실이 끊기면 스스로 멈추는 베틀: 도요다 사키치의 자동직기에서 지도카까지

베를 짜다 보면 실이 끊겨요. 문제는 끊긴 다음이에요. 기계가 그대로 돌아가면 씨실이 빠진 천이 몇 미터씩 짜여 나오고, 그 천은 팔 수 없는 천이 돼요. 그래서 예전 직공은 직기 한 대 앞에 붙어 서서 실이 끊기는지 계속 지켜봐야 했어요.

100여 년 전 일본의 한 발명가는 이 문제를 사람의 눈이 아니라 기계 안에서 풀었어요. 실이 끊기면 기계가 스스로 멈추게 만들었어요. 오늘은 도요다 사키치가 베틀을 고치기 시작한 이유와 그 생각이 자동차 공장의 생산방식이 되기까지를 정리해요.

목수의 아들과 어머니의 베틀

도요다 사키치는 1867년 지금의 시즈오카현 고사이시에 있던 야마구치 마을에서 태어났어요.¹² 아버지 이키치는 농사를 지으며 목수 일을 했고 아들에게 목공을 가르쳤어요.²

그가 베틀에 매달린 이유로는 어머니가 자주 꼽혀요. 밤늦게까지 베를 짜는 어머니의 일을 덜어 주려고 나무 베틀을 고쳤다는 말이 전해져요.³ 실제로 그가 받은 첫 특허에도 발명의 목적이 베 짜는 사람의 힘을 덜어 주는 데 있다고 적혀 있어요.³

책 한 권도 영향을 줬어요. 영국 작가 새뮤얼 스마일스의 『자조론(Self-Help)』이 1870년 일본어로 번역돼 100만 부 넘게 팔렸는데, 이 책에는 방적기와 동력 직기를 만든 발명가가 소개돼 있어요.¹ 1885년 4월에는 일본에 특허 제도가 생겼어요.¹ 목공 솜씨가 있는 젊은이가 발명으로 무언가를 바꿀 수 있다고 믿을 만한 때였어요.

1890년 그는 특허를 내려고 요코하마에 있는 고향 지인의 집에 머물며 도쿄의 특허국을 오갔어요. 그해 도쿄 우에노에서 열린 제3회 내국권업박람회에도 가서 기계를 살폈어요.¹ 그렇게 만든 나무 손베틀로 1891년 5월 14일 특허 제1195호를 받았어요.¹

일본 최초의 동력 직기

손베틀은 시작이었어요. 사키치가 처음부터 노린 것은 사람이 발과 손으로 움직이지 않아도 동력으로 도는 직기였어요.⁴

그 결과가 도요다 동력직기예요. 틀은 나무로, 기어와 축은 쇠로 만든 나무·쇠 복합 직기였고 일본 최초의 동력 직기였어요.⁴ 1898년 8월 특허 제3173호를 받았어요.⁴ 사키치가 평생 얻은 산업재산권은 특허 40건과 실용신안 5건을 합쳐 45건이에요. 그 가운데 38건이 직기와 직기 관련 장치였어요.⁴

씨실이 끊기면 멈춘다

도요다 동력직기가 이름을 얻은 이유는 질 좋은 무명을 고르게 짜낸다는 점이었어요.⁵ 그 바탕에는 작은 장치 하나가 있었어요. 북 안의 씨실이 끊기거나 다 떨어지면 기계를 자동으로 멈추는 씨실 정지 장치예요.⁵

직기는 날실을 세로로 걸어 두고, 북이 그 사이를 좌우로 오가며 씨실을 가로로 넣어 천을 짜요. 씨실이 끊긴 채로 기계가 계속 돌면 씨실 없이 날실만 엮인 불량 천이 나오거나 천이 상해요.⁵ 사키치는 날실이 끊겼을 때 멈추는 날실 정지 장치와 날실의 장력을 일정하게 잡아 주는 장치도 만들었어요.⁵

1905년 도요다 상회가 내놓은 직기 설명서에는 이 장치들의 쓸모가 적혀 있어요. 날실이 끊기면 기계가 멈추니 작업자가 직기를 줄곧 지켜볼 필요가 없고, 그래서 한 사람이 여러 대를 맡을 수 있어요. 실이 빠지거나 엉키는 일이 줄고 천이 상하는 일도 줄어요.⁵

이 장치로 불량을 막는 방식이 달라졌어요. 그전까지는 사람이 기계 앞에 서서 지켜보며 불량을 막았는데, 사키치의 직기는 “이상이 생겼다”는 판단을 기계 안에 넣었어요. 사람은 기계가 멈춘 다음에 와서 원인을 고치면 됐어요.

