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디지털화의 선택, 올바른 드릴의 선택 – 샌드빅 코로만트가 제시하는 인더스트리 4.0을 통한 제조 기업의 장비 가동률 향상 및 수익 증대

새로운 보고서에 따르면 인더스트리 4.0 기술을 광범위하게 채택한 제조업체는 전체 중 30%에 불과하다. 하지만 제조업체들이 예측할 수 없는 미래에 적응하려면 디지털화를 꺼리는 태도를 바꿔야 할 수 있다. 샌드빅 코로만트의 글로벌 제품 매니저 제임스 소프(James Thorpe)가 제조 기업이 최첨단 소프트웨어와 올바른 가공 장비를 함께 사용하여 어떻게 디지털화하고 수익을 증대할 수 있는지 설명한다. 

IoT Analytics의 ‘Industry 4.0 & Smart Manufacturing Adoption 리포트’에 따르면 제조업체들의 인더스트리 4.0 기술 채택률은 여전히 낮다. 현재 인더스트리 4.0의 장점이 잘 알려져 있다는 점을 고려할 때 더 많은 제조업체들이 공정을 디지털화하지 않는 이유는 무엇일까? 

첫 번째 이유는 인더스트리 4.0을 기존의 생산 환경에 적용하는 비용이 높다는 인식이 있기 때문이다. 하지만 실제로는 반드시 그런 것은 아니다. 낮은 채택률의 또 다른 이유는 제조업체들이 기존의 툴링 셋업과 공정을 업그레이드할 이유를 찾지 못하는 데 있다. 고장 나지 않았는데 교체할 이유가 없는 것이다. 이 범주의 제조업체들은 인더스트리 4.0이 기존의 작업 방식에 어떻게 적용되는지 잘 모를 수 있다. 

사실 자동화된 인더스트리 4.0 기술은 제조업체들의 수익에 큰 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 샌드빅 코로만트의 조사에 따르면 기계 가동률을 20% 높일 경우 매출총이익이 10% 증가하고 자동화된 시스템은 기계 가동 시간을 크게 높일 수 있다. 

또한 자동화된 장비는 특히 지금과 같은 팬데믹의 상황에서 사람이 제한적으로 감독하거나 전혀 감독하지 않는 가공 공정을 지원할 수 있다. 최근의 Pricewaterhouse Coopers(PwC) 보고서 ‘COVID-19: What it means for industrial manufacturers’에 따르면 “팬데믹에 취약한 기업일수록 지금은 능동적으로 자동화 기술의 채택을 모색해야 할 중요한 시기”이다. 

또한, 센서와 머신 러닝을 포함한 오늘날의 인더스트리 4.0 기술은 생산 중단 횟수를 최소화하는 데도 도움이 될 수 있다. 다시 한 번, 그 결과는 수익의 증대이다. 여기에는 드릴 같이 마모된 공구를 교체하기 위한 중단도 포함된다. 

이전에는 작업자가 수동 모니터링에 의존해서 가공 공구의 마모를 발견해야 했다. PwC의 보고서는 대안으로 산업용 사물 인터넷(IIoT)을 지목한다. 그 예로 샌드빅 코로만트의 CoroPlus 연결 소프트웨어 제품군을 확장한 최신 CoroPlus® Machining Insights 플랫폼이 있다. 

Machining Insights를 사용하면 이더넷(Ethernet)을 통해 CNC 기계를 연결하여 현재보다 더 많은 양의 정보를 전송할 수 있다. 여기에는 가공 현장 효율 및 설비 종합 효율(OEE)의 개선을 위한 제조 데이터가 포함된다. 이는 새로운 기계에 국한되지 않는다. 대부분의 기계는 네트워크에 연결할 수 있으며, 구형 기계를 호환 가능하게 만드는 어댑터가 있다. 다시 말해, 인더스트리 4.0은 기존 하드웨어와도 쉽게 통합이 가능하다.

샌드빅 코로만트의 Machining Insights를 사용하면 이더넷을 통해 CNC 기계를 연결하여 더 많은 양의 정보를 전송할 수 있다.
샌드빅 코로만트의 Machining Insights를 사용하면 이더넷을 통해 CNC 기계를 연결하여 더 많은 양의 정보를 전송할 수 있다.

마모 예측
제조업체들은 Machining Insights를 통해 가공 공정을 더욱 효과적으로 모니터링하고 가동 중단과 비효율을 찾아내서 제거하기 위한 정보를 얻을 수 있다. 여기에는 완전히 또는 대부분이 자동화된 공정이 포함된다. 

사실, 생산의 가장 큰 위협 중 하나는 예측할 수 없는 공구 수명이다. 공구가 자동화된 생산을 적절히 지원하기 위해서는 연속적이고 통제 가능한 마모를 지향하고 불연속적이고 통제 불가능한 마모를 없애는 것이 핵심이다. 샌드빅 코로만트의 전문가들은 모든 산업 분야에 걸쳐 다양한 소재와 작업에 최적화된 새로운 솔리드 초경 드릴인 개선된 -GM 형상 적용 CoroDrill® 860을 개발할 때 이러한 점을 염두에 두었다. 

