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기업들의 로봇 채택률이 높을수록 수익률(profit margins)에 긍정적인 영향을 미친다는 영국 캠브리지대 매뉴팩처링연구소(IfM) 연구팀 보고서 기사가 얼마 전 본지에 게재된바 있다. 이 보고서에 따르면 기업들의 로봇 채택률과 수익률의 관계를 분석한 결과, 로봇 채택률이 낮은 초창기에는 기업들의 수익률이 하락하다가, 로봇 채택률이 높아질수록 수익률이 개선되는 ‘U자(字)’형 곡선을 보였다고 밝혔다.
이번 탐방에서는 산업부 디지털 제조장비 보급 시범사업을 통해 “로봇을 활용한 단조 장비 내 금형 교체 자동화(2022. 11. 01. 〜 2023. 05. 31.)" 과제를 성공적으로 수행한 수요기업 ㈜에이패스를 소개한다.
㈜에이패스(afas.co.kr 대표 서재형)는 2002년 회사 창립 이후 20여년간 자동차용 볼트, 너트, 리벳을 제조해온 기업으로 자동차, 전자, 중장비 산업 등 다양한 산업분야에 진출 중이다. 기술연구소를 중심으로 다양한 전기차 부품의 연구 활동을 수행하며, 전기차 부픔의 선점을 통하여 지속적으로 기술력 및 매출 증진을 위해 신기술 및 신공법 개발을 추진하고 있다. 스마트공장 구축과 로봇자동화시스템 도입을 통한 생산 자동화라인 구축에 힘쓰고 있으며, 자동화라인을 통한 생산성 및 제품 품질 향상, 작업환경 개선 등을 목표로 하고 있다.
주요 국내 매출처는 현대모비스, 동희산업, GM, 르노, 쌍용자동차 등 자동차 회사가 주를 이루며, 해외 매출처는 현대모비스(CKD) 등으로 업계 내 시장점유율을 지속적으로 확대하고 있다. 종업원 수 73명에 매출액은 329억원(2022년 기준)이다. 본사 및 제1공장은 경기도 안산시 단원구에 위치해 있으며, 제2공장은 울산, 광주와 김천에는 호남 및 김천지사가 있다.
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| ▲주식회사 에이패스 서재형 대표가 본지와 인터뷰를 진행하고 있다. |
자동차용 볼트, 너트 전문 제조 기업으로 20년 이상 업력으로 대기업 납품
주관기관이며 수요기업인 ㈜에이패스는 로봇을 활용한 단조 장비 내 금형 교체 자동화 과제를 작년 11월 1일부터 올해 5월 31일까지 7개월간 진행하였다. 세부 공정분석, 시스템 구성(설비+로봇 협업), 효과성 파악 등을 하였다. 이번 과제에는 ㈜서보스타, 효동기계공업㈜, ㈜유비씨 등 3개사가 참여기업으로 참여했다.
1994년 설립된 ㈜서보스타는 회사 창립 이후 28년간 스마트 팩토리 자동화설비, 로봇자동화 시스템, 정밀측정장비, 자동화 IT솔루션 개발 및 전문 ICT 솔루션에 이르기 까지 제어, 시각화, 모션 및 안전 등 통합 패키지 솔루션을 제공하고 있다. 이번 과제에서는 로봇SI 공급기업으로 프로그램 작화, 로봇SI 제어 프로그래밍, 로봇 제어 및 시운전 업무를 담당했다.
1983년 설립된 효동기계공업㈜는 자동차, 가전, 건설 에너지 등 모든 산업분야에 있어서 필수적인 볼트, 너트, 파츠 등을 생산하는 포머라는 냉간단조기를 제작하는 대표적인 기업이다. 단조설비 공급기업으로서 이번 과제에서는 주관기관이 필요로 하는 Lay-out설계(설비+로봇), QTC 시스템 개발, 전 공정 시운전을 담당하였다.
㈜유비씨는 국제 산업 표준(OPC UA)을 적용한 실시간 디지털 트윈 기반의 산업 메타버스로 다수의 공장을 중앙에서 효율적으로 운영 및 관리하고, XR(AR/VR) 협업을 통해 즉각적인 장애 대처, 현장 작업자 교육, 유지 보수 등으로 운영 효율 상승과 품질 향상 및 비용 절감을 가능하게 하는 산업 메타버스 플랫폼을 개발하는 회사다. 이번 과제에서는 SW 공급기업으로 통합제어 소프트웨어 개발, 작업지시 입력 모듈 개발, 시스템 설계 및 PM을 담당하였다.
