일본 제조업에서는 오랫동안 대규모 완성품 기업을 정점으로 안정적·고정적인 수발주 관계가 성립되어 있었다. 이러한 ‘풀세트형 산업 구조’ 중에서 중소기업의 대부분은 고도의 기술을 갖는 서플라이어 기업으로서 최종 제품에 연결되는 부품≒중간재의 공급을 담당하는 존재로서 자리매김해 온 것이다(이하, 중소기업이라고 한다).
현재 중소기업의 대부분은 ‘자동차 기업을 시작으로 하는 일본 고객기업의 해외 전개’, ‘일본 대규모 기업의 상대적인 국제 지위 저하’, ‘중국, 한국, 대만, 태국 등 아시아 국가·지역의 기반산업 발전’이라는 경영 환경의 변화에 직면해 있다. 그러나 이러한 변화에 유연하게 대응하면서 사업 계속·발전에 성공한 기업은 많이 존재한다. 왜 해당 기업은 사업을 계속시키는 것이 가능했을까. 여기서는 ‘계측·해석 기술의 도입’에 초점을 맞춰 이 물음에 답해 간다.

‌중소기업에서 계측·해석 기술의 의미

일본 중소기업의 성형·가공 기술은 세계적으로 높이 평가를 받고 있다. 일찍이 그 기술력의 핵심은 숙련·숙달이나 경험, 감, 기능 등의 암묵지에 있다고 여겨졌다. 그러나 시대가 지남에 따라 중소기업의 제조현장에는 NC 공작기계나 CAD/CAM/CAE 등 다양한 설비·기술이 도입되어 간다. 바꿔 말하면, 기술에 부대하는 암묵지를 여러 가지 방법으로 공학 기술로 변환시켜 온 것이다. 이러한 ‘암묵지의 공학화’의 핵심이 되는 것은 ‘특정의 문제 의식을 기반으로 가설을 세워 재현성 있는 실험을 실시하고, 그 결과를 계측한다’라는 사고일 것이다.
예를 들면, 금형 부품 기업 A사는 초경재에서 0.1μm의 진원 핀을 만들 수 있다. 이러한 성형·가공 기술은 어떻게 획득된 것일까. A사에서는 절삭공구의 소재에 대한 접촉면까지 생각한 후에, 성형·가공 조건을 하나하나 설정하면서 실제 가공을 실시하고 있다. 그리고 그 성과를 항상 계측하면서 이상으로 하는 성형으로 이어지는 최적의 가공 방법·조건을 찾아낸다. 조건과 성과의 사이에 있는 ‘인과 관계’를 특정함으로써 설비기계나 소재, 공구, 온도에 관해서 어떤 조건이 필요한지 도출할 수 있다. 또한 언제나 동일한 성과를 얻을 수 있는 ‘재현성’이 확립되는 것이다. 그리고 이러한 일련의 프로세스에 가장 필요시되는 것이 ‘계측·해석’에 관한 높은 지식이나 설비인 것이다.
금속 프레스 가공에서는 원래의 설계 도면대로 부품을 성형할 수 없는 경우가 많이 있다. 유명한 일본 프레스 기업 B사는 그것을 금형의 불량 때문에 설계 정보가 희미해져 소재로 전사되어 버렸다고 파악한다. 더구나 ‘정보가 희미해지는 현상을 「왜」로 파악하고, 고정도의 「계측」 기기를 이용하면서 이론적으로 「해석」한다’는 것에 힘썼다. 이렇게 하여 얻어진 지견을 금형 제조나 프레스 가공에 피드백함으로써 프레스 공정이나 프레스기계도 고려한 보다 고부가가치의 금형 제조를 실현하고 있다.
이상을 근거로 하여 이 글에서는 중소기업이 어떻게 계측·해석 기술을 도입했는지, 그 결과 무엇이 생겼는지 주목하고 싶다. 중소기업이 고객에게 제공하는 것은 부품을 성형·가공하는 서비스이다. 그러나 서비스에는 당연히 무형성이 따른다. 따라서 계측·해석 기술에 의한 기술의 데이터화≒가시화는 신규 고객 획득이나 신시장 참여로 이어진다. 최근 부품 구조의 복잡화·고정도화가 급격하게 진전되고 있는 것, 대규모 기업에서 생산 기술에 관한 깊은 축적이 계속 소실되는 것도 이 경향에 박차를 가하고 있다.
또한 대학이나 공적 연구기관은 ‘인과 관계의 특정’과 ‘재현성의 확립’에 의해 특징지어지는 학구적인 방법을 특기로 한다. 그렇기 때문에 중소기업 계측·해석 기술의 도입에 관해 대학 및 공공 연구기관이 수행하는 역할에 착목할 필요도 있을 것이다. 이하에 필자가 설문조사를 실시한 기업 6사의 사례를 소개한다.

