2022 로봇공학 트렌드: 제조업체를 위한 혁신적 자동화 전략

2021년이 저물어가는 가운데, 급변하는 기술, 소비자 요구, 경쟁 압력이 창의적인 운영 전략 구현을 계속 고무하고 있습니다. 그 결과, 더 저렴하면서도 높은 유연성을 가진 로봇들이 공급망 과제, 숙련 노동력 부족, 전례 없는 팬데믹, 일반적인 시장 변동에 효과적으로 대처하기 위해 생산 현장에 구현되고 있습니다. 이를 염두에 두고, 2022년과 그 이후의 성공적인 계획을 세울 때 현명한 제조업체들이 고려해 볼 만한 몇 가지 트렌드와 혁신을 소개합니다.

소규모 매장의 도입(Small Shop Adoption)

오늘날의 산업 환경에서 경쟁력을 유지하려면 최소한의 비용으로 고품질 제품을 생산하는 능력이 필수입니다. 자동화 비용이 하락하고 사용 편의성이 증가함에 따라, 이는 소규모 및 중견 제조업체들이 자사 쇼룸 바닥에 로봇을 통합하도록 꾸준히 유도하고 있습니다. 이제 자산으로 여겨지는 로봇 가용성은 잠재 고객에게 정시 납품과 제품 품질에 대한 기대를 충족할 수 있음을 안심시킵니다.

정밀 핸드 가이드 티칭으로 빠른 배치 또는 수요에 따른 재배치가 가능한 사용하기 쉬운 협동 로봇(코봇)은 고믹스 저량 생산의 공백을 메우는 데 매우 매력적입니다. 아크 용접, 플라즈마 절단, 머신 텐딩, 경조립, 팔레타이징에 이상적이며, 인간과 함께 또는 근접하여 작업할 수 있는 코봇은 근로자 가용성, 직원 안전, 운영 효율성, 제품 품질과 같은 여러 우려 사항을 해결하고 있습니다.

내장된 안전 등급 파워 및 포스 리미팅(PFL)을 갖춘 6축 HC10XP 협동 로봇 같은 로봇은 수동 용접을 쉽게 보완하거나 공장 환경에서 크고 무거운 공작물에 이동시켜 배치할 수 있습니다. 이는 소규모 작업장에 필요한 용접 용량을 제공할 뿐만 아니라, 좁은 환경에서 플로어 공간을 최대화합니다. 또한 20kg 페이로드 용량의 HC20XP 같은 더 높은 페이로드 코봇도 소중한 플로어 공간 절약에 능숙합니다. 적절한 크기의 라이저(riser)와 함께 이 IP67 등급 코봇은 엘리베이터 없이 40x48인치 팔레트(최대 80인치 높이)를 적재 또는 하역할 수 있어 더 나은 투자 수익을 위한 더 큰 다재다능함을 제공합니다.

"아크월드(ArcWorld®) 50 및 LC 시리즈 같은 콤팩트 워크셀도 잡샵 설정에서 중소형 부품 용접을 위한 생산 확장에 사용되고 있습니다."라고 야스카와 모토만의 수석 제품 매니저 조쉬 레쓰(Josh Leath)는 말합니다. "단일 또는 듀얼 워크스테이션으로 제공되는 이러한 공간 절약 용접 솔루션은 매우 빠른 투자 회수 기간을 유지하면서 빠르고 쉬운 설치 또는 재배치를 가능하게 합니다."

오프라인 로봇 프로그래밍(Offline Robot Programming)

인력 인구 통계와 시장 동인은 제조업체가 로봇 통합과 프로그래밍에 접근하는 방식을 계속 변화시켜, 사용 편의성 혁명을 촉발했습니다. 직관적인 프로그래밍 옵션 - 오프라인 프로그래밍(OLP) 포함 - 은 로봇 프로그램이 티치 팬던트에서 포인트별로 작성되는 동안 생산을 중단할 수 없는 작업장에서 높은 가동 시간을 촉진하는 데 필수적입니다.

