소규모 자동화 공장과 대규모 자동화 공장의 장단점

2023년, 구자라트에 위치한 중간 규모의 전기 제조 회사가 완전 자동화된 MCB 조립 라인에 투자하기로 결정했을 때, 경영진은 수출 가능한 제품을 생산할 수 있는 회사로 생존하기 위해 전 세계 경쟁자들처럼 자동화할 수밖에 없다는 것을 확신했습니다. 또는 공장을 유지하는 데 도움이 되는 수출 계약을 포기해야 했습니다. 6개월도 채 되지 않아 조립 라인이 설치되어 가동을 시작했고, 생산량은 3배 증가했으며, 결함률은 0.1% 이하로 떨어졌습니다. 수백만 달러에 달하는 라인에 대한 투자는 충분한 주문이 있을 경우 3년 내에 회수될 것으로 예상되었습니다. 조립 라인을 시작한 지 6개월 후, 회사의 주요 고객이 주문량을 40% 줄였습니다. 특정 제조 수준을 위해 설계된 자동화 라인은 이제 잠재력의 절반도 채 되지 않는 수준에서 운영되고 있었습니다. 인건비 절감은 상당하고 의미가 있었지만, 감가상각, 유지보수 및 예비 부품 조달을 포함한 기계의 고정 비용은 생산량과 함께 줄어들지 않았습니다. 생산자는 소규모 자동화와 대규모 자동화를 구분짓는 진실을 배웠습니다: 대규모 공장은 막대한 생산량에 걸쳐 막대한 고정 비용을 분산시킬 수 있지만, 소규모 공장은 그렇게 할 수 없습니다. 자동화에 대한 결정을 내리는 것은 최상의 기술적 선택을 하는 것이 아닙니다. 오히려 투자 규모를 수요량, 장비의 유연성 및 자동화 비용과 일치시키는 것입니다.

요약: 소규모 자동화 공장과 대규모 자동화 공장 간의 주요 거래는 유연성 대 단위당 비용입니다. 대규모 공장은 최소 단위당 비용으로 하나의 제품 또는 좁은 범위의 제품을 생산하기 위해 고속, 단일 목적의 자동화에 상당한 고정 투자를 합니다 — 생산량이 충분히 크고 제품 디자인이 안정적일 경우 투자 회수가 가능합니다. 이 접근 방식의 장점은 뛰어난 처리량과 단위당 비용입니다. 단점은 낮은 유연성입니다: 제품을 다른 제품으로 쉽게 전환할 수 없고, 생산량이 감소하는 등의 문제가 발생합니다.
반면 소규모 자동화 공장은 다양한 제품을 생산하고, 다양한 생산량에 대응하며, 수요 변화에 반응할 수 있도록 유연하고 프로그래밍 가능한 또는 반자동 셀에 투자할 가능성이 높습니다. 이는 완전 자동화된 고용량 공장보다 단위당 더 높은 비용과 더 많은 노동을 요구합니다.

소규모 및 대규모 자동화 정의: 용어의 실제 의미

장점과 단점을 비교하기 전에 용어를 설명해야 합니다: 자동화 공장에서의 “소형”과 “대형”이라는 용어는 제곱미터의 크기를 의미하지 않습니다. 이들은 자동화 처리량, 유연성 및 자본 요구 사항을 나타냅니다. 대형 자동화 공장은 고정(하드) 자동화를 사용하는 공장으로, 즉 전용의 단일 목적 생산 라인을 사용하여 단일 품목 또는 품목군을 주요 속도와 대량으로 생산합니다. 대규모 자동화의 예로는 자동차 엔진 조립 라인, 음료 충전 라인 및 계량 및 테스트 라인이 있습니다. 핵심 요소는 이 라인이 단 하나의 작업을 수행하도록 설계되었으며, 매우 효율적으로 수행하지만, 일단 구축되면 변경할 수 없다는 것입니다. 자본 비용은 높지만, 라인이 최대 용량으로 가동될 때의 생산 비용(단위당)은 매우 낮습니다.

