1. 테슬라, 생산지옥에서 벗어나다
2018년, 완전 무인화, 자동화 시스템을 갖춘 테슬라의 첫 번째 Model 3 양산 공장, 미국 캘리포니아의 프리몬트 공장은 전혀 생산을 할 수 없었습니다.
에일리언 드레드노트라고도 불렸던 수백대의 로봇 군단을 통해 테슬라의 첫 보급형 전기차인 Model 3를 주당 5천대의 생산하겠다던 테슬라는, 2018년 1Q 전체 생산량이 1만대에도 미치지 못했으며, 단기 유동성 위기에 빠졌습니다.
당시 Model 3의 예약 판매량이 40만대에 달했던 테슬라는 급히 공장 옆에 텐트를 만들고, 차량을 수작업으로 조립해 단기 유동성 위기를 벗어났습니다.
그러나 생산된 차량은 마감 단차가 발생하거나 내장재 색이 짝짝이가 되는 등 조립 완성도가 떨어져 많은 조롱을 받았습니다.
테슬라의 Model 3 양산이 이러한 생산지옥에 빠지게 된 이유는 로봇에 의지한 과도한 완전 자동화 시스템이었습니다.
테슬라의 프리몬트 공장은 기존 GM 및 도요타의 자동차를 생산하던 공장을 2010년 테슬라가 인수해 디지털화, 자동화 공장으로 개조했습니다.
생산성 향상을 위해 독일 쿠카(KUKA) 및 일본 화낙(FANUC)의 산업용 로봇 수백대를 조립 라인에 설치했고, 컨베이어 벨트 대신 소프트웨어 업데이트가 가능한 로봇 카트를 통해 가장 효율적으로 차량을 옮길 수 있게 바꿨습니다.
기존 완성차 업체들이 용첩, 도색 등 일부 공정에서만 로봇을 썼던 방식과 달리, 테슬라는 전체 생산과 조립, 검수까지 자동화시키면서 역사상 전례가 없는 수준의 완전 자동화 양산 체계를 꾀했습니다.
그러나 작은 시스템 오류로도 공장 전체가 멈추는 등 정상적인 생산이 어려웠으며, 산업용 로봇의 비싼 초기 투자비용과 유지비용 등으로 유동성 유지가 어려워졌습니다.
이에 일론머스크 또한 '과도한 자동화는 실수였고, 인간을 너무 과소평가했다'라고 말하며 완전 자동화 생산 체계의 실패를 인정했습니다.
이렇게 생산지옥에 빠졌던 테슬라의 프리몬트 공장은, 2022년 현재 도요타, GM 등을 제치고 미국 자동차 제조업체의 조립 공장 중 생산성 1위를 차지했습니다.
테슬라의 미국 프리몬트 공장은 2021년 4분기에 총 30만 8,600대의 전기차를 출고했습니다. 이는 매주 평균 8,550대를 출고한 규모로 도요타 켄터키 공장의 주간 평균 생산량 8,427대를 넘어서 생산량 1위를 차지한 것 입니다.
특히 테슬라의 프리몬트 공장은 도요타의 켄터키 공장 대비 그 크기가 반정도 밖에 안되기 때문에 공장 규모 대비 생산량은 도요타의 두 배로 더 늘어나게 됩니다.
2017년 연간 생산량 10만대 규모였던 테슬라의 전체 생산량은 2021년 현재 93만대 규모로 크게 성장했고, 2025년 300만대 규모로 증가할 예정입니다.
생산 지옥에 빠졌던 테슬라가 혁신적인 생산 능력을 갖게된 것은 로봇 등을 통해 공정의 완전 자동화, 공정 최적화, 배터리와 반도체 및 차체 부품들을 자체 제작하는 수직계열화와 이에 맞춰 공장의 공간을 최적으로 설계하는 기술 등이 성공적으로 자리잡았기 때문입니다.
이번 포스팅은 테슬라의 배터리와 차량 생산을 담당하는 테슬라의 핵심, 기가팩토리에 대해 다뤄보려고 합니다.
2. 기가팩토리 : MASSIVE GROWTH, MASSIVE SCALE
테슬라의 핵심 미션은 '지속 가능한 에너지원으로 전세계의 전환을 가속화하는 것' 입니다. 그리고 전환을 가속화하고 그 영향력을 넓히기 위해서는 규모를 키워야 합니다.
따라서 테슬라는 규모를 키우기 위해 전기차를 더 저렴하고, 더 많이 생산하려고 하고 있습니다.
테슬라가 전기차를 더 저렴하게 생산하는 방법은 원가 절감과 생산 공정 효율화, 그리고 부품부터 완제품 생산까지의 수직계열화 입니다.
