허시 정밀: 첨단 시스템 신뢰로 제조 우수성 달성

허시 정밀 제품(Hirsh Precision Products)에서는 진실성 있는 비즈니스 수행과 신뢰, 확신, 헌신의 핵심 가치를 바탕으로 기업 문화를 형성합니다

단순한 로케이팅 핀부터 복잡한 유체 매니폴드까지, 모든 제조 부품은 아이디어에서 시작합니다. 콜로라도의 한 숍은 첨단 제조 기술과 신중한 공정 및 데이터 관리, 팀 중심의 기업 문화, 그리고 거의 40년의 경험을 결합해 고객의 개념을 현실로 만듭니다.

머시니스트 스티브 허시(Steve Hirsh)가 1979년 콜로라도 볼더에 허시 정밀 제품(Hirsh Precision Products Inc.)을 설립했습니다. 단일 브리지포트 밀링 머신으로 시작해 다양한 고객들을 위해 소량 생산 런과 툴링, 고정구 부품을 가공했습니다. 동생 마이크가 합류했고, 숍은 LC-10 오쿠마 선반과 수동 공구 교환 방식의 CNC 웰스 인덱스(Wells Index) 수직 밀링 머신을 추가했습니다.

비즈니스가 성장하면서 숍은 38년간 고객으로 남아 있는 자동차 특수 공구 제조사의 시설로 이전했습니다. 1993년 허시 정밀 제품은 자체 24,000평방피트(2230㎡) 건물을 지었습니다. 현재 약 70명의 직원이 주 5일, 2교대로 근무합니다. 숍 생산량의 약 3분의 2가 의료 산업 관련으로, 대부분 혈액 처리 장비용 부품 등 의료 기기 관련입니다.

제품 품질, 팀의 인격

역사 전반에 걸쳐 허시 정밀 제품의 지침이 된 격언은 '정시 납품되는 고품질 작업(Quality Work Delivered on Time)'입니다. 현재 회사 엔지니어링 디렉터인 스티브 허시는 "고품질 작업은 진실성 있는 비즈니스 수행의 결과이자 우리 회사 문화의 기초입니다."라고 말했습니다.

허시에 따르면 회사는 지속적 개선, 학습, 팀원 간의 신뢰에 초점을 맞춥니다. 허시 정밀 제품의 팀원들과의 관계는 독특하다고 할 수 있습니다.

회사의 채용 철학은 회사와 팀원 모두에게 좋은 핏(fit)을 보장하는 것을 목표로 합니다. 초기 기술 수준보다 성격, 진실성, 적성을 중시합니다. "기본적인 인격이나 제시간에 출근하는 것, 실수를 인정하는 건 가르칠 수 없습니다."라고 허시는 말했습니다. 직원이 열정적이고 관심 많고 호기심이 많다면 기술은 가르칠 수 있다고 덧붙였습니다.

회사의 긍정적 문화를 보여주는 증거는 직장에 여러 가족 구성원이 근무하는 가정의 수입니다. 허시는 "대략 13개의 다른 가정이 한 명 이상의 구성원을 여기에 두고 일합니다. 어떤 경우는 같은 가족에서 3~4명이 일하기도 합니다."라고 말했습니다. 실제로 팀에는 허시 가문의 세 명(스티브, CEO 마이크, CFO 켄트)이 포함되어 있습니다.

트레이닝 아카데미

회사의 지속적 학습 강조는 시간이 지남에 따라 커졌습니다. 초기에는 기계에서 실시간 코칭으로 훈련이 이루어졌습니다. 공정 단계와 셋업 문서화를 추가해 셋업 시간을 줄이고 반복성을 보장했습니다. 수년간 지역 기계 직종 강사를 고용해 현장 교육을 실시하는 등 다른 훈련 이니셔티브도 수행했습니다. 작년에는 훈련 및 개발 매니저를 고용해 훈련을 공식적으로 문서화하고 추적하기 시작했습니다.

모든 훈련 노력은 이제 '허시 트레이닝 아카데미(Hirsh Training Academy)'라는 하나의 우산 아래 통합되었습니다. 이 프로그램은 직장에서나 집에서나 로그인해 수강할 수 있는 표준화되고 확장 가능한 커리큘럼을 제공합니다. 기본 요소로는 오리엔테이션 자료, 안전, 측정 기술이 있습니다.

