낭비 감소: 스탬핑 잔여물 최소화를 위한 핵심 전략

TL;DR

스탬핑 공정에서 스크랩을 최소화하려면 지능형 설계, 리ーン 제조 공정 및 데이터 기반 기술을 통합하는 포괄적인 전략이 필요합니다. 가장 효과적인 접근 방식은 고급 부품 배치, 최적화된 다이 설계 및 지속적인 공정 개선에 중점을 둡니다. 이러한 방법을 채택함으로써 제조업체는 자재 폐기물을 크게 줄이고 운영 효율성을 향상시키며 전체 생산 비용을 낮출 수 있습니다.

설계 및 엔지니어링: 스크랩 방지의 첫 번째 방어선

가장 효과적인 스크랩 감축 노력은 금속을 절단하기 훨씬 이전부터 시작된다. 능동적인 설계 및 엔지니어링 선택은 자재 효율성의 핵심이다. 이 단계에서 가장 중요한 전략 중 두 가지는 고급 부품 네스팅(advanced part nesting)과 지능형 다이 설계(intelligent die design)이다. 부품 네스팅이란 원자재 시트 위에 부품 형상을 배치하여 자재 사용률을 극대화하고 잔여 스크랩을 최소화하는 과정을 의미한다. 최신 컴퓨터 보조 설계(CAD) 소프트웨어를 사용하면 다양한 배치 방식을 시험해볼 수 있으며, 블랭크의 회전이나 큰 부품의 음영 영역 안에 작은 부품을 배치하는 것도 가능하다.

그러나 효과적인 네스팅은 단순한 기하학적 퍼즐 이상이다. 특히 고강도 강판의 경우, 엔지니어는 재료의 입자 방향(grain direction)을 반드시 고려해야 한다. 다음 기사에서 설명한 바와 같이 제작자 , 재료의 입자 방향과 평행하게 부품을 굽히면 균열이 발생할 수 있어, 원래는 양호한 부품도 폐기물로 전락할 수 있다. 이는 재료 특성이 설계 제약 조건을 결정해야 하는 종합적인 접근 방식의 필요성을 강조한다. 고급 기술 중 하나로는 동일한 재료와 두께를 사용하는 부품들을 서로 다른 제품이라 할지라도 단일 연속 다이에 혼합 배치(nesting)하는 방법이 있다. 이렇게 하면 재료를 절약할 수 있을 뿐 아니라 두 번째 프레스 및 작업자의 필요성까지 없앨 수 있어 상당한 비용 절감 효과를 얻을 수 있다.

다이 설계 자체도 낭비를 줄일 수 있는 중요한 기회를 제공한다. 세그먼트 방식의 다이를 사용하면 단일 프레스 스트로크 내에서 여러 공정을 수행할 수 있어 중간 과정에서 발생하는 폐기물을 줄일 수 있다. 또한 한 개의 블랭크에서 여러 부품을 생산하도록 다이를 설계하는 방법—예를 들어 큰 D-링 내부의 재료로 더 작은 링을 스탬핑하는 것—은 그렇지 않으면 폐기될 재료로부터 가치를 창출하는 입증된 방법이다. 맞춤형 다이 제조 분야의 전문 업체와 협력함으로써 Shaoyi (Ningbo) Metal Technology Co., Ltd. , 최첨단 시뮬레이션 접근과 복잡한 프로그레시브 다이를 설계하여 초기 단계부터 재료 사용을 극대화하는 데 전문성을 제공할 수 있습니다.

이러한 원칙들이 일관되게 적용되도록 보장하기 위해 엔지니어는 설계 단계 체크리스트를 활용할 수 있습니다:

• 배치 최적화: CAD 소프트웨어를 사용하여 회전 및 서로 다른 부품 조합을 포함한 모든 배치 가능성들을 탐색했습니까?
• 입자 방향: 모든 필요한 굽힘 작업에 대해 부품의 방향이 재료 곡물 방향과 호환됩니까?
• 재료 선택: 더 높은 강도와 더 가벼운 무게의 재료를 사용하여 동일한 성능을 더 적은 부피로 달성할 수 있습니까?
• 대체 방법: 가공 대신 스탬핑을 통해 재료 낭비와 생산 시간을 줄일 수 있습니까?
• 스크랩 재활용: 이 공정에서 발생하는 스크랩(잔재물)이 2차 공정에서 다른 소형 부품 생산에 적합합니까?

