Apex Engineering Journal

대기업 제조공장을 방문해 보면 품질데이터가 자동으로 수집되는 경우가 많습니다. 측정기가 값을 읽으면 데이터가 서버로 넘어가고, SPC 차트가 실시간으로 표시되며, 이상 Trend가 나타나면 경고가 발생합니다. 생산수량, Lot, 설비, 작업자, 검사결과까지 자동으로 연결되는 경우도 있습니다. 하지만 이런 시스템을 중소 제조업체가 그대로 도입하기는 쉽지 않습니다. 특히 다품종 소량생산이나 Batch 공정을 운영하는 회사라면 설비마다 자동측정 시스템과 MES를 연결하는 비용을 쉽게 정당화하기 어렵습니다. 그렇다면 중소 제조업체는 계속 종이와 Excel에 의존해야 할까요? 저는 그렇지 않다고 생각합니다. 지금은 Tablet + Wi-Fi 만으로도 품질관리의 상당 부분을 디지털화할 수 있는 환경이 만들어졌습니다. 1. 아직도 많은 현장은 ‘기록 → 취합 → 재입력’ 구조다 현장에서 흔히 볼 수 있는 품질관리 흐름은 다음과 같습니다. 작업자 측정 → 종이 기록 → 품질관리원이 수거 → Excel 입력 → 정리 → SPC 또는 보고서 작성 이 과정에서 실제로는 같은 데이터가 여러 번 이동합니다. 작업자는 이미 한 번 값을 기록했는데, 품질담당자가 다시 입력해야 하고, 이후 보고서나 그래프를 만들기 위해 다시 정리합니다. 그 과정에서 다음과 같은 문제가 생길 수 있습니다. 숫자 오기입 누락 Lot 또는 제품번호 오류 검사표 분실 Excel 재입력 오류 이상 Trend 발견 지연 과거 기록 검색에 많은 시간 소요 결국 품질관리원이 데이터를 분석하는 시간보다 데이터를 모으고 정리하는 시간 을 더 많이 쓰는 상황도 생깁니다. 2. 대기업 시스템을 그대로 따라갈 필요는 없다 중소기업이 흔히 하는 착각 중 하나는 디지털 제조라고 하면 대규모 MES, 자동검사기, PLC 연동, 서버 구축부터 생각하는 것입니다. 하지만 모든 공정을 한 번에 자동화할 필요는 없습니다. 데이터가 처음 발생하는 지점부터 디지털화하...

현장에서 가공툴 비용을 줄이자는 이야기가 나오면 가장 먼저 나오는 방법 중 하나가 “가능한 오래 사용하자” 입니다. 툴이 아직 깨지지 않았고 가공도 되고 있다면 교체하는 것이 아깝게 느껴질 수 있습니다. 그래서 실제 제조현장에서는 툴이 파손되거나 마모가 눈에 띄게 심해질 때까지 사용하는 경우가 적지 않습니다. 그런데 여기서 한 가지 질문이 필요합니다. 툴이 아직 돌아가고 있다는 것과, 정상적인 품질을 만들고 있다는 것은 같은 의미일까요? 1. 툴 수명은 ‘파손 시점’만 보면 부족하다 툴의 수명을 가장 단순하게 정의하면 몇 개를 생산한 뒤 파손되었는지를 기록하면 됩니다. 예를 들어 동일한 툴이 18,000개, 20,000개, 17,500개 생산 후 파손되었다면 대략적인 물리적 수명은 파악할 수 있습니다. 하지만 품질관리 관점에서는 이것만으로 충분하지 않습니다. 툴은 어느 순간 갑자기 정상에서 불량으로 바뀌기보다, 사용량이 늘어나면서 점진적으로 마모됩니다. 이 과정에서 제품의 치수, 버(Burr), 표면상태, 형상 또는 가공부하가 먼저 변하고, 그보다 나중에 툴이 완전히 파손될 수 있습니다. 따라서 툴 수명은 최소한 두 가지로 나누어 보는 것이 좋습니다. 물리적 수명: 툴이 실제로 파손되거나 더 이상 사용할 수 없게 되는 시점 품질상 안전수명: 제품 품질에 의미 있는 변화가 생기기 전까지 안정적으로 사용할 수 있는 기간 생산현장에서 더 중요한 것은 대개 두 번째입니다. 가공툴 수명 예측 2. 그렇다면 적정 교체시점은 어떻게 찾을까? 근거 없이 “조금 일찍 바꾸자”고 하면 현장에서는 당연히 반발이 생깁니다. “아직 쓸 수 있는데 왜 바꾸느냐”, “툴비만 늘어나는 것 아니냐”는 질문이 나오는 것이 정상입니다. 그래서 가장 먼저 해야 할 일은 실제 툴 사용이력과 품질검사 결과를 연결하는 것 입니다. 현장에서는 원래 품질관리를 위해 일정 주기로 치수나 외관을 검사합니다. 검사주기는 제품의 중요도, 과거 불량...

