디지털 툴 관리: 현대 제조를 위한 통합된 고객 중심 솔루션

설계와 가공의 디지털화 초점은 더 정교한 디지털 툴 관리(DTM) 시스템의 중요성과 이점을 부각시켰습니다. 이는 상당한 차별화와 일반적으로 인정되는 시스템 정의에 대한 약간의 혼란을 야기했지만, 더 포괄적이고 고객 중심적인 목표와 역량의 진화를 가져왔습니다.

하드웨어와 소프트웨어 양쪽에서 제조 분야의 많은 초기 개발이 빌더와 개발자 간 기업 경쟁으로 인해 방해받았던 반면, 툴 관리 시스템의 발전은 훨씬 더 협력적이어서 더 빠르고 효과적이었습니다.

DTM 개발에 영향을 미치는 동인들로는: 자동화 시스템에서의 툴 관리 니즈와 점점 더 잡숍(job shop) 수준의 소량-중량 복잡 부품 생산에서의 니즈; ISO 13399 같은 표준 수립; MTConnect와 인더스트리 4.0 우산 아래 여러 하위 프로그램 같은 협력 프로그램들; 더 큰 효율성, 더 많은 유연성, 필요시 다중 벤더 관계를 제공하는 시스템에 대한 고객 수요 등이 있습니다.

현재 시스템 제공 범위는 제한된 기능을 수행하는 개별 모듈부터 CAM 스테이션에서 현장까지 확장되는 전체 패키지까지 다양합니다. 지멘스 PLM 소프트웨어(플라노, TX)의 제조 데이터 관리 스타트업 리드 코르신 뷔러(Corsin Buerer)는 "DTM을 전체 정보 시스템의 핵심 구성요소로 봅니다. 툴링 요구사항의 다양한 측면을 조직하는 소프트웨어, 자동화 니즈에 대응하는 능력, 툴링을 CAM 기능에 통합하는 역량을 포함합니다. 물론 우리가 서비스하는 고객 범위가 넓기 때문에 개별 제조사 니즈에 적응하는 다양한 구성을 제공할 수 있어야 합니다."라고 말했습니다.

졸러(Zoller Inc., 앤아버, MI)의 사장 알렉산더 졸러(Alexander Zoller)는 DTM 시스템을 "모든 관련 제조 공정을 위한 디지털 트윈"으로 시각화합니다. "우리 시스템에는 디지털 트윈 툴링 라이브러리와 완전한 가공/툴링 기능 정보가 포함됩니다. 기계, 툴 홀더, 툴 스펙, 형상, 공정 전반에 필요한 기타 데이터가 포함됩니다. 정보는 CAM 프로그래머부터 생산 관리자까지 모두에게 제공되어야 합니다."

샌드빅 코로만트(Sandvik Coromant, 페어론, NJ)의 미주 디지털 가공 영업 디렉터 제프 리지(Jeff Rizzie)는 새로운 DTM 시스템에 필수적인 특징을 평가할 때 폭넓은 관점을 취합니다. "많은 제조사들이 기본적인 최소/최대 시스템으로 툴을 보충하는 것에서 시작하지만, 우리는 완전 기능 시스템 개발이 미래에 필수적이라고 봅니다. 이 시스템들을 구축하면서 우리의 주된 목표는 그 정보가 고객에 의해 어떻게 소비될지에 기반해 데이터를 제공하는 더 나은 방법을 제시하는 것입니다."

고객 감수성은 프로세스에 필수적입니다. "우리의 제공물은 제조 공정과 관련된 모든 정보와 프로세스의 완전한 통합을 포함합니다."라고 TDM 시스템즈(TDM Systems, 샴버그, IL)의 북미 디렉터 그레그 빅글맨(Gregg Bigleman)은 말했습니다. "이것은 비즈니스가 지능형 디지털 연결 생산으로 더 쉽게 전환할 수 있게 합니다. 중요한 요소는 모든 것이 단일 소스 데이터베이스에서 온다는 점입니다."

