라지코트 정밀 주조 클러스터의 5C 분석: 산업 설문조사

5 Cs of Investment Casting Foundries in Rajkot Cluster – An Industrial Survey | 인도 정밀 주조 클러스터 분석: 귀사의 주조 공장 벤치마킹을 위한 핵심 인사이트

이 기술 요약은 A.V. Sata와 N.R. Maheta가 작성하여 2021년 Archives of Foundry Engineering에 발표한 학술 논문 "5 Cs of Investment Casting Foundries in Rajkot Cluster – An Industrial Survey"를 기반으로 합니다.

키워드

• 주요 키워드: 정밀 주조
• 보조 키워드: 라지코트 클러스터, 주조 공장 벤치마킹, 생산 능력, 주조 역량, 주조 결함, 품질 관리

핵심 요약

• 과제: 주조 산업에서 경쟁력을 유지하고 개선 영역을 파악하기 위해, 특정 산업 클러스터의 역량과 당면 과제에 대한 구체적이고 정량화된 데이터가 필요합니다.
• 방법: 인도 최대 정밀 주조 클러스터 중 하나인 라지코트 지역 42개 주조 공장(전체의 약 25%)을 대상으로 5C(Capacity, Capability, Competency, Concerns, Challenges)에 대한 심층 설문조사를 실시했습니다.
• 핵심 돌파구: 조사 대상 주조 공장들의 평균 생산 능력(연간 855톤), 가동률(71%), 평균 불량률(4%), 그리고 수축 기공(25%)과 같은 주요 내부 결함의 발생 빈도를 정량적으로 파악했습니다.
• 결론: 상당한 미활용 생산 능력이 존재하며, 전반적인 불량률을 줄이기 위해서는 특히 쉘 제작 공정에 대한 통제가 필수적이라는 점을 시사합니다.

과제: 이 연구가 주조 전문가에게 중요한 이유

글로벌 주조 시장에서 경쟁이 심화됨에 따라, 자사의 공장이 업계 표준 대비 어느 위치에 있는지 정확히 파악하는 것은 생존과 성장의 필수 조건입니다. 많은 기업들이 막연한 감이나 단편적인 정보에 의존해 개선 활동을 진행하지만, 이는 종종 비효율적인 투자로 이어집니다. 특히 인도의 라지코트 클러스터는 전 세계 정밀 주조 시장에서 중요한 위치를 차지하고 있으며, 이 지역의 현황을 분석하는 것은 글로벌 공급망을 이해하고 자사의 경쟁력을 객관적으로 평가할 수 있는 중요한 기준점을 제공합니다. 이 연구는 "우리 공장의 생산성은 적절한가?", "우리가 겪는 품질 문제가 업계 전반의 문제인가?"와 같은 근본적인 질문에 데이터 기반의 답변을 제공하기 위해 시작되었습니다.

접근 방식: 방법론 분석

본 연구는 인도의 주요 정밀 주조 허브인 라지코트 클러스터에 대한 포괄적인 산업 현황을 파악하기 위해 체계적인 설문조사 방식을 채택했습니다.

방법 1: 5C 기반 설문지 설계 연구진은 주조 공장의 핵심적인 측면을 다각도로 평가하기 위해 5C 모델에 기반한 설문지를 설계했습니다. - Capacity (생산 능력): 연간 설치 용량, 가동률, 내수 및 수출 비중 등 - Capability (역량): 취급 금속 종류, 주조품 중량 및 두께 범위, 주요 고객 분야 등 - Competency (경쟁력): 왁스, 세라믹, 기계적/금속학적 시험 등 자체 테스트 설비 보유 현황 - Concerns (관심사): 3D 모델링, 주조 시뮬레이션 등 신기술 도입 및 인식 수준 - Challenges (당면 과제): 주요 주조 결함 유형 및 발생 빈도

방법 2: 현장 방문 및 심층 인터뷰 연구진은 라지코트 클러스터 내 175개 이상의 주조 공장 중 약 25%에 해당하는 42개 공장의 고위 경영진과 직접 약속을 잡아 현장 방문을 진행했습니다. 이를 통해 단순히 설문지를 배포하고 회수하는 것을 넘어, 각 항목에 대한 심도 있는 논의를 통해 정확하고 신뢰도 높은 데이터를 수집했습니다.