열처리 공정을 평가하다 보면 Furnace Controller의 설정온도와 기록온도는 정상인데 제품의 경도, 조직, 가공성 또는 후속 열처리 결과에는 편차가 나타나는 경우가 있습니다. 이럴 때 제가 중요하게 확인하는 항목 중 하나가 TUS(Temperature Uniformity Survey, 온도 균일성 조사) 입니다. 본 글은 CQI-9 4th Edition 을 기준으로 합니다. CQI-9의 Pyrometry 관리에서 중요한 것은 TUS를 단순한 심사 서류로 보는 것이 아니라, 제품이 실제로 처리되는 Qualified Work Zone의 온도 균일성을 검증하는 활동 으로 이해하는 것입니다. 열처리로 TUS 검증 필요 이유 1. Controller 온도가 정상인데 왜 TUS가 필요한가? 현장에서 흔히 듣는 말이 있습니다. “Controller 온도가 정상이고 Calibration도 했는데 Furnace에 무슨 문제가 있습니까?” 하지만 Controller가 표시하는 온도와 Furnace 내부 모든 위치에서 제품이 실제로 경험하는 온도는 같은 개념이 아닙니다. 열처리로 내부 온도 분포는 Heating Element 또는 Burner 상태, Fan과 분위기 가스 순환, Door와 Seal의 열손실, 단열재 상태, Fixture와 Basket, 적재량과 Loading Pattern, 설비 노후화 등의 영향을 받습니다. 따라서 Control Thermocouple이 정상적인 값을 표시하더라도 Working Zone의 다른 위치에서는 온도 차이가 존재할 수 있습니다. CQI-9 4판의 여러 Process Table에서는 Thermocouple 관리, Instrument Calibration, SAT(System Accuracy Test), TUS를 구분하여 관리하며, 적용되는 여러 공정에서 TUS를 연 1회(annually) 및 major rebuild 후 수행하도록 요구합니다. 허용 Temperature Uniformity Tolerance는 ...

제조 현장에서 금속 가공제품에 문제가 발생하면 보통 열처리, 가공조건, 작업방법부터 확인합니다. 하지만 여러 품질 문제를 추적하다 보면 문제의 시작점이 원소재 자체였던 경우도 있습니다. 더 어려운 점은 이런 원소재 문제가 고객에게 바로 보이지 않는다는 것입니다. Mill Certificate의 화학성분과 경도는 규격을 만족하고 외관도 정상인데, 실제 사용에서는 예상보다 빠른 마모, Chipping, Crack 또는 열처리 후 편차로 나타나기도 합니다. 철강 원소재 문제 원인조사 여러 철강업체를 평가하면서 생긴 의문 업무상 한국뿐 아니라 중국, 일본 등 여러 철강 및 소재업체를 방문하고 평가할 기회가 있었습니다. 그러면서 계속 한 가지 의문이 생겼습니다. “원소재 관리기준이 있는데 왜 소재 불량은 계속 발생하는가?” 철강 제조에는 용해, 정련, 주조, 단조 또는 압연, 열처리, 검사 등 단계별 관리기준이 있습니다. 기준대로 제대로 제조하고 검사한다면 심각한 원소재 불량은 적어야 합니다. 처음에는 관리 소홀이나 작업자의 실수가 주된 원인이라고 생각했습니다. 실제로 그런 경우도 있었습니다. 하지만 여러 업체와 사례를 반복해서 보면서 그것만으로 설명하기 어려운 공통점을 발견했습니다. 그것은 생산량과 원가에 대한 압력 이었습니다. 왜 기준대로 제조해도 원소재 불량이 발생할까? 제조업에서 더 짧은 시간에 더 많이 생산하면 매출과 설비 효율을 높일 수 있습니다. 수율을 높이고 원재료 비용을 줄이면 이익도 증가합니다. 문제는 생산성 향상이 품질을 확보하기 위해 필요했던 공정의 여유까지 줄이기 시작할 때 입니다. 현장에서 주의 깊게 보게 된 항목들은 정련·용해시간 단축, 균질화 시간 단축, Furnace Loading 증가, 단조비나 가공량 감소, Crop·제거량 축소, 검사 Sampling 축소, 저가 원료나 Scrap 사용 확대 등이었습니다. 이러한 변경 하나하나가 곧바로 불량을 의미하는 것은 아닙니다. 공정 검증을 통해 동일한 품질을 확보하면서 시간...

