협동 로봇(코봇)이 고혼합 저량생산 제조업체에 최적인 이유

협동 로봇(코봇)의 부상

작성: 앤드류 피터슨(Andrew Peterson), NIST.

협동 로봇은 성장하는 제품 믹스에 유연한 솔루션이 필요하지만 자동화 시스템에 더 큰 투자를 정당화할 만큼의 작업 규모나 자본 자원이 없는 제조업체들에게 점점 더 매력적으로 다가오고 있습니다.

이 협동 로봇, 흔히 "코봇(Cobots)"이라 불리는 것들은 최소한의 프로그래밍으로 작업을 실행하고 부품 위치와 크기의 변형에 적응할 수 있습니다. 인간은 코봇과 나란히 일하며 맞춤형 지그 제작의 필요성을 줄여 고혼합 저량생산(HMLV) 작업의 비효율을 해소합니다. 코봇은 쇼플로어에서 작업이 있는 곳으로 이동할 수도 있습니다.

퍼듀 제조 연장 파트너십(Purdue Manufacturing Extension Partnership)은 코봇 도입으로 많은 이득을 볼 수 있는 제조업체들을 식별했습니다. 협동 로봇 투자가 가장 타당한 경우는:

• 50~500명 직원에 제품군(Family product mix)을 가진 제조업체
• 자본 투자에 대한 빠른 회수 기간(예: 6개월)을 원하는 오너
• 교대 근무 인력을 채울 수 없지만 직원을 더 부가가치 높은 직무로 재배치할 수 있는 관리자
• 반복적이거나 위험한 작업을 하는 작업자

국립표준기술연구소(NIST) 공학연구소(EL)의 제조 로봇공학 측정과학(Measurement Science for Manufacturing Robotics) 프로그램의 노력 덕분에, 협동 로봇은 이제 더 작고, 가볍고, 중소 제조업체(SMM)가 통합하기 쉽게 되었으며 워크셀 내 상호운용성이 개선되었습니다.

코봇을 쇼플로어 작업자의 원격 조수로 생각하세요

MIT 연구에 따르면 인간-로봇 협업은 인간이나 로봇이 단독으로 작업하는 것보다 85% 더 생산적입니다. 코봇은 직원에게 조수처럼 작동합니다.

순수 로봇공학은 많은 가능한 변수를 고려하기 위해 엄청난 양의 프로그래밍과 센서를 필요로 합니다. 예를 들어, 부품을 로봇에 가져와 조립이나 용접을 위해 제시하는 사람이 로봇이 시설 다른 곳으로 가서 — 관련된 모든 안전 및 환경 요인들로 — 자재를 모아 작업을 하게 훈련시키는 것보다 훨씬 더 비용 효과적입니다.

반면 코봇은 많은 기계와 애플리케이션용 소프트웨어로 작동하므로, 작업을 신속하게 재배치해 운영 유연성을 더할 수 있습니다. 또한 가볍지만 신뢰할 수 있습니다. 많은 코봇은 수년간 연속 가동할 수 있는 충분한 작동 시간을 보증하는 워런티를 가지고 있습니다.

가장 일반적인 세 가지 코봇 유형은:

1. 고정 베이스(Fixed-base) – 주로 부품과 도구로 반복 작업을 하는 단일 암.
2. 이동형(Mobile) – 특히 픽앤플레이스 작업과 빠른 체인지오버에 유용.
3. 착용형(Wearable) – 외골격 등, 사용자가 인간으로서의 이점과 기계의 힘과 지구력을 활용할 수 있게 함.

협동 로봇은 다양한 애플리케이션으로 프로그래밍 가능

HMLV 작업에서는 작업이 크게 다양해 생산성과 전체 설비 효율에 과제를 만듭니다. 하지만 HMLV 작업에는 여전히 실수와 작업자 긴장 및 부상을 초래할 수 있는 단조로운 루틴이 포함되는 경우가 많습니다.

HMLV 현장에서 협동 로봇이 사용되는 많은 애플리케이션 중:

• 머신 텐딩(Machine tending) – 부품이나 도구를 집어 옮기는 반복 작업을 대체하는 코봇의 가장 일반적인 용도.
• 적응형 조립(Adaptive Assembly) – 코봇의 유연성으로 나사 조이기, 볼트 조이기, 부품 끼우기, 접착제 도포 등 가능.
• 부품 및 제품 검사(Inspecting parts and products) – 로봇은 인간 검사를 제한하는 정신적 피로를 겪지 않으며, 고해상도 카메라/센서 장착 시 이 작업을 훨씬 더 빠르게 수행.
• 용접(Welding) – 스폿 용접과 아크 용접에 점점 더 흔하게 사용되며 코봇의 유연성이 드러남. 인증 용접공 심각한 부족으로 이 용도 지속 증가 예상.
• 포장 및 배송(Packaging and shipping) – 수축 포장부터 부품 박스 포장, 팔레트 적재까지 작업 다양. 코봇은 중량물 들어올리기 작업에 좋은 후보.

코봇의 다재다능함은 HMLV 작업에서 가장 매력적인 이점 중 하나입니다. 종종 매력적이지 않은 여러 다양한 작업을 마스터할 수 있는 직원을 둔 것과 같습니다.

협동 로봇 구현 시 과제

NIST 연구소는 코봇에 대한 균일성 작업을 계속하고 있어, 겉보기엔 동일한 사양의 시스템들도 반복 가능하고 의미 있는 방식으로 측정, 평가, 비교될 수 있습니다.

NIST EL 지능형 시스템 부문 그룹 리더 엘레나 메시나(Elena Messina)는 코봇 사용 증가에 대한 과제로 다음 통찰을 제공합니다:

• 중소 제조업체(SMM)는 로봇공학의 트렌드와 잠재적 이점을 인지할 수 있지만, 성공의 확실성 없이는 투자하기를 주저하는 경우가 많습니다.
• 상용 기술이 있어도, 제조업체는 협동 로봇이 실제로 예상대로 수행할지 자체 자원으로 판단해야 할 수 있습니다. SMM은 전담 프로그래머가 부족할 수 있고, 프로그래밍 복잡도는 코봇 OEM마다 다릅니다.
• 명확하게 정의된 결과가 있어야 적절한 통합과 구현을 달성할 수 있습니다. 그렇지 않으면 통합이 예상보다 더 지속적인 비용이 될 수 있습니다.

협동 로봇에는 한계도 있습니다:

• 표준 자동화보다 느린 속도로 작동하는 경우가 많습니다.
• 많은 코봇이 제한된 페이로드 용량과 도달 범위를 가지지만, 일부 모델은 이 영역을 해결합니다.
• 일부 위험한 애플리케이션의 경우 코봇에 케이지나 영역 스캐너 같은 추가 안전 인프라가 필요할 수 있습니다.

IMEC가 귀사의 코봇 활용을 돕습니다

제조업체는 코봇이 제공하는 전통적인 로봇공학 가치 제안, 즉 인간 근로자가 더 복잡한 작업을 할 수 있게 해주는 반복 작업 수행의 혜택을 누릴 수 있습니다. 또한 코봇은 자동화 시스템에 비해 상당한 비용 절감으로 제공되며 제조업체를 미래 혁신을 위한 위치에 자리잡게 합니다.

협동 로봇공학은 자동화와 디지털 기술 초기 시도가 잘 안 된 SMM들에게 특히 위협적인 개척지일 수 있습니다. IMEC가 협동 로봇 구현 과정을 안내하고 귀사의 투자에 대한 현명한 결정을 내릴 수 있도록 돕겠습니다.

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