돌파구: 주요 발견 및 데이터

이번 설문조사는 라지코트 정밀 주조 클러스터의 현주소를 보여주는 구체적인 데이터를 제시했습니다.

발견 1: 생산 능력 및 가동률의 현주소

조사 결과, 라지코트 클러스터 주조 공장들의 평균 설치 생산 능력은 연간 855톤으로 나타났으나, 평균 가동률은 71%에 머물렀습니다. 이는 약 29%의 생산 능력이 활용되지 않고 있음을 의미하며, 새로운 시장 개척이나 공정 효율화를 통해 추가적인 성장이 가능함을 시사합니다. 특히, 중급 규모의 공장들이 가장 높은 가동률을 보였습니다. (그림 4, 5 참조)

발견 2: 품질 문제의 핵심 원인과 주요 결함

전체 공정에서 발생하는 평균 불량률은 약 4%로 집계되었으며, 최저 0.3%에서 최고 14%까지 공장별 편차가 크게 나타났습니다. (그림 9 참조) 불량 발생의 가장 큰 원인은 '쉘 제작' 공정으로, 전체 불량의 약 39%를 차지했습니다. 주요 내부 결함으로는 수축 기공(Shrinkage Porosity)이 25%로 가장 높았고, 쉘 혼입(Shell Inclusion)이 20%로 그 뒤를 이었습니다. 이는 용탕 관리 및 쉘 시스템의 안정성이 품질 확보에 얼마나 중요한지를 명확히 보여줍니다. (그림 10 참조)

R&D 및 운영을 위한 실질적 시사점

• 공정 엔지니어: 본 연구는 전체 불량의 약 39%가 쉘 제작 단계에서 발생함을 보여줍니다. 이는 슬러리 점도 관리, 건조 시간 및 온도 제어 등 쉘 제작 공정의 변수들을 더욱 엄격하게 관리하는 것이 전체 수율 향상에 직접적으로 기여할 수 있음을 시사합니다.
• 품질 관리팀: 논문에서 지적된 주요 결함인 수축 기공(25%)과 쉘 혼입(20%) 데이터는 품질 검사 기준을 수립하는 데 중요한 근거가 될 수 있습니다. 특히, 이러한 결함이 자주 발생하는 부위에 대한 비파괴 검사(NDT) 기준을 강화하는 것을 고려할 수 있습니다.
• 설계 엔지니어: 주조품의 최소 벽 두께가 2mm까지 가능하다는 결과(그림 7)는 제품 설계 시 참고할 수 있는 중요한 지표입니다. 또한, 수축 기공이 주요 결함으로 나타난 만큼, 급격한 단면 변화를 피하고 적절한 탕도 방안을 고려하는 초기 설계 단계의 중요성이 더욱 부각됩니다.

논문 상세 정보

5 Cs of Investment Casting Foundries in Rajkot Cluster – An Industrial Survey

1. 개요:

• 제목: 5 Cs of Investment Casting Foundries in Rajkot Cluster – An Industrial Survey
• 저자: A.V. Sata, N.R. Maheta *
• 발행 연도: 2021
• 학술지/학회: ARCHIVES of FOUNDRY ENGINEERING, Volume 21, Issue 3/2021
• 키워드: Investment casting, Rajkot cluster, Capacity, Capability, Competency, Concerns, Challenges

2. 초록:

정밀 주조는 높은 치수 공차와 우수한 표면 조도를 가진 비교적 얇고 복잡한 산업 부품을 생산하는 데 매우 잘 알려진 제조 공정이다. 정밀 주조 공정은 패턴 제작, 쉘 제작, 탈납, 쉘 배소, 용해 및 주입을 포함한 하위 공정들로 구성된다. 이러한 하위 공정들 다음에는 보통 열처리, 마감, 그리고 주조품의 테스트 및 측정이 이어진다. 정밀 주조품은 항공우주, 자동차, 바이오메디컬, 화학, 국방 등 많은 산업 분야에서 사용된다. 전 세계 정밀 주조 시장 규모는 약 121.5억 USD이며 매년 2.8%의 비율로 성장하고 있다. 인도는 세계 5대 정밀 주조 생산국 중 하나이며, 세계 시장의 약 4%(주조품 가치 기준)를 생산한다. 저자들의 고향인 라지코트는 인도의 가장 큰 정밀 주조 클러스터 중 하나로, 약 175개의 정밀 주조 공장이 있으며 이는 인도 전체 정밀 주조 공장의 거의 30%에 해당한다. 라지코트 클러스터에 위치한 정밀 주조 공장들의 5C(Capacity, Capability, Competency, Concerns, Challenges)와 관련된 더 나은 통찰력을 얻기 위해 2019-2020년에 걸쳐 약 25%의 정밀 주조 공장에 대한 산업 설문조사가 수행되었다. 라지코트 클러스터의 정밀 주조 공장들의 5C를 다루기 위해 특정 설문지가 설계되었으며, 이들의 입력은 대면 조사를 통해 기록되었다. 산업 설문조사는 라지코트 클러스터 내 공장들의 5C와 관련된 더 나은 통찰력을 제공하는 결과를 낳았다. 이는 또한 정밀 주조 생산자가 각자의 공장을 벤치마킹하고 역량 및 품질 문제를 식별하는 데 도움이 될 것이다.