새 코스가 지속적으로 추가되며 시스템은 NTMA(전미 툴링 및 머시닝 협회) 같은 외부 훈련 과정 추적에도 도움이 됩니다. 모든 팀원은 허시 트레이닝 아카데미 회원이며 본인의 커리어 경로에 맞춘 학습 방향을 결정할 수 있습니다. 팀원들은 매년 슈퍼바이저와 만나 자신의 관심 분야를 탐색하고, 훈련 주제를 정하고, 목표를 설정하며, 전년도 진척도를 검토합니다.

기술 투자

설립 이래 허시 정밀 제품은 첨단 제조 기술에 지속적으로 투자해 왔습니다. "특정 새 기능이나 특징의 수익이 무엇인지 이해하고, 그런 혁신들을 똑똑하게 활용하려 노력합니다."라고 COO 피터 도일(Peter Doyle)은 말했습니다.

현재 회사는 22대의 CNC 공작 기계를 보유하며 밀링과 선반이 거의 균등하게 분포되어 있습니다. 3~4대 기계씩 6개 생산 셀이 있습니다. 5축 기계가 두드러지며, 원-앤-던(one-and-done) 가공을 가능하게 하는 포지셔닝에 사용됩니다.

포지셔닝 정밀도는 부품 레지스트레이션, 공차, 특징 간 상호관계 유지를 위해 의료 제조에서 필수적입니다. 숍은 1mm 터닝 부품부터 3인치 크기까지 다양한 크기의 부품을 만드는데, "우리 작업의 80%는 손바닥 안에 들어옵니다."라고 허시는 말했습니다. 도금을 제외한 2차 가공은 사내에서 수행합니다. 공작물 재료는 의료용 플라스틱부터 열처리 가능한 스테인리스강까지 다양합니다.

생산량은 일반적으로 크지 않습니다. "연간 어떤 건 100개, 어떤 건 1만 개까지 만듭니다. 일반적인 로트 사이즈는 200개 정도입니다."라고 허시는 말했습니다.

자동화의 진화

허시 정밀 제품은 항상 공정 자동화 방법을 모색해 왔습니다. 예를 들어 창립 초기 5년 동안에도 척커 선반 로딩용 공압 로봇에 투자했습니다. 첫 팔레트 체인징 밀을 인수한 후, 경영진은 팔레트 교체로 제공되는 유연성과 생산성을 인정하고 향후 모든 밀에 이를 장착하기로 결정했습니다.

숍의 첫 FMS(유연 제조 시스템) 기술 도전은 4축 12팔레트 츠가미(Tsugami) FMA였고, FMS 개념을 적용한 첫 5축 기계는 10스테이션 팔레트 체인저를 가진 DMG 모리(DMG Mori)였습니다.

FMS 적용을 확대하기 위해 멀티 머신 FMS 시스템의 옵션들을 조사했습니다. "우리는 2년마다 팀 전체가 IMTS에 가서 우리 고객들과 그들의 부품에 관련된 기술을 파악합니다."라고 허시는 말했습니다. 철저한 사전 조사를 거쳐 IMTS 2016에서 패스템즈(Fastems LLC)의 모델 MDR-750 FMS ONE 제조 시스템으로 서비스되는 오쿠마 MU-4000 트러니언 스타일 5축 CNC 수직 머시닝 센터(작업 엔벨로프 740mm x 460mm x 460mm X-Y-Z)로 구성된 FMS 시스템을 구매했습니다.

이후 두 번째 MU-4000 밀을 패스템즈 시스템에 추가 설치했습니다. 이 시스템은 400mm 직경 팔레트 36개, 3단 팔레트 저장소, 1개 LSC 로딩 스테이션을 갖췄습니다. 현재 시설 내에서 5대 공작 기계와 120개 팔레트까지 확장 가능합니다.

패스템즈의 제조 관리 소프트웨어(MMS)가 시스템의 운영 기반입니다. MMS는 인원, 공구, 기계 시간, 원자재 가용성을 기반으로 생산 우선순위 결정을 내립니다. 스케줄을 짜고, 팔레트를 랙에서 오가게 이동시키며, 부품 가공을 자율적으로 지시합니다.

"우리는 납기와 필요 수량을 전달합니다."라고 도일은 말했습니다. "그러면 MMS가 '체스를 두듯' 예정된 작업을 살펴보고 가용 자원을 활용해 납기를 맞추면서 스핀들 시간을 최대화하는 계획을 수립합니다. 이로 인해 탁월한 스핀들 활용률을 달성했습니다."

