자동화를 개선하고 첨단 기술을 채택한 자동차 산업

자동차 산업은 보다 정교한 로봇을 추가하고 3D 인쇄를 모색하며 기타 첨단 기술을 통합하고 있습니다.

미국 자동차 산업은 수십 년 동안 자동화되었습니다. 자동차와 트럭의 생산은 인간 직원과 격리된 거대한 덩치의 로봇과 관련이 있습니다. 울타리가 쳐져 있는 그 안에서는 용접 등의 작업을 합니다.

그러나 업계는 자동화 측면에서 발전하고 있습니다. 자동차 제조업체와 공급업체는 협동로봇(Cobot)으로 알려진 협동 로봇을 사용하는 방향으로 나아가고 있습니다. 이러한 장치는 종종 더 작고 더 민첩하며 작업자와 함께 안전하게 배포할 수 있습니다.

또한 업계에서는 3D 프린터의 사용을 확대하기를 원합니다. Ford Motor Co. 및 BMW AG와 같은 자동차 제조업체는 기술 배포와 관련하여 적층 제조업체와 직접 협력하고 있습니다. 기업들은 또한 제조 문제를 해결하기 위해 가상 및 증강 현실을 활용하고 있습니다. 그리고 다른 많은 제조업체의 경우와 마찬가지로 자동차 산업은 "연결된" 기계가 서로 및 작업자와 통신하는 인더스트리 4.0을 최대한 활용하고자 합니다.

미시간주 앤아버에 있는 자동차 연구 센터(CAR)의 산업, 노동 및 경제 부문 부사장인 Kristin Dziczek은 "새로운 자동화는 1980년대의 자동화와 다른 점이 많습니다."라고 말했습니다.

Dziczek은 "요즘 자동화는 인간의 물리적 노력을 복제할 뿐만 아니라 이를 공장 내부 및 외부의 다른 사이버 및 물리적 시스템에 연결하는 것"이라고 말했습니다. "즉, 제조업체는 자동화에서 더 많은 데이터를 얻고 개별 자동화 스테이션에 대한 제어뿐만 아니라 전체 제조 시스템에 대한 제어를 더 많이 제어할 수 있습니다."

자동차 자동화 트렌드의 상징 중 하나는 미시간주 레드포드의 디트로이트 교외에 있는 포드의 새로운 첨단 제조 센터입니다. 내부에서는 3D 프린터와 협동로봇이 공장 현장에서 사용될 방법을 연구하고 있습니다. 센터의 가상 및 증강 현실 시설은 전 세계 Ford 공장에서 생산 장비를 생산 현장에 배치하는 방법과 같은 문제를 처리하는 방법입니다.

Ford는 2017년에 선진 제조 조직을 구성하여 자동차 제조업체의 제조 작업 전반에 걸쳐 직원을 모았습니다. 이 그룹은 산업체가 디트로이트 지역의 다른 위치로 이전한 후 작년에 자신의 위치를 ​​확인했습니다.

Ford의 글로벌 첨단 제조 조직의 수석 엔지니어인 Mike Mikula는 "Ford Motor Co.는 자동화와 매우 성숙한 관계를 맺고 있습니다. 회사는 제조 기술을 가속화하기를 원했습니다.

다음은 자동차 산업의 자동화와 신기술이 진화하는 몇 가지 방법입니다.

3D 프린팅의 힘

3D 프린팅 또는 적층 제조에는 디지털 설계에서 부품을 레이어별로 인쇄하는 작업이 포함됩니다. 기술은 더 큰 부품을 인쇄하고 다양한 유형의 금속으로 더 많은 인쇄를 수행하는 방향으로 이동하고 있습니다. Aerospace는 3D 프린팅이 새로운 디자인을 가능하게 하고 티타늄과 같은 금속의 보다 효율적인 사용을 약속하기 때문에 수년간 첨가제에 투자해 왔습니다.

그러나 자동차 산업은 생산량이 더 많습니다. 지금까지 자동차 제조업체와 공급업체의 3D 프린팅 채택은 항공우주 분야의 3D 프린팅에 비해 뒤처져 왔습니다.