로봇이 프로그래밍된 경로를 따라 움직이는 것을 시각적으로 보여주는 로봇 워크셀의 3D 표현을 사용하여, OLP는 숙련된 프로그래머와 초보자 모두에게 PC 기반 가상 환경에서 로봇 프로그램이나 작업을 설계, 테스트, 조정하는 기능을 제공합니다. 충돌 감지, 3D PDF, 컨베이어 추적, 캠 경로(Cam Path) 등 유용한 기능을 제공하는 야스카와의 모토심(MotoSim®)은 프로그래밍과 리치 스터디에 이상적인 사용자 친화적이고 비용 효율적인 소프트웨어입니다. 다른 서드파티 옵션들은 강력한 기능을 제공하여 작업 전문가들이 로봇을 쉽고 빠르게 프로그래밍할 수 있게 합니다. 로봇마스터(Robotmaster®), 옥토퍼즈(OCTOPUZ®), 델포이(Delfoi)는 로봇 용접 시스템의 복잡한 프로그래밍을 포함한 다양한 애플리케이션을 위한 포괄적인 소프트웨어 솔루션을 제공합니다. 후자의 경우, 델포이는 티치 팬던트 프로그래밍 대비 프로그래밍 시간의 90%를 절약할 수 있어, 다중 암 워크셀 같은 복잡한 구성에도 프로그램을 정확하고 매우 빠르게 보낼 수 있는 극도로 빠른 방법이 됩니다.

혁신적인 프로그래밍 방법

로봇 프로그래밍 환경은 비전통적인 프로그래밍 아이디어로 가득 차 있습니다 - 그 중 많은 것들이 로봇 시스템의 극도로 빠르고 쉬운 구현을 촉진하고 있습니다.

정밀 핸드 가이드 티칭(Precision hand-guided teaching)

향후 6년간 40% 성장할 것으로 예상되는¹ 사용하기 쉬운 협동 로봇은 새롭고 매우 관련성 높은 애플리케이션을 탄생시키는 데 도움을 주고 있습니다. 정밀 핸드 가이드 티칭은 이 트렌드의 핵심 측면으로, 높 로봇 시스템을 통합하려는 기업에게 이상적인 솔루션입니다.

대안적으로, 완델봇(Wandelbots) 같은 기업들은 운영자의 움직임을 모델링할 수 있는 지능형 센서 기술을 사용하여, 사용자가 로봇 팔을 잡는 대신 스타일러스로 로봇 경로를 가르칠 수 있게 합니다. 이 극도로 쉽고, 로우코드(low-code), 비용 효율적인 접근 방식은 선택된 애플리케이션에 대해 기존 프로그래밍보다 평균 20배 빠릅니다.

직관적인 팬던트 애플리케이션(Intuitive pendant applications)

직관적이고 스마트폰 같은 티치 팬던트가 오늘날 보편화되고 있습니다. 이와 함께 사용자 친화적이면서 강력한 애플리케이션 기능을 위한 팬던트 및 확장 애플리케이션의 활용도 증가하고 있습니다.

로봇 프로그래밍 방식을 근본적으로 바꾸는 야스카와의 직관적인 스마트 팬던트(Smart Pendant)는 이제 특정 패턴으로 부품을 처리하는 작업을 빠르게 생성하는 강력한 기능을 제공합니다. 스마트 패턴(Smart Pattern)으로 알려진 이 스마트 팬던트 확장은 머신 로딩/언로딩, 스택/언스태킹, 케이스 패킹과 같은 일반적인 작업을 지원하는 그래픽 인터페이스를 제공합니다.

코봇 용접과 기존 로봇 용접 모두에 대해, 야스카와의 유니버설 웰드컴 인터페이스(UWI) 같은 직관적인 티치 팬던트 애플리케이션은 역사적인 프로그래밍 장벽을 뚫고 있습니다. 용접 설정이 저장되는 위치의 지역적 차이부터 다양한 차폐 가스 사용, 정교한 전원 기술의 존재, 새로운 용접 방법의 성장에 이르기까지, UWI는 제조업체가 모든 용접 공정이나 파라미터를 쉽게 제어할 수 있도록 매우 유용했습니다. 이에는 전압, 전류, 와이어 피드 속도가 포함됩니다.

로우코드 및 노코드 프로그래밍(Low-code and no-code programming)

UWI 같은 도구는 로우코드 및 노코드 프로그래밍을 위한 최근 소프트웨어 혁신을 보완합니다. 사용자는 이제 유연한 개발 플랫폼과 애플리케이션 모듈을 사용하여 단 한 줄의 코드도 작성하지 않고 앱이나 로봇 시스템을 프로그래밍할 수 있습니다.