3. 서론:

일반적인 정밀 주조 공정의 전체 여정은 보석 및 우상 제작에서 시작된 것으로 여겨지며, 고대까지 거슬러 올라간다. 이후 정밀 주조 공정은 점차 성숙해졌고, 그 응용 분야는 자동차, 항공우주, 바이오메디컬, 화학, 국방, 해양, 공작 기계 등 많은 산업 분야에서 사용되는 산업용 주조품 제조로 확장되었다. 정밀 주조의 응용은 초기에는 구리, 금, 은과 같은 비철 합금 주조에 국한되었던 것에 비해, 알루미늄, 코발트, 구리, 니켈, 스테인리스강, 티타늄을 포함한 많은 상업용 합금으로 확장되었다.

4. 연구 요약:

연구 주제의 배경:

전 세계 정밀 주조 시장은 121.5억 달러 규모로 꾸준히 성장하고 있으며, 인도는 상위 5개 생산국 중 하나이다. 특히 라지코트 클러스터는 인도 전체 정밀 주조 공장의 약 30%가 밀집된 핵심적인 제조 허브이다. 이 클러스터의 대부분 공장은 펌프, 밸브, 자동차 부품을 생산하며, 소수(15% 미만)만이 항공우주, 국방 등 고부가가치 시장에 집중하고 있다.

이전 연구 현황:

본 논문은 이전 연구를 직접적으로 언급하기보다, Investment Casting Institute (2021) 및 Market Publishers (2020)의 시장 데이터를 인용하여 글로벌 및 국가별 시장 규모, 성장률, 주요 생산국의 현황을 제시하며 연구의 거시적 배경을 설명한다.

연구 목적:

본 연구의 목적은 라지코트 클러스터에 위치한 정밀 주조 공장들의 5C(Capacity, Capability, Competency, Concerns, Challenges)에 대한 심층적인 통찰력을 얻는 것이다. 이를 통해 클러스터 내 공장들의 현황을 파악하고, 다른 클러스터 및 국가의 유사한 공장들과 비교할 수 있는 기준점을 마련하고자 한다.

핵심 연구:

라지코트 클러스터 내 42개 정밀 주조 공장(전체의 약 25%)을 대상으로 5개 섹션으로 구성된 설문조사를 실시했다. 각 섹션은 생산 능력, 주조 역량(금속 종류, 중량, 두께 등), 자체 테스트 설비 보유 현황, 신기술 도입에 대한 인식, 그리고 주조 결함과 같은 당면 과제에 대한 정보를 수집하도록 설계되었다. 데이터는 경영진과의 대면 인터뷰를 통해 수집되었다.

5. 연구 방법론

연구 설계:

본 연구는 기술적(descriptive) 조사 연구 설계를 채택했다. 특정 산업 클러스터의 현황을 파악하기 위해 정량적 데이터를 수집하는 설문조사 방법을 사용했다.

데이터 수집 및 분석 방법:

데이터는 5개 파트로 구성된 구조화된 설문지를 통해 수집되었다. 수집된 데이터는 최소, 최대, 평균값을 계산하여 분석되었으며, 차트와 표를 사용하여 시각적으로 제시되었다.

연구 주제 및 범위:

연구는 인도 구자라트 주의 라지코트 정밀 주조 클러스터에 국한된다. 연구 주제는 5C, 즉 생산 능력, 역량, 경쟁력, 관심사, 당면 과제이며, 42개 주조 공장으로부터 수집된 데이터를 기반으로 한다.