DFMEA를 실제로 작성하고 여러 사람과 리뷰하다 보면 의외로 많은 시간을 쓰게 되는 항목이 있습니다. 바로 Occurrence(발생도) 입니다. Severity는 고장이 발생했을 때 고객이나 시스템에 미치는 영향을 기준으로 평가할 수 있고, Detection 역시 현재의 검증 방법과 검출 능력을 기준으로 어느 정도 판단할 수 있습니다. 그런데 DFMEA의 Occurrence는 달랐습니다. 특히 새로운 제품을 개발하는 단계에서는 아직 제품이 양산되지 않았기 때문에 충분한 불량률이나 Field Data를 가지고 있지 않은 경우가 많습니다. 그러다 보니 실제 회의에서는 이런 대화가 자주 생겼습니다. “이 정도면 Occurrence 4 아닌가요?” “저는 6 정도라고 생각합니다.” “기존 제품에서도 사용했던 설계니까 3 정도면 충분하지 않을까요?” 각자의 설명을 들어보면 모두 어느 정도 일리가 있습니다. 문제는 객관적으로 어느 숫자가 맞는지를 명확하게 설명하기 어렵다는 것 이었습니다. 저 역시 DFMEA를 실제로 작성하면서 이 부분을 많이 고민했습니다. 정성적인 평가라는 이유로 기준을 느슨하게 적용하기 시작하면 결국 흔히 말하는 ‘귀에 걸면 귀걸이, 코에 걸면 코걸이’ 식의 Rating 이 되어버릴 수 있기 때문입니다. DFMEA발생도 평가기준 PFMEA Occurrence와 똑같이 생각하면 문제가 생긴다 처음 혼란이 생기는 가장 큰 이유는 DFMEA와 PFMEA 모두 똑같이 Occurrence 라는 용어를 사용하기 때문입니다. 하지만 두 Occurrence의 판단 근거는 상당히 다릅니다. PFMEA에서는 실제 제조공정 데이터를 활용할 수 있습니다. 예를 들면 공정 불량률, Scrap 데이터, SPC 결과, 과거 생산실적, 유사공정의 품질이력, 공정능력, 예방관리의 효과 등이 있습니다. 즉 PFMEA에서는 비교적 직접적으로 다음 ...