북을 갈아 끼우는 동안에도 멈추지 않는 G형

동력 직기에도 멈춰야 하는 순간이 있었어요. 북 안의 씨실이 떨어지면 직공이 기계를 세우고 북을 갈아 끼워야 했어요. 이 문제를 푼 것이 G형 자동직기예요. 정식 이름은 “무정지 북 교환식 도요다 자동직기 G형”이에요. 기계가 돌아가는 채로 북을 바꿔 끼워요.⁶⁷

이 직기는 사키치와 아들 기이치로의 작업이에요. 1921년 사키치가 상하이로 건너간 사이 기이치로가 자동직기 연구를 이끌었어요. 1923년 여름에는 사키치의 설계를 조금 고친 자동직기 30대 정도를 돌리고 있었어요.⁶

시험은 순탄하지 않았어요. 1924년 3월부터 5월까지 가리야 공장에서 200대를 시험 가동했는데, 20대로 시험할 때 한 달에 두세 건이던 고장이 200대에서는 10배 넘게 늘었어요. 실제 생산에 쓸 수 없는 수준이었어요.⁶ 기이치로는 5월 중순부터 북 자동 교환 장치를 넣어 다시 설계했고 1924년 7월 새 시제품을 완성했어요. 그해 11월과 12월에는 북 교환 직기와 날실 정지 장치 등의 특허를 냈어요.⁶

첫 G형 자동직기는 1925년 11월 생산 라인에서 나왔어요. 1926년 3월 말까지 가리야 공장에 240대가 들어갔고 9월 말에는 새 직기 520대가 돌고 있었어요.⁷ 같은 해 사키치는 자동직기를 만드는 회사, 도요다 자동직기제작소를 세웠어요.²⁸

영국으로 팔려 간 일본 특허

G형은 일본 밖에서도 이름을 얻었어요. 인도의 직포 공장에 205대가 들어갔어요.⁹

그러자 영국 쪽이 움직였어요. 영국의 직기 회사 플랫 브라더스(Platt Brothers)는 자기 시장을 지키려고 이 특허를 사기로 하고 임원을 일본에 보냈어요. 1929년 6월 7일 플랫의 임원이 미쓰이 물산 나고야 지점에서 사키치, 기이치로를 만났어요.⁹ 그해 12월 21일 기이치로가 영국 플랫 본사에서 자동직기 특허 양도 계약에 서명했어요.⁹

계약 금액은 10만 파운드였고 해마다 2만 5천 파운드씩 네 번에 나눠 받는 조건이었어요. 한 번에 약 25만 엔이었어요.⁹ 실제로는 1934년 7월 남은 6만 1,500파운드를 4만 5천 파운드로 줄여 모두 8만 3,500파운드를 받았어요.⁹ 산업혁명이 시작된 영국의 직기 회사가 일본 직기의 특허를 사 갔어요.

베틀에서 자동차로

계약하러 떠난 길에서 기이치로가 공들여 본 것은 직기가 아니었어요. 그는 오래전부터 자동차를 만들고 싶어 했고 이 여행에서 포드의 자동차 공장과 공작기계를 살피는 데 시간을 썼어요.⁹

사키치는 1930년 10월 30일 나고야에서 세상을 떠났어요.² 기이치로는 그 뒤 자동차 사업을 시작했고, 이 회사가 지금의 도요타가 됐어요.² 성은 도요다(Toyoda)인데 회사 이름은 왜 도요타(Toyota)일까요. 1936년 새 로고를 공모하면서 이름도 바뀌었어요. 일본어로 맑은 소리가 나는 도요타가 도요다보다 또렷하게 들리고, 가타카나 トヨタ는 행운을 뜻하는 여덟 획이라는 점이 이유였어요.¹⁰

