일반 제조업체의 항공우주 제조 방법 활용 사례
비행기와 우주선 제조는 인류가 지금까지 경험한 그 어느 것보다도 독특한 엔지니어링 및 제조 문제를 제기합니다. 다행히도 로켓 과학의 혜택을 얻기 위해 로켓을 직접 만들 필요는 없습니다. 대부분의 제품 제조업체는 항공우주 산업이 폐기물, 재작업 및 엔지니어링 변경과 같은 생산 장애물을 극복하기 위해 취하는 몇 가지 접근법을 연구하는 것만으로 효율성과 수익성을 개선할 수 있습니다.
SWaP-C 요인
Spirit, GKN, Boeing, Airbus, Albany Engineered Composites, SpaceX와 같은 복합재를 사용하는 조직은 독점 프로세스를 공유하지 않는 경향이 있지만 엔지니어링 및 제조와 관련해서는 공통적인 장애물을 공유합니다. 항공우주를 비롯한 모든 제조업종은 크기, 중량, 전력, 비용을 고려해야 합니다. 그리고 이러한 요소를 전체 시스템 또는 제품의 계획에 반영해야 합니다.
FARO® 레이저 프로젝션 제품 관리자 John Earnshaw는 “군사 및 항공우주 설계에 사용되는 용어인 SWaP-C는 크기, 중량, 전력을 나타냅니다. 나머지 C는 비용을 뜻합니다. 강도와 품질을 동시에 유지하면서 크기나 중량 요소를 줄일 수 있다면 SWaP-C 공식의 전력 및/또는 비용 요소에도 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다."라고 설명합니다.
항공우주 산업에서는 강도 대 중량 비율이 우수한 복합재 사용이 주류가 되었습니다. SWaP-C 프레임워크 내에서 부품이 가벼워진다는 것은 항공기에서 소비되는 전력이 적다는 것을 의미하며, 이는 길어진 비행 시간, 연료 절약 또는 탑재 하중 증가와 같은 여러 이점을 가져옵니다. 기본적으로 발사체가 가벼울수록 더 많은 탑재 하중을 적재할 수 있고 연료를 덜 사용할 수 있습니다.
레이저 프로젝션 솔루션을 사용하면 기존의 물리적 템플릿 방법을 사용할 때보다 일반적으로 50%~75%의 작업이 절약됩니다.
투자 회수는 생산량에 따라 일반적으로 1년 이하입니다.
복합재가 도입되었을 때, 그 독특한 특성은 SWaP-C 공식의 중량과 전력 측면에 놀라운 영향을 미쳤습니다. 복합재를 사용한 엔지니어링 및 생산의 노동 집약적 특성은 불행히도 비용 요소를 확실히 줄이지는 못했습니다. 레이저 프로젝션 기술은 이를 변화시키는 데 도움이 됩니다.
항공우주의 이념을 지구로
대부분의 경우, 확립되어 있는 종래의 생산 방법은 기술 한계의 결과물입니다. 기술의 발전은 하나 이상의 SWaP-C 원칙이 개선된 보다 효율적인 제작 방법을 얻을 수 있는 기회를 제공합니다. 이는 항공우주뿐만 아니라 모든 제조업종에 적용됩니다. 대표적으로 선박 건조, 자동차, 트럭 및 트레일러, 소형 항공기, 해양 및 개인 요트, 보트 건조, 풍력 터빈, 항공우주 1, 2 및 3등급 공급업체를 포함한 기타 복합재 조립업체를 들 수 있습니다. 제품의 강도와 중량이 정말 중요한 거의 모든 회사는 복합재 사용을 고려해야 합니다.
복합재의 사용이 항공우주 산업의 수익성 확보에 중요하다면 일반 제조 분야에서도 레이저 프로젝션 기술을 사용하여 비용 효율적인 재료로서의 수익성을 확보하는 것이 중요합니다.
복합재 업계 베테랑이자 FARO의 핵심 계정 관리자 Jerry Reitmayer는 "경주용 자전거, 보트 선체, 풍력 터빈 로터 제작에 복합재를 사용하는 경우에는 중량을 최소화하고 강도를 극대화하는 것을 목표로 하는데, 여기에는 세부적인 엔지니어링이 필요합니다. 중량을 줄이면서 구조물을 보강할 위치로 연결되는 플라이 수를 정확하게 결정해야 합니다. 레이저 프로젝션은 특정 영역의 레이업에 작은 조각들을 여러 개 배치할 수 있다는 이점으로 인해 복합재 분야에서 탁월한 도구로 활용되고 있습니다."라고 말합니다.
대부분의 복합재 레이업은 복수의 플라이를 사용합니다. 줄자나 Mylar® 템플릿과 같은 구식 도구를 사용하면 레이업 프로세스가 느리고 지루하며 때로는 부정확해지기도 합니다. Mylar 템플릿을 사용하는 경우에는 다음 플라이 레이어에 적합한 Mylar를 찾는 과정(비 레이업 시간)으로 인해 생산 및 처리 속도가 저하되고 모든 엔지니어링 변경에 필연적으로 새로운 템플릿이 필요해집니다.