툴 데이터의 가용성 역시 세코 툴즈(Seco Tools LLC, 트로이, MI)의 STEP 기술자 타일러 마틴(Tyler Martin)에 의해 필수적이라고 여겨집니다. "데이터의 쉬운 가용성이 중요합니다. 우리는 모듈을 통해 클라우드에서 다운로드할 수 있게 툴 정보를 제공합니다. ISO 13399 준수로 고객이 필요할 때 올바른 정보가 있고 이해하기 쉽게 보장됩니다."

발터(Walter AG, 튀빙엔, 독일)는 툴 관리 시스템의 초기 옹호자였으며 오늘날 대형 고객들에게 풀 서비스 역량을 제공합니다. 발터의 디지털 제조 매니저 플로리안 뵈플레(Florian Böpple)는 "초기 툴 관리 노력에는 자판기가 포함되었습니다. 오늘날 우리 물류 시스템은 기업과 파트너십을 맺고 툴 관리 기능을 아웃소싱할 수 있는 전체 패키지를 통합할 수 있게 합니다. 최고 확장 상태에서는 고객사에 상주 인력을 배치하고 모든 공구(경쟁사 제품 일부 포함)를 구매합니다. 우리는 프리세팅, 기술 운영, 기계 상의 최적화를 관리합니다. 이는 제조사가 핵심 비즈니스에 집중하고 툴 관리를 전문가 손에 맡길 수 있게 합니다."

응답 수단으로서 DTM은 제조 발전과 관여한 툴링 회사들의 비전을 결합하는 방식으로 진화할 것입니다. 알렉산더 졸러가 간결히 말했듯, "기능적으로 매년 새로운 시스템이 나올 것입니다."

TDM 시스템즈의 빅글맨은 "전 세계 여러 시설을 연결해야 할 필요성"을 강조했습니다. 이는 지속적인 효율성을 제공할 것입니다. 지멘스에서 뷔러, 선임 제품 마케팅 매니저는 DTM의 논리적 진화를 강조했습니다. "우리는 디지털 툴 라이브러리 개발에서 제조 공정 내 모든 툴의 위치뿐만 아니라 재고 툴까지 다루는 물리적 툴 관리 전용 시스템으로 발전했습니다. 이는 지속적인 생산 환경에서 지속적인 과제이기 때문입니다."

샌드빅 코로만트의 리지도 시스템 개발 경로를 인용했습니다. "역사적으로 툴 관리 시스템은 툴 재고의 정적 계산과 해당 업데이트에 기반했습니다. 현대 환경에서는 이는 구식이며 실시간 데이터(온머신 상태 포함)를 포함한 동적 트렌딩으로 이동해야 합니다. 사실상 우리는 이산적 시스템에서 인터랙티브 시스템으로 이동하고 있습니다."

발터는 툴 관리 '콕핏(cockpit)' 개념을 통한 멀티 채널 개념을 향해 나아가고 있습니다. 뵈플레는 설명했습니다. "콕핏은 시간이 지남에 따른 경제성을 보고해 관리진에게 보고서를 만들어 전체 공정에서 기준 성과를 확립함으로써 확실한 절감 효과를 정의합니다. 고객이 물류 툴 데이터를 알 필요는 없습니다. 우리 전문성을 결합해 가공 공정 측면에서 특히 더 의미 있고 효과적인 정보를 제공할 수 있습니다. 또 다른 콕핏은 발터에게 성과 데이터를 제공해 툴 성능 개선을 가능하게 합니다."

고객 입력과 요구사항

디지털 툴 관리 시스템 개선의 중요한 요인은 고객 입력과 요구사항입니다. 고객 니즈와 툴 제조사 경험의 종합이 DTM 시스템의 더 표준적인 역량 확장에 아마도 가장 중요한 기여자로 부상하고 있습니다.