스펙트럼의 반대편에는 소형 자동화 공장이 있습니다. 이 경우, 프로그래머블 또는 유연한 자동화가 활용되어 시스템과 스테이션이 다양한 제품을 소규모 배치로 생산하도록 프로그래밍됩니다. 제어 프로그램에 따라 부품 번호를 변경하는 CNC 기계, 운영자가 다양한 유형의 회로 차단기를 교정하기 위해 놓는 반자동 교정 스탠드, 서로 다른 스테이션 간에 이동할 수 있는 로봇 생산 유닛 등이 소형 자동화의 예입니다. 대량 생산 시설에 비해 소형 자동화 공장은 자본이 덜 필요하고 제품당 비용이 대량 생산과 관련된 비용보다 높지만, 동시에 생산되는 제품의 변화로 인한 수요 변화에 적응할 기회를 제공하며, 새로운 제품 도입으로 인한 부정적인 영향을 줄입니다. 다양한 자동화 아키텍처와 이들이 서로 다른 생산 환경에 어떻게 적합한지에 대한 기초적인 이해를 위해, 우리의 가이드는 자동화란 무엇인가 더 넓은 맥락을 제공합니다.

대규모 자동화 공장의 장점

대규모 자동화의 비즈니스 사례를 뒷받침하는 몇 가지 측정 가능한 이점이 있습니다: 주요 이점 중 하나는 처리량입니다. 자동화 라인은 피로, 변동 또는 직원 교육의 필요 없이 24시간 사양에 따라 운영됩니다. Benlong Automation이 생산하는 새로운 유형의 MCB 교정 및 검사 라인은 2-4초마다 교정되고 테스트된 인증된 차단기를 생산할 수 있습니다. 이러한 처리량은 인간이 운영하는 프로세스나 반자동 프로세스에서는 달성할 수 없습니다. 게다가, 처리량의 예측 가능성은 제조업체가 생산 및 배송을 계획할 수 있게 합니다.

다음의 주요 이점은 낮은 변동 비용과 관련이 있습니다. 여기에는 여러 제품에 나누어지는 기계의 감가상각 비용, 유지보수 비용 및 엔지니어링 비용과 같은 문제가 포함됩니다. 변동 비용에는 직접 노동, 소모품 및 에너지 비용이 포함되며, 특히 수동 생산과 비교할 때 매우 낮습니다. 맥킨지 앤 컴퍼니의 연구에 따르면, 대규모 자동화는 라인이 최대 용량으로 활용될 경우 수동 생산에 비해 단위당 가격을 30-60% 감소시킵니다. 자동화의 다음 이점은 일관성과 품질입니다. 자동화된 기계는 매번 동일한 고품질 결과를 생성합니다. 완전 자동화된 라인의 경우, 각 차단기의 설정부터 제품 테스트 결과, 자동으로 생성된 인증 문서까지 모든 기술 매개변수가 기록됩니다.

대규모 자동화 공장의 단점

대규모 자동화의 단점은 그 이점의 반대라고 볼 수 있으며, 이러한 단점은 특히 사용을 정당화하는 상황이 변화할 때 상당할 수 있습니다. 주요 단점 중 하나는 유연성 부족입니다. 자동화된 라인은 오직 하나의 목적을 위해 설계되었습니다 — 특정 제품, 특정 처리량 비율 및 특정 작업을 위해서입니다. 제품에 대한 수정이 있을 경우 — 새로운 핀 구성, 새로운 기준 표준 또는 새로운 마킹 요구 사항 — 라인을 재설계해야 합니다. 도구, 고정구, 비전 시스템 프로그래밍 및 제어 논리를 변경해야 하며, 이와 관련된 비용은 매우 높을 수 있습니다. 제품이 단종될 경우, 라인은 사실상 회수 가치가 없습니다 — 오직 이 단일 목적을 위해 구축되었기 때문입니다.

