타이트해진 마진과 글로벌 경쟁의 심화. OEM들은 최종 비즈니스 목표 달성에서 프로세스 개선 영향을 최대화하려 하고 있다. 아우디의 최신 A3의 차체는 첨단 장비와 혁신적 기술을 도입한 매우 고효율, 친환경적인 새 공장에서 제작된다. 효율과 지속가능성이 N60 생산 프로세스의 핵심이다.

효율적 레이아웃

잉골슈타트 북동부 산업단지 내 아우디의 한 빌딩. 최소의 자원을 활용하는 효율적인 이 공장에는 약 800명의 종업원과 로봇이 조업 중이다. 전 세계에 위치한 모든 아우디의 생산 제품, 설비 모두에 해당하는 것이지만 이곳의 최우선 목표 역시 최고의 품질을 이뤄내는 것이다. 
최고의 품질이라는 최종 목표 달성을 위해 에너지/설비기술 부문 롤란트 퓌홀저(Roland F웦holzer) 수석과 차체 제조 부문의 라이너 바이스(Rainer Weiss) 프로젝트 매니저는 특별한 차체의 신형 A3 모델을 위한 새로운 제조 설비를 구축했다. 공장과 새로운 생산설비 모두에 첨단기술, 높은 에너지 효율성을 적용했고, 이를 통해 신차의 경쟁력 향상에도 크게 기여했다.
가장 눈에 띄는 변화는 N60 최신 홀이다.  219×134 m 홀은 그 자체로 5만 ㎡ 정도의 면적에 대한 생산설비를 수용한다. 30 m 이상인 홀 높이는 두 개의 생산 단계로 나뉘고, 각각의 단계는 다시 3가지의 수직 존으로 구분된다. 설비가 미치는 범위는 두 단계 모두에서 위로는 8m, 컨베이어를 따라서는 거의 4 m에 이른다. 최상층 부는 전기, 가스, 미디어와 통풍을 위한 덕팅(ducting) 등에 대한 서플라이 브리지가 있다. 
빌딩 북쪽에는 4,300 ㎡ 규모의 물류 부속건물(logistics annex)이 위치한다. 이곳은 물류설비(handling)와 버퍼(buffer) 모두의 역할을 수행한다. 차체 제조에 요구되는 부품들은  이곳으로부터 전개된다. 이때 전용의 ‘이송 차량(building vehicle)’이 생산 홀로 진행되는 운반 작업을 무배출(zero local emission) 상태를 유지하며 인계받는다. 라이너 바이스 매니저는 “우리는 개별 부품들을 가능한 최단거리에서 공급받을 수 있도록 하기 위한 홀 레이아웃을 했다. 이를 통해 운반거리, 에너지, 시간을 절약했다”고 말했다.

에너지 절약을 위한 방안

홀 양편에는 두 개의 멀티 레벨 빌딩이 놓인다. 내부는 사무실, 종업원들의 휴게실, 기술 분야의 다양한 룸들로 구성된다. 효율적 물류란 원칙이 적용된 빌딩에서 종업원들은 단지 몇 걸음 만에 공장에 들어가고 탈의실을 거쳐 재빠르게 작업장에 도달할 수 있다. 작업장의 통풍은 밤중에 자동으로 이뤄진다. 낮에는 에너지 보존을 위해 창이 닫힌다.



북측면의 2,000 ㎡ 이상의 면적을 차지하는 유리창은 실내에 충분한 일광을 제공한다. 물론 대형 창이 적용됐음에도 불구하고 여전히 3,000여개의 조명과 전기 에너지가 요구된다. 대신 퓌홀저 수석은 이와 관련된 전력 소모에 명확한 한계치를 설정해 조치했다. 당연하게도 높은 광밀도를 지니는 효율적인 형광 램프를 적용했고, 이와 함께 조명 센서와 자동 조명 시스템을 도입했다. 이를 통해 종업원이 깜빡 잊고 조명을 끄지 않거나 잠시 작업자가 자리를 비울 때 센서가 움직임을 감지해 자동으로 조명이 꺼지도록 했다. 안전과 홀 접근에 대한 조명은 LED를 적용했다. 
바이스 매니저와 퓌홀저 수석은 N60 홀의 지붕에 첨단 태양광발전 시스템을 적용했다. 전체 면적이 7,500 ㎡에 이르는 태양광 모듈은 태양광을 전기 에너지로 전환시킨다. 이에 따라 태양광 발전 시스템만으로 매년 46만 kWh의 전기를 생산하고 이를 거의 손실 없이 홀에 이용하고 있다. 이는 대략 매년 140가구에 대한 전기 에너지를 공급하는 것과 비교된다. 245톤의 CO2 배출을 저감하는 셈이다.
잠재적 에너지 저감 능력에 대한 지속적 연구는 특히 차체 제작 프로세스에서 큰 보탬이 되고 있다. 이는 차체 제작 과정이 전체 공정 에너지 소모의 약 14%를 차지하기 때문이다. 차제 공장의 에너지 소모는 38%가 컴포넌트와 설비, 28%는 난방, 27%는 통풍, 7%는 조명이 차지한다.