패스 로보틱스(Path Robotics) 같은 다른 기업들은 최첨단 인공지능(AI), 머신 러닝, 컴퓨터 비전 시스템을 개발하여 산업용 로봇을 더 지능적으로 만듭니다. 용접 애플리케이션에 초기 초점을 맞춘 패스는 독점 비전 및 인식 시스템으로 프로그래밍 방정식을 완전히 제거합니다. 이 시스템은 부품이 공간에서 어디에 있는지 인식한 다음, 로봇 경로와 용접 파라미터를 실시간으로 변형에 맞춰 조정합니다. 센서와 처리 개선이 계속됨에 따라 지능형 로봇 설치의 성능과 채택도 계속될 것입니다.

크로스 플랫폼 로봇 자동화(Cross-platform robotic automation)

사용자 친화적 자동화의 새로운 패러다임을 여는 레디 로보틱스(READY Robotics)는 크로스 플랫폼 로봇 자동화를 위한 엔터프라이즈급 운영 체제를 만들었습니다. 이는 거의 누구나 사실상 모든 로봇(야스카와 로봇 포함)을 프로그래밍할 수 있게 할 뿐만 아니라, 특정 코딩 전문 지식이 필요 없는 그래픽 아이콘 기반 프로그래밍으로 자동화를 그 어느 때보다 더 접근 가능하게 만듭니다.

로봇 운영 체제(Robot Operating System)

올해 주목할 프로그래밍 방법을 마무리하는 것은 로봇 운영 체제(ROS)의 진화입니다. 리눅스, 자바, 마이크로소프트 윈도우® IoT 엔터프라이즈 같은 운영 체제에서 실행되는 미들웨어의 성장하는 모음인 ROS는 오픈 로보틱스(Open Robotics)가 ros.org에서 지원하는 최첨단 알고리즘, 소프트웨어, 함수, 드라이버 등의 무료 오픈 소스 저장소입니다.

ROS를 한 단계 더 발전시킨 ROS-인더스트리얼®(ROS-I)은 산업용 로봇에 특화된 ROS의 고급 기능에 구체적으로 초점을 맞춥니다. 일부에서는 첨단 기술을 하나로 묶는 접착제로 보는 이 기능 풍부한 도구 모음은 로봇 제조업체, 부품 공급업체, 시스템 통합업체, 최종 사용자가 2D/3D 이미지 처리나 실시간 로봇 경로 구동을 위한 힘 제어 같은 무수한 복잡한 애플리케이션을 개선하도록 돕고 있습니다.

고믹스 저량 작업을 위해 기존 산업용 로봇 애플리케이션에 적응형 기능 수정을 할 수 있는 더 큰 능력이 필요함을 인지한 야스카와는 ROS-인더스트리얼 컨소시엄(RIC) 아메리카와 협력하여 강력한 통신 드라이버를 개발했습니다. 이는 제조업체와 연구자들이 애드온을 만들고 인식 센서를 통합할 수 있는 옵션을 제공합니다. 다양한 비구조화 환경 애플리케이션에 로봇을 시기적절하고 비용 효율적으로 호환되게 만드는 데 매우 유리한 이 기술은 야스카와가 자사 로봇과 함께 사용할 수 있는 능력을 제공합니다 - 모든 최신 세대 야스카와 로봇은 ROS가 활성화되어 있으며 더 진보된 작업을 위해 기능을 확장하도록 수정될 수 있습니다.

최적화된 머신 비전(Optimized Machine Vision)

언급했듯이, 비용 효율적인 비전 개선은 더 다양한 애플리케이션을 가능하게 합니다. 비전 기반 시스템, 예를 들어 베오 로보틱스(Veo Robotics)의 프리무브(FreeMove®)는 기계가 인간에 더 반응하게 만들어 제조 방식을 재창조하고, 최소한의 보호 장치를 사용하는 동적 안전 시스템으로 귀결됩니다. 프리무브 시스템은 환경 내 물체의 모든 가능한 미래 위치를 투영하고, 작업자 안전을 위해 필요에 따라 로봇을 느리게 하거나 멈추게 신호하기 전에 보호 분리 거리를 동적으로 계산합니다.