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| ▲에이패스에서 생산하는 자동차용 볼트, 너트, 리벳 종류둘. 다품종 소량생산이 주를 이루고 있다. |
다품종 소량 생산에 따른 금형 셋팅 횟수 자주 발생...가동율 저하
자동차용 볼트, 너트, 리벳을 주로 제조하는 에이패스는 다품종 소량 생산에 따른 금형 셋팅 횟수가 빈번하게 발생한다. 특히 최근들어 전기차 생산량 증가에 따라 다품종 소량 생산 시스템으로 변경되면서 단조 업종의 대표적 장점인 대량 생산 시스템을 벗어나면서 금형 셋팅 횟수가 증가하면서 가동율까지 저하하였다. 가동율 저하에 따라 설비 증설이 불가피해지면서 설비 증설 비용이 증가하고, 작업자 숙련도에 따라 품질 불안정→불량률 증가→고객 불만 급증이 일어날 수 있는 상황이었다.
에이패스는 작업자의 숙련도에 따라 셋팅시간 지연으로 인한 생산성 저하, 불량 발생 문제에 대응하기 위해 금형 교체 자동화를 통해 생산성 향상 및 LOT성 불량을 제거하는 작업에 돌입했다.
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| ▲자동화 도입전후 사진. 로봇시스템 도입전에는 사람이 직접 세팅을 했지만 도입 후에는 로봇을 이용한 블럭이송 셋팅을 하고 있다. |
자동화 도입 전 대상 공정 문제점을 살펴보면 작업 완료 제품 금형 탈착에 보통 4시간이 소요된다. 다이블럭 내 금형(6 SET), 펀치블럭 내 금형(6 SET), 제품이송집계(6 SET), 컷팅다이스, 나이프, 피드로라 등 제품과 관련된 전반적인 부품의 교체를 진행해야 한다.
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| ▲셋팅 해야 할 금형 모습(사진 왼쪽)과 각 금형을 셋팅한 모습(사진 오른쪽) |
또 다음 작업 제품의 금형을 셋팅하는 데도 4시간 정도가 소요되었다. 다이블럭 내 금형(6 SET), 펀치블럭 내 금형(6 SET), 제품이송집계(7 SET), 컷팅다이스, 나이프, 피드로라 등 제품과 관련된 전반적인 부품 교체를 완료제품 금형 탈착과 동일한 순서에 의거하여 셋팅을 진행한다.
이렇게 다음 작업제품 양산시까지 걸리는 시간은 보통 9시간 내외였다. 월 평균 설비 한 대당 셋팅을 7회 정도 실시하는데 따른 작업자 피로도 누적 및 가동률의 급격한 저하로 생산량이 감소했다. 월 평균 근무일 기준으로 셋팅을 7회 실시 할 시 가동률은 66.6%로 급격히 저하된다. 가동률 저하로 생산량이 감소되어 고객 납품 물량 확보를 위해 추가로 설비를 증설해야 하는 문제점이 발생했다. 또한 설비 증설에 따른 공장 부지 확보 및 작업자(오퍼레이터)를 추가로 구해야 했다. 또한 작업자(오퍼레이터)의 숙련도에 따라 품질이 불안정해 불량률증가, 고객불만급증 등의 문제가 발생한다. 이러한 문제점은 결국 제조업에서는 치명적인 “원가상승” 요인으로 경쟁력 확보가 시급한 상황이었다.
정부 과제로 로봇을 활용한 단조 장비 내 금형 교체 자동화 추진
이러한 문제를 더 이상 해결하지 않고서는 경쟁력 확보가 어렵다는 결론에 이르러 산업부 디지털 제조장비 보급 시범사업을 통해 “로봇을 활용한 단조 장비 내 금형 교체 자동화” 과제를 추진했다.
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| ▲공장에 도입된 현대로보틱스의 6축 다관절 로봇 |
이번 사업을 통해 단조 금형을 교체하는 시간을 줄이기 위해서 단조 기계 두 대 사이에 현대로보틱스의 6축 다관절 로봇을 도입해 단조 장비 두 대를 제어할 수 있게 하였다. 사업비는 총 8억 2800만원이 소요되었고 정부 지원금 4억원(48.3%)을 제외한 4억 2800만원(51.7%)은 수요기업인 에이팩스가 부담했다.