세코 툴즈의 마틴은 CAM 시스템에 적용 가능한 개선된 툴 데이터 라이브러리 요청을 인용했습니다. "CAM 역량은 툴 관리 시스템이 완전한 잠재력을 발휘하기 위해 절대적으로 필요합니다." 졸러는 "고객들은 큰 그림을 보고, 그다음 구체적 솔루션 개발을 위해 우리와 협업해달라고 요청합니다. 예를 들어 특정 툴을 찾는 데 소요되는 시간이 낭비로 인식되는 경우가 많습니다. 적절한 통제를 도입하면 그 문제를 해결할 수 있습니다. 3D 애플리케이션과 휴대폰, 태블릿으로 통신 가능한 모바일 기능에 대한 요청도 보고 있습니다."

DTM 설치를 고려하는 신규 고객은 여러 요구사항을 가져오며, 이는 다양한 방식으로 해결될 수 있습니다. TDM 시스템즈의 빅글맨은 "오늘날 고객들은 항상 제조 공정의 더 많은 부분을 DTM 시스템에 포함시키고 확장하려 합니다. 따라서 잠재적 신규 고객은 간단한 '볼트온(bolt-on)' 개선을 통해 공정 어디에서든 디지털 제조 환경에 진입할 수 있습니다. 일단 초기 단계를 밟으면 데이터나 효율성 손실 없이 업스트림이나 다운스트림으로 확장 가능합니다."

리지도 동의했습니다. "샌드빅 코로만트에서는 추가 애플리케이션 연결을 가능하게 하는 스타터 플랫폼을 지향합니다. 이 맥락에서 벤더가 각 새 애플리케이션이 가치 흐름에 어떻게 기여하는지 입증하는 건 필요합니다."

DTM 초기 개발 단계가 주로 주요 OEM과 그에 상응하는 대형 툴링 제조사들의 영역이었던 반면, 업계에는 많은 소규모 툴링 회사들도 있으며, 이들 중 다수는 최종 사용자, 특히 잡숍과 소규모 제조사들과 영업 및 자문 관계를 유지합니다. 디지털화로의 이동은 필연적으로 그런 자원들이 어떻게 될지 질문을 제기합니다.

발터의 뵈플레는 표준화만큼이나 DTM로 인한 '쉐이크아웃(shakeout, 정리)'이 올 것으로 봅니다. "저가 공급업체와 프리미엄 공급업체 간 지속적인 투쟁이 있었습니다. 하위 레벨 업체들은 어떤 형태로든 시스템으로 이동할 동기가 별로 없습니다. 그들의 가장 큰 위협은 툴이, 특히 상품 수준에서 점점 더 비슷해지고 있다는 사실에서 옵니다."

졸러는 핵심 요구사항을 충족한다면 소규모 회사들도 자리가 있다고 봅니다. "소규모 회사들은 더 효율적이 되어야 합니다. 우리 같은 회사들과 파트너십으로 더 작은 고객층을 커버하는 기회가 있다고 봅니다. 사실 그들은 우리 카탈로그와 데이터베이스를 채워줍니다."

대형 DTM 공급업체와 소규모 툴링 제조사 간 격차를 메우는 여러 서비스 회사들도 늘어날 전망입니다. 뷔러에 따르면 "자신의 위치를 유지하고 심지어 성장하려는 회사들은 자사 데이터를 보강할 수 있는 공급업체에 접근할 수 있을 것입니다. 또한 나사 밀링 같은 특정 툴링 분야를 전문으로 하는 소규모 제조사들도 틈새를 찾게 될 것이며, DTM을 제공하는 대형 회사들과 파트너십하는 추가 이점도 얻게 될 것입니다."

소규모 툴 공급업체 생존과 성장의 중요한 요소는 마틴이 인용했습니다. "이 회사들은 기존 시스템에 파트너십 형태로 편입될 수 있을 뿐만 아니라, 클라우드 덕분에 서비스 역량이 더 확장되고 효율적이 될 것입니다."

