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공작기계 산업에서 보여줄 수 있는 10가지 지속가능성

입력 : 2020.03.26 00:50

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[첨단 헬로티]



지속가능성, 환경을 지키면서 모든 산업에서의 생산성이 유지되는 것을 일컫는다. 지속가능성은 기업의 핵심 과제다. 이제까지 생산성에만 치중한 결과 환경은 스스로 자정할 수 있는 한계치를 넘어섰기 때문에 이제부터는 공존할 수 있는 전략이 반드시 필요해진 것이다. 하지만 생산성 향상 즉, 경제적 발전과 환경 보호의 공존은 결코 쉽지 않은 일이다.


기업 입장에서 지속가능성을 핵심 이슈로 다뤄야 하는 이유는 많다. 그 중 첫 번째는 지속가능성에 대한 인식이 일반화되고 있다는 것이다. 사용자 및 고객들은 지속가능성에 더 많은 가치를 부여하고 있다. 다른 이유로 환경 보호에 대한 요구도 함께 늘고 있다는 것 또한 지속가능성을 핵심 이슈로 다뤄야 하는 이유가 된다.


공작기계 기업들은 어떠한 지속가능성 향상에 어떤 기여를 하고 있는가?


1. 튼튼한 제품 생산으로 자원을 아낀다.


공작기계에 들어가는 부품은 마모되면 버려지는 것이 일반적이다. 이는 자연히 지속가능성 유지와는 거리가 멀어진다. 만약 제품을 더 튼튼하게 만든다면 얘기는 달라진다. 클램핑 제조업체 Hainbuchen는 마모가 최소화 될 수 있도록 제품을 생산해 쓰레기 더미에 버려지는 횟수를 줄이고 있다.


Hainbuchen는 사용하고 있는 클램핑 부품들을 재가황 처리하고 마모 부위를 다시 코팅하면서 발생할 수 있는 불균일성을 해소한다. 여기는 드는 비용은 신제품 구매 비용보다 훨씬 적게 든다.


Hainbuch의 척 어댑터


2. 지속가능성과 효율성의 결합


지속가능성은 그 만한 가치가 있어야 한다. 기업들은 수익성을 최고의 가치로 보기 때문에 지속가능서과 상충되는, 즉 가치가 없다고 판단되는 경우 이를 시행할 수 없을 것이다. 독일 척 업체인 Hainbuch의 제품관리 책임자 스테판 니체(Stefan Nitsche)는 지속가능성과 효율성을 결합시키는 것을 최우선 과제로 삼고 있다.


이 결합의 한 예로 모듈러 시스템을 들 수 있다. 이 시스템은 한 공작기계에서 각기 다른 생산 주문 손쉽게 적용할 수 있다. 이를 통해 다른 가공을 할 때마다 클램핑 디바이스를 교체할 필요가 없어지게 된 것이다.


일반적으로 공작기계로 가공하는 현장에서 하루 동안 수 차례 클램핑 디바이스를 교체하는데, 교체 시간은 20~30분가량 소요된다. 하지만 이 모듈 시스템을 적용하면 1~2분 정도면 충분히 교체가 가능하다. 스테판 니체는 “이 모듈 시스템은 빠른 작업 전환을 가능케 하므로 지속가능성에 기여하게 된다”고 말한다.


Burkhardt+Weber의 MCC 정밀기계 


3. 올인원 기계를 사용한다면...


많은 가공 현장에서는 좀 더 환경 친화적인 생산 시스템을 구축하기를 원한다. 하지만 실제 가공 상황에서는 이를 구현하기 힘든 경우가 많다. 예를 들어 고정구가 9개인 부품을 가공할 때는 4개의 공작기계(터닝, 큐빅머신, 기어 커팅, 그라인딩)가 필요하다.


만약 이 4가지 가공 과정을 한 개의 공작기계에서 수행한다면 자원절약을 할 수 있을 것이다. 공작기계 제조기업 ‘Burkhardt+Weber’는 이를 구현한 대표적인 기업이다.


또한 한 개의 클램핑에서 부품을 가공하는 것도 배송 시간과 위험을 줄일 수 있는 방법이다. 이러한 기계의 통합 사용을 통한 환경 친화적 노력은 자원을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 에너지, 시간, 공간을 줄여주기도 한다. 다만, 가공 기업들은 이러한 방법에 익숙하지 않다는 것이 문제다.


4. 원재료 절약하는 정밀정형 가공 기술


자원을 줄인다는 것은 말처럼 쉽지 않은 일이다. 단순히 자원을 아낄 경우 원하는 품질의 가공품이 안 나오게 되거나 더 많은 가공 시간이 들기 때문에 결국 자원 절약 측면에서 기존과 비슷하거나 더 안 좋은 결과를 가져다 줄 수 있다. 그래서 기계 가공을 하는 과정에서 자원 절약을 한다는 것은 최첨단 기술을 적용한다는 말과 같다.


절삭공구 제조업체 Emuge의 매니저 게르하르트 크니니에더(Gerhard Knienieder)는 “최근 몇 년 동안 가공 공정에서는 ‘정밀정형 가공’ 형태의 경향이 생겨났다. 이는 가공 전에 가공물의 설계를 최대한 정밀하게 제작하여 가공 허용량을 최소화 시키는 것”이라고 설명했다.


