영자가 아닌 것입니다. 이는 맞춤형 복합재의 완전한 지능형 생산입니다."

자동화의 자동화

ZLP의 주요 초점은 CFRP 구조물의 자동 생산입니다. "단일 부품이나 프로그램을 위한 자동화는 정당화하기 어렵습니다."라고 ZLP 유연 자동화 팀 리더 플로리안 크렙스(Florian Krebs)는 말합니다. "하지만 작업별 기계를 넘어 거의 추가 설정 없이 재구성 가능한 자동화 플랫폼으로 나아가면 비즈니스 솔루션이 됩니다. 플랫폼이 더 유연할수록 투자 회수 속도가 빨라집니다."

첫 이미지에 표시된 작업 셀은 ZLP 프로젝트 PROTEC NSR의 일환으로, 건식 논크림프 직물 픽앤플레이스 적층과 수지 주입이라는 동일한 공정 경로를 따르는 부품군을 제작하도록 설계되었습니다(온라인 사이드바 「로봇 교육의 비즈니스 케이스 없음」 참조). "이 공정은 에어버스 A350 후방 압력 격벽을 위해 설계되었지만, 단계가 유사하므로 동체 패널이나 날개 커버도 이 라인에서 만들 수 있습니다."라고 크렙스는 말합니다.

"유연한 자동화 플랫폼을 달성하려면 로봇 알고리즘, 센서, 그리고 이들이 생성하는 데이터를 이해하는 방법 등 특정 기술 벽돌이 필요합니다."라고 쿠프케는 말합니다. "예를 들어, PROTEC NSR 생산 라인은 최대 모듈러리티를 향해 설계되었습니다. 모든 모듈이 서로 상호 연결되어 자기 구성, 자기 보정, 자기 최적화 시스템을 시연하며, 크기와 복잡도 면에서 확장 가능합니다."

모듈 설명

그는 그림 5에 표시된 모듈들을 설명합니다. 여기에는 CAD 모델, 공정 정의, 시뮬레이션과 공정 실행을 허용하는 공정 모델, 제조 실행 모듈, 데이터 획득용 센서, 데이터 주석 소프트웨어, 저장용 데이터베이스가 포함됩니다.

"이 다이어그램의 왼쪽에서 계획을 세웁니다. 실행 모듈이 그 계획을 구현합니다."라고 쿠프케는 말합니다. "공정 단계 동안 커터, 로봇, 건물(온도, 압력, 습도), 픽앤플레이스 중 카메라 등 관련된 모든 기계와 공정에서 데이터를 획득합니다. 공정 중 실시간으로 데이터를 분석하고, 수집된 데이터를 메타데이터로 자동 주석 처리해 데이터베이스에 입력합니다. 이는 공정의 디지털 트윈 기반이 됩니다. 디지털 트윈의 가장 중요한 점은 하나의 중앙 저장소, 단일 진실의 출처를 갖는 것입니다. 각 부품의 CAD 모델과 공정 정의는 그 단일 진실의 출처 일부입니다."

이 모듈들이 갖춰지면 버튼 하나로 라인이 자율적으로 작동합니다. CAD 모델, 생산 계획, 카메라에서 로봇은 다음에 올 절단 조각이 무엇인지 추론하고 테이블에서 찾습니다(예: 다른 100개 조각 중). "그들은 그리퍼를 어떻게 구성해 집어 올리고 툴링에 놓을지 결정하고, 어디에 놓을지 압니다." 생산 계획에 기반해 로봇은 모든 공정 단계의 시작/끝 경로를 결정하고 각 단계가 언제 완료되는지 압니다. "보통 이 경로는 사람이 가르칩니다."라고 쿠프케는 말합니다. "하지만 우리 시스템에서는 각 경로가 자동으로, 충돌 없이, 실시간으로 정의됩니다. CAD 모델이나 공정 정의를 변경하면 로봇이 추가 교육 없이 적응합니다. 하지만 부품을 완전히 바꾸면 어떻게 될까요? 이런 유형의 자동화로는 그 변화를 매우 빠르게 만들 수 있습니다. 이것이 유연한 생산으로 가는 길입니다. ZLP의 역할은 기술 벽돌을 개발하고 연결해 이 길을 닦는 것입니다."