이것을 어떤 플라이가 배치될지를 보여주는 이미지를 제작 과정에서 단계별로 표면에 직접 투사해주는 레이저 유도 레이업과 비교해 보십시오.
Quips Reitmayer는 "신제품을 개발하고 출시할 때 엔지니어링 변경 주문(ECO)의 수는 믿을 수 없을 정도로 많습니다. 그럴 때마다 모든 ECO에 대해 Mylar를 새로 만들어야 한다는 점을 생각해보면 Mylar 회사의 주식을 사고 싶으실 겁니다."라고 말합니다.
복합재 몰드에 여러 개의 플라이를 투영하는 TracerM
세그먼트 플라이 추가와 같이 즉석에서 엔지니어링 변경을 수행할 수 있는 능력은 그저 항공우주 산업에 특화된 기술로만 여겨져 간과되어왔던 엔지니어링 설계 및 응용 분야에서도 엄청난 발전 기회를 열었습니다.
물리적 템플릿을 제작하는 데 걸리는 시간을 없애는 것은 혁신과 제조 비용을 줄이는 데 매우 중요합니다. 레이저 프로젝션을 사용하면 ECO 프로세스의 고충을 크게 줄일 수 있습니다. CAD 모델이 변경되면 레이저 프로젝션 변경 사항이 프로젝터를 제어하는 컴퓨터에 업로드되고 변경 사항은 다음 생산 장치에서 즉시 구현됩니다.
생산 현장의 레이저 프로젝션
대부분의 복합재 제조업체는 효과적인 위험 관리를 통해 손익분기점과 수익성 간에 차이를 만들 수 있습니다.
부품의 크기와 복잡성, 그리고 생산 라인이 얼마나 다운스트림까지 진행되었는지에 따라 단일 낭비 사건의 비용은 수만 달러에서 수십만 달러, 때로는 수백만 달러에 이를 수 있습니다. 그러나 낭비 사건의 문제는 비용 "그 이상"입니다. 인건비와 탄소 섬유 구성 요소의 비용 자체도 높지만, 전체 생산 공정에 파급되는 일정 영향이 있는 경우도 있습니다. 생산이 지연되면 폐기된 자재의 비용보다 훨씬 더 큰 계약상 위약금이 부과될 수 있습니다.
컴퓨터 및 레이저 유도 조립을 사용하면 레이업 프로세스 중에 결함이 발생할 가능성이 크게 줄어듭니다. 항공우주 분야에서는 다른 산업과 마찬가지로 가장 숙련된 작업자가 주 교대조에 배치되는 경우가 많습니다. 두 번째 또는 세 번째 교대조가 있으면 "교대 서행"이나 기술 및 생산성 수준 저하가 있을 수 있습니다. FARO TracerM과 같은 레이저 유도 조립 솔루션은 이 문제를 해결하는 데 도움이 됩니다.
복합재 윙렛 몰드 투영
투자 수익률 보장
아웃소싱 서비스로서의 신속한 시제품화 확산은 제품 출시 시간을 단축할 수 있는 기술의 가치를 보여주는 증거입니다. 심지어 항공우주 이외의 제조업체들도 레이저 프로젝션을 자체 시설에 배치하는 것이 사업적으로 타당하다는 사실을 알게되었습니다.
레이저 프로젝션 솔루션을 사용하면 기존의 물리적 템플릿 방법을 사용할 때보다 일반적으로 50%~75%의 작업이 절약됩니다.
일부 기업에서는 FARO의 TracerM 솔루션을 통해 단 한 달 만에 ROI(투자 수익) 또는 투자 회수 기간을 달성할 수 있었습니다. 생산량에 따라 투자 회수는 일반적으로 1년 이하입니다. 일반적으로 TracerM의 유효 수명이 10년이라고 생각하면 장기 ROI가 탁월합니다.
이는 로켓 과학이 아닙니다. 조립 및 레이업 시간 단축, 품질 및 정확성 향상, 낭비 및 재작업 감소 또는 제거 등 모든 조직 또는 업계에 ROI가 더해집니다.
결론
제조업에는 다음과 같은 오래된 격언이 있습니다.
오늘의 메뉴:
- 고품질
- 빠른 전환
- 낮은 가격
... 일관된 생산성
레이저 프로젝션과 같은 기술은 이러한 격언을 충족합니다. 이는 기본적인 비즈니스 수학 일뿐입니다. 즉, 더 효율적인 생산과 더 적은 재작업으로 생산 비용을 낮추는 것입니다. 낮은 생산 비용은 이익 마진의 증가와 같습니다. 이익 마진이 증가하면 고품질 제품을 적은 비용으로 판매하면서도 수익을 높일 수 있습니다.
항공우주에서 자동차, 주문 제작 자전거에 이르기까지 어떤 분야든 최고의 기술을 사용하지 않는다면 최고의 가치를 창출할 수 없습니다.