프로세스 최적화 및 리ーン 제조 원칙

설계 단계를 넘어서, 생산 현장은 스크랩 감소를 위한 다음 전선이다. 전체 작업 흐름을 통해 낭비를 체계적으로 식별하고 제거하기 위해서는 리ーン 제조(Lean Manufacturing) 철학을 채택하는 것이 중요하다. 리ーン은 가치에 기여하지 않는 모든 활동을 제거함으로써 가치를 극대화하는 데 중점을 둔다. 이 방법론의 핵심 기술 중 하나는 가치 흐름 맵핑(Value Stream Mapping, VSM)으로, 자재와 정보의 흐름을 시각적으로 도식화하여 병목 구간과 낭비를 발생시키는 단계를 정확히 파악할 수 있다.

가치 흐름이 도출되면 제조업체는 특정 스탬핑 파라미터의 최적화에 집중할 수 있다. 프레스 속도, 온도 및 압력과 같은 요소들은 정밀하게 조정되어야 하며, 잘못된 설정은 재료의 변형, 버어(burr) 또는 균열을 유발할 수 있고, 이 모든 것이 스크랩으로 이어진다. 시범 가동을 수행하고 파라미터 조정 사항을 철저히 기록함으로써 일관되게 고품질 부품을 생산하는 안정적이고 반복 가능한 공정을 구축할 수 있다. 이러한 체계적인 접근 방식은 공장을 문제 발생 후 대응하는 방식에서 예방적이고 지속적인 개선 문화로 전환시킨다.

공정 감사는 낭비의 원인을 파악하는 데 훌륭한 도구이며, 제조업에서는 이를 흔히 '6대 손실'로 분류합니다. 여기에는 설비 고장, 긴 준비 및 조정 시간, 짧은 정지, 속도 저하, 가동 시 결함, 생산 불량품이 포함됩니다. 관리자들은 이러한 각 영역을 체계적으로 조사함으로써 불량품 더미에 기여하고 있는 숨겨진 비효율성을 발견할 수 있습니다. 예를 들어, 공정 감사를 통해 다이 교환 시간이 길어짐에 따라 정상 가동 시작 전에 많은 테스트 부품이 폐기된다는 사실을 확인할 수 있습니다.

스탬핑 라인에서 기본적인 공정 감사를 수행하는 간단한 안내서는 다음과 같습니다:

1. 범위 정의: 분석할 하나의 특정 스탬핑 공정 또는 기계를 선택하세요.
2. 공정 관찰: 원자재 투입부터 완제품 배출까지 전체 공정을 관찰하세요. 운영자의 작업과 기계 사이클을 포함하여 모든 단계를 기록하세요.
3. 데이터를 수집합니다. 설치 시간, 사이클 시간, 가동 중지 발생 횟수 및 불량 부품 수와 같은 주요 지표를 측정하세요. 각 불량의 원인을 기록하세요.
4. 낭비 식별: "여섯 가지 주요 손실"을 기준으로 관찰된 비효율성을 분류하세요. 예를 들어, 장비 정지, 속도 저하 또는 품질 결함이 있는지 확인하세요.
5. 근본 원인 분석: 가장 큰 낭비 원인에 대해 반복적으로 "왜"라고 질문하여 증상이 아닌 근본적인 문제를 파악하세요.
6. 해결책 개발 및 실행: 개선 조치를 도출하고, 영향과 시행 노력에 따라 우선순위를 정한 후 변경 사항을 실행하세요.
7. 측정 및 반복: 실행 후 프로세스를 다시 측정하여 개선 여부를 검증하고, 향후 감사를 위한 새로운 베이스라인을 설정하세요.