기회와 온톨로지

코로나19 팬데믹은 유연한 생산의 가치를 부각시켰습니다. 또한 점점 더 예측 불가능한 비즈니스 환경을 만들었습니다. "지난 2~3년 동안 모든 것이 더 변동성이 커졌습니다."라고 다이나마의 브루크호프는 말합니다. "우리 고객들은 그들의 고객에게 대응하기 위해 매우 빠른 답을 원합니다. 우리의 새로운 온라인 생태계를 제공함으로써 전체 공급망을 더 경쟁력 있게 만듭니다."

이는 항공 산업에서도 잘 인식되고 있습니다. "우리는 생산 라인과 전체 사이트에 대한 디지털 기반이 필요합니다. 이는 수평적, 수직적 통합을 모두 가능하게 합니다."라고 VDI(독일 엔지니어 협회) 항공우주 기술 분과 의장이자 CTC(컴포지트 테크놀로지 센터, 독일 슈타데, 에어버스 R&T 자회사) COO인 마르크 페테(Marc Fette)는 말합니다. CTC의 복합재 4.0 프로젝트에는 소재 및 자산 추적, 협업 로봇, 고급 공정 체인 등이 포함됩니다. 하지만 페테는 온톨로지, 즉 디지털 통신과 데이터 교환을 위한 공통 용어와 프로토콜의 필요성을 강조합니다(온라인 사이드바 「복합재 4.0 아키텍처와 온톨로지」 참조).

"주어진 플랜트의 모든 기계와 생산 시스템에 대한 전체적인 네트워킹이 필요합니다."라고 그는 설명합니다. "하지만 이는 엔지니어링, 조달, 물류, 소재 및 공정 인증 같은 분야를 포함해 전체 가치 창출 사슬로도 확장되어야 합니다. 한편 공급업체 등 모든 이해관계자도 이 변화 과정에 고려되고 관여되어야 합니다. 우리는 많은 파일럿 프로젝트를 보지만, 자세히 보면 회사나 생산 체인별 전체적 접근 전략이 여전히 부족합니다."

그는 계속합니다: "우리는 매우 크고 글로벌한 공급업체 네트워크를 가지고 있고, 그들은 디지털로 연결된 공급망으로 운영하기 위해 동일한 요구사항을 가집니다. 우리 공급업체 대부분은 에어버스와 보잉 양쪽 항공기 제조사를 위해 일하는 중소기업입니다. 공통 표준에 대한 논의가 없으면 이 과제들을 공급업체에게 넘기게 됩니다. 그들은 모든 기계에 대해 문서화, 데이터 평가, 사이버 보안 등 두 가지 다른 표준 세트를 준수할 여력이 없을 것입니다."

페테는 이들이 큰 아이디어라 인정하며, 항공기 OEM들이 이 과제들을 해결하기 위한 계획을 세우고 있다고 말합니다. "하지만 이런 장애물이 많고, 기술뿐만 아니라 사회적, 경제적, 인체공학적, 법적 이슈가 얽혀 정말 복잡합니다. 이는 정신적 변화 과정입니다. 우리는 이제 막 시작했습니다. 하지만 성공하려면 이 새로운 시스템이 사람에 의존하며, 이 사람들이 OEM뿐만 아니라 전 세계 네트워크 전반에 걸쳐 온보드되어야 한다는 것을 이해해야 합니다."

"시장이 모든 산업에서 더 파편화되고 있으며 모두 패러다임 전환에 직면해 있습니다."라고 ZLP의 크렙스는 말합니다. "많은 사람들이 이를 기회로 보지 않습니다."라고 ZLP의 쿠프케도 덧붙입니다. 하지만 그 기회를 보는 이들은 복합재 4.0으로 가능해진 복합재에 대한 민주화된 접근과 우리가 이제 막 구상하기 시작한 응용 분야를 포함한 훨씬 더 넓은 시장을 상상합니다.