숍은 인원 스케줄을 입력하고, 팀원들이 언로드할 수 있을 때 시스템이 완제품을 회수합니다. "패스템즈 시스템 운영은 우리 팀에게 스핀들 가동 유지의 중요성을 일깨웠습니다. 우리 일은 픽스처링 같은 필수 선행 조건들을 정리하는 것입니다."라고 도일은 말했습니다.

다중 팔레트 시스템은 허시 부품의 반복적 특성과 잘 맞습니다. "셋업은 우리한테 더 큰 변수 중 하나입니다."라고 허시는 말했습니다. 픽스처링을 팔레트에 그대로 두면 셋업 시간을 실질적으로 없앨 수 있습니다. "36개 팔레트로 작업을 셋업해 둔 채로 둘 수 있습니다. 팔레트 교체로 리드 타임을 최소화하면서 활용률을 극대화합니다."라고 허시는 말했습니다. 세 가지 대표적 부품 제조 공정 연구에서 셋업 시간이 72%, 54%, 92% 감소했으며 평균 73% 감소했습니다.

허시는 시스템 역량을 완전히 이해하는 것의 중요성을 강조했습니다. "패스템즈는 시스템이 단순히 크고 화려한 팔레트 체인저가 아니라고 말했습니다. 시스템을 신뢰하고, 우리 작업을 입력하고, 시스템이 작업을 스케줄하고 부품이 언제 가공될지 결정하게 하라고 권했습니다."

투자 대비 최대 효과

도일은 "기술을 구매하는 노력을 들인다면, 최대한 뽑아내야 합니다!"라고 말했습니다. 이에 허시 정밀 제품은 전담 패스템즈 팀을 구성하고 시스템이 할 수 있는 모든 것을 발견하는 과제를 부여했습니다.

숍에 아마도 가장 중요한 것은 FMS 시스템이 야간, 주말, 휴일 무인 가동(lights-out operation)을 가능하게 한다는 점입니다. "목표는 스핀들을 24시간 돌리는 것입니다."라고 허시는 말했습니다.

팔레트화된 작업 고정구는 부품 밀도 증가도 허용합니다. "이게 무인 생산에 도움이 됩니다."라고 도일은 말했습니다. "5분 사이클이면 36개 팔레트도 금방 소진됩니다. 하지만 1시간이나 2시간 사이클이면 밤과 주말을 버틸 수 있습니다. 패스템즈 시스템은 무인 시간을 완전히 활용하게 합니다. 15분마다 누군가가 있을 필요 없이, 시스템이 밤새 돌아가게 하고 다음 날 부품을 교체하면 됩니다."

그는 이어서 "여러 고객 주문을 병렬로 시퀀싱해 직렬 방식이 아닌 병렬로 생산할 수 있습니다. 월 100개 납품이 필요한 부품이면 주 25개, 하루 약 5개씩 생산할 수 있습니다. 로드 스테이션에 하루 한 번 작업이 뜨게 하는 식으로, 다음 부품으로 넘어가기 전에 100개를 한꺼번에 다 만드는 게 아닙니다."라고 말했습니다. 여러 기계 간 팔레트 관리 통합으로 한 부품을 여러 기계에서 가공할 수도 있습니다.

이전에는 브라더 5축 밀에서 한 번에 하나씩(one-up) 가공하던, 5축 포지셔닝으로 모든 특징을 가공해야 하는 부품이 있었습니다. 작업 엔벨로프가 한 번에 한 개 부품만 처리할 만큼만 컸습니다. "패스템즈 시스템으로 더 큰 공작 기계에서 가공하고, 한 팔레트에 18개 부품을 동시에 공정 중으로 둘 수 있습니다."라고 허시는 말했습니다.

약 60mm 정사각형 부품으로 3단계 시퀀스로 가공되며, 각 시퀀스당 같은 팔레트에 6개씩 있습니다. 첫 시퀀스는 블랭크에 도브테일 가공. 두 번째 시퀀스는 부품 5면 가공. 세 번째 시퀀스에서 도브테일을 제거하고 부품 완성. 각 사이클마다 6개 완제품이 나옵니다. 허시는 "배치 생산 대신 빌드 스케줄에 맞춰 부품들을 조금씩 흘려보낼 수 있습니다."라고 말했습니다.