로봇의 또 다른 효과

에너지 효율과 CO2 배출 저감을 위해 아우디는 전체론적 접근방식을 취하고 있다. 모든 종업원은 개인의 작업 환경에 대한 아이디어 개발이란 임무를 부여받는다. 사내 교육기관인 아우디 아카데미(Audi Akademie)는 뮌헨기술대학 공작기계 및 관리연구소의 일부인 “제조에서의 에너지 생산성(Energy Productivity in Manufacturing)”이란 교육 프로그램을 제공한다. 이를 통해 종업원은 소비 분석 및 최적화 방법을 통해 그들 스스로가 얼마나 환경적 피해 저감에 기여할 수 있는지에 대해 깨닫고 아이디어를 창출하고 실천할 수 있게 된다.
종업원들은 최신 아우디 A3의 작업장에서 에너지 저감에 대한 그들의 노하우를 직접 적용하고 있다. 예를 들어 각각의 모든 차량 셀(cell)에는 에너지 소모량에 대한 읽기 쉬운 개방된 디스플레이가 장착돼 있다. 디스플레이에 표시되는 것은 장비의 특정 부문에 대한 현재의 에너지 소모와 압축 공기 소모량이다. 이렇게 해서 모든 종업원은 변화를 알아챌 수 있고 필요하다면 에너지 손실에 대한 즉각적인 대응을 할 수 있다.
바이스 매니저는 “시스템 컴포넌트의 선택에서 우리는 설비의 라이프사이클까지의 에너지 소모를 감안했다. 또 로봇과 관련된 전기 에너지 소모와 중량, 사이즈, 속도, 부하에 의한 영향력을 이해하고 관련된 개선 방안을 찾기 위해 대규모 연구도 실시했다”고 말했다.
로봇에 의한 “질량 감소”의 전개는 매우 중요한 역할을 한다. 이는 차제 제작 현장의 혁신뿐만 아니라 현대적 경량 디자인 기술을 적용한 최신 아우디 모델의 탄생에도 관여된다. 즉 새 루프 프레임이 강철에 비해 70% 가벼운 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP)을 이용함에 따라 차량 루프의 고정은 획기적으로 빨라졌고 전기 에너지를 덜 소모하게 됐다.
이같은 규모에서 차체 제작을 위한 생산설비는 주말 동안 대기전력으로만 연간 약 1,300 MWh를 소비한다. 아무리 효율적인 설비라고 하더라도 때때로 휴식이 필요하다. 그러나 대기상태에 있거나 완전히 꺼져서도 안 된다. 때문에 아우디는 인텔리전트 스위치오프 컨셉을 적용해 전력 공급이 단지 SPS 제어와 몇몇 컴퓨터에 의해서 유지되도록 했고, 이에 따라 종전의 대기전력 수준을 80%까지 낮출 수 있게 됐다. 기술진은 이 인텔리전스 스위치오프 컨셉의 적용을 모든 PC, 오퍼레이션 콘솔, 모니터, 중앙 설비 모니터링 시스템으로 확대했다. 주말의 전력 소모량은 더욱 줄어들었다.
물론 컨트롤 캐비닛(control cabinet)과 같은 예외적 부문도 있다. 이는 안전의 이유로 완전히 스위치오프 돼서는 안 된다. 바이스 매니저는 “우리는 특정 제어 컴포넌트들을 설비에 바로 직결되도록 컨트롤 캐비닛 밖으로 이전하거나 몇몇 기능을 모듈 유닛 내에 결합 중”이라고 말했다.  

