제조공정의 다섯 가지 종류
놀라운 재능과 깊이 있는 경험을 겸비한 기술자들조차 자사의 제조환경에 대해 제대로 설명하지 못하는 경우가 있다. 제조환경의 종류를 명확히 하지 못하는 모습에 스스로가 충격을 받기도 한다. 하지만 사실 제조환경의 종류는 생각보다 단순하다. 대부분의 제조환경은 지금부터 설명할 다섯 가지 범주에 들어간다. 반복(Repetitive)·개별화(Discrete)·잡 샵(Job Shop)·일괄처리 공정(Batch Process)·연속적 공정(Continuous Process)이 그것이다.
글 | Bradford Goldense, Goldense Group
현존하는 회사들 중 대부분이 제품을 출품하기 위해 하나 이상의 환경을 조성하고 있다. 특히 오늘날 제조환경에서는 이 5가지 환경이 의심의 여지없는 진리로 통한다. 이러한 현상은 과거 수직 통합 기업들의 사례를 비교했을 때 그 차이가 두드러진다. 과거 수직 통합형 기업들은 대부분 다섯 가지 환경을 모두 가지고 있었다.
다섯 가지 환경을 좀 더 자세히 살펴보자.
반복 | 반복 공정은 동일한 항목 혹은 서로 아주 밀접한 제품을 24시간 365일 생산하는 전용 생산라인을 가지고 있는 사례에서 가장 적절한 방법이다(물론 일부 예외는 있다). 이 환경에서는 고객의 요구에 따라 작업속도를 느리게 하거나 빠르게 하는 등 유연한 생산이 가능하다. 이 생산 환경은 설정이 상대적으로 적게 필요하며 변화의 폭이 크다.
최고 생산속도를 내고 있음에도 요구사항을 충족하지 못하는 경우라면? 두 번째 라인을 추가하면 된다. 두 번째 라인으로도 속도가 불충분하다면? 두 번째 라인을 개별화(Descrete)하여 두 번째 생산라인에서 다른 제품을 만들면 된다.
개별화 | 개별화 환경은 그 종류가 매우 다양하다. 개별화 환경은 설정 및 작업 전환이 적은 환경에서부터 변화가 빈번한 환경에까지 폭넓은 생산현장에 적용할 수 있다. 이 공정에서 만들어지는 제품은 서로 비슷할 수도, 상당히 이질적일 수도 있다.
여타 범주와 달리, 개별화 공정은 비생산적인 설정 및 해체 과정에 많은 시간이 든다.
잡 샵 | 잡 샵은 특정 설비 혹은 작업에 따라 기능적으로 부문화한 생산현장을 말한다. 이러한 현장은 생산라인보다는 생산‘구역’ 단위로 구분한다. 각 생산구역에서는 한 종류의 제품만을 생산하기도 하고, 열두 종류, 혹은 스물네 종류 이상의 제품을 제조하기도 한다. 수요가 증가하면 생산 작업을 각 라인별로 개별화하며, 특정 노동 작업은 자동화 장비가 대신한다.
앞서 설명한 세 가지 환경은 유기적·복합적으로 작용한다. 한 환경에서 다른 환경으로 부드럽게 이어진다. 각 환경의 유기적인 결합은 기계적·전자적·전기적·소프트웨어 기반 하드웨어 제품들을 유연하게 생산할 수 있도록 돕는다. 연속적으로 쉬지 않고 제조할 수 있는가하면 드물게 생산하는 환경도 조성할 수 있다.
원활한 제조환경을 구현하기 위해서는 설계자들이 제품 설계뿐 아니라 제조장비 설계에도 능통해야 한다. 보다 반복적인 생산, 보다 반복적인 환경은 자동화 제조장비에 의해 좌우된다고 해도 과언이 아니다. 오늘날 제품을 실질적으로 ‘만지는’ 직원이 얼마나 되겠는가? 공장 내에서 직원의 역할은 장비가 제대로 작동하는지, 기능에 이상은 없는지 감시하는 일 정도를 수행할 뿐이다.
공정의 개별화 단계에서 잡 샵 단계로 나아가는 시점에서, 설계자는 제품 설계에 조예가 깊어야 함은 물론, 어느 시점에 인간 노동자 대신 기계를 투입할지에 대해서도 능통해야 한다.
잡 샵 환경에서 작업하는 설계자는 언제 자동화 생산 장비를 도입해야 할지 확신하지 못하곤 한다. 이를 극복하기 위해서는 전체적인 설계를 분석 및 해석하는 데에 전문적인 역량을 발휘해야 한다. 이를 바탕으로 제품 및 하위 부품들을 경제적으로 제조 및 획득하는지를 분석할 수 있어야 한다. 또한 자신들이 설계한 장비를 손수 조립할 수 있을 정도의 조예를 갖추어야 한다.
지금부터 설명할 두 가지 단계 역시 앞서 설명한 공정과 많은 유사점을 가지고 있다. 주된 차이점이 있다면 과학자들과 화학 엔지니어들은 일반적으로 제품을 ‘설계’하고, 반복생산 혹은 개별·분산 설계에 익숙한 기술자들이 제조 장비를 작동한다는 점 정도다. 또한 생산 결과물은 일반적으로 수학적 공식 및 재료표(BOM)으로 수량화한다.
연속적 공정 | 이 공정은 앞서 설명한 ‘반복’과 유사한 측면이 있다. 24시간 7일 내내 운용되는 것. 주된 차이점이 있다면 생산 재료(Production Materials)가 가스·액체·분말·슬러리(고체와 액체의 혼합물 또는 미세한 고체입자가 물 속에 현탁된 현탁액. 자료 두산백과) 등이라는 것이다. 광산 채굴 등의 응용사례에서는 덩어리 혹은 알갱이가 든 재료를 사용할 수 있다.
설계 시 고려사항은 앞선 공정들과 유사하다. 하지만 최종 제품을 만들기 위한 규칙 및 제조방법의 종류가 보다 다양하다.
일괄처리 공정 | 일괄처리 공정은 개별화 및 잡 샵 공정과 유사한 면이 있다. 하나의 일괄처리 공정만으로 모든 요구사항을 충족할 수도, 여러 개의 일괄처리 시설 및 공정이 필요할 수도 있다. 한 시설 내에서 다양한 일괄처리를 수행하려면 한 공정을 마무리한 뒤 다음 제조공정을 시작할 수 있다.
일부 기업 및 현장에서는 사실상 일괄처리 공정이 연속적 공정과 동의어로 쓰이기도 한다. 하나의 일괄처리 공정에서 같은 종류의 제품을 생산하는 다른 일괄처리 공정으로 변화시킬 수 있기 때문이다.
원재료를 합성하여 제조하는 일괄처리 공정 특성상, 엄격한 기준을 충족하지 못하는 경우도 있다. 따라서 사양을 충족하는 제품을 만들기 위해서는 각 일괄처리를 면밀히 분석하여, 본래 사용하던 혼합 재료를 변경해야 하는 경우도 있다.
일괄처리 공정의 유의사항 및 고려사항 역시 앞선 공정들과 유사하다. 하지만 최종 제품을 만들기 위한 규칙 및 제조방법의 종류가 보다 다양하다.
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