열처리는 최종 제품에서 눈으로 확인하기 어려운 공정이지만 부품의 경도, 강도, 내마모성, 변형과 수명을 좌우할 수 있는 핵심 공정입니다. 현장에서는 도면이나 표준에 규정된 온도와 시간을 만족하면 동일한 결과가 나올 것이라고 생각하기 쉽습니다. 그러나 실제 제품이 경험하는 열이력은 Recipe의 설정값만으로 결정되지 않습니다. 제가 현장에서 여러 열처리 문제를 검토하면서 중요하다고 판단한 것은 제품·재료별 Loading Standard, TUS를 통한 설비의 온도 균일성 검증, 그리고 설비 특성을 반영한 Recipe 최적화와 검증 입니다. 이 세 조건이 하나의 관리체계로 연결되어야 공정 재현성을 높이고 요구되는 제품 성능을 안정적으로 확보할 수 있습니다. 열처리 하나로 제품 성능이 갈리는 이유 질화, 침탄, 담금질과 같은 열처리는 소재의 조직과 표면 특성을 변화시키는 공정입니다. 같은 소재와 같은 설계의 제품이라도 실제 가열·유지·냉각 과정이 달라지면 경도, 조직, 변형, 잔류응력과 기계적 성능에 차이가 발생할 수 있습니다. 여기서 중요한 것은 설비 화면의 설정온도와 제품이 실제로 경험하는 열이력이 반드시 같지는 않다는 점입니다. 제품의 질량과 단면 크기, 장입 위치와 배열, 노 내부의 온도 분포, 열전달 및 냉각 특성이 함께 영향을 줍니다. 따라서 좋은 열처리는 단순히 ‘몇 ℃에서 몇 시간’이라는 숫자만 관리해서는 완성되지 않습니다. 열처리 핵심 3가지 조건 ① 제품·재료별 Loading Standard 같은 Recipe를 사용해도 결과가 달라질 수 있는 첫 번째 원인은 로딩 조건입니다. 제품의 질량, 유효 단면 크기, 형상과 열용량, 장입 중량, 노 내부 위치, 제품 사이의 간격과 배열에 따라 실제 가열과 냉각 거동이 달라질 수 있기 때문입니다. 특히 질량과 단면 크기가 크게 다른 제품을 같은 지그에 혼합하거나 장입 밀도와 위치를 일정하게 관리하지 않으면 제품별 열이력에 차이가 생길 가능성이 커집니다. 냉각 과정에서도 배열과 ...

혼합 장입 문제를 다시 검토하게 된 이유 열처리 현장에서 서로 다른 제품을 한 번에 처리하는 일은 드물지 않습니다. 특히 진공열처리는 한 번의 가열·유지·냉각 사이클에 드는 설비비와 에너지 비용이 크기 때문에, 한 제품만으로 로트 중량이 충분하지 않으면 다른 제품을 함께 장입하여 설비 가동률을 높이려는 유혹이 큽니다. 저 역시 현장에서 이러한 혼합 장입과 관련해 제품의 요구 성능에 심각한 문제가 발생한 사례를 경험했습니다. 더 어려웠던 것은 불량 발생 이후였습니다. 열처리 기록에는 설비와 설정조건이 남아 있었지만 당시 어떤 제품과 함께 장입되었는지, 장입 위치가 어디였는지, 서로 다른 재질·형상·단면 크기와 열용량이 실제 가열과 냉각 거동에 어떤 영향을 주었는지를 사후에 정확히 재구성하기가 쉽지 않았습니다. 결국 핵심은 단순히 ‘서로 다른 제품을 같이 열처리했다’는 사실이 아니었습니다. 어떤 제품 조합까지 허용할 것인지에 대한 기술적 기준과 실제 혼합 장입 이력을 연결하는 추적체계가 부족하면, 성능 문제가 발생한 뒤에도 원인 규명과 재발방지가 어려워집니다. 이 경험이 혼합 장입 방식을 다시 검토하게 된 계기였습니다. 왜 진공열처리 혼합 로딩이 위험한가 같은 설정온도를 사용하는 제품이라고 해서 동일한 열처리 반응을 보이는 것은 아닙니다. 재질의 화학조성, 제품의 유효 단면 크기, 형상, 중량, 열용량, 장입 밀도와 위치가 달라지면 실제 부품이 경험하는 가열속도와 균열시간, 냉각속도에 차이가 생길 수 있습니다. 특히 담금질이 포함되는 공정에서는 이러한 차이가 경도, 조직, 변형, 잔류응력과 최종 성능 편차로 연결될 수 있습니다. 따라서 ‘설정온도가 같다’ 또는 ‘목표 경도가 비슷하다’는 이유만으로 서로 다른 제품을 같은 로트에 넣는 것은 충분한 판단 기준이 아닙니다. 혼합 장입의 또 다른 핵심 위험은 추적성입니다. 문제가 발생했을 때 Heat No., 제품번호, 재질, 적용 Recipe, 장입 위치, 함께 처리된 제품과 검사 결과가 서로 연결되어 있지...