여러 주요 업체들의 오픈 플랫폼 전략 형태로 소규모 툴 공급업체에 대한 추가 지원이 올 것입니다. "우리는 '브랜드 중립적(brand agnostic)'입니다."라고 리지가 말했습니다. "어떤 툴이든 우리 시스템 내에서 연결될 수 있습니다. ISO 13399와 MTConnect 같은 전반적 프로그램들 덕분에 결국 모든 메이저들이 이 경우가 될 거라고 생각합니다."

주요 툴 제조사들과 그들의 고객들, 그리고 서로 다른 운영 철학과 특징들이 보여준 DTM 리더십은 확장성 문제를 제기합니다. 더 포괄적인 시스템들이 더 컴팩트한 구성으로 편집되거나 모듈화될 수 있는 정도는 주로 그들의 고유한 목표와 독창적 개발에 달려 있습니다.

뵈플레는 높은 차별화 정도를 지적했습니다. "정의상 가장 효과적인 DTM 시스템은 포괄적이므로 소규모 회사들에겐 덜 이용 가능합니다. 주요 회사들이 즉시 구현 가능하고 광범위한 청사진뿐만 아니라 핵심 수정이 필요할 수 있는 시스템을 원하기 때문에 이는 계속될 것입니다. 소규모 회사들은 모듈을 조각조각 구현할 수 있지만, 솔직히 그건 전체적인 시스템이 아닙니다."

마틴은 "더 많은 프로토콜이 표준화됨에 따라 DTM의 더 많은 측면이 소규모 운영에도 이용 가능해질 것"으로 예상합니다. 세코 툴즈 시스템이 광범위하고 다각화된 툴 라이브러리에서 파생된 여러 구성요소들의 조합으로 시작했단 사실은 뷔러의 말대로 시스템을 "매우 확장 가능하게(very scalable)" 만듭니다.

장기 계획의 필요성

빅글맨은 어떤 시스템 개발에서든 장기 계획의 중요성을 인용했습니다. "우리의 각 제안은 고객 니즈에 기반해 개별 고객을 위해 구체적으로 개발됩니다. 단순하게 시작해 단계적 구현 계획을 갖거나 처음부터 전체적 접근을 포함할 수 있습니다."

리지는 다른 접근을 취하며, 표준화된 구성요소를 포함하는 중소 규모 DTM 패키지의 유연하고 다계층적인 경로를 구상합니다. 이는 소규모 운영 니즈를 충족시킬 것입니다.

시스템, 모듈, 접근법의 다양성 증가는 구현 질문을 제기하며, 이는 고객 구매 결정의 결정적 요인이 될 수 있습니다. 뵈플레는 DTM 성공을 위한 포괄적 계획의 중요성을 인용했습니다. "우리는 고객들이 어디에 있고 싶은지 상상하라고 조언합니다. 그건 툴 관리를 훨씬 넘어섭니다. 전체 계획에서 전략을 도출하고, 최적의 파트너들을 선택해 통합하고, 솔루션을 구현합니다. 변화를 두려워하거나 과도한 데이터에 압도되지 말라고 경고합니다. 결과가 혼란보다 무한히 낫습니다."

마틴은 시스템을 한 번에 통합할 것을 권장합니다. "운영적 관점뿐만 아니라 재정적 관점에서도 말이 됩니다. 일회성 비용으로 고객은 예상치 못한 추가비용과 엑스트라를 피할 수 있습니다."

"고객의 과도한 내부 관여에 대한 신중한 접근은 필수적입니다."라고 졸러가 말했습니다. "팀을 구성하는 게 가장 중요합니다. 이는 시간만 절약하는 게 아니라 프로세스에 가장 익숙한 사람들이 내부 시각을 취할 수 있게 합니다. 그런 다음 핵심 영역을 우선순위화하고 단계적으로 구현하세요."

뷔러는 대기업에 패러다임 전환을, 소기업에 '시작하고 확장하라(start and then expand)' 전략을 옹호합니다. "대규모 시스템 성공은 준비와 훈련에 크게 의존하며, 사람들은 전체 컨셉을 한 번에 파악하는 게 훨씬 더 논리적이라고 느낍니다. 재정적 또는 운영적으로 불가능한 곳에선 특정 부서나 기계 세트로 시작해 시스템을 배우고 원하는 최종 결과를 정의한 뒤 거기서부터 확장하길 권장합니다."