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| ▲도입된 로봇이 금형을 들어 이동하고 있는 모습 |
로봇 자동화 통해 생산성 74% 향상, 가동율 46% 개선, 예산 절감
7개월이 흐른 지금 에이팩스는 아주 만족한 성과를 이룩했다. 우선 자동화를 통해 생산성향상 개선율 74%를 달성했다. 자동화 도입 전에는 시간당 3000개를 생산했으나 도입후에는 5220개를 생산하고 있다. 기종변경 셋팅 시간은 로봇시스템 도입전 평균 6.25시간이 소요되었으나, 도입후에는 0.5시간으로, 동 횟수 기종변경 시 11.5시간이 감소 되었다. 작업일 5일 조업 40시간 동안 로봇시스템 도입전 합계 비가동 시간은 13.66시간으로 설비 가동율은 65.9%였으나 로봇시스템 도입후 합계 비가동 시간은 1.59시간으로 도입전 보다 12.07시간 감소되어 가동율은 96.0%로 46%가 개선되었다.
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| ▲이번 과제의 총괄책임자인 박광석 에이패스 공장장이 제품 생산 설비에 대해 설명하고 있다. |
작업일 5일 40시간동안 로봇시스템 도입전 8만 6063개 생산에 그쳤지만, 로봇시스템 도입후 20만 1429개 생산으로 134% 개선되어 로봇시스템 도입후 개선 효과가 회사의 생산성 향상에 상당히 도움이 되었다. 이는 사업 시행후 월간 천백만개(2025년 매출 확보) 추가 증산 시 추가 설비 구매에 필요한 예산을 획기적으로 절감 할 수 있게 되었다.
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| ▲단조 설비 구동상태를 한 눈에 알 수 있는 자동화 시스템 |
또한 불량률도 획기적으로 감소되었다. 자동화 도입 전에는 불량률이 0.20%(1일 40시간 8만 6063개 생산 중 172개 불량)였으나 도입 후에는 0.05% (1일 40시간 20만 1429개 생산 중 100개 불량)를 나타내 75% 개선율을 나타내 고객들의 기업 신뢰도도 크게 향상되는 효과를 거두었다. 불량률이 감소된 주된 요인은 기종 변경 셋팅시 사전 셋팅 시 다이블럭 및 펀치블럭 전체를 셋팅 할 수 있는 QCT시스템이 상당한 역할을 한 것으로 분석되었다.
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| ▲로봇 도입 후 모습 |
1000여 점 제품 제조 통해 주요 자동차 회사 거래처 확보
에이패스 서재형 대표는 이번 자동화 설비 도입에 대해 큰 만족감을 표시했다.
서 대표는 동종업계에서 13년 넘게 직장생활을 하다 우연히 창업의 길로 접어 들어 벌써 22년째 기업을 운영하고 있다. 회사이름 에이패스(AFAS)는 어셈블리 패스닝 시스템즈(Assembly Fastening Systems)의 약자다.
2002년부터 독립해 패스너를 전문적으로 개발하기 시작해 지금까지 1천여 점을 공급하고 있다. 대부분 직접 생산하지만 일부는 고객들의 요구로 대신 수입해 공급하는 것도 있다.
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| ▲20년 넘는 업력에 맞게 많은 지식재산권과 인증서를 보유하고 있다. |
현재 회사 인원은 76명이지만 지속적인 매출 증가에 따라 매년 15% 정도 인원을 늘려가고 있다. 매출액은 작년 330억을 달성했고, 올해는 360억, 내년은 450억이 목표다. 주요 고객처가 자동차 회사다 보니 개발이 진행되면 2~3년 후 진행되기 때문에 양산까지 시간이 있어 향후 5년 동안 매출이 얼마나 증가할지 예측이 가능하다는 것이 서 대표의 설명이다.
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| ▲안산시 단원구에 위치한 에이패스 공장 내부 모습. 대부분 자동화가 이미 이루어져 있다. |
본사는 건평 2500평 규모로 운영되고 있지만 주위에 협력업체도 같이 위치하고 있다. 영남에는 울산 달천공단에 500평 규모 공장이 있으며 주로 물류를 담당하면서 현지 검수와 유지보수 업무를 수행하면서 울산 현대자동차에 공급하고 있다. 기아자동차가 광주에 있기 때문에 광주 하남공단 입구에 호남 지사가 위치하고 있고, 또 현대모비스가 김천에서 전기차 생산을 하고 있어 김천 지사가 있으며, 올해 배터리 관련해 영천에 단지가 조성되고 있어 올해 안에 영천에도 새로운 물류단지가 생길 예정이다. 또 지난 6월에는 청북에 종합물류센터를 완공해 가동중이다.
주요 고객사는 340여개로 국내의 웬만한 자동차 협력업체들은 다 거래한다고 보면 맞다. 해외 수출도 30% 정도하고 있다. 예전에는 자동차 회사들이 부품을 하나하나 갖다 자동차 라인에서 라디에이터, 전조등, 인스트루먼트 패널, 에어백, 시트, 시트백 레일 같은 제품들을 직접 조립했지만 요즘은 모들화를 해 통째로 구매해 설치만 한다.
