테슬라_텍사스 공장의 경쟁력

테슬라 텍사스 공장은 기존의 내연기관 자동차 공장들과 비교하여 확연히 다른 모습을 보이고 있으며 생산 공장에서 로봇을 통한 많은 혁신을 이루었다. 다음은 텍사스 공장이 다른 공장과 비교하여 어떠한 차이점이 있는지 정리하였다.

1. 통합된 생산 시스템
2. 무인운반 (Automated guided vehicle) 차량 시스템을 도입
3. 디지털 트윈 테크놀러지
4. 자이언트 EV팩토리 
5. 소프트웨어를 통한 공장 운영 

1. 통합된 생산 시스템

테슬라 텍사스 공장의 가장 큰 특징 중의 하나는 공장의 핵심 공정인 배터리 셀, 차체, 도장, 조립 등의 모든 공정이 텍사스 공장 내에서 완벽하게 진행될 수 있다는 것입니다. 세계 대부분의 내연 기관차 공장의 경우 자동차 생산과 관련된 모든 부품이 부품 공급업체에서 만들어진 이후에 완성차 조립 공장으로 보내집니다. 이후 완성차 공장에서 조립을 통해 자동차 생산을 마무리하는 생산과정을 거칩니다.  그러나 텍사스 공장의 '완전체 공정 방식'은 부품의 이동과 조립하는 시간 측면에서 많은 불필요한 시간을 줄였습니다. 또한 시간당 생산량을 극대화할 수 있는 장점을 가졌습니다. 

 

텍사스 공장은 4층 구조로 되어있습니다. 신형의 원통형 배터리 '4680'배터리 셀은 4층에서 생산된 후 공장 바닥을 통해 3층으로 전달이 되고 3층에서는 이렇게 전달된 배터리 셀을 받아 배터리 팩으로 조립을 합니다. 이렇게 조립된 배터리 팩은 다시 2층으로 보내집니다. 2층에 있는 완성차 조립 공정의 필요에 따라서 3층에서 대기하고 있다가 2층으로 전달이 됩니다. 이처럼 자동차 부품에 있어서 가장 무거운 것을 4층에서 작업을 시작해서 한 층씩 아래로 전달하면서 에너지 사용을 최소화하고 제품 생산의 시간을 단축할 수 있다고 합니다. 

 

가장 작고 가벼운 부품인 셀을 4층에 위치시키고, 셀보다 크고 무거운 부품인 팩을 3층,  팩보다 크고 무거운 완성차를 2층에서 제조하는 것은 중력을 활용해 부품 이동에 들어가는 에너지 사용을 최소화할 수 있다는 것입니다.  이러한 방식은 다른 완성차 업체들이 일본 파나소닉, 한국 LG에너지 솔루션, 중국 CATL 등의 배터리 생산업체로부터 배터리를 공급받아서 조립하는 것과는 상당한 차이가 있을 수 있습니다. 

 

그 외에도 텍사스 공장은 공장 내에 프레스 공장, 차체 공장, 도장 공장, 그리고 의장 공장을 한꺼번에 배치하여 완성차 생산을 위한 모든 필요한 공정을 하나의 장소에 해결할 수 있습니다. 

 

2. 무인 운반 (Automated guided vehicle) 차량 시스템을 도입

자동차 대량생산의 대명사는 컨베이어 벨트식 생산입니다. 그러나 테스라의 텍사스 공장의 경우는 이러한 컨베이어밸트식 방법이 아니라 무인운반 차량 (Automated Guided Vehicle)위에 차량을 올려놓고 완성차를 조립하는 방식입니다. 이러한 방식은 생산의 유연성을 줄뿐아니라 배터리 셀 등 작고 가벼운 부품을 4층에서 1차로 조립한 후 3층으로 내려 보내고 3층에서는 다시 배터리팩을 조립한 후 다시 2층으로 내려보내 차량에 부착하는 식입니다. 이러한 방식을 통해 부품의 자체 동선을 줄이고 효율성을 극대화하고 있습니다. 

 

컨베이어밸트 방식에서 자동차 조립 과정에서 결함이 발견될 경우 라인 전체가 조립공정을 멈추어야 합니다. 하지만 AGV의 경우는 결함이 발견된 해당 차량만을 AGV를 통해 별도의 공간으로 이동한 후 계속해서 공정을 이어갈 수 있습니다. 그리고, 결함이 발견된 차량의 경우는 별도로 문제를 해결한 후 다시 라인속으로 옮기면 됩니다.. 

 

테슬라의 이러한 방식은 자동차의 생산 공정의 변화에도 상당한 유연성을 제공할 것으로 생각됩니다. 언론을 통해서 들었던 것처럼 신차 또는 새로운 모델이 나올 경우 생산라인 전체의 변경이 필요하며 이를 위해서는 상당한 기간 동안 공정 변경 및 변화가 필요하다고 합니다. 이를 위해서는 때로는 엄청난 금액 (수천억 원) 이상의 비용이 발생하게 된다고 합니다. 