다른 단점은 생산량에 대한 민감성입니다. 대규모 자동화 생산 라인은 높은 고정 비용을 수반합니다. 고정 비용에는 감가상각, 유지보수 작업, 공간 요구 사항 및 엔지니어링 지원이 포함됩니다. 이러한 비용은 백만 개의 제품을 생산하든 십만 개의 제품을 생산하든 변하지 않습니다. 시장 상황의 악화, 계약 손실 또는 공급망 중단으로 인해 생산량이 감소하면 고정 비용은 영향을 받지 않으며, 이는 단위당 비용 증가로 이어집니다. 이는 90%의 활용률을 가진 라인이 잘 운영되다가 50%의 비율로 실패할 수 있음을 의미합니다. 이는 구자라트의 전기 생산업체에서 발생한 일이며, 이러한 자동화가 안정적인 장기 수요가 있는 제품에 가장 잘 작동한다는 증거로 작용합니다. 세 번째 단점은 유지보수의 복잡성입니다. 대규모 자동화 라인은 PLC, 서보 드라이브 시스템, 비전 시스템 및 데이터 아키텍처 시스템과 같은 복잡한 장치에 대한 충분한 지식을 가진 엔지니어 및 기술자 그룹을 필요로 합니다. 센서가 고장 나거나 로봇 장비의 교정이 위반되거나 소프트웨어에 문제가 발생하면, 문제 해결이 완료될 때까지 생산 라인은 가동 중지 상태가 됩니다.

소규모 또는 반자동 공장의 장점

소규모 자동화 프로그래머블 셀, 반자동 장비 및 유연한 로봇 시스템은 규모 확장에 대한 타협을 의미하지 않습니다. 이는 유연성, 최소화된 재정적 위험 및 더 빠른 가치 실현을 강조하는 신중한 접근 방식입니다. 더욱이, 유연성은 주요 이점입니다. 예를 들어, 반자동 교정 벤치는 인간-기계 인터페이스(HMI)의 레시피 메뉴에서 선택하여 몇 분 안에 새로운 차단기를 위해 재프로그래밍할 수 있습니다. 또한, 협동 로봇 셀은 조립 작업장에서 포장 구역으로 몇 시간 안에 이동할 수 있습니다. 장비는 특정 생산 공정에 할당되지 않으며, 생산이 변경됨에 따라 다양한 생산 작업에 사용될 수 있습니다. 이러한 유연성은 전기 장비 제조업체와 같이 소량의 다양한 생산 시리즈를 다루는 제조업체에게 매우 유용합니다.

두 번째 장점은 낮은 자본 투자 및 낮은 위험. 반자동 스테이션 — 예를 들어 Benlong의 반자동 열 교정 벤치 — 완전 통합 라인의 비용의 일부에 불과합니다. 더 빠르게 투자 수익을 회수할 수 있으며, 제품이 변경되거나 생산량이 감소하더라도 투자가 고립되지 않습니다. 제조업체는 품질이 중요한 공정 단계에서 단일 반자동 스테이션으로 시작하여 수익을 입증하고, 생산량과 신뢰가 증가함에 따라 추가 스테이션을 추가할 수 있습니다. 이러한 단계적 접근 방식은 재정적 위험을 줄이고 조직이 단일 대규모 프로젝트에 베팅하는 대신 점진적으로 자동화 역량을 구축할 수 있도록 합니다. 세 번째 장점은 구현 및 유지보수의 용이성. 반자동 스테이션은 완전 통합 라인보다 간단하며, 최소한의 추가 교육으로 공장의 기존 유지보수 팀이 유지 관리할 수 있습니다. 스테이션에 적재 및 하역을 수행하는 운영자는 일일 점검 및 기본 문제 해결도 수행할 수 있습니다. 이는 기계가 그러한 수준의 사용자 상호작용을 위해 설계되었기 때문입니다. 벤롱 자동화는 이 원칙을 염두에 두고 반자동 장비를 설계합니다: HMI는 매일 스테이션을 운영하는 운영자를 위해 구축되며, 이를 설치한 엔지니어를 위해 설계되지 않았습니다.