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| ▲볼트, 너트 생산 모습 |
포니자동차 미국 수출 보면서 제조, 판매에 대한 중요성 자각
서 대표가 제조업에 뛰어 든 일화가 재미있다. 우연히 몇십년 전 울산에 갔다가 현대자동차의 포니 자동차가 초기 생산은 했지만 판매가 잘 되지 않아 바닷가 매립장에 잔뜩 주차되어 있는 것을 보았는데 어느날 그 많던 차가 모두 없어졌다고 한다. 수소문해 보니 모두 미국에 판매했다고 들었다. 예나 지금이나 미국차는 덩치가 크고 기름이 많이 소비되는 형태였는데 포니는 작은 크기로 당시 어렵게 생활하던 미국 흑인들에게 낮은 가격에 판매하다 보니 순식간에 처분되었다. 이때 서 대표는 1등 제품이 아니더라도 3등, 4등, 꼴찌 제품이라도 필요한 사람한테 연결만 하면 좋은 가치를 발휘할 수 있다는 것을 깨달았다. 그리고 나중에 제조를 해 세일즈를 해 보겠다고 마음먹었다. 그래서 군대를 제대하고 영국 회사에 들어가 세일즈를 배우기 시작했고 지금은 중견 제조업체를 이끌고 있다.
이번 사업의 수요기업은 제조 기업이지만 제조 공정에 로봇을 직접 도입한 것은 아니지만 단조 공정의 금형을 옮기는 작업에 로봇을 투입하는 공정이지만 큰 생산성 향상과 불량률 감소, 작업자의 안전까지 확보할 수 있게 되었다.
단조 회사 투자 여력 없어 자동화, 로봇화 아직은 요원
제조 현장에서 생산성이라는 것 자체가 시간과의 싸움이라는 서 대표의 말을 현장을 통해 공감할 수 있었다. 그는 국내 제조 업체들도 외국처럼 향후 이러한 시스템을 도입해야 하는데 단조 기계 하나가 4억에서 3억 5천만원 정도 하다 보니 우리나라는 아직 단조 회사들이 투자 여력이 높지 못하다며 아쉬움을 나타내기도 했다.
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| ▲공장을 배경으로 에이패스 서재형 대표, 한국로봇산업진흥원 손웅희 원장, 본지 조규남 기자, 박광석 공장장(사진 왼쪽부터)이 기념촬영을 하고 있다. |
뿌리 공정에서 구인난은 점점 더 힘들어지고 있다. 인구 감소로 인해 일할 사람도 적은데 힘든 현장에서 일할 작업자를 구하는 것은 더더욱 어려운 세상이다. 자동화나 로봇화가 시대의 흐름이지만 영세기업에서 그 꿈을 쫒는 것은 아직은 먼 세상 이야기일 수 있다. 이러한 정부 과제를 통해서라도 뿌리 공정에서 더 많은 자동화, 로봇화가 이루어져 기업들이 수익률을 거두고 이를 통해 국가 제조업 경쟁력이 유지될 수 있었으면 하고 기원해 본다. ▒
[㈜에이패스 회사 연혁]
2002. 01 법인설립, 주 5일 근무실시
2002. 04 울산사무소(연암동) 개소
2003. 05 QS 9000 / ISO 9002 인증
2004. 11 신기술 벤처기업 인증
2005. 07 본사 신축 준공 및 이전(시화공단)
2006. 03 호남지사 설립
2006. 05 ISO / TS 16949, ISO 9001 인증
2006. 08 유망 중소기업 선정(경기도)
2006. 10 현대, 기아자동차 SQ 인증
2006. 11 산업자원부 장관상 수상(2006년 대한민국 창업대전)
2007. 02 기업부설 연구소 설립 및 인증/ 이노비즈 기업 인증
2008. 02 ISO 14001 인증 / 울산사무소 영남지사 경주 확장 이전
2011. 11 경기도 안산시 신사옥 준공 및 이전(시화공단)
2013. 03 현대, 기아자동차 하드웨어 단조 SQ인증
2014. 10 영남지사 달천공장 신사옥 준공 및 이전
2014. 12 5백만불 수출탑 수상
2016. 03 3공장 신축 (안산시 반월공단)
2017. 01 국가뿌리산업 진흥센터 뿌리기업 선정
2017. 04 고용노동부 강소기업 선정
2017. 06 경기도 일자리 우수기업 선정
2018. 06 현대, 기아자동차 하드웨어 프레스포밍 SQ인증
2018. 11 PSM International 공식유통사 계약체결
2021. 01 신축 공장 이전 추가
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