요소기술의 활용

용접 건(gun)은 견고하고 정밀한 차제 생산의 핵심 툴이다. 이는 종전까지 비용과 에너지 집약적인 압축 공기 네트워크를 필요로 하는 공압 방식으로 작동했다. 그러나 바이스 매니저는 전기 모터로 작동되는 최신식 용접 건을 차체 제작 홀에 적용시켰다. 이 건은 공압식보다 더 빠르면서 유지관리에 대한 노력이 덜 드는 장점을 지닌다. 또 소음도 절반 수준으로  작업 환경을 향상시킨다. 
혁신적 용접 장비는 아우디 기술진의 다양한 노하우의 일부일 뿐이다. 빌딩 및 설비 기술은 서로를 매우 효율적으로 보완한다. 퓌홀저 수석은 “용접 설비의 쿨링을 위해 우리는 용수의 일부를 도시의 폐수관을 직접 작업장으로 끌어와 대체하고 있다”고 말했다. 
용수는 열교환으로 12도에서 17도로 데워지고 나면 메인 관과 공장 내 다른 부문으로 보내진다. 이같은 아이디어의 실행으로 설비가 요구하는 냉각력의 1/4, 매년 760톤의 CO2 배출을 줄일 수 있게 됐다. 760톤이면 아우디 A4 2.0 TDI로 560만 km 이상을 주행할 수 있는 수준이다.   
레이저는 현대적 차체 생산, 자재 공정에서 필수 요소다. 정밀 용접, 땜납, 커팅 또는 커링(curing)에서 에너지와 비용은 더 이상 문제가 되지 않는다. 다만 높은 전기 에너지의 소비가 문제다. 이런 이유로 아우디의 전문가들은 전통적인 고체 레이저를 강력하고 보다 효율적인 콤팩트한 디스크와 다이오드 레이저로 대체했다.
최신 A3 차체 용접에는 최신 레이저와 용접 기술이 조화된 원격 레이저 용접 기술이 활용된다. 차량 도어를 만드는 데 레이저 빔은 피벗 광학기술의 로봇 스캐너를 이용해 안내된다. 하나의 이음새에서 다음으로의 점프가 매우 빠르게 이뤄진다. 각각 길이 25 mm의 50개 이음새를 26초 만에 끝낸다.

에너지의 재활용

각 작업물의 복잡한 회전과 위치는 과거의 일이다. 디스크 레이저는 근접하기 힘들거나 서로 다른 원자재로 된 차체 부문을 다루는데 아무런 문제가 없다. 용접된 이음새는 매우 얇고 정밀해 브랜드의 높은 퀄리티 기준을 지속적으로 향상시킨다. 
종업원들에 대한 편안한 작업 환경의 마련에는 신선한 공기의 공급도 중요하다. 차체 제작장에서만 매 시간 공기가 완전히 교환되려면 160만 입방미터의 공기가 요구된다. 퓌홀저 수석은 “최신의 통풍 센터는 모든 공기의 흐름을 에너지 보존에 입각해 제어하며, 심지어 일부의 에너지를 회수하기도 한다”고 말했다.
선회 공기식(rotating air-to-air) 열교환통풍은 홀 통풍에 있어 매우 에너지 효율적인 솔루션이다. 폐열은 열교환기를 통해 보내진다. 4 m 지름의 벌집모양의 채널은 공간의 절반에 축출된 에너지를 저장하고, 외부의 찬 공기는 다른 절반에 흐른다. 분당 2번의 회전속도로 회전하기 때문에 열은 하나의 에어스트림에서 다른 에어스트림으로 전송돼 차가운 외부 공기가 데워진다. 16개 통풍 장치 내 열교환기는 총 207톤의 CO2 배출량을 줄인다.
겔화 오븐으로부터의 폐열 또한 유사한 방식으로 이용돼 물류지역 통풍 시스템에 공급되는 공기와 용수를 데운다.
에너지 회수는 차체의 운반 중에도 이뤄진다. 자원은 랙 컨베이어 차량이 제동하는 동안 에너지를 회수하고 이를 운행과 리프트에 재사용한다. 회수량이 초과되면 전기 그리드로 보낸다. 이를 통해 거의 46톤의 CO2 배출과 총 8만 6,000 kWh의 전력 사용을 줄인다. 이는 연간 25가구가 사용하는 양과 비교된다.  
2013년형 아우디 A3의 혁신은 예를 들어 폭스바겐 그룹의 MQB 아키텍처 플랫폼 등을 최초 적용한데에만 있지 않다. A3는 제작 프로세스에서부터 혁신을 통해 모델 경쟁력 향상을 꾀하고 있다.

AEM_Automotive Electronics Magazine