공정 제조 vs 이산 제조: 주요 차이점과 이점 이해하기

특성화는 인간의 본능입니다. 세상에 수많은 산업과 제조 시설이 있고 매년 새로운 시설이 생기므로, 이들을 특성화하는 것은 유용합니다. 이렇게 하면 공통 문제를 광범위한 산업 전반에서 다루고, 다른 카테고리의 산업과 대비해 대안 솔루션을 개발할 수 있습니다.

일반적으로 제조는 공정 제조와 이산 제조 두 유형으로 나눌 수 있습니다. 카테고리 간 경계가 모호한 경우도 있습니다. 때로는 현재 생산 방식에 따라 한 시설이 두 범주 중 어디에도 속할 수 있습니다.

 

공정 제조란?

공정 제조는 일단 만들어지면 분리가 어려운 연속적인 제품을 생산합니다. 제품은 판매용 용기에 담기거나 다른 산업 시설로 직접 공급됩니다. 제품은 종종 원래 성분을 더 이상 쉽게 분리할 수 없는 주요하고 비가역적인 물리적, 화학적 반응을 거칩니다.

 

그림 1. 처음에는 화학물질이 분리되어 있다가 빨간 페인트로 혼합되는 모습. Pronto Industrial Paints 제공 영상

 

라텍스 페인트 제조를 예로 들어보겠습니다. 원료에는 라텍스를 구성하는 성분인 착색제, 소포제, 증점제 등이 포함됩니다. 이것들이 혼합되고 몇 가지 반응이 일어나 액체가 페인트 통에 담기거나 하류 공정으로 직접 공급됩니다.

한번 제조된 페인트는 분리하기 어렵습니다. 화학 반응이 일어났고, 혼합 후 일반인이 증점제를 액체 본체에서 분리하는 것은 불가능에 가깝습니다. 이것이 공정 제조로 분류되는 이유입니다.

 

이산 제조란?

이산 제조에서는 개별 부품이나 장치가 생산됩니다. 이산 제조는 제조 공정이 일반적으로 장치를 라우팅하며 재료를 추가하거나 제거하는 방식이므로 '조립'이라고도 불립니다. 최종 제품은 잠재적으로 분해되어 조립을 구성하는 부품들로 나눌 수 있습니다.

자동차는 이산 제조의 대표적 예입니다. 헨리 포드 시대부터 현대 자동화 공장까지 공정은 여전히 조립을 포함합니다. 프레임이 조립 라인을 따라 이동하며 엔진, 변속기, 휠, 서스펜션 부품이 장착됩니다. 시트, 계기판, 차체 패널 등 대형 부품이 다음으로 설치되고, 이어 창문과 각종 피팅이 장착됩니다.

 

그림 2. 이 자동차 조립 라인은 이산 제조의 예입니다.

 

자동차가 조립 라인에서 나오면 바로 폐차장으로 가도 동일한 방식으로 분해할 수 있으며, 각 부품을 제거할 수 있습니다. 화학 반응도, 주요 물리적 변화도 일어나지 않았으며, 모든 부품이 그대로 존재하고 식별 가능합니다.

 

공정 제조와 이산 제조의 공통점

두 제조 방식 모두 동일한 유형의 생산 파라미터를 필요로 합니다. 통조림 수프를 생산하든 전기 모터를 생산하든 제조업체는 비용 절감과 이익 증대를 추구합니다. 따라서 두 방식 모두 처리량(공장에서 나가는 양), 운영 비용, 단위당 생산 비용 등 몇 가지 파라미터를 측정합니다.

두 경우 모두 엔지니어는 장비 가동률 향상과 라우팅 및 도구 활용 최적화를 통해 운영 비용을 절감해야 합니다. 유틸리티, 원자재, 인력 효율을 개선하면서 전체 공장 처리량을 유지하거나 늘려야 합니다. 이 모든 것은 내부 부서 간 광범위한 협력을 필요로 합니다.