가공 최소화 더 잘 구현될수록 작업 속도는 빨라지고, 추가적인 혜택으로 칩 낭비가 줄어든다. 밀링 작업을 예로 든다면, 이러한 정밀정형 가공을 통해 황삭 작업 시간이 줄어드는데, 다만 정삭 작업의 중요성이 커진다는 부분을 간과해서는 안 된다.



5. 자원의 재활용


지속가능성에 가장 확실하게 접근하는 방법은 버려진 자원의 재활용일 것이다. 자원 재활용은 금속가공 산업에서 오랜 기간 탄탄하게 확립된 시스템이다. 많은 제조기업 및 재활용 전문 기업들은 금속 칩 및 기타 생산 폐기물을 가공에 필요한 금속 원료로 전화하는 공정 시스템을 구축·운영하였다.


크니니에더 매니저는 “이 재활용 공정은 Emuge가 절삭공구를 만들 때 필요한 코발트와 텅스텐을 추출하는 데 매우 중요한 역할을 한다”고 말했다.


6. 윤활유 줄이기


금속가공 산업에서 지속가능성을 유지할 수 있는 방법 중 하나는 윤활유 사용을 줄이는 것이다. 이 또한 사용량에 따라 가공물 정확도 및 표면 거칠기, 절삭공구의 마모도 등에 큰 영향을 미치기 때문에 쉽게 줄일 수 없다.


그럼에도 불구하고 많은 기업들은 기존 품질과 마모도를 유지한 채 가공할 수 있는 방법으로 전환하고 있다. 실제 자동차 산업에서는 소량의 윤활유로 가공하는 방법을 생산 공정에 채택하고 있다. 다만, 이 공정을 적용하기 위해서는 다양한 툴을 준비해야 한다.


7. 카본 발자국, 이제는 책임져야 한다


장기적인 관점에서 기업들은 지속가능성을 위해 전체 생산 및 공급망을 검토해봐야 한다. 특히 공급망 관리에 신경써야 하는데, 예를 들면 기업이 공급업체에게 조강(Crude Steel)을 구매했을 때 공급업체의 ‘카본 발자국(인간의 활동을 통해 배출되는 이산화탄소의 총량)을 고려해야 한다.


크니니에더 매니저는 “몇 년 안에 우리는 우리가 개별적으로 발생시킨 카본 발자국을 증명할 수 있어야 한다. 따라서 에너지 소모를 문서화 하는 것에 그치지 않고 할당할 수 있어야 한다. 그리고 이와 동시 이산화탄소 배출량을 장기적으로 줄일 수 있는 방안도 함께 마련해야 한다”고 설명한다.


DP Technology의 CAM 시스템 ‘ESPRIT’ 구현 이미지 


8. 지속가능성을 위한 소프트웨어의 역할


지속가능성을 지키는 데 있어 단순히 하드웨어적인 측면뿐만 아니라 소프트웨어 또한 중요한 역할을 한다. 소프트웨어 제조기업 DP Technology 세일즈 매니저 카이 레만(Kai Lehmann)은, 지속가능성 관점에서 CAM 시스템이 CNC 기계 가공에 어떻게 적용되는지를 설명한다.


그는 “우리 기업은 기계 가공에 대한 많은 지식을 통합했다. 이를 통해 프로그램 관점에서 기계 가공 프로세스 준비 시스템을 구현할 수 있었다. 그리고 이 통합의 핵심은 높은 수준의 재현성을 달성할 수 있었다는 것”이라고 말한다.


이 소프트웨어 통합의 목표는 기계에서 완제품을 빠르고 쉽게 얻는 것이다. 만약 공정 반복성이 향상되어 가공 부품이 많아지면 그 만큼 자원 보존에 직접적인 영향을 미치게 된다.


9. 인공지능으로 공회전 방지


최근 자동차에는 스탑앤고(Stop and Go)라는 기능이 있다. 신호대기나 잠시 정차 시에 공회전을 줄이기 위해 시동이 자동으로 꺼지는 것이다. 공회전은 단순히 연료 사용을 늘리는 것뿐만 아니라 일산화탄소, 질소 산화물 등 대기를 오염시키는 배기가스 양이 주행하는 때보다도 많이 나온다.


기계가공 시에도 가동율을 개선하면 공회전을 줄이고, 환경 개선 효과를 얻을 수 있다. DP Technology는 인공지능을 이용하여 이를 구현하였다. 이 SW는 바뀌는 공정 환경에 보다 빠르게 반응할 수 있다.


예를 들어 지멘스의 컨트롤 시스템이 적용된 기계가공 공정을 하이데하인(Heidehain) 시스템 기반에서 보다 빠르게 제품 생산을 할 수 있다. 하이데하인은 수치제어 장치 제조기업으로, 다양한 엔코더, 게이지는 물론 CNC 컨트롤 소프트웨어를 제공한다.


10. 원자재의 지속가능성


윤활유 공급기업 오엘헬드(Oelheld)는 윤활유가 기계 구성 및 가동에 있어 얼마나 잘 기능하고 호환이 잘 되는지에만 신경 쓰지 않고, 친환경적이고 자원 절약에 도움이 되는 제품 개발에 집중하고 있다. 오엘헬드의 규정에 따르면 제품은 중금속이나 아로마틱 탄화수소가 포함돼 있지 않아야 하며, 더 나아가 냄새나 피부 자극이 없어야 한다.


오엘헬드는 기업의 목표로, 자원을 신중하게 사용하고 자체 생산 설비나 플랜트 기술을 구현하는 데 있어 에너지 절약을 우선하는 방침을 세워뒀다.

/조상록 기자(mandt@hellot.net)

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