6. 주요 결과:

주요 결과:

• 생산 능력: 평균 설치 용량은 연간 855톤이며, 평균 가동률은 71%이다. 수출 비중은 중량 기준 평균 37%이다.
• 역량: 주조 가능한 제품 크기는 0.005kg에서 350kg까지, 벽 두께는 2mm에서 600mm까지 가능하다. 신규 주문에 대한 리드 타임은 1주에서 13주 사이이다. 쉘 배소 온도는 750°C에서 1150°C 범위를 사용한다.
• 경쟁력: 조사 대상 공장 중 20%만이 모든 종류의 자체 테스트 설비를 보유하고 있다. 기계적 시험(86%) 및 금속학적 시험(76%) 설비 보유율은 높은 편이나, 왁스(50%) 및 세라믹(33%) 시험 설비 보유율은 상대적으로 낮다.
• 관심사: 모든 공장이 OEM 가이드라인 또는 IATF 16949와 같은 표준을 채택하고 있다. 40% 이상의 공장이 3D 모델링 및 주조 시뮬레이션 패키지를 사용하고 있으며, 약 20%는 데이터 수집 및 IoT에 대한 인식을 가지고 있다.
• 당면 과제: 평균 전체 불량률은 약 4%이다. 불량의 주요 원인은 쉘 제작 공정(전체 불량의 39%)이다. 내부 결함(49%)이 표면 결함(28%)보다 비중이 크며, 주요 내부 결함은 수축 기공(25%)과 쉘 혼입(20%)이다.

Figure Name List:

• Fig.1. Journey of Investment Casting Process – Ancient to Contemporary [3]
• Fig. 2. Overall sales of investment casting foundries in different countries (in million USD) [2]
• Fig. 3. Distribution of overall sales for investment castings (in percentage of sales) [2]
• Fig. 4. Installed capacity (tonnage per year) of foundries in Rajkot cluster
• Fig. 5. Capacity utilization (tonnage per year) of foundries in Rajkot cluster
• Fig. 6. Casting exports by weight and value (in percentage of total sales)
• Fig. 7. Casting weight, wall thickness and lead time
• Fig. 8. Shell thickness and shell baking temperature
• Fig. 9. Overall Rejection (in percentage of total production)
• Fig. 10 (a), (b) and (c): Major Defects (in percentage of overall rejection), Internal Defects (in percentage of major defects), External defects (in percentage of major defects)

7. 결론:

본 설문조사는 생산 능력의 약 4분의 1이 미활용 상태임을 명확히 보여준다. 이는 부분적으로 제조업 전반의 추세에 기인할 수 있지만, 항공우주, 국방, 바이오메디컬과 같은 새로운 시장을 개척할 가능성을 시사한다. 그러나 이러한 시장은 엄격한 품질 표준과 공급망 신뢰성을 요구한다. 지금까지 저부가가치 부문(자동차, 펌프, 밸브)에 집중해 온 인도의 정밀 주조 공장들은 가치 사슬을 상향 이동할 필요가 있다. 이는 정보 기술, 특히 공정 데이터 분석 및 산업용 사물 인터넷(IIoT)의 지원을 받는 과학적이고 체계적인 품질 보증 접근법을 개발함으로써 달성될 수 있다.

8. 참고문헌:

• [1] Market Publishers (2020). Investment Casting Market Size, Share & Trends Analysis Report By Application (Aerospace & Defense, Energy Technology), By Region (North America, Europe, APAC, Central & South America, MEA), And Segment Forecasts, 2020 - 2027, 2020. Retrieved September, 2021, from https://pdf.marketpublishers.com/grand/investment-casting-market-size-share-trends-analysis-report-by-application-by-region-n-segment-forecasts-2020-2027.pdf
• [2] Investment Casting Institute (2021). INCAST International Magazine of the Investment Casting Institute and the European Investment Casters Federation, 2021, XXXIV. Retrieved September, 2021, from https://www.investmentcasting.org/current-issue--public.html
• [3] Online Learning Resources in Casting Design and Simulation. Retrieved September, 2021, from www.efoundry.iitb.ac.in

전문가 Q&A: 가장 궁금한 질문에 대한 답변

Q1: 라지코트 클러스터에 대한 설문조사의 범위는 구체적으로 어떻게 되나요?