한 부서에서 처리량이 증가했다고 해서 최적의 해결책은 아닙니다. 예를 들어 용강에 페로실리콘을 첨가하면 유동성이 증가해 더 많은 강철이 생산되지만, 노 내벽과 반응해 더 빈번한 정비 중단을 초래합니다. 공정 제조든 이산 제조든 모든 생산 변경은 총이익 증가를 보장하기 위해 변경 승인 절차를 거쳐야 합니다.

 

그림 3. 연속 주조기에서 나오는 강철은 공정 엔지니어링의 예입니다. pxfuel 제공 이미지

 

마지막으로, 그러나 가장 중요하게, 두 유형 시설 모두 동일한 수준의 안전 계획과 교육이 필요합니다. 두 제조 시설 유형 모두 많은 위험이 존재하며, 부상과 사망 사고가 둘 다에서 발생합니다. 산업안전보건청(OSHA)은 업종별 프로토콜을 일부 갖고 있지만, 두 제조 카테고리 간에는 많은 중복이 있습니다.

 

공정 제조와 이산 제조의 고유한 과제

두 제조 분야는 유사하지만, 각 카테고리별 고유한 과제로 이어지는 핵심 차이도 존재합니다.

공정 제조에서 최적화의 일부 과제는 원자재 투입 예측과 적시 공급(예: JIT 또는 린 제조)입니다. 이산 제조에서도 관심사지만, 필요한 부품 수량 예측이 다소 쉽습니다.

예를 들어 전자(이산) 제조업체가 제품당 소형 증폭 칩 4개가 필요하다면 4의 배수로 칩을 구매할 것입니다. 반면 구조용 형강(I-beam 등)을 생산하는 제강소를 상상해 보세요. 이들은 강철을 연속 주조하고 압연하며, 상당량은 스크랩 강철에서 나옵니다.

품질 관리를 위해 공정을 반복 가능하게 만들려면 공정 중 테스트 샘플을 기반으로 화학 성분을 약간 조정하는 소량의 '마스터 합금'을 첨가합니다. 스크랩 소스(파쇄된 I-beam, 가전제품, 자동차 차체 등)에 따라 화학 성분이 일일 단위로 크게 달라질 수 있습니다.

이는 보유해야 할 마스터 합금 공급량이 다양한 비율로 소모되어 모델링과 예측이 매우 어렵다는 의미입니다. 게다가 많은 공정 제조 작업은 식품, 화학물질 등 유통기한이 짧은 품목을 다루므로 원자재 과잉 재고는 폐기물로 이어지기 쉽습니다.

이산 제조도 고유한 어려움이 있습니다. 연속 공정 제조는 명백한 라우팅에 의사결정과 이송 시간이 거의 없습니다. 화학물질은 파이프로 반응기에서 증류탑으로 바로 이동하거나, 강철 블룸이 절단되어 바로 압연기로 이동합니다. 이산 제조에서는 가공 부품에 여러 경로가 있을 수 있고, 최적화는 각 품목에 가장 논리적인 경로를 선택하는 것입니다. 이는 공급이나 정비 일정에 기반한 공정 장비 가동 순서 변경이나, 검사 후 재작업이나 수리 작업으로 제품을 되돌려 보내는 것을 의미할 수 있습니다.

발전기 장착 브래킷을 예로 들면, 구멍 뚫기, 용접 1회, 볼트 체결 2회가 필요하지만 순서는 상관없습니다. 플랜트 엔지니어나 기술자는 미리 보고 드릴링 작업을 먼저 수행해 재고를 쌓을 수 있습니다. 그런 다음 드릴을 정기 정비 위해 내리고 재고를 용접 스테이션으로 보낼 수 있습니다.

공정 및 이산 제조 작업은 유사한 문제에 영향을 받지만 고유한 과제도 있습니다. 어떤 제조 작업도 순수하게 '공정'이나 '이산'이 아니므로, 엔지니어는 두 분야의 문제 해결법을 배워 시설에서 최대한의 효과를 내야 합니다. 향후 몇 주간 공정 엔지니어링에 필요한 장비와 원격 모니터링이 공정 산업을 어떻게 발전시키는지 살펴보겠습니다.