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계측·해석 기술의 도입 프로세스와 경영 성과

사례 1 : 도금기업 A사
도금기업 A사(종업원 85명)에서는 리먼 쇼크 이후, 기존 도금 사업의 매상이 감소했기 때문에 다음 사업의 기둥으로서 ‘다이아몬드 특수 전착 기술’을 전개하고 있다. 원래 A사에는 ‘전착이 도대체 어떤 것인가’라는 지식이 없었다. 그러나 현의 공업기술센터에서 기술을 이전하여 형광 X선 미소부 막후계나 형광 X선 분석장치, 도립형 금속현미경 등의 설비를 도입·활용, 도금 계측에 힘썼다. 그리고 ‘보다 얇은 피막에서 보다 강고하게 전착시키기 위해서는 어떻게 다이아몬드의 밀착 강도를 높일까’, ‘다이아몬드의 표면에 습윤성을 어떻게 향상시킬까’ 등의 과제를 추출하여 미세한 계측을 하는 중에 ‘전착한 도금막이 2장이 되어 벗겨져 있다’는 것에 주의가 미친다. 이것이 계기가 되어 다이아몬드 특수 전착 기술이 개발됐다.
A사에서는 해당 프로세스를 반복하여 ‘지금까지 축적해 온 도금의 기능·노하우와 「과학」이 결합되어 깨닫게 되었다’, ‘보이지 않는 것이 보이게 되었다’ 등으로 표현하고 있다. 현재, 해당 기술의 매출은 전체의 10%를 차지하며, 의료기기 등 새로운 분야의 용도 개발을 지향하면서 더욱 확대되는 중이다.

사례 2 : 판금·레이저 가공 B사
B사(종업원 17명)는 판금가공과 레이저 가공에 의해 대규모 자동차기업이나 전기기업, 중공기업에 시제작 부품이나 오더 메이드 부품, 양산 부품을 공급하고 있다. 다양한 대학·공적 연구기관과 공동 개발을 실시하고 있는데, 그 중 하나로서 레이저로 소재 표면에 산화피막을 발생시켜 발색시키는 기술을 개발했다. 여기서는 제휴처 대학의 학생에 의한 발색 데이터의 해석 결과를 활용함으로써 보다 고속의 발색과 보다 장기간의 색 부착을 실현하고 있다. 이 발색 기술은 메스나 겸자 등의 의료기기를 시작으로 다양한 수주로 이어지고 있다.
현재는 레이저 가공기에 오더 메이드의 계측기를 부대시키거나, 판금가공의 성형 성과에 관해서 계측현미경에 미크론 단위의 해석도 실시하거나 하고 있다(그림 1). B사에서는 수년 전에 대기업 출신 인재를 고용하여 연구개발 부문을 설립한 점도 부가적으로 설명했다.

▲그림 1. B사의 레이저 가공에 관한 연구 개발 부문. 계측기기도 늘어서 있다
[출처 : 山本(2013)에서 발췌. 이하 동일]

사례 3 : 프레스 금형/프레스 가공 C사
C사(종업원 55명)은 프레스 정밀 금형의 설계·제작 및 프레스 정밀 부품을 취급하고 있다. 이 회사는 주요 고객이 해외 생산 전개를 추진하는 가운데, ‘중소기업에도 최첨단 설비·제조를 도입할 필요가 있다’고 강하게 주장하고 있다. 중소기업청의 ‘전략적기반기술 고도화지원사업’에 채택되어, 지역 국립대학이나 현공업기술센터와의 연계를 전개해 간다. 그 일환으로서 대규모 기업의 OB 기술자를 간부로 맞이했다. 이들의 시책에서 프레스 성형에 의해 소재 표면에 생긴 초미세 요철 형상을 손상시키지 않고 전기 도금막을 성형하는 등을 가능하게 하고 있었다. 이 배경에는 OB 기술자가 도금이나 계측·해석의 지식·노하우를 반입한 것이 있다. C사는 프레스 공정에서 ‘내압 시험’이나 소프트웨어에 의한 ‘유동해석’ 등의 계측·해석의 노하우도 획득하면서 3차원 계측기나 화상계측기, 미소 경도시험기 등 계측기기도 차례로 도입해 간다(그림 2).

▲그림 2. C사는 계측·해석 부문을 급속하게 확충했다

품질보증부도 급격한 확충이 이루어졌다. 레이저 현미경이나 X선 검사, 초음파 계측에 의해 품질을 보증하고 불량이 발견된 경우, 신속하게 설계 부문이나 제조 부문에 계측·해석 결과를 피드백하게 됐다. 또한 자사 기술을 데이터화·가시화하여 기술 제안을 함으로써 신규 고객으로부터 수주 획득도 진행시키고 있다.

사례 4 : 프레스 금형/프레스 가공 D사
D사(종업원 43명)는 정밀기기 부품이나 자동차 부품, 전자기기 부품의 금형 설계·제작과 프레스 가공 전문 기업이다. 대기업과 여러 가지 공동 개발을 실시, 차세대 엔진 부품의 금형도 개발하고 있다. D사는 지역 국립대학 공학부의 석사·박사 과정을 수료한 인재를 적극적으로 채용하고 있는데, 이것은 현 사장이 ‘직원의 감이나 경험에 의존한 기술이라고 해도 이론적인 뒷받침 없이는 재현성이 없어져 버린다’고 생각하고 있기 때문이다.
예를 들면, 한 인재는 마모·마찰 연구로 박사학위를 취득했다. 거기서의 지식을 활용하여 프레스 가공 현장에서 ‘오일의 질·양에 의해 금형의 파손 정도가 변화한다≒금형의 수명이 좌우된다’, ‘오일은 어느 정도의 양이 최적인가/한 방울의 오일이 어느 정도 변화를 주는가’ 등을 계측·해석하여 보다 효율적인 제조업에 반영시키고 있다 (그림 3).