고유한 설계 접근법
샌드빅 코로만트의 전문가들에게는 공구 사용 시간뿐만 아니라 드릴 설계 자체도 공구 수명 향상의 열쇠이다. CoroDrill 860-GM에는 혁신적인 연마 플루트 설계를 적용했다. 이 혁신적인 설계 덕분에 칩 배출과 홀 품질이 크게 개선될 뿐만 아니라 드릴링 중에 열 축적과 절삭 부하가 감소한다. 드릴 설계의 또 다른 주요 특징으로는 보강된 코어 및 코너 챔퍼, 절삭날 미세 결함을 방지하는 인선처리, 드릴링 안전성을 향상시키는 이중 마진 등이 있다. 또한 드릴의 포인트도 향상된 여유각과 표면 품질을 제공하도록 설계되었다. 

CoroDrill 860-GM은 홀 품질이 중요한 모든 작업에 적합하며, 우주 항공, 일반 엔지니어링, 석유 및 가스, 원자력 및 재생 에너지 발전 등의 분야에서 사용할 수 있다. 이 드릴의 최적화된 설계와 신뢰성은 엔진 블록, 케이싱, 플랜지, 매니폴드의 드릴링을 포함한 자동차 생산에서도 입증되었다. 

현실에서의 공구 기술
제조가 점점 자동화됨에 따라 예측할 수 없는 공구 수명이 문제로 대두되고 있다.  이 문제를 경험한 한국의 한 자동차 제조업체는 공구 수명을 개선하기 위해 샌드빅 코로만트와 협력했다. 

이 업체는 CoroDrill 860-GM을 사용해 자동차 트랜스미션 커넥터의 관통 홀을 가공했다. 8.2mm(0.32”) 직경의 관통 홀 8개를 10mm(0.39”) 깊이로 각 가공물에 가공하는 작업이었다. 기존 공구로는 80m/min(3,102 RPM)의 절삭 속도(Vc)와 381mm/min의 절삭 이송(Vf)으로 200개의 가공물에서 총 1,600개의 홀을 가공했다. 반면, CoroDrill 860-GM의 경우 100m/min(3,878 RPM)의 Vc와 814mm/min의 Vf로 2,300개의 가공물에서 18,400개의 홀을 가공할 수 있었다. 

결과적으로 공구 수명은 무려 1,150%나 증가했고, 생산성 향상으로 전반적인 가공물당 비용이 감소했다. 

공구 수명이 길어졌을 뿐만 아니라 절삭 조건이 향상되어 절삭 속도가 빨라졌다. 미국 오하이오주 랭커스터에 있는 한 엔지니어링 회사는 CoroDrill 860-GM을 사용하여 경쟁업체 드릴 대비 57% 더 빠른 속도로 절삭을 수행할 수 있었다. 이 업체는 CoroDrill 860-GM을 사용해 304 스테인리스강 소재의 센서 하우징 부품에서 직경이 각 6.6mm(0.260”)인 홀 11개를 가공했다.

한 자동차 제조업체는 CoroDrill® 860-GM을 사용하여 공구 수명을 1,150% 향상시킬 수 있었다.
한 자동차 제조업체는 CoroDrill® 860-GM을 사용하여 공구 수명을 1,150% 향상시킬 수 있었다.

온라인으로 전환
공구 수명을 늘리려면 제조업체들은 Machining Insights 같은 인더스트리 4.0 기술에 투자해 마모를 모니터링해야 한다. 또한, 처음부터 내구성이 뛰어난 공구에 투자하는 것을 간과해서는 안 된다. 샌드빅 코로만트의 CoroPlus® Tool Guide는 공구 선택 과정을 간소화한다. 웹 브라우저를 통해 이 온라인 애플리케이션에 접속하여 가공물 소재와 가공 정보를 입력하면 요구사항에 가장 적합한 솔리드 공구와 절삭 조건을 확인할 수 있다. 

Machining Insights 외에도 샌드빅 코로만트는 하드웨어와 소프트웨어로 구성된 공정 제어 솔루션인 CoroPlus® Process Control을 포함한 디지털 가공 포트폴리오를 제공한다. 이 솔루션은 기계를 실시간으로 모니터링하여 경고를 보내기 보다는 지정된 규칙에 따라 자동으로 조치를 취한다. 이러한 조치로는 충돌 발생 시 기계 가동 중단, 마모된 공구 교체 등이 있다.

인더스트리 4.0의 채택에 대한 거부감을 극복하는 생산 현장은 생산성, 수익 및 유지보수 측면에서 다양한 이점을 누릴 수 있다. 제조업체들은 이 기술을 올바르게 사용하여 각자의 방식으로 디지털로 전환할 수 있다. IoT Analytics 보고서에 따르면 제조업체 중 30%가 예측할 수 없는 미래에 대비하고 있다.

About 이상준 기자

생산제조인을 위한 매거진 MFG 편집장 이상준입니다. 대한민국 제조업 발전을 위해 일합니다.