CAR의 Dziczek은 "3D 프린팅의 현재 응용 프로그램은 도구, 다이, 몰드, 지그, 고정 장치 및 일부 소량 부품으로 제한됩니다. “대량 생산된 자동차 및 부품에서 3D 프린팅을 더 광범위하게 채택하는 데 있어 실제 장애물은 현재 스탬핑, 몰딩 및 기계 가공 기반 부품 형성 프로세스의 사이클 시간, 비용 및 매몰 비용입니다. 3D 프린팅은 더 빨라져야 하고 비용은 상당히 낮아져야 자동차 산업에서 광범위하고 대량의 애플리케이션을 볼 수 있습니다."

그럼에도 불구하고 자동차 산업에서는 적층 제조 개발이 진행되고 있습니다.

Ford의 Mikula는 "3D 프린팅 기술 자체의 발전은 역사적으로 사용할 수 없었던 일련의 솔루션을 만들어냅니다."라고 말했습니다. 개선 사항에는 "인쇄할 수 있는 속도와 인쇄할 수 있는 재료가 포함됩니다. 탄소 섬유 강화 폴리머(CFRP), 고급 플라스틱 및 확실히 금속의 도입은 '가능한 기술'이라는 관점에서 잠재적인 응용 분야를 극적으로 변화시켰습니다.

"이와 결합하면" 증가된 컴퓨팅 용량이 "소프트웨어가 부품 설계에 도움이 되도록 할 수 있습니다. 모든 요구 사항을 충족하는 주요 솔루션을 제공하기 위해 동일한 수준의 엔지니어링 노력과 리드 타임이 필요하지 않습니다. 그래서 우리가 인쇄할 수 있는 것과 얼마나 빨리 인쇄할 수 있는지 면에서 모두 3D 인쇄를 매우 흥미로운 기술로 만듭니다. 확실히 여기에서 우리의 목표는 3D 프린팅과 관련된 일부 기술 문제를 잠재적으로 극복할 뿐만 아니라 더 견고해야 하는 툴링 및 조립 보조 도구를 제조 프로세스에 제공한다는 관점에서 이를 활용하는 것입니다."

이전에 Ford는 대형 부품을 생산하기 위해 프로토타입 3D 프린터에서 Stratasys Ltd.와 협력했습니다. 미시간주 디어본에 본사를 둔 이 자동차 제조업체는 매사추세츠 벌링턴에 본사를 둔 적층 제조 회사인 Desktop Metal에 BMW와 함께 투자자이기도 합니다. Ford의 CTO인 Ken Washington은 Desktop Metal의 이사회에 있습니다.

Desktop Metal의 CTO이자 공동 설립자인 Jonah Myerberg는 "포드와 BMW는 이것이 오고 있다는 것을 알고 있습니다."라고 말했습니다. “그들은 서두르고 있습니다. 차량 전체에서 볼 수 있으려면 아직 몇 년이 걸립니다.”

Myerberg는 3D 프린팅이 몰드와 지그를 넘어 확장될 가능성이 높지만 불확실성이 많다고 말했습니다.

그는 “차량의 한 영역만 볼 수는 없다”고 말했다. “차량 전체를 봐야 합니다. 우리가 하려고 하는 것은 3D 프린팅의 주요 이점으로 보는 눈을 뜨게 하는 것입니다.” Desktop Metal의 경영진은 자동차 제조업체가 해당 기술을 상위 공급업체에 제공할 수 있다고 말했습니다.

Myerberg는 "이 엔지니어들이 이야기하지 않을 무대 뒤에서 많은 일이 일어나고 있습니다."라고 말했습니다. "우리는 고객이 이 프린터를 어떻게 사용할 것인지에 대한 작은 그림만 가지고 있습니다."

9월에 HP Inc.는 강철 부품의 대량 생산을 목적으로 하는 HP Metal Jet라고 하는 새로운 3D 인쇄 기술을 도입했습니다. HP에 따르면 폭스바겐 AG는 2020년대에 전기 자동차를 생산하기 위해 HP 메탈 제트 기술을 사용할 계획입니다. 전기 자동차는 기존 내연 기관보다 움직이는 부품이 적습니다. 결과적으로 EV는 자동차 산업에서 적층 제조를 확장할 수 있는 기회가 될 수 있습니다.

협업 로봇

로봇은 자동차 산업 공장에서 자동화의 초기 사례 중 하나였습니다.

