고속 계측 솔루션으로 항공우주 제조 공정의 병목 현상 제거

생산 속도를 저해하는 검사 사이클 시간 문제에 직면한 Hanwha Aerospace USA는 5축 스캐닝 기술을 도입하여 며칠씩 걸리던 검사 시간을 단 몇 시간으로 단축하고, 품질 데이터를 제조 셀에 직접 통합하는 데 성공했습니다.

항공우주 엔진 설계가 점점 더 엄격한 공차와 복잡한 형상을 요구함에 따라, 검사는 제조 생산성을 제한하는 가장 큰 요인 중 하나로 떠올랐습니다. 특히 일체형 블레이드 로터(IBR), 블레이드 디스크(Blisk), 샤프트, 스플라인 및 브로칭 디스크 제조업체의 경우, 프로그램 규모가 커질수록 기존의 검사 방식으로는 생산 속도를 따라잡기가 어렵습니다.

Hanwha Aerospace USA의 코네티컷주 뉴잉턴 시설 역시 이러한 문제를 직접 경험했습니다. 이 회사는 오랜 세월 동안 주요 항공기 엔진 제조업체에 고정밀 회전 부품을 공급해 왔습니다. IBR, 블리스크 및 디스크 제조 분야에서 풍부한 경험을 보유한 Hanwha는 다축 밀링, 선삭, 연삭, 브로칭, 스플라인 및 기어 셰이핑, 비파괴 검사, 특수 표면 처리 등 다양한 첨단 공정을 운영하고 있습니다.

그러나 새로운 엔진 작업이 본격적으로 진행되면서 검사 사이클 시간이 생산 확장성의 발목을 잡는 병목 요인으로 부상하기 시작했습니다.

과제

고속 스캐닝 기술을 도입하기 전에는 복잡한 에어포일 형상 검사를 기존의 CMM 방식과 레거시 소프트웨어에 의존해 수행해야 했습니다. 에어포일 측정에만 부품당 최대 27시간이 소요되었으며, 별도의 기계에서 플랫폼과 블레이드 팁을 검사하는 데 시간이 추가로 더 소요되었습니다.

예상 생산량을 고려했을 때, 고객이 요구하는 납기 속도를 맞추려면 검사 역량을 대폭 확장해야만 했는데, 이는 현실적으로 실행하기 어려운 수준이었습니다.

Hanwha Aerospace USA의 자본 기획 담당자인 Jared Rossignol은 “고객사가 요구하는 속도를 충족하면서 효율성도 높일 수 있는 방법을 찾고 있었다”고 말했습니다. “기존 검사 시간을 기준으로 계산해 보니 생산 속도를 따라잡는 데만 거의 10대에 가까운 CMM이 필요한 상황이었습니다.” 라고 설명했습니다.

검사 공정의 문제는 단순히 사이클 시간에만 국한되지 않았습니다. 검사가 끝난 후 피드백을 기다리는 동안 부품이 장시간 방치되는 경우가 많았고, 오프라인으로 수행된 표면 조도 측정은 반복도가 떨어졌습니다. 또한 CMM 상태를 실시간으로 파악할 수 있는 가시성이 제한적이어서 생산 계획을 수립하기가 더욱 어려웠습니다.

솔루션

전환점은 Hanwha가 OEM 고객사인 Pratt & Whitney의 추천을 받아 Renishaw의 REVO® 5축 스캐닝 시스템을 검토하면서 시작되었습니다.

기존의 3축 CMM 검사와 달리, REVO 시스템은 CMM 구조물과 독립적으로 움직이는 서보 구동식 프로브 헤드를 사용합니다. 이 구조 덕분에 시스템은 에어포일이나 블리스크 프로파일 같은 복잡한 자유 형태 표면을 따라 이동하면서도, 훨씬 빠른 속도에서 일정한 스캐닝 속도와 최적의 프로브 방향을 유지할 수 있습니다.