이러한 시스템은 인간 근로자가 생산 방정식에 참여할 수 있는 옵션을 제공할 뿐만 아니라, 이 기술이 적용된 로봇 시스템은 제조업체가 대량 맞춤화, 더 짧은 생산 런, 강화되는 품질 요구에 더 잘 적응하도록 도우며, 장기적으로 더 비용 효율적으로 만듭니다. 비전은 부품을 찾거나 검사하는 것을 넘어, 적층 제조나 용접 경로 계획 같은 공정을 로봇을 사용하여 완벽하게 하는 데 활용됩니다.

"로봇 비전은 또한 점점 더 많은 검사 작업에 적용되고 있습니다."라고 야스카와 모토만의 제품 매니저 크리스 콜드웰은 말합니다. "일반적으로 인간보다 빠르고 신뢰할 수 있는 로봇 검사는 제품 품질과 제품 처리량을 개선하려는 제조업체에게 극도로 중요해지고 있습니다." 스크랩을 줄이고, 양품을 극대화하며, 전체 설비 효율성(OEE)을 최적화하기 위해 협동 로봇을 포함한 유연한 로봇 모델들이 워크셀에 통합되어 표면 품질, 용접 무결성, 부품 기하학을 보장합니다. 로봇과 지능형 주변 장치(고급 비전 시스템, 견고한 전원 공급 장치, 직관적인 사운드 분석, 용접 검사 시스템 등)의 결합된 사용은 정보에 입각한 생산 결정을 위한 풍부한 데이터를 제공할 수 있습니다.

통합 자산 관리(Integrated Asset Management)

연결된 장치들이 제공하는 엄청난 양의 데이터는 야스카와 콕핏(Yaskawa Cockpit™) 같은 에지 서버 솔루션으로 가장 잘 포착됩니다. 이는 선도적인 OPC-UA 또는 다른 데이터 수집 인터페이스를 사용합니다. 이러한 자산 관리 시스템은 경쟁 우위를 얻으려는 제조업체에게 포괄적인 통찰을 제공할 수 있습니다. 용접 품질을 예로 들어보겠습니다. 사내 부품에 사용되든 공급망의 다른 부분에서 들여오는 부품의 품질을 확인하는 데 구현되든, 로봇과 이런 유형의 다중 데이터 소스 연결성의 결합 사용은 긍정적인 영향을 제공할 수 있습니다.

이는 지속적인 공급망 우려를 제기하는데, 이는 제조업체들에게 여전히 최전선에 있습니다. 근로자 안전 촉진과 연결된 공장 장치의 원격 모니터링 및 관리 능력 제공으로, 자산 관리 솔루션이 주목받고 있습니다. 통합적이고 지능적이며 혁신적인 데이터 분석 접근 방식을 가능하게 하는 이러한 도구들은 의사 결정자들이 현재 및 과거 생산 볼륨, 연결된 모든 장치(로봇 포함)의 운영 상태를 실시간으로 볼 수 있게 돕습니다. 이는 장비 성능 유지에 대한 정보에 입각한 결정을 내리는 데 도움을 줄 뿐만 아니라, 사실상 어디에서나 운영 목표를 효율적으로 실행할 수 있는 능력도 제공합니다.

기술 주도 산업의 미래

2022년으로 나아가면서 기술 발전은 시장 요구와 그에 따른 로봇 혁신을 계속 촉진할 것이며, 부품 및 소비재 포장 상품에 대한 요구는 지속적으로 나노 단위의 공차로 수축될 것입니다. 오차 범위가 나노 스케일로 진입하는 것처럼 보이는 가운데, 로봇의 반복 정밀도는 전자제품, 전기 자동차, 의료 장비 등이 관련된 곳에서 추가 자동화를 초래할 것입니다. 전반적으로, 로봇 자동화를 포함한 새로운 기술을 포용하는 운영 전략을 실행하는 제조업체들이 시장 압력에 지속적으로 빠르게 적응하여 성공할 가능성이 가장 높습니다.

¹ 협동 로봇 시장 규모, 점유율 및 코로나19 영향 분석, 포춘 비즈니스 인사이트, 2020