허시 정밀 제품의 패스템즈 FMS 기술 적용에서 두 가지 주요 과제는 공구 관리와 ERP(전사적 자원 관리) 시스템 호환성입니다.

숍의 저량, 고혼합, 타이트한 공차 특성상 다양한 절삭 공구 활용이 필요합니다. 허시 정밀 제품이 두 오쿠마 VMC로 패스템즈 시스템을 처음 설치했을 때는 시스템의 공구 관리 기능을 포함하기에 재정적으로 타당하지 않았습니다. 현재 각 오쿠마 기계는 166개 공구를 저장하며 공구 용량은 아직 제약이 아닙니다.

하지만 시스템을 총 5개 머시닝 센터로 확장할 계획이므로, 각 기계에서 생산되는 부품 혼합에 166개 공구가 충분하지 않을 때 공구를 기계 안팎으로 이동하는 독자 시스템을 개발 중입니다. "FMS에 가용 공구 포트보다 더 많은 작업이 있으면, 자동화된 방식으로 공구를 공구 매트릭스 안팎으로 이동시킬 겁니다. 그런 공구 이동의 실수 방지가 우리 과제입니다."라고 도일은 말했습니다.

또 다른 문제는 ERP 통합입니다. 허시는 오래된 ERP 시스템으로 모든 고객 약속 정보를 관리하는데, 이는 멀티 팔레트 스케줄링을 지원하도록 설계되지 않았습니다. ERP 시스템은 도금이나 열처리 같은 외부 공정을 포함해 원자재 수령부터 출하까지 부품 전체 라우트를 평가합니다. FMS 시스템이 작업 셀 활동에 초점을 맞춰 보이지 않는 병목 현상을 식별하도록 엔지니어링되어 있습니다. ERP 시스템은 적시 생산(JIT)을 우선시하는 반면 FMS는 스핀들 활용률을 우선시합니다.

결과적으로 도일은 "두 시스템의 요구사항을 조화시키는 방법을 찾고 있습니다. 예를 들어 대량 주문을 분할해 투입하고 패스템즈 시스템이 보는 정보를 더 선별적으로 하는 식으로요."라고 말했습니다.

쉬운 일은 아닙니다. "ERP 시스템은 결혼과 같습니다."라고 허시는 말했습니다. "약속과 투자가 있습니다. 굳이 바꿀 필요 없으면 ERP 시스템을 바꾸고 싶지 않습니다."

도일은 "패스템즈 FMS가 우리 팀으로 하여금 기술이 해결 못 하는 문제들에 집중하게 하면서, 기술이 매우 잘하는 반복 작업들과 작업 우선순위 결정, 스핀들 가동 유지 같은 작업들로부터 팀을 해방시켜 주는 점이 마음에 듭니다. 예를 들어 패스템즈 시스템은 반복 동작과 작업 우선순위 결정, 스핀들 가동 유지 능력이 환상적입니다. 하지만 픽스처 설계 방법, 재료 특성 고려, 생산 공정 최적 설계 같은 건 알려주지 못합니다. 그래서 우리 회사의 강점 분야에 집중할 수 있게 해줍니다."라고 말했습니다.

생산 스코어카드

허시는 회사 모든 개인이 '정시 납품되는 고품질 작업'이라는 지침 수행에 어떻게 기여하는지 알길 원합니다. 하지만 허시는 "매일 그걸 모니터링할 수 없다는 걸 발견했습니다. 그래서 머시니스트들이 머시니스트들을 위해 설계한 스코어카드를 개발했습니다. 안전, 품질, 생산성이라는 우리의 우선순위를 취해 하루 중 언제든 회사 전체에 각 우선순위 영역에서 우리가 어떻게 하고 있는지 업데이트를 제공합니다."라고 말했습니다.

각 제조 셀에는 팀원들의 입력으로 개발된 맞춤 스코어카드가 있는 컴퓨터 화면이 있습니다. 이를 통해 생산 이상을 신속히 진단하고 대응할 수 있습니다.

예를 들어 슈퍼바이저가 셀의 스코어카드를 확인하고 셋업이 길어지면 적절한 인원을 투입해 도울 수 있습니다. 한 페이지 스냅샷은 회사 전체의 모든 고객 약속을 반영하고 어느 팀원들이 약속 이행에 관여하는지 보여줍니다. 시의적절한 정보를 위해 스코어카드는 2분마다 업데이트됩니다.