A1: 이 설문조사는 라지코트 클러스터에 위치한 약 175개 이상의 정밀 주조 공장 중 42개 공장을 대상으로 진행되었습니다. 이는 클러스터 전체의 약 25%에 해당하는 대표성을 가지는 표본으로, 설문 결과가 클러스터의 전반적인 경향을 반영한다고 볼 수 있습니다.

Q2: 조사된 주조 공장에서 불량 발생의 가장 큰 원인이 되는 공정은 무엇이었나요?

A2: 논문에 따르면, 불량 발생의 가장 주된 원인은 '쉘 제작' 공정으로 나타났습니다. 전체 불량 중 약 39%가 이 단계에서 발생했으며, 이는 슬러리 관리, 코팅, 건조 과정에서의 공정 제어가 전체 수율에 결정적인 영향을 미친다는 것을 의미합니다.

Q3: 연구에서 확인된 가장 빈번한 내부 결함은 무엇이었습니까?

A3: 가장 빈번하게 발생하는 주요 내부 결함은 수축 기공(Shrinkage Porosity)으로, 전체 내부 결함의 약 25%를 차지했습니다. 그 다음으로는 쉘 조각이 용탕에 혼입되는 쉘 혼입(Shell Inclusion)이 20%를 차지했습니다. 이는 용탕 응고 제어 및 쉘의 고온 강도 확보가 중요한 과제임을 보여줍니다.

Q4: 해당 클러스터의 주조 시뮬레이션과 같은 신기술 도입 수준은 어느 정도인가요?

A4: 40% 이상의 공장이 3D 모델링 및 주조 시뮬레이션 소프트웨어를 사용하고 있다고 응답하여, 비교적 높은 도입률을 보였습니다. 그러나 데이터 수집 및 산업용 사물 인터넷(IoT)과 같은 최신 기술에 대한 인식은 약 20% 수준에 머물러, 데이터 기반 공정 관리로의 전환에는 아직 과제가 남아 있음을 시사합니다.

Q5: 논문은 고부가가치 시장으로의 전환을 제안했는데, 구체적으로 어떤 시장을 의미하며 왜 그런가요?

A5: 논문은 항공우주, 바이오메디컬, 국방 분야를 고부가가치 시장으로 지목했습니다. 이들 분야는 코발트, 니켈, 티타늄과 같은 고가의 특수 합금을 사용하며, 매우 엄격한 품질 기준을 요구하기 때문에 제품의 부가가치가 높습니다. 현재 클러스터가 집중하고 있는 자동차나 펌프 시장보다 높은 수익성을 기대할 수 있어, 미활용 생산 능력을 활용한 성장 전략으로 제시되었습니다.

결론: 더 높은 품질과 생산성을 향한 길

이 연구는 인도 라지코트 클러스터의 정밀 주조 공장들이 상당한 미활용 생산 능력을 보유하고 있으며, 품질 향상을 위해서는 특히 쉘 제작 공정에 대한 집중적인 관리가 필요함을 명확히 보여주었습니다. 수축 기공과 같은 고질적인 결함을 해결하고, 주조 시뮬레이션 및 데이터 분석과 같은 신기술을 적극적으로 도입하는 것이 글로벌 경쟁에서 우위를 점하는 핵심이 될 것입니다. 이는 단순히 특정 지역에 국한된 이야기가 아니라, 모든 주조 기업이 자사의 현 위치를 진단하고 미래를 준비하는 데 적용할 수 있는 귀중한 교훈입니다.

"CASTMAN에서는 고객이 더 높은 생산성과 품질을 달성할 수 있도록 최신 산업 연구 결과를 실제 공정에 적용하는 데 전념하고 있습니다. 이 보고서에서 논의된 과제들이 귀사의 운영 목표와 일치한다면, CASTMAN의 엔지니어링팀에 연락하여 이러한 원칙들을 귀사의 부품에 어떻게 구현할 수 있을지 논의해 보십시오."

저작권 정보

이 콘텐츠는 "5 Cs of Investment Casting Foundries in Rajkot Cluster – An Industrial Survey" (저자: A.V. Sata, N.R. Maheta) 논문을 기반으로 한 요약 및 분석 자료입니다.

출처: https://doi.org/10.24425/afe.2021.138672

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