지도카: 사람의 지혜를 더한 자동화

도요타 생산방식은 두 기둥으로 설명돼요. 하나는 필요한 것을 필요한 때 만드는 저스트 인 타임(Just-in-Time)이고, 다른 하나가 지도카예요.¹¹

일본어로 자동화는 보통 自動化라고 쓰는데, 도요타는 움직일 동(動)에 사람 인(亻)을 붙인 働을 써서 自働化라고 써요. 도요타는 지도카를 “사람의 지혜를 더한 자동화”라고 설명하고 그 뿌리가 사키치의 자동직기에 있다고 밝혀요. 판단하는 능력을 기계 안에 넣은 직기라는 뜻이에요.¹¹

이 생각을 생산방식으로 정리한 사람은 오노 다이이치예요. 도요다 방직에서 도요타 자동차로 옮긴 엔지니어인 그는 1969년 3월 사내지에 쓴 글에서 사키치의 씨실·날실 정지 장치를 지도카의 출발점으로 꼽았어요.⁵

자동차 공장에서는 지도카를 이렇게 적용해요. 설비는 이상을 감지하면 바로 멈춰 불량이 더 만들어지지 않게 해요. 작업자는 정지 줄을 당겨 직접 라인을 세울 수 있어요. 설비가 멈추면 안돈이라는 표시판에 불이 들어와 모두가 이상을 알아요.¹¹ 도요타는 실이 끊기면 멈추던 직기의 원리를 라인 전체에 적용했어요.

봉제 라인의 지도카

봉제 라인에는 실이 끊기는 순간보다 알아채기 어려운 이상이 있어요. 한 공정이 조금씩 늦어지면서 그 앞에 반제품이 쌓이는 병목이에요. 재봉틀은 이걸 알려 주지 않아요. 많은 공장에서 병목은 반제품 더미가 눈에 띌 만큼 쌓이거나 하루 생산량을 집계한 다음에야 드러나요.

시제의 Monolog는 이 문제를 사키치의 방식으로 풀도록 설계했어요. 재봉 셀마다 둔 태블릿이 작업자의 관절 위치만 읽어 사이클 타임과 시간당 생산량을 계산해요.¹² 모인 값으로 1~5시간 뒤에 어느 공정이 막힐지 예측하고 예상 시각과 원인 후보 3개를 같이 보여 줘요. 병목이 예상되면 작업자를 어떻게 다시 배치할지 3개 안을 내요.¹²

어느 안을 쓸지는 생산관리자가 정해요. 시스템은 이상을 알아채고 알리는 데까지 하고, 고치는 판단은 사람이 해요.¹² 사키치의 직기가 실이 끊기면 멈추고 사람을 부른 것처럼요.

마무리하며

사키치가 직기에 넣은 것은 실이 끊기면 기계를 멈추는 작은 장치였어요. 이 장치 덕분에 직공은 기계를 지켜보는 일에서 벗어나 멈춘 기계의 원인을 고치는 일을 맡았고, 한 사람이 여러 대를 맡을 수 있었어요. 봉제 공장에서 데이터를 모으는 일도 결국 같은 질문으로 돌아가요. 라인에 문제가 생긴 순간을 하루가 끝나기 전에 알아챌 수 있느냐는 질문이에요.

용어 사전

• 날실(경사): 직기에 세로로 걸어 두는 실이에요.
• 씨실(위사): 날실 사이로 가로로 넣는 실이에요.
• 북(셔틀): 씨실을 감은 실꾸리를 담고 날실 사이를 좌우로 오가는 부품이에요.
• 동력 직기: 사람의 손발 대신 동력으로 움직이는 직기예요.
• 자동직기: 북 교환처럼 사람이 하던 일까지 기계가 스스로 하는 직기예요.
• 지도카(自働化): 이상이 생기면 설비가 스스로 멈춰 불량을 막는 방식이에요. 도요타는 “사람의 지혜를 더한 자동화”라고 설명해요.
• 안돈: 설비가 멈추거나 이상이 생겼을 때 불이 들어오는 표시판이에요.
• 병목: 라인에서 가장 느린 공정이에요. 그 앞에 반제품이 쌓이고 라인 전체의 속도를 정해요.