소규모 자동화 공장의 단점

소규모 자동화 자체적인 한계가 있으며 이러한 한계를 이해하는 것은 정보에 기반한 투자를 하는 데 필수적입니다. 주요 단점은 완전 자동화 시스템이 최고 성능으로 운영될 때보다 개당 비용이 더 높다는 것입니다. 반자동 교정 벤치는 여전히 회로 차단기를 적재하고 하역할 운영자가 필요하며, 운영자에게 소요되는 시간의 비용이 생산된 각 단위에 추가됩니다. 처리량은 기계의 사이클 시간뿐만 아니라 운영자의 생산성과 지구력에 의해 제한됩니다. 두 명의 운영자가 전체 작업을 수행하기 위해 고용된 경우, 3초마다 차단기를 생산하는 완전 자동화 라인은 반자동 셀보다 경쟁력이 너무 높습니다.

두 번째 단점은 품질과 데이터가 부분적으로만 자동화된다는 것입니다. 반자동 교정 벤치는 차단기의 교정 및 테스트를 수행하고 교정 데이터를 기록하는 데 사용됩니다. 그러나 작업이 반자동화되었음에도 불구하고 차단기를 적재하는 운영자는 올바른 차단기 등급을 결정해야 하며, 올바른 레시피가 사용되었는지 확인하고, 교정 후 다음 단계로의 차단기 취급을 책임져야 합니다. 따라서 각 단계는 완전 자동화된 취급 기술로 피할 수 있는 오류의 가능성을 도입합니다.

교정 데이터는 생성되지만, 공장에서 차단기를 추적하는 것은 부분적으로 자동화된 스테이션을 연결하는 데이터 시스템의 품질에 따라 제한됩니다. 스테이션 간에 네트워크 연결이 없거나 중앙 집중식 MES와 통합되지 않으면 추적이 단편화됩니다. 세 번째 단점은 일련의 반자동 스테이션이 호환 가능한 시리즈나 자동화된 생산 라인을 생성하지 않는다는 것입니다. 스테이션을 연결하는 컨베이어 시스템은 수동이며 시스템의 약점입니다. 생산 과정이 모든 수준에서 자동화되더라도 이 노력의 성공은 컨베이어 시스템에 달려 있습니다. 이는 반자동 스테이션으로 시작한 제조업체가 완전 자동화 라인으로 통합하는 것을 고려하기 시작하는 자연스러운 시점입니다 — 그리고 벤롱 자동화의 제품군은 바로 이러한 전환을 지원하도록 설계되었습니다, 완전한 통합이 가능한 스테이션으로. MCB 자동 조립 라인 볼륨과 비즈니스 케이스가 투자를 정당화할 때.

소규모 공장은 언제 자동화해야 할까요? 결정 프레임워크

소규모 제조 시설이 자동화 관행을 채택해야 하는 시점은 단일 볼륨 한도로 축소될 수 없습니다. 이 문제는 제품과 프로세스를 철저히 평가하고 시장 조건 및 조직의 준비 상태를 검토함으로써 해결됩니다. 아래 제공된 프레임워크는 의사 결정을 위한 실용적인 모델입니다.