미시간주 로체스터 힐스에 있는 FANUC America Corp.의 자동차 및 부품 시장 총책임자인 Lou Finazzo는 로봇 채택의 초기 단계는 위험하고 반복적인 작업을 수행하는 것으로 구성되어 있다고 말했습니다. 많은 로봇이 자동차와 트럭 차체를 용접하는 데 사용되었습니다.

그는 “인간은 자동차 산업이 신체 측면에서 진정으로 발전할 수 있는 것에 대해 제한적이었다”고 말했다. 작업자가 "저 거대하고 큰 용접 총"을 조작하고 차량을 가로질러 맹목적으로 손을 뻗어 "좋은지 나쁜지 알 수 없는" 수많은 용접 지점을 적용하는 것은 어려운 일이었습니다.

"로봇 기술이 등장하면 더 복잡한 조립으로 차량을 조금 다르게 설계할 수 있습니다."라고 그는 말했습니다. “또한 품질에 대한 더 나은 제어 루프를 통해 실제로 용접 및 구조 구성 요소의 양을 줄일 수 있게 되면서 차량 조립이 오늘날의 우리 위치로 발전하게 되었습니다. 그것이 초기 단계였습니다.”

Finazzo에 따르면 오늘날 로봇과 자동화는 노동력에 보조금을 지급하고 있으며 제조업체와 공급업체에 노동력이 부족합니다.

"이제 한 사람을 고용하면 그 사람이 4, 5개의 협동로봇을 책임질 수 있으며 실제로 효율성이 향상되었습니다. 우리가 전통적인 자동차 제조업체와 이야기할 때 요구되는 유연성은 예전보다 훨씬 더 많습니다. 과거에”라고 말했습니다.

자동차 산업에서 협동로봇이 주목받고 있다. 일리노이주 호프만 에스테이트에 있는 Omron Automation Americas의 로봇 및 모션 제어 마케팅 매니저인 Darrell Paul은 “협동 로봇에 대한 자동차 산업의 관심을 이끄는 두 가지 핵심 요소는 속도와 비용입니다. “협업 로봇은 기존 제조 환경에 더 빠르게 구현될 수 있습니다. 이 로봇은 또한 기존 제조 셀 및 작업자와 함께 작업할 수 있어 추가 구조 또는 인프라 비용이 필요하지 않습니다.”

이 회사는 올해 라스베이거스에서 열린 CES에서 새로운 TM 시리즈 협동로봇을 소개했습니다. Omron에 따르면 비전 시스템이 있는 로봇은 빠른 시작과 전환이 가능합니다. Omron은 또한 로봇의 소프트웨어를 통해 다양한 작업을 훈련할 수 있다고 주장합니다.

Ford의 Advanced Manufacturing Center에는 FANUC, ABB, Universal Robots 및 KUKA Robotics에서 만든 로봇이 있습니다.

Ford의 Mikula는 "우리 공장에서 수행되는 많은 작업에는 산업용 로봇이 기본적으로 처리하는 도달 범위와 탑재하중을 가진 산업용 로봇이 필요하지 않습니다."라고 말했습니다. "협업 로봇은 작은 제조 공간을 제공하며 상당한 보호 인프라를 구축할 필요 없이 기술자와 시설 사이에 안전하게 통합될 수 있습니다."

“협동 로봇을 사용하면 훨씬 더 간단한 솔루션을 가질 수 있습니다. 로봇이 안전하게 작업을 수행하고 신뢰할 수 있는 방식으로 작업을 수행할 수 있도록 작업을 로봇으로 가져올 수 있습니다.”라고 Mikula는 계속했습니다.

"우리 제조 시설을 수정하는 데 비용이 많이 듭니다."라고 그는 말했습니다. “우리 차량의 콘텐츠는 계속해서 증가하고 있습니다. 엔진, 변속기, 배터리 팩 및 차량을 조립하기 위한 [필요한] 노력은 시간이 지남에 따라 계속 증가하고 있습니다. 따라서 추가 콘텐츠를 수용하고 자동화를 도입할 수 있는 곳에서 소비자에게 가능한 한 최고 품질의 제품을 저렴한 가격에 제공할 수 있는 곳에서 협동 로봇이 방정식에 정말 적합합니다.”