인더스트리 4.0의 영향

인더스트리 4.0 이니셔티브가 DTM 채택의 주된 원동력임은 분명합니다. 구현의 속도와 정도는 사용자가 프로토콜에 순응해야 하는 시급성에 따라 다릅니다.

확장과 관련해 뷔러는 툴링을 넘어서는 시스템의 필요성을 봅니다. "기업들이 자동화 역량을 늘리고 싶다면 DTM의 필요성을 구독해야 합니다. 또한 디지털 시스템은 툴에서 멈추지 않고 픽스처와 게이지 관리도 포함해야 합니다."

졸러는 DTM이 "인더스트리 4.0 이니셔티브에 정확히 부합합니다. 모든 자원을 활용하는 유일한 효과적 방법은 공유 시스템을 통하는 것입니다. 이는 비용이 오늘날 툴룸을 주도하고 있고 우리는 완전 자동화된 로봇 툴룸으로 나아가고 있는 상황에서 비용 효율성에 긍정적 영향을 미칩니다."

마틴에 따르면 "완전히 디지털화된 제조 시스템은 필연적으로 전체론적(holistic) 성격이어야 합니다. DTM은 믹스의 중요한 부분입니다. 구독자들은 인더스트리 4.0에 진지합니다."

리지의 지적: "인더스트리 4.0의 핵심은 연결성 개념입니다. 툴 관리는 상호연결되어야 최적화된 사이클부터 툴 수명까지 모든 것에 기록되고 궁극적으로 영향을 미치는 동적 데이터를 제공할 수 있습니다."

DTM 필요성에 대한 일반적인 동의가 있지만, 그런 시스템이 어떻게 구축되고 구현되어야 하며 무엇을 포함해야 하는지에 대한 서로 다른 해석은 당연히 그런 프로토콜이 근미래에 어디에 있을지 시각화로 이어집니다. 추가 요인은 시스템이 새롭고 비전통적인 방법, 재료, 기술을 어떻게 포괄하거나 조정할지에 관련됩니다.

빅글맨은 커뮤니케이션 혁명을 예측합니다. "근시일 내에 더 이상 '사일로(silos)'가 있을 수 없습니다. 커뮤니케이션은 명확해야 하고 업계는 모든 공정, 시스템, 부서에서 투명한 커뮤니케이션 아이디어를 받아들여야 합니다. 새 기술들이 등장하면 공급업체들이 उन 모두를 연결하는 소프트웨어와 하드웨어를 개발할 것입니다."

졸러는 "고객들이 자신의 툴을 제조할 수 있는 능력과 관련해 특히 새 재료와 기술을 자연스럽게 포용하는 DTM 시스템의 지속적 발전을 예상합니다."

뵈플레는 금속 절삭 산업에서 근미래 인더스트리 4.0 리더십이 대형 OEM과 툴링 회사들에 의해 제공될 것이며 툴 최적화를 주요 목표로 삼을 것으로 봅니다. "툴 제조사는 CAM, 계획, 조달, 적용부터 공정 흐름을 지원해야 합니다. 이는 최적의 툴을 더 효율적으로 찾게 할 것입니다. 심지어 우리가 GPS로 제공하는 것처럼 전역 제품 검색이 필요하더라도 말이죠."

신기술과 관련해 그는 워크피스 프린팅이 자동차와 항공우주 산업에서 특히 늘어나고, 경량화와 금속 구조 개선에 중점을 둘 것으로 봅니다. 하지만 기존 툴들도 계속 필요할 것입니다.