• 볼륨에 관계없이 품질이 중요한 단계부터 자동화하십시오. 교정, 테스트, 접촉 용접 또는 기록과 같은 프로세스 단계가 안전, 인증 또는 고객 수용에 영향을 미치는 위험을 포함할 때마다, 자동화는 재정적 투자 이상의 수익을 가져올 것입니다. 자동화를 통해 반복 가능성을 보장할 뿐만 아니라 인증 목적에 적합한 데이터 경로를 생성하고 프로세스에서 가장 큰 변동 원인을 제거합니다. 제조업체가 매달 20,000개의 MCB를 생산하는 경우, 품질 이유만으로도 반자동 교정 벤치 구매를 쉽게 정당화할 수 있습니다. MCB의 단일 생산 런이 인증 감사에 실패하면 회사에 더 많은 비용이 발생하기 때문입니다.
• 노동 비용이 제약이 될 때 자동화하십시오, 대부분의 비용이 될 때가 아닙니다. 많은 소규모 기업에서 각 제품의 실제 노동 비용은 상당히 낮으며, 노동 비용이 높아질 때까지 자동화를 미루는 경향이 있습니다. 그러나 더 신뢰할 수 있는 측정 기준은 노동 공급입니다. 공장이 충분한 훈련된 조립자를 모집할 수 없거나 이직률과 교육의 어려움이 생산량을 줄이고 있다면, 실제 노동 비용에 관계없이 자동화해야 합니다. 국제 로봇 연맹은 연구에 따르면 노동 공급 부족이 중소기업이 자동화 조치를 시행하게 만드는 원인이라고 말합니다.
• Start with semi‑automated cells and scale as volume and confidence grow. 아직 어떤 형태의 자동화도 구현하지 않은 생산자는 완전 자동화 라인으로 시작하는 것을 피해야 합니다. 필요한 지식의 양은 압도적이며, 재정적 위험은 믿을 수 없을 만큼 높고, 운영의 어려움은 많습니다. 교정 벤치, 테스트 스테이션 또는 나사 조임 시설과 같은 반자동화의 사례는 더 적은 도전을 제공합니다. 회사는 장비를 정의하고, 생산에 통합하고, 효율적으로 작동하게 하며, 수익성을 추정하는 방법을 배웁니다.

자동화의 규모의 경제: 왜 더 큰 것이 항상 더 나은 것은 아닌가?

공장 자동화 분야에서 가장 잘 알려진 신화는 더 큰 것이 더 좋다는 것입니다. 여기서 일반적인 믿음은 전체 공장 자동화 달성이 목표이며, 공장 자동화로 이어지지 않거나 인간의 도움 없이 효율적으로 작동하는 공장을 갖는 모든 투자는 타협이라는 것입니다. 그러나 이 전설의 진실은 제조 산업의 문서화된 역사와 McKinsey의 연구에 있으며, 이상적인 자동화 수준은 생산되는 제품, 제품 처리량 또는 볼륨, 다양성 및 자동화 시스템을 처리하는 조직의 가능성에 맞추는 것입니다. 예를 들어, 매달 500개씩 10종의 MCCB 프레임을 생산하는 소규모 기업은 이를 위해 별도의 고속 라인이 필요하지 않으며, 그러한 공장은 한 프레임 유형에서 다른 프레임 유형으로 레시피를 전환할 수 있는 유연한 프로그래머블 자동화가 필요합니다. 한편, 매달 200만 개의 동일한 MCB를 단일 고객을 위해 생산하는 대규모 기업은 그 큰 생산을 위해 전용 라인이 필요합니다. 제품의 수요와 안정성 수준이 경제적으로 실행 가능하게 만듭니다. 두 기업 모두 비즈니스 운영을 적절하게 자동화하고 있습니다. 기업은 잘못된 자동화 수준에 기반하여 자동화 시스템에 투자할 때 자동화에서 실패합니다.

자주 묻는 질문

자동화된 공장의 단점은 무엇인가요?

자동화된 공장은 높은 자본 투자, 제품 디자인 변경이나 볼륨 변동에 대한 비유연성, 특별한 유지보수 및 엔지니어링 기술의 필요성, 그리고 제품이 더 이상 생산되지 않을 경우 자동화 장비가 구식이 될 가능성과 같은 단점이 있습니다. 자동화된 공장을 설정하는 높은 비용은 대규모 고정 자동화가 특히 볼륨 감소에 취약하게 만듭니다. 이러한 비용은 10,000개가 생산되든 전혀 생산되지 않든 여전히 충당해야 합니다.

자동화의 4 D는 무엇인가요?

자동화의 4 D는 자동화할 수 있는 프로세스를 인식하기 위한 간단한 도구입니다. 지루한 프로세스는 반복적인 작업을 포함하여 사람들에게 지루하고 실수를 유발할 수 있습니다. 더러운 프로세스는 안전하지 않거나 불쾌한 조건에서 수행되는 프로세스를 의미합니다. 어려운 프로세스는 높은 수준의 정밀도, 힘 및 피로 저항을 요구하는 작업을 포함하거나 인간의 능력을 초과하는 작업을 의미합니다. 위험한 프로세스는 부상이나 심지어 사망의 위험을 초래할 수 있습니다.