Hanwha 뉴잉턴 공장은 RSP2, RSP3-3 그리고 SFP2 표면 조도 프로브를 포함한 여러 REVO 센서 옵션을 도입하여, 단일 플랫폼에서 형상, 프로파일, 표면 조도 측정을 모두 수행할 수 있도록 했습니다. 또한 이 시스템은 최적화된 스캐닝 경로와 더 풍부한 데이터 수집을 지원하는 Renishaw의 MODUS™ 계측 소프트웨어가 적용되어 있습니다.

결과

솔루션 도입 효과는 즉각적인 수치로 증명되었습니다. REVO 시스템을 처음 도입했을 때 검사 사이클 시간이 기존 10시간 이상에서 약 6시간으로 단축되었습니다. 이후 MODUS 소프트웨어를 통한 최적화로, 표면 조도 검사를 포함한 전체 검사 시간도 부품 복잡도에 따라 4시간 미만으로 감소했습니다.

속도 못지않게 데이터의 품질도 향상되었습니다. 고속 스캐닝을 통해 더욱 일관된 결과를 얻을 수 있었고, 이를 바탕으로 공정을 더 엄격하게 관리하고 검사 결과에 대한 신뢰도도 높일 수 있었습니다.

REVO 시스템으로의 전환은 검사 속도를 향상시킨 것에 그치지 않고, 검사 공정이 전체 생산 작업에 융합되는 방식 자체를 변화시켰습니다. Hanwha는 전용 검사실에 계측 장비를 격리해 두는 대신, 가공 센터 바로 옆에 REVO 시스템을 배치했습니다.

또한 작업자들이 제조 셀 운영의 일환으로 검사를 수행하도록 교육을 받았으며, 그 결과 더욱 통합된 정보 흐름을 구축했습니다. 현장의 가시성과 대응력을 한층 더 높이기 위해, Hanwha는 CMM, 공작기계, 측정 시스템을 포함한 생산 현장의 공정 및 계측 데이터를 수집·시각화하는 제조 데이터 플랫폼 Renishaw Central에 검사 시스템을 연결했습니다.

Renishaw의 제품 관리자인 Brandon Golab은 “Renishaw Central은 생산 현장 전반의 공정 및 측정 데이터를 통합하여, 제조업체가 운영 상황을 실시간으로 정확하게 파악할 수 있도록 지원합니다.” 라고 설명했습니다. 그는 이어 “이러한 가시성은 팀원들이 잠재적인 문제를 더 빨리 파악하고, 가동 중단 시간을 줄이며, 궁극적으로 더욱 체계적이고 생산적인 제조 공정을 구축하는 데 도움이 됩니다.”라고 덧붙였습니다.

Rossignol은 “프로그램 오류 건수와 대응 시간이 눈에 띄게 감소했다”라고 말했습니다. "프로그래머들은 즉시 알림을 받기 때문에 작업자가 기계 중단 사실을 인지하기도 전에 먼저 조치를 취하는 경우가 많습니다."라고 설명했습니다. 가치 흐름(Value stream) 관리자들의 경우, 실시간 모니터링이 제공하는 가시성을 통해 유휴 시간을 줄이고 검사 장비의 전반적인 가동률을 높일 수 있습니다.

현재 Hanwha Aerospace USA는 뉴잉턴 시설에 5대의 REVO 시스템을 운영하고 있으며, 코네티컷주 체셔 공장에도 다른 부품군 생산을 지원하기 위한 추가 REVO 장비를 도입해 운영하고 있습니다.

여러 검사 단계를 단 한 번의 셋업으로 통합하고 기존 대비 훨씬 짧은 시간 내에 검사를 완료할 수 있게 되면서, 추가적인 공간 확장이나 인력 증원 없이도 생산량 증가에 맞춰 검사 역량을 확장할 수 있게 되었습니다.

Rossignol은 “이 기술 덕분에 많은 시간을 절약하고 전반적인 부품 생산성을 향상시킬 수 있었다”, “저희가 검사에 접근하는 방식 자체가 근본적으로 바뀌었다”고 덧붙였습니다.”