기술과 데이터를 활용한 스크랩 감소

최신 기술은 불량품 발생에 대응하는 데서 나아가 이를 능동적으로 예방할 수 있는 강력한 도구를 제공한다. CNC 기계 및 자동 레이저 절단기와 같은 첨단 장비는 인간의 오류와 자재 낭비를 최소화하는 정밀도를 보장한다. 그러나 가장 혁신적인 효과는 실시간 생산 데이터를 활용함으로써 얻어진다. 기계 모니터링 플랫폼은 이러한 데이터 기반 접근 방식의 핵심으로, 센서를 사용해 작업장의 장비에서 직접 정보를 수집하고 분석한다.

이 데이터를 통해 제조업체는 폐기물 발생의 근본 원인을 매우 정확하게 파악할 수 있습니다. 추측에 의존하는 대신, 품질 관리자는 파레토 차트와 같은 도구를 사용하여 부품 불합격의 가장 빈번한 원인을 시각화하고, 개선 노력을 가장 큰 효과를 낼 수 있는 부분에 집중할 수 있습니다. 예를 들어, 데이터를 통해 특정 다이가 교대 종료 무렵에 지속적으로 사양 범위를 벗어난 부품을 생산한다는 사실을 확인할 수 있으며, 이는 공구 마모 또는 장시간 사용 후 재교정이 필요함을 시사할 수 있습니다.

폐기물 감소를 위한 가장 중요한 기술 발전 중 하나는 예방 정비에서 예지 정비로의 전환입니다. 진동, 온도, 윤활 상태와 같은 변수를 모니터링하는 상태 모니터링 센서를 활용함으로써 제조업체는 고장이 발생하기 *이전*에 임박한 공구 고장을 나타내는 이상 현상을 감지할 수 있습니다. 이를 통해 정비 팀은 정확한 시점에 개입하여 폐기물을 대량으로 발생시킬 수 있는 치명적인 고장을 미리 방지할 수 있습니다. 한 사례 연구에서 밝힌 바에 따르면, MachineMetrics 모니터링을 도입해 공구 마모로 인한 폐기물을 제거한 덕분에 회사는 기계당 72,000달러를 절약했습니다.

다음은 전통적 정비 전략과 현대적 정비 전략의 비교입니다:

이 기술을 효과적으로 활용하기 위해 운영팀은 스크랩률, 초회 합격률, 설비 종합 효율성(OEE), 기계 가동 중단 시간과 같은 주요 성과 지표(KPI)를 모니터링해야 합니다. 이러한 지표들을 추적하면 성과와 개선 조치의 영향을 명확하고 객관적으로 파악할 수 있습니다.

인적 요소: 교육, 유지보수 및 품질 관리

기술과 설계는 강력하지만, 숙련된 인력과 철저한 절차가 뒷받침될 때만 효과를 발휘한다. 인간 요소는 성공적인 스크랩 감소 프로그램의 핵심 요소이다. 이는 엄격하고 지속적인 직원 교육에서부터 시작된다. 스탬핑 공정과 사용하는 소재, 그리고 자신의 행동이 미치는 영향을 이해하고 있는 작업자일수록 품질 좋은 부품을 생산할 가능성이 훨씬 높으며 문제 발생 전에 잠재적 이슈를 조기에 발견할 수 있다.

명확한 소통과 문서화는 동등하게 중요합니다. 설계 변경 사항이나 새로운 작업 지시사항이 효과적으로 전달되지 않으면 운영자의 오류 위험이 크게 증가합니다. 절차, 사양 및 BOM에 대한 표준화되고 쉽게 접근 가능한 디지털 문서를 구축함으로써 모든 구성원이 최신 정보를 기반으로 작업할 수 있도록 해야 합니다. 직원들이 개선 방안을 제안하도록 장려하는 자원 절약 문화를 조성하면 낭비를 크게 줄이는 데도 기여할 수 있습니다. 한 시설은 직원 참여 프로그램을 시작한 후 자재 낭비를 15% 감소시켰습니다.

정기적인 다이 유지보수는 품질 관리에서 절대적으로 필수적인 요소입니다. 시간이 지남에 따라 다이는 마모되어 정밀도가 떨어지고 스크랩 발생 가능성이 높아집니다. 체계적인 유지보수 일정을 통해 다이의 성능 저하 이전에 점검, 청소, 수리 또는 교체를 수행할 수 있습니다. 이와 같은 능동적 접근은 마모된 다이로 인해 발생하는 스크랩뿐 아니라 스탬핑 프레스 자체에 잠재적으로 손상이 생기는 상황을 처리하는 것보다 훨씬 비용 효율적입니다.