로봇 벤더 입장에서는 수행해야 하는 부담이 큽니다.

“자동차의 경우 시장 출시 속도가 매우 중요합니다.”라고 Finazzo는 말했습니다. “10년 전이라면 18개월 만에 새 트럭을 출시하는 것이 큰 성공을 거두었을 것입니다. 이제 그들은 '와우, 12개월 안에 해야 한다'고 말합니다. 따라서 시장 출시 속도가 중요합니다."

자동차 공급업체 조정

일부 자동차 공급업체는 협동로봇 사용 증가와 더 빠른 속도에 적응했습니다.

스위스 Bad Ragaz에 본사를 둔 Inficon은 자동차 시스템용 자동차 검사 장치를 만듭니다. 이 회사는 장비가 더 작은 협동 로봇과 함께 배치되는 것을 보았습니다. Inficon 장치는 습기 또는 가스 누출을 감지하는 데 사용됩니다. 협동 로봇을 통해 Inficon은 장치를 로봇에 부착할 수 있는 더 많은 기회를 갖게 되었습니다. Infincon 제품은 이제 전기 자동차 시스템의 습기를 감지하는 데 사용됩니다.

Inficon의 북미 자동차 영업 관리자인 Thomas Parker는 "이것은 우리가 5~7년 동안 작업해 온 것입니다."라고 말했습니다.

협동 로봇을 사용하면 Inficon 장치를 더 쉽게 배포할 수 있습니다. “우리는 협동로봇으로 가능한 것과 6축 로봇으로 가능한 것에 대해 고객에게 많은 교육을 하고 있습니다. 우리 팀에서는 많은 교육을 받고 있습니다.”

자동차 고객을 고객으로 하는 공작 기계 제조업체인 Hydromat Inc.는 업계 동향에 적응했습니다.

미주리주 메릴랜드 하이츠에 본사를 둔 회사의 마케팅 이사인 Kevin Shults는 Hydromat을 사용하여 "자동화의 상호 작용이 더욱 향상되었습니다."라고 말했습니다. “작업자에게 시스템은 작업자와 작업자가 실행하는 공작 기계 간의 상호 작용이 더욱 강화되었습니다. 기계에서 프로그래밍하는 것이 더 일반적입니다.”

자동차 산업의 변화는 "더 빈번한 교체"를 의미한다고 Shults는 말했습니다. "전환이 더 빨라야 합니다."

Shults는 "자동차 고객에게 다양성과 제품 이익을 제공하는 다품종 제품군을 제공하기 위해서는 자동화가 필수적입니다."라고 덧붙였습니다.

근로자 조정

자동차 산업이 고도화됨에 따라 작업자의 기술 향상을 위한 노력이 진행되고 있습니다.

앨라배마주의 노동력 훈련 프로그램인 AIDT는 자동차 산업 고용이 더욱 정교해짐에 따라 노동자 훈련 노력을 강화하기 위해 노력하고 있습니다. 공장 직원들이 훈련 세션을 위해 Huntsville 근처에 있는 앨라배마주 Tanner에 있는 AIDT 시설에 옵니다.

앨라배마에는 여러 차량 조립 공장이 있습니다. 주에는 항공 우주 공장도 있습니다. 결과적으로 Alabama는 제조 교육을 개선하기 위해 노력하고 있습니다. 1월에 앨라배마 대표단은 제조를 위한 경량화 기술을 개선하기 위해 기업과 학계를 한데 모으는 Manufacturing USA 연구소인 LIFT(Lightweight Innovations For Tomorrow)의 디트로이트 본부를 방문했습니다.

AIDT의 부국장인 Kristi Bain은 "앨라배마주는 제조 분야에서 진화하고 있습니다.

앨라배마주 노동력 개발 위원회의 상무 차관인 에드 캐슬(Ed Castle)은 "우리는 고급 제조 시나리오에서 작업해야 합니다."라고 말했습니다. “우리에게는 단순한 방정식입니다. 필요성은 무엇이며 그 필요성을 어떻게 정의합니까?”

Ford의 Mikula는 이러한 추세가 자동차 제조가 예전보다 얼마나 매력적인지를 반영한다고 말했습니다.

그는 “정말 흥미로운 곳이다. "정말 재미있는 곳입니다."