"일부 고객들이 자체 반제품 워크피스를 만들 능력을 개발함에 따라, 그들은 동시에 마무리 공정에 어떤 방법과 툴이 사용될지 결정해야 합니다."라고 뵈플레는 말했습니다. "대부분 고객들에게 그건 거친 가공(roughing) 공정에도 여전히 적용될 것입니다. 특히 새로운 재료와 합금으로 가공 복잡성이 계속 증가하기 때문입니다. 그런 작업은 광범위한 경험과 지식을 필요로 하며, 많은 전문가들이 은퇴 연령에 도달함에 따라 새 인력 양성이 필수적일 것입니다."

뷔러에 따르면 "근시일 내에 DTM 시스템은 더 많은 3D 데이터와 시뮬레이션 역량을 제공해야 할 것입니다. 많은 3D 데이터는 툴 제조사들이 고객들과 협력해 피드와 속도를 최적화하고, 재고를 최소화하며, 툴과 가공 공정으로부터 더 큰 피드백을 얻는 문으로 열어야 할 것입니다."

마틴에 따르면 빠른 데이터 생성과/또는 검색에 대한 강조 증가가 핵심입니다. 신기술과 관련해 그는 "진입 비용이 매우 높기 때문에 고급 적층 제조를 대부분의 고객들에게 경제적으로 실현 가능하진 않을 것"으로 봅니다. "하드웨어, 소프트웨어, 인력 측면에서 요구되는 입력을 고려할 때, 고도로 특수화된 툴 개발은 툴 제조사들과 파트너십으로 하는 게 최선일 것입니다."

리지는 근~중기 DTM의 주된 추력이 모든 레벨에서의 연결성이 될 것으로 관찰했습니다. "가속화된 연결성이 여러 경우에서 특수 툴링의 니즈를 정의할 것이며, 이는 일부 경우 프린팅을 요구할 것입니다. 여기서 중요한 요소는 최적 결과를 제공할 수 있는 재료 개발입니다."

DTM의 많은 상충하는 방향들은 엄격한 프로토콜이 부적절함을 시사합니다. 혁명적 설계, 새롭고 어떤 경우는 맞춤형인 재료, 짧은 시간 전엔 들어보지 못한 방법과 기계들로 특징지어지는 역동적 제조 환경에서 전통적인 '툴' 정의는 확대되었습니다. 마찬가지로 제조에서 모든 입력과 자산의 최적 활용은 인터랙티브하고 이산적인 기능 모두를 수용할 수 있는 시스템을 요구합니다. 리지가 관찰했듯, "디지털로 우리는 부족 지식(tribal knowledge)에서 시스템 지식(system knowledge)으로 이동하고 있습니다."

제조 커뮤니티의 증가하는 부분이 DTM 시스템의 필요성과 필연성을 인정하지만, 그런 프로토콜이 어떻게 정의되고 구현되며 궁극적으로 사용될지에 대한 이해는 크게 다릅니다. ISO 13399, 인더스트리 4.0, MTConnect 같은 표준들이 어느 정도 구조를 제공했지만, 시스템에 무엇을 포함할지(단순 툴인지 툴, 픽스처, 보조 장비까지인지), 시스템의 지속적 관리를 누가 책임질지(시설 인력 vs 툴링 제조사/공급업체), DTM이 기능적으로 어디까지 확장되고 어떤 부서들이 포함되어야 할지(제조 운영, 재무, 관리), 시스템이 구현부터 미래까지 어떻게 진화해야 할지에 대해선 많은 논쟁이 계속됩니다.

한때 더 정교한 버전의 툴룸으로 상상됐던 것이 제조 기술의 급속한 발전과 적층 제조와 나노기술 같은 완전히 새로운 대안들이 제시하는 도전으로, 툴을 구성하는 것의 정의를 흐리게 하며 더 복잡해졌습니다.

이 파괴적 기술의 많은 가닥들에서 DTM 시스템은 필연적으로 부품과 재료의 성격, 자동화 정도, 원하는 결과 같은 요소들에 기반해 고도로 맞춤화되고 지속적으로 진화할 것임이 분명합니다. 모듈화는 계속해서 주요 역할을 할 것입니다.