마지막으로 포괄적인 스크랩 관리 프로그램에는 후처리 과정이 포함되어야 합니다. 스크랩을 분리하고 수집하며 재활용하는 시스템을 구축함으로써 소재가 최대한의 가치를 유지할 수 있습니다. 일부 작업에서는 더 큰 부품의 스크랩을 활용해 '오팔 다이(offal dies)'를 사용하여 더 작은 부품을 생산함으로써 폐기물을 새로운 수익원으로 전환할 수도 있습니다.

포괄적인 스크랩 감소 프로그램을 위한 실행 가능한 체크리스트에는 다음이 포함되어야 합니다.

• 교육 프로그램: 모든 운영자에 대해 기계 조작, 품질 기준 및 스크랩 식별에 대한 정기적인 교육을 실시하십시오.
• 정비 일정: 모든 다이 및 기계에 대해 철저한 예방 및 예지 정비 일정을 수립하고 준수하십시오.
• 통신 프로토콜: 모든 교대 근무조 간에 설계 변경, 작업 지시사항 및 품질 경보를 명확하게 전달하는 절차를 마련하십시오.
• 문서화 시스템: 모든 핵심 생산 문서의 체계적이고 접근 가능하며 최신 상태의 디지털 라이브러리를 유지하십시오.
• 직원 피드백 루프: 직원들이 문제를 보고하고 공정 개선을 제안할 수 있는 공식적인 시스템을 구축하십시오.
• 스크랩 관리: 스크랩 자재를 분류하고, 재활용하며, 가능한 경우 재사용하기 위한 명확한 절차를 도입하십시오.

자주 묻는 질문

1. 제조 과정에서 스크랩 발생률을 어떻게 줄일 수 있을까요?

스크랩률을 줄이기 위해서는 다각적인 접근이 필요합니다. 재료 사용을 극대화하기 위해 배치 최적화 소프트웨어를 활용한 설계 최적화부터 시작하세요. 가치 흐름 맵핑(Value Stream Mapping)과 같은 리ーン 제조(Lean Manufacturing) 원칙을 도입하여 공정 낭비를 식별하고 제거하세요. 기계 모니터링과 같은 기술을 활용해 실시간 데이터를 확보함으로써 예지 정비를 가능하게 하고 결함을 방지하세요. 마지막으로, 일관성과 품질을 보장하기 위해 정기적인 직원 교육과 체계적인 다이 금형 유지보수에 투자하세요.

2. 스크랩 금속을 줄이기 위한 가장 효과적인 첫 번째 단계는 무엇인가요?

가장 효과적인 첫 번째 단계는 설계 및 엔지니어링 단계에 집중하는 것입니다. 이 단계에서 스크랩이 발생하기 전에 예방할 수 있는 가장 큰 영향력을 행사할 수 있습니다. 원자재 시트 위의 부품 배치(nesting)를 최적화하고 지능적이며 효율적인 다이를 설계함으로써 처음부터 공정 내 폐기물을 설계 차원에서 제거할 수 있습니다. 이러한 능동적인 접근은 생산 현장에서의 반응적 조치보다 훨씬 더 큰 성과를 가져옵니다.

3. 프레스 성형 공정에서 발생하는 스크랩을 재사용할 수 있나요?

네, 물론입니다. 단순한 재활용을 넘어서, 스크랩(또는 '부산물')은 종종 다른 용도로 재활용될 수 있습니다. 많은 프레스 가공 업체들은 큰 부품의 잔여 재료로부터 소형 부품을 생산하기 위해 보조적인 '부산물 다이(offal dies)'를 사용합니다. 또한 때때로 스크랩들을 이어 붙이거나 결합하여 연속 스트립 형태로 만들고, 이를 또 다른 프로그레시브 다이에 공급함으로써 버려졌을 재료의 활용도를 극대화하기도 합니다.