 

텍사스 공장에서 사용 중인 Automated guided vehicle은 무선 통제가 가능할 뿐 아니라 Over The Air (OTA)가 가능하도록 설계되어 있습니다. 테슬라 자동차가 OTA가 되는 것뿐 아니라 테슬라 공장 자체도 OTA가 될 수 있도록 설계되었습니다. 따라서, 공장의 레이아웃 변경을 AGV의 OTA를 통해서 언제든지 자유자재로 할 수 있습니다. 이러한 방식은 공장 라인 변경에 필요한 비용을 10분 1 수준으로 제한할 수도 있다고 합니다. 

3. 디지털 트윈테크놀러지

테슬라의 디지털 트윈 테크놀로지 기술은 자동차 충돌 시뮬레이션을 생산 현장에 직접 적용한 기술입니다. 현재 생산 중인 차량의 종류 배분, 생산 스피드, 등을 바꿀 경우 어떠한 영향이 있는지 알아보는 것 외에도, 신차종 투입 시 발생할 수 있는 문제 등을 컴퓨터 상에서 미리 구현해 점검할 수 있도록 하는 것입니다. 디지털 트윈 기술을 잘 활용함으로써 투자 비용뿐만 아니라 완성차 양산에 필요로 되는 리드타임을 최대로 줄일 수 있으며 자동차의 품질 안정화도 빨리 이룰 수 있게 합니다.  

 

테슬라의 공장은 거의 모든 흐름이 실시간으로 일목요연하게 모니터링. 통제되고 있으며 문제가 발견되었을 경우에는 대부분의 경우 AGV나 생산 설비의 OTA를 통해서 곧바로 문제를 해결할 수 있습니다. 또한 생산과 관련된 레이아웃 전체를 변경하는 것도 하루면 충분히 할 수 있다고 합니다. 

4. 자이언트 EV팩토리

테슬라의 텍사스 공장 초기 투자는 1조 원대이지만 장기적으로 10조 원 이상을 투자해서 2023년에는 사이버 트럭 투입과 함께 단일공장 기준 연간 100만 대 의 자이언트 EV팩토리가 될 구상을 하고 있습니다.

 

내연차 공장의 경우는 평균적으로 연간 30~40만 대가 적정 한계 생산량입니다. 테슬라는 작년에 상하이 공장 한 곳에서만 48만 4000대를 생산했는데, 추가 증설을 통해서 연간 100만 대 생산까지 가능하도록 공장을 확장할 예정이라고 합니다. 또한 텍사스 공장은 2022년 4월 본격적으로 생산을 시작하게 되었는데 시작과 함께 50만 대 생산이 가능하다고 밝히고 있습니다. 캘리포니아, 상하이, 베를린 공장을 합친 생산 능력은 연간 200만대로 BMW와 벤츠의 각각 연간 판매량에 준하는 규모입니다. 

 

2021년 자동차 판매량은 2020년 대비 4% 증가한 8100만 대입니다. 테슬라 자동차는 2021년 세계 판매량이 87% 증가한 93만 대이지만 세계시장 점유율이 아직은 1%대입니다. 내년까지 연간 200만 대를 달성한다고 예측하더라도 세계시장 점유율은 고작 2%대에 불과합니다. 테슬라는 연간 2000만 대 생산을 목표로 운영 중이며 텍사스 공장에 추가로 10조 원 등을 추가로 투자해 충분히 생산량을 증가한다는 것입니다.

 

5. 소프트웨어를 통한 공장 운영

주지하는 것과 같이 현재 자동차는 소프트웨어가 장착되고 업그레이드되면서 자동차를 SDV(software defined vehicle)로 정의하고 있습니다. 이러한 선봉에는 테슬라가 있다고 해도 과언이 아닐 것입니다. 그러나 이것에 한 가지 더 추가한다면 SDF (software defined factory)입니다. 텍사스 공장의 경우는 기존의 완성차 공장과 달리 소프트웨어로 무장한 스마트 팩토리로 변해가고 있습니다. 

 

테슬라의 이러한 공장 운영 방식은 설계부터 제조까지가 유기적으로 연결되고 빠르게 수정 보완이 가능하다는 장점이 있습니다. 테슬라는 거의 실시간으로 변경된 기술이 생산 공정에 적용되고 있다고 합니다. 이와 같은 변화가 있을 때마다 설계를 고치고, 조립라인을 재배치하고, 시험 테스트를 실시하는 등의 많은 불필요한 공정을 없앰으로써 비용과 시간을 절약한다는 것입니다. AGV와 OTA를 통해서 모든 과정이 실시간으로 아주 빠르게 진행될 수 있다는 것입니다.