테슬라는 2020년 배터리데이 행사에서 배터리의 디자인, 새로운 생산 공정, 새로운 배터리 소재 등을 발표하며 배터리의 원가를 56% 절감하겠다고 밝혔습니다.
또한 커다란 알루미늄을 주물에 넣어 자동차의 차체를 찍어내는 기가캐스팅 공법을 도입해 부품 개수를 줄여 차량 생산 단가를 40% 줄이겠다고 했습니다.
새로운 배터리 디자인과 기가캐스팅 공법에 대해서는 아래 포스팅 참고 부탁드립니다.
[테슬라 완전 분석] 4680 배터리, 테슬라의 차세대 배터리 표준
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1. 테슬라 배터리데이 : 배터리 원가 56% 절감 로드맵 테슬라의 2020년 배터리데이 행사에서 핵심 키워드는 "원가 절감" 이었습니다. 전기차가 대중화되는 것을 넘어 기존 모빌리티 산업이 전기로
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[테슬라 완전 분석] 테슬라의 생산 혁신, 기가캐스팅 (기가프레스)
[테슬라 완전 분석] 테슬라의 생산 혁신, 기가캐스팅 (기가프레스)
1. 전기차 생산 혁신 테슬라의 기가캐스팅 (기가프래스) 기술은 기존 완성차 생산 방식과 같이 수십 개의 금속 패널들을 용접하여 연결하는 것이 아닌, 거대한 하나의 금속 판을 틀(Die, 주물)에
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그리고 이러한 기술이 적용된 공정을 최적으로 사용하고, 이동 동선을 최소화 할 수 있도록 공장을 설계하였고 완전한 자동화를 적용해 생산 효율을 극대화 했습니다.
이를 위해 2016년과 2017년 공장 자동화 설비 업체인 독일의 그로만엔지니어링과 미국의 퍼빅스, 컴퍼스오토메이션 등의 공장 자동화 전문 기업들을 인수했습니다.
테슬라는 생산 효율을 극대화 할 수 있게 설계된 공장을 매우 거대한 규모로 만들었습니다.
전기차를 더 저렴하고, 더 거대한 규모로 생산할 수 있는 테슬라의 제조 혁신 기술의 집합체가 바로 기가팩토리입니다.
테슬라는 최초의 공장인 미국 캘리포니아주 프리몬트 공장 이후로 총 5개의 기가팩토리를 건설했습니다. (네덜란드 튈부르그 공장은 현재 폐쇄)
- 기가팩토리1, 미국 네바다
이 중 첫번째 기가팩토리는 2017년에 개장한 미국 네바다주의 기가팩토리로, 현재 전체 공장 면적의 30%만 완공되었으며, 전기차 50만대 규모인 배터리셀 35GWh와 배터리팩 50GHw 등을 생산합니다.
공장이 완공된 후 배터리 생산량은 전기차 150만대에 들어가는 150GWh 규모가 될 것 입니다.
일본의 파나소닉이 이 공장에 약 20억 달러를 투자해 배터리셀 생산라인을 구축했으며, 최근 라인 증설을 통해 배터리셀 생산 규모를 연 39GWh로 늘릴 예정입니다.
기가네바다는 공장 지붕에 태양광 발전판을 설치해 자체적으로 70MW 규모의 전기를 생산할 수 있고, 자체 생산 에너지만으로도 공장에 필요한 에너지를 수급할 수 있습니다.
또한 같은 면적에 더 많은 장비를 밀도 있게 배치하고, 공간의 낭비 없이 공정 속도를 최적화 할 수 있도록 생산 공정과 공장 내부가 설계되었습니다.
생산 공장을 마치 반도체 CPU 처럼 설계한 것 입니다.
기가네바다는 최근 공장 내 파나소닉의 생산라인에서 테슬라의 신규 표준 배터리인 4680 배터리의 시제품 생산라인을 구축하고 양산 준비 중에 있습니다.
- 기가팩토리2, 미국 뉴욕
미국 뉴욕에 위치한 두번째 기가팩토리는 2017년 완공 후 태양 전지 및 패널용 태양광 모듈을 생산하고 있습니다.
파나소닉과 합작 투자를 통해 건설 및 공동 생산을 해왔으나, 테슬라가 요구한 효율성과 가격, 디자인 등을 충족하지 못해 2020년 합작 법인을 청산했습니다.
이로 인해 현재 테슬라는 중국 제조 업체로 부터 태양전지를 공급 받는 것으로 알려졌습니다.