자동화 시스템을 사용한 분석의 장점과 단점은 무엇인가요?

자동화된 분석 시스템 자동화 기계, 자동 보정 및 테스트 스테이션을 포함하여, 정확한 측정이 여러 번 이루어지도록 보장하며, 다양한 운영자의 요구 사항에 차이가 없습니다. 모든 측정이 참조를 위해 기록되며, 자동화 기계는 수동 분석보다 훨씬 빠릅니다. 그러나 이러한 기계는 투자, 유지 관리 및 정기적인 보정이 필요하다는 단점이 있습니다. 또한, 이들은 프로그래머가 예상한 현상만 식별할 수 있으며, 그 외의 것은 기계에 의해 무시됩니다.

자동화의 10가지 단점은 무엇인가요?

자동화의 10가지 자주 언급되는 단점은 높은 초기 비용, 생산 공정의 변화에 대한 시스템의 비유연성, 생산량에 관계없이 고정 비용이 지불되어야 한다는 사실, 자동화 장비를 사용하고 운영하는 데 필요한 복잡한 운영 기술, 일부 직원의 일자리 상실 가능성, 기계가 작동하지 못하게 하는 장비 고장의 가능성, 다양한 제조업체의 서로 다른 시스템 통합과 관련된 어려움, 예비 부품 및 소프트웨어의 유지 관리 및 업데이트에 드는 비용, 무언가가 변경될 경우 시스템의 의미가 상실될 가능성, 전체 시스템이 자동화되고 네트워크화될 때 데이터 무결성을 유지할 수 없는 가능성입니다. 이러한 모든 단점은 정확한 계획과 지속적인 직원 교육을 통해 보완될 수 있습니다.

참고 자료

• 맥킨지 & 컴퍼니 — 제조 및 자동화의 미래. 다양한 규모에서 자동화의 생산성과 ROI에 대한 연구 및 소규모, 중규모 및 대규모 기업에서 성공적인 자동화 투자 예측 요인.
• Deloitte — 디지털 제조 및 기술 격차. 자동화 투자에 수반되는 인력 및 기술 문제 분석과 제조업체가 자동화 시스템을 유지하고 개선하기 위한 내부 역량을 구축하는 데 사용하는 전략.
• 국제 로봇 연맹(IFR) — 세계 로봇 보고서. 국가 및 회사 규모별 로봇 설치 및 자동화 밀도에 대한 연간 데이터, 소규모 및 중소기업의 협업 및 유연한 자동화 채택률 포함.
• Automation World — 유연한 자동화 대 고정 자동화: 올바른 전략 선택. 전용 고속 라인과 유연하고 재구성 가능한 자동화 간의 트레이드오프를 다루는 산업 출판물로, 여러 제조 부문의 사례 연구 포함.

그만큼 소규모 자동화 공장과 대규모 자동화 공장의 장단점 점수판이 아니라는 점에서 한 쪽이 이기는 것이 아닙니다. 이는 모든 제조업체가 특정 제품, 물량 및 시장 조건에 따라 탐색해야 하는 일련의 트레이드오프입니다. 대규모 자동화 라인은 제품이 안정적이고, 물량이 많으며, 조직이 이를 유지할 기술적 능력이 있는 경우 가장 낮은 단가와 가장 높은 처리량을 제공합니다. 소규모 자동화 셀은 높은 혼합도와 낮은 물량의 제조업체가 필요로 하는 유연성과 낮은 자본 위험을 제공합니다 — 단가가 더 높지만 변화하는 시장에 적응할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 이러한 트레이드오프를 이해하고 각 프로세스 단계를 적절한 위치에 배치하는 자동화 전략을 구축하는 제조업체가 자동화의 이점을 누리면서 불일치의 대가를 지불하지 않는 제조업체입니다. 벤롱 자동화는 전기 제조 부문을 위한 반자동 및 완전 자동화 생산 장비를 모두 제작합니다. 적절한 자동화 규모는 단일 답이 아니라, 서비스를 제공하는 공장에 맞는 답입니다.