👉 재봉 셀마다 태블릿 한 대: 소규모 라인에 맞춘 데이터 수집 설계
👉 인원 0.5명이라는 말의 뜻: 병목을 푸는 세 가지 방법
👉 작업자 손가락에 전구를 달았던 부부: 길브레스의 동작 연구에서 봉제 SMV까지

참고 자료

1. Toyota, “75 Years of Toyota: Sakichi Toyoda” 1867년 야마구치 마을 출생, 1870년 『자조론』 일본어판과 100만 부, 1885년 4월 특허 제도, 1890년 요코하마 체류와 제3회 내국권업박람회, 1891년 5월 14일 특허 제1195호. ↩
2. Wikipedia, “Sakichi Toyoda” 아버지 이키치(목수, 농부), 1926년 도요다 자동직기제작소 설립, 1930년 10월 30일 나고야에서 사망, 아들 기이치로의 자동차 회사 설립. ↩
3. Toyota Times, “Welcome to Woven City” 4화 밤늦게까지 베를 짜는 어머니의 일을 덜려고 나무 손베틀을 만들었다는 전언, 첫 특허에 적힌 발명 목적. ↩
4. Toyota, “75 Years of Toyota: Overview of Sakichi Toyoda’s Inventions” 1898년 8월 특허 제3173호, 나무·쇠 복합 구조의 일본 최초 동력 직기, 산업재산권 45건(특허 40, 실용신안 5)과 그 가운데 직기 관련 38건. ↩
5. Toyota, “75 Years of Toyota: The Birth of Jidoka” 씨실 정지 장치, 날실 정지 장치와 장력 장치, 불량 천이 생기는 원리, 1905년 설명서의 내용, 오노 다이이치의 1969년 3월 사내지 글. ↩
6. Toyota, “75 Years of Toyota: Creating the First Automatic Loom Prototype” 1921년 상하이, 1923년 여름 자동직기 약 30대, 1924년 3~5월 가리야 공장 200대 시험과 고장 증가, 1924년 7월 시제품, 1924년 11~12월 특허 출원. ↩
7. Toyota, “75 Years of Toyota: Toyoda Boshoku’s Manufacture of the Type G Automatic Loom” 1925년 11월 첫 G형 생산, 1926년 3월 말 240대, 9월 말 520대, 무정지 북 교환식 G형의 이름. ↩
8. Toyota Commemorative Museum of Industry and Technology, “Sakichi Toyoda” 연보: 1890년 나무 손베틀, 1924년 무정지 북 교환식 자동직기 G형 완성, 1926년 도요다 자동직기제작소 설립, 1929년 플랫 브라더스에 G형 특허 양도. ↩
9. Toyota, “75 Years of Toyota: Transfer of Patent Rights to Platt Brothers” 인도 205대, 1929년 6월 7일 면담, 12월 21일 계약 서명, 10만 파운드를 2만 5천 파운드씩 4회(1회 약 25만 엔), 1934년 7월 감액과 총 8만 3,500파운드, 기이치로의 포드 공장 견학. ↩
10. Toyota, “Toyota Emblem” 1936년 로고 공모, 도요타라는 이름의 소리와 여덟 획. ↩
11. Toyota, “Toyota Production System” 두 기둥(지도카, 저스트 인 타임), “사람의 지혜를 더한 자동화”, 자동직기에서 나온 지도카, 이상 시 정지, 정지 줄, 안돈. ↩
12. 시제 블로그, 「재봉 셀마다 태블릿 한 대: 소규모 라인에 맞춘 데이터 수집 설계」 관절점으로 계산하는 사이클 타임과 시간당 생산량, 1~5시간 앞선 병목 예측과 원인 후보 3개, 재배치안 3개, 생산관리자의 선택. ↩