- 기가팩토리3, 중국 상하이
일론 머스크는 기가팩토리1 발표 시 전기차 생산에 필요한 여러 부품들을 여러 나라의 여러 업체로 부터 가져와서 조립하는 것이 매우 비효율적이라고 말했고, 향후 기가팩토리에서는 원자재가 완성차가 될 때 까지의 모든 공정을 한 곳에서 해결할 수 있도록 수직계열화 하겠다고 했습니다.
이에 기가상하이는 배터리셀 생산, 조립부터 모델3, 모델Y 생산까지 원패스 제조가 가능한 최초 공장이 되었습니다.
특히, 미국 프리몬트 공장에서의 시행착오를 토대로 공장 설계 단계부터 완전 자동화 공정을 반영해 프리몬트 공장의 투입 인력 대비 1/5 수준인 2,000명으로 줄였고, 공장 착공한지 단 1년만에 완공되어 빠르게 Ramp-up이 가능하다는 것을 보여준 공장입니다.
높은 자동화 공정과 최적화된 설계를 통해 테슬라의 기가상하이는 현재 전기차를 연간 35만대 (모델3 20만대, 모델Y 15만대) 생산하고 있으며, 2025년까지 연 50만대 규모로 늘릴 것이라고 밝혔습니다.
기가상하이는 미국 프리몬트 공장 대비 단위당 투자비가 65% 수준으로 크게 낮아 테슬라의 핵심 생산 거점이 되었습니다.
실제로 테슬라는 기가상하이의 2019년 말 완공 기점으로 글로벌 판매량과 중국 시장 점유율이 가파르게 상승하였고, 주가 또한 급등하게 된 계기가 되었습니다.
그러나 현재 중국의 COVID-19로 인한 상하이시 락다운으로 인해 공장 가동이 중단된 상태입니다.
- 기가팩토리4, 독일 베를린
유럽 최초의 기가팩토리인 기가베를린가 2022년 3월 생산을 시작했습니다.
기가베를린은 배터리셀 자체 생산 및 신규 배터리 공정 (탭리스, 건식전극 공정, 구조화배터리)이 도입될 예정이며, 기가캐스팅을 통한 프론트/리어 언더바디 생산 등 여러 신기술들이 적용될 것으로 예상되고 있습니다.
다만, 최초 인도된 물량은 이전 배터리 모델인 2170 배터리셀이 탑재되었습니다.
생산규모는 연간 약 50만대 규모로, 모델Y를 주력으로 생산할 예정입니다.
본격적으로 생산이 시작되는 2022년 3분기부터는 테슬라의 유럽 전기차 시장 점유율도 증가할 것으로 전망되고 있습니다.
- 기가팩토리5, 미국 텍사스
독일의 기가베를린 면적의 3배, 공장 길이만 1.1km에 달하는 기가팩토리5는 미국 텍사스 오스틴에 건설되었으며, 최근 4월에 생산을 시작했습니다. 기가텍사스는 올해 모델Y 및 내년 전기 픽업트럭 모델인 사이버트럭을 주력으로, 2세대 로드스터, 모델3, 모델S, 모델X 까지 전 모델을 생산할 계획입니다.
일론 머스크는 기가텍사스가 기가베를린보다 더 높은 수준의 자동화 공정을 적용되었다고 밝혔습니다.
생산 규모는 현재 연간 50만대 규모이며, 향후 생산 설비 및 라인 증설을 통해 생산량을 늘려나갈 예정입니다.
기가텍사스는 현재 Ramp-up 단계이며 신규 4680 배터리셀을 자체 생산하고, 싱글캐스팅 프론트/리어 언더 바디 적용, 구조화배터리팩 등이 적용될 예정입니다.
테슬라의 기가텍사스는 이전에 일론 머스크가 얘기했던 원자재부터 완성차 까지의 수직계열화와 최적화된 공정 경로 설계가 가장 잘 반영된 공장으로 보입니다.
모든 생산 공정은 하나의 생산 시설 밑에 모였고, 동선 및 공간의 효율은 최대화해 생산 시간을 단축 했습니다.
테슬라는 2021년 연간 100만대 규모의 전기차를 생산했으며, 기가베를린과 기가텍사스가 생산을 시작하며 올해 생산량은 150만대 규모가 될 것입니다. 하지만 아직 세계 전체 자동차 생산량의 1%를 차지할 뿐입니다.
이에 2022년 4월 사이버 로데오 행사에서 일론 머스크는 이제 테슬라는 MASSIVE GROWTH와 MASSIVE SCALE을 통해 세계 자동차 생산량의 20%를 차지하는데 집중할 것이라고 말했습니다.
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