기초에서 혁신으로: 제조업의 과거, 현재, 미래

우리는 종종 제조업을 최신 트렌드와 기술 관점에서 생각합니다. 하지만 제조업은 우리보다 앞선 세대의 기술 개발자들이 쌓아 올린 지식 층 위에 세워졌음을 기억해야 합니다. 오늘날 제조 기술을 사용하는 이들은 깨닫지 못할 수 있지만, 그들이 쓰는 도구들은 그들보다 앞선 세대의 기술 개발자들이 있었기에 가능했습니다.

이를 염두에 두고, 제조업에서 긴 경력을 보내며 마주한 몇 가지를 생각해 봤습니다. 지난 40년간 제조업이 얼마나 발전했는지 놀랍습니다. 오늘날의 제조 솔루션은 몇 년 전엔 존재하지 않았고, 그래서 문제 해결 접근 방식이 매우 달랐습니다. 지하실에 쌓인 것들을 줄이거나 없애려던 중, 수년 전 중요한 경험을 떠올리게 한 스테인리스 부품을 발견했습니다.

1980년대 초, 소형 컴퓨터의 기계 공장 활용이 막 시작되던 때였습니다. 저는 컴퓨터를 제조 공정에 적용하는 사람들 대열에 합류하기로 결심했습니다. 이는 IBM PC가 나오기 전이었고, 아내를 설득해 Apple II+ 컴퓨터를 사면 지역 소규모 기계 공장 주인들을 위해 NC 프로그램을 만들어 돈을 벌 수 있다고 했습니다.

Apple 컴퓨터를 사고 나선 어떻게 예측을 실현할지 막막했습니다. 당시 모든 소형 컴퓨터는 주로 게임과 회계용이었습니다. 제조용 컴퓨터 프로그램은 거의 없었습니다. 그러다 1982년 8월, 시카고의 Illinois Institute of Technology Research를 위해 NC 프로그램을 작성하는 의뢰를 받았습니다.

이 프로그램은 GM, 포드, 크라이슬러 임원들을 위한 작업 셀 시연의 일부였습니다. 셀을 만들고 1982년 시카고 IMTS 참석 후 임원들이 운영을 목격하도록 유도하는 계획이었습니다. 밸브 4개 프로그램을 작성해야 했는데, 각각 스템과 헤드를 포함했습니다.

셀은 NC 선반, 유도 경화 스테이션, 검사 스테이션(고/노고), 바닥 장착 로봇, 세척 스테이션으로 구성됐습니다. 이 시점까지 저는 컴퓨터로 어떤 프로그램도 작성해 본 적 없었습니다. 수동 NC 프로그램도요. 완성된 프로그램을 프린트아웃 외에 어떻게 전달할지도 몰랐고, 프린터도 없었습니다—당시 매우 비싼 품목이었습니다(6개월 후 저축해 구매). 하지만 시스템에 5.25인치 플로피 디스크 드라이브가 두 개 있어 작성한 걸 저장할 수 있었습니다.

이 프로젝트는 고 키스 맥키(Dr. Keith McKee) 박사와 여러 동료들이 이끌었습니다. 그들이 저보다 Apple 컴퓨터 활용에 훨씬 앞서 있었음을 인정해야겠습니다. 그들은 저와 같은 Apple을 여러 추가 사항으로 백플레인에 장착해 개조했습니다. 카드에 스위치를 만들어 백플레인에 설치했고, 셀의 모든 기계 온오프 스위치를 제어할 수 있었습니다. 또한 그들의 컴퓨터가 제 것과 같아서 제 계약 부분을 디스켓으로 전달할 수 있었습니다.

그때 제 모든 문제가 해결된 줄 알았습니다. 앞에 뭐가 기다리고 있을지 몰랐습니다. 당시 제조업에서 몇 년을 보냈지만 NC 프로그램 작성은 막 시작했고, 신시내티 신턴(Cincinnati Cinturn) 선반 한 종류만 다뤘습니다. 그들이 원하는 기계—잘 쓰인 타카사와(Takasawa) 선반에 오래된 FANUC 컨트롤—과 전혀 달랐습니다. FANUC 컨트롤은 기계만큼 넓은 면적을 차지했습니다. 보통 기계 펜던트 안에 있는 현대적 컨트롤과는 거리가 멉니다. 컨트롤이 커도 한 번에 정보 한 블록만 볼 수 있었습니다. 이 기계에서 프로그램을 디버깅하는 게 얼마나 길고 지루할지 상상할 수 있습니다. 이건 제 프로그래밍 문제의 시작에 불과했습니다.

포물선 곡선을 생성할 G코드가 없다는 걸 빠르게 알았습니다. 처음에는 원호 보간을 여럿 이어붙이면 되리라 생각했습니다. 안 됐습니다. 이 오래된 FANUC 컨트롤은 연속 원호 보간을 허용하지 않았습니다. 그래도 많은 수정 끝에 첫 세 프로그램은 완료했습니다. 이 부품들의 코는 단순한 곡선이어서 G코드 명령에 반응했습니다.

네 번째 부품이 큰 골칫거리였습니다. 이 부품 헤드의 곡률이 포물선을 닮았습니다. 제 접근법은 포물선 곡선에 대한 작은 근사치를 하는 것이었습니다. 곡선 주변 0.001인치(0.0254mm) 간격으로 위치를 지정해 곡률을 근사하면 어떨까. 이런 계산을 해주는 소프트웨어가 얼마나 간절했는지 모릅니다.

당시 Apple 컴퓨터용 VisiCalc라는 소프트웨어 프로그램이 있었습니다. 하지만 회계용 스프레드시트 프로그램으로 주로 쓰였고, Lotus 1-2-3과 Microsoft Excel의 선구자였습니다.

프로젝트 완료 시간이 다 돼 가는데 포물선 코가 있는 밸브용 작동 프로그램을 아직 만들지 못했습니다. 절박한 마음에 VisiCalc 소프트웨어로 문제 해결을 시도했습니다. 이 포물선 공식을 한 셀에 넣고 X, Z 위치를 복제할 수 있었습니다. 이게 제 문제를 해결했고, 프로젝트를 제시간에 완료했습니다.

오늘날 CAM 소프트웨어가 수년 전 제 문제를 풀 수 있을지 궁금했습니다. Geopath 소프트웨어에 모양 조항이 있고, 그중 하나가 포물선임을 발견했습니다. 거의 40년 된 도면을 다시 꺼내 초점과 길이를 소프트웨어에 입력했더니 짜잔! 도면의 정확한 모양이 나왔습니다. 이 모양을 Mastercam에 불러와 바로 프로그램을 만들었습니다.

오래 전 경험을 되새기며 그 이후 얼마나 발전했는지 실감합니다. 당시 며칠 걸리던 일이 이제 몇 분이면 됩니다.

제조업 경력 내내 기계공, NC 슈퍼바이저, 부서장, 운영 매니저 등 많은 직책을 맡았습니다. 현재는 시카고 Richard J. Daley College의 제조 기술 정교수로, 팬데믹 직전 3,500만 달러 제조 기술 센터를 열었습니다. 센터는 현대 제조, 가공, 용접 장비와 연구실로 가득합니다. 여기서 40년 전엔 꿈도 못 꿀 장비로 젊은 학생들을 가르칩니다.

하지만 그 장비—그리고 학생들의 새로운 기술—은 제 포물선 밸브를 만든 프로젝트 같은 말로 다 할 수 없는 수백만 개발 프로젝트 위에 세워졌습니다. 제조 기술은 이 나라에서 자랑스러워할 수 있는 풍부한 역사를 가지고 있습니다.