다양한 FMS 시스템을 조사할 때 허시는 첨단 얼리 어답터 기술보다는 내구성과 신뢰할 수 있는 성능을 찾았습니다. "최신 기술 투자와 잘 검증되어 책임이 되지 않는 것 사이의 균형을 원했습니다."라고 허시는 말했습니다. "패스템즈가 우리에게 올바른 선택입니다. 우리 비즈니스에 수년간 맞을 전략적 투자입니다."

빅데이터 이해하기

허시 정밀 제품의 피터 도일은 "저는 데이터를 사랑합니다. 매일 봅니다. 사이클 타임, 부품 번호, 셋업 시간, 자재 비용, 검사 데이터... 우리 생산 공정의 모든 단면을 보는 리포트들이 있습니다. 데이터 기반 제조에 대한 유일한 망설임은 우리가 올바른 방식으로 사용하고 있는지 확인하려는 것입니다."라고 인정했습니다.

"문제는 기업들이 종종 데이터에 빠져 허우적대면서 뭘 해야 할지 모른다는 점입니다."라고 도일은 계속했습니다. "데이터의 가치는 의사결정을 돕는 능력에 있습니다. 문제를 분리하고 어떤 정보가 가장 유용한지 결정하는 게 수집 전에 이루어져야 합니다."

도일은 올해 분석과 정보 관리를 전략 달성의 핵심 요소로 추가했다고 말했습니다. "분석은 우리에게 가장 의미 있는 데이터가 무엇인지 발견하게 돕습니다. 정보 관리는 올바른 정보를 올바른 사람들에게 올바른 시기에 전달하게 합니다."

숍은 생산 결정을 돕기 위해 데이터를 체계화하는 방법을 개발 중입니다. 예를 들어 CMM 데이터는 전자적으로 쉽게 수집되지만, 이전에는 현장에서 수기로 기록하던 공구 및 부품 검사 데이터의 전자적 수집을 현재 구현 중입니다. 이런 이니셔티브들이 진전됨에 따라 도일은 "우리가 개발한 독점 공정 문서화 소프트웨어, ERP, 패스템즈 MMS를 하나로 모아 우리 데이터 자체가 자산이 되게 하려 합니다. 데이터 활용을 개선할 기회가 있음을 알지만, 아직 어떻게 할지 고민 중입니다."라고 말했습니다.

또 다른 단계는 기초 데이터 품질을 판단하는 것입니다. 더 높은 품질의 데이터는 더 빠르고 나은 결정을 돕습니다. 예를 들어 5개 부품마다 한 번씩 특징을 검사해 생산을 늦추는 대신, 통계적으로 50개 중 하나만 검사하면 된다고 판단되면 효율이 올라갑니다. 도일은 일부 데이터의 진정한 가치에도 의문을 제기합니다. 머신 활용률과 OEE 수치 같은 데이터는 의심할 여지없이 가치 있지만, 일부 데이터셋은 그렇게 유용하지 않습니다.

예로 개인 성과 상세 데이터, 예를 들어 1인당 생산성 국가 벤치마킹 연구 같은 것의 가치를 의문시했습니다. "그런 데이터 수집 방식의 측면들이 벤치마크를 비교 불가능하거나 결정에 무관하게 만들 수 있고, 그게 데이터 기반 제조의 혜택이라고 믿지 않습니다. 허시 정밀 제품의 성공과 문화는 핵심 가치들(정직하고 신뢰할 수 있으며, 하는 일에 열정적이고, 기술과 능력에 자신 있으며, 충성스럽고 헌신적임)에 기반합니다. 그런 기초가 갖춰진 상태에서 우리는 데이터를 운영 개선과 타인 돕기에 쓰려 합니다. 마이크로매니지먼트용이 아닙니다."

도일은 패스템즈 시스템을 인더스트리 4.0 데이터 기반 제조로의 여정을 시작하는 실용적이고 적용 가능한 방식으로 봅니다. 미래에는 "인공지능이 제조업의 판도를 바꿀 것입니다. 아마도 다른 어떤 것보다 더. 팀 구성과 훈련 방식을 바꿀 겁니다."라고 말했습니다.

제조 엔지니어링 매니징 에디터 캔디스 라울로(Candace Roulo) 편집.