▲그림 3. D사에는 미국제 고정도 측정기기가 늘어서 있다

사례 5 : 글라스 성형용 금형/시제작 E사
E사(종업원 50명)는 글라스 성형용 금형 제조, 글라스제 광학소자의 시제작 및 소로트 양산, 각종 엔지니어링 서비스를 취급하고 있다. 2000년대 초반, 특히 리먼 쇼크 이후부터 부품 성형, 그 중에서도 가장 기술적인 심도 높은 렌즈 성형을 시야에 두고, 새로운 경영의 방향성을 모색하게 됐다. 2대째 내려오는 현 사장은 대학과 공동으로 연구개발 사업을 추진해 간다. 그 결과 동사는 ‘지금까지 10μm 단위에서 생각하고 있던 제조를 0.1μm 단위로 생각하게 됐다’고 표현할 수 있는 변화를 드러내어 간다.
여기서 필요하게 된 것이 분석·평가 기술과 그 연장선 상에 있는 성형 프로세스의 관리이다. 현재 동사에서는 렌즈 성형용 금형을 ‘글라스와 금형의 부착 응력이 ○○○이라면 즉, 금형의 표면이 △△△한 상태라면 성형 결과가 양호하다’로 분석한다. 더구나 독자의 절삭 조건이나 연삭 조건을 설정하고, 금형의 표면 입도를 정량적으로 파악하면서 가공하고 있다.

사례 6 : 절삭가공 F사
F사(종업원 150명)는 항공기, 중전 관련 제품의 개발·시제작 부품, 절삭가공 부품, 금형 제작을 취급한다. 리먼 쇼크에 의해 매출이 40% 감소한 영향을 받아, 경영의 전환을 강하게 지향하게 된다. 그리고 자사 기술의 수준을 올리기 위해 2008년부터 전략적기반기술 고도화지원사업 등을 획득하게 됐다. 이 배경에는 현 사장의 ‘절삭가공의 프로세스에 대해서「왜 그렇게 될까?」라는 의문을 설정, 데이터화하고 이유를 붙여 설명한다’, ‘그뿐만 아니라 자사 기술을 고도화시켜 간다’ 등의 생각이 있었다. 수년간에 최신예 계측기기·장치를 10대 이상 도입하고 있었다. 이러한 움직임과 행보를 동일하게 하기 위해 F사에서는 절삭공구도 제조하게 된다. 그 결과, 보다 정도가 높은 가공과 저코스트화를 양립시키고 있다.
현재 현 사장은 국립대학의 이공계 연구실에서 박사학위 취득을 위해 노력하는 동시에, 수년 전부터 이공계 대학원 졸업 인재도 채용하고 있다.

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사례 기업은 경영 환경의 변화에 직면한 것을 계기로 계측·해석 기술을 도입하고 있다. 거기서는 대학이나 공적 연구기관과의 산학 연휴가 큰 역할을 하고 있다. 한 사례 기업에서는 ‘고객 기업과의 밀접한 관계가 없어져 기술을 축적하기 어려워졌다. 그렇기 때문에 대학이 기술 획득의 창구가 되어 있다’고 지적하고 있다. 특히 대학이나 공적 연구기관이 특기로 하고 있는 계측·해석 기술 분야에서는 그 경향이 현저하다고 추찰할 수 있다. 또한 대기업 OB나 대학원을 졸업한 공학계 인재를 획득함으로써 계측·해석 기술로 이어지는 새로운 지식을 이입하고 있다. 최근 정책적으로 대학원이 확충되어 석사·박사 과정에서 공부하는 인재의 수가 증가하는 것도 중소기업에 있어 공학계 인재의 유입을 촉진하고 있을 것이다. 경영자 자신이 이공계 박사 과정에 입학하는 사례도 있다.
또한 설문조사 중에서는 ‘계측·해석에 의해 중소기업은 자사 기술을 수치화할 수 있다. 그 결과, 고객과의 커뮤니케이션이 원활하게 된다’라는 결과도 있었다. 즉 계측·해석 기술을 도입한 결과, 사례 기업은 신규 고객 획득이나 새로운 시장 참여도 가능하고 그 연장선 상으로서 사업의 계속·발전을 실현시키고 있는 것이다. 이러한 지견은 앞으로 일본 중소기업의 자세로서 매우 중요하다고 생각한다.
이 연구는 2012년 東京경제대학 개인연구조성비(연구번호 12~33)를 받은 연구 성과의 일부이다.

야마모토 사토시 (山本 聡)   東京경제대학