자동차 제조 혁신: 자동화·협동 로봇이 조립 라인 재정의

지능형 자동화와 로봇ics 세계 최대 무역 박람회 '아우토마티카(automatica)'가 6월 16~19일 뮌헨에서 열립니다.

이 행사의 주요 초점 중 하나는 자동차 생산 유연성 제고입니다.

수많은 출품업체가 고정형 컨베이어 기술의 전통적 조립 라인 생산 대안을 제시할 예정입니다. 예를 들어 무인 이송 시스템과 물론 인간-로봇 협업(HRC) 애플리케이션용 협동 로봇(코봇)입니다.

자동차 산업의 대전환기

자동차 산업은 상당한 변화를 겪고 있습니다. 미래 구동 기술 논의가 한창입니다. 일부 제조사는 전동화에 베팅하고, 다른 이들은 과도기 기술로 봅니다.

동시에 내연기관 차량은 당분간 이전에 생각했던 것보다 더 지속될 것으로 보입니다.

고효율 필터 기술의 신세대 디젤 엔진은 전작보다 배출가스가 현저히 낮습니다. 다른 미래 구동 대안으로는 합성 연료, 수소, 연료전지가 있습니다.

이 시나리오가 고도로 자동화된 자동차 생산에 어떤 영향을 미칠까요? 로봇ics와 자동화 기술 공급업체에 무슨 의미일까요? 즉, 미래 자동차 생산은 어떤 모습일까요?

구동 기술의 다양성과 그에 따른 불확실성은 자동차 제조사가 이 질문에 답하기 어렵게 만듭니다.

하지만 한 가지는 확실합니다. 고도로 유연하고 디지털로 네트워크화된 자동화 솔루션 없이는 미래의 과제를 마스터할 수 없습니다.

지속 가능하고 인더스트리 4.0 호환 솔루션이 요구되며, 이는 전 세계 차량 제조사, 티어 1 공급업체, 시스템 공급업체가 최첨단 제조 구조를 구현하는 데 지원해야 합니다.

고정형 컨베이어 기술의 종식

자동화 기술 선도 박람회 아우토마티카는 이를 위한 기술을 보여줍니다. 많은 솔루션의 공통점은 고정형 컨베이어 기술의 제거입니다.

이는 100년 이상 자동차 제조를 지배해온 조립 라인의 진정한 패러다임 시프트를 의미합니다.

오늘날 자동차 제조사와 공장 계획가는 이 고효율적이지만 비유연한 기술의 대안을 찾고 있습니다.

첫 걸음은 이미 수년 전 차체 공정에서 시작되었습니다. 거기서 사용되는 로봇은 용접, 리베팅, 본딩뿐만 아니라 차체를 잡고 운반하면서 '기계 동료'들이 가공합니다.

긍정적 부수 효과: 모델 변경 시 전체 생산 라인을 폐기할 필요 없이 로봇만 재프로그래밍하면 됩니다.

자동차 생산뿐 아닌 새로운 시대

이 원칙은 이제 최종 조립에도 적용 가능합니다. 포르쉐(Porsche)는 주펜하우젠 신형 타이칸(Taycan) 생산 시설에서 이를 입증합니다.

알브레히트 라임홀트(Albrecht Reimold) 포르쉐 생산 총괄에 따르면 그곳에서는 조립 라인이 사실상 폐지되었습니다. 대신 차량이 무인 이송 시스템(AGV, 자율 유도 차량)으로 생산을 이동하며 단계적으로 완성됩니다.

이는 유연성을 크게 높입니다. AGV 속도와 조립 스테이션 체류 시간 모두 가변적이며, 이론적으로 모든 차량이 동일한 생산 경로를 거칠 필요 없습니다. 또한 한 라인에서 여러 모델이나 파생 모델을 문제없이 생산할 수 있습니다.

유연한 자동화의 완전한 스펙트럼

이는 유연성이 트럼프 카드임을 보여주며, 이는 자동차 생산뿐만 아니라 모든 산업에 해당합니다.

마르쿠스 우엘렌달(Markus Uellendahl) 포르쉐 컨설팅 수석 파트너는 "다른 산업 부문에서도 전통적 자동화 생산 라인에서 벗어나는 것을 보게 될 것입니다. 가까운 미래의 스마트 팩토리에서 AGV 같은 유연한 이송 시스템이 생산과 물류 프로세스 적응을 용이하게 할 것입니다. 가장 일관된 구현 형태에서는 자동으로 제조되는 제품이 자율 이송 시스템상의 현재 사용 가능한 조립 스테이션을 제어합니다. 알고리즘과 인공지능이 계획을 지원하고 의사결정을 더 효율적으로 만듭니다."라고 말했습니다.

우엘렌달에 따르면 스마트 팩토리의 향상된 전환 가능성은 후속 투자를 추가로 줄여줍니다. 이 목표를 전략적으로 추구하는 기업은 제품과 프로세스 변화를 경쟁 우위로 적극 활용하고, 변화하는 시장 요구와 일반 조건에 더 빠르게 적응할 수 있습니다.

아우토마티카에서 수많은 공급업체가 스마트하고 디지털로 네트워크화된 생산을 어떻게 구현할 수 있는지 보여줄 것입니다.

로봇 외에도 산업용 머신 비전 시스템, 그리퍼, 포지셔닝 유닛, 센서, 전자 제어장치도 이 맥락에서 핵심 역할을 합니다. 박람회는 이 모든 제품군을 집중적으로 살펴볼 독특한 기회를 제공합니다.

코봇, 작업자를 중심 무대로

아우토마티카에서 또 다른 발전이 보입니다. 현대 자동화 컨셉은 작업자를 배제하지 않고 중심 무대에 세웁니다.

외골격과 코봇이 직원의 육체적 부담을 덜어줍니다. 가장 큰 발전 도약은 코봇 분야에서 예상됩니다. 기존 로봇 제조사들이 아우토마티카 2018에서 이미 획기적 솔루션을 선보였고, 2020년에는 훨씬 더 많은 추가 개발이 전시될 예정입니다.

예를 들어 일본 로봇 제조사 파나소닉(Fanuc)이 뮌헨에서 완전히 새로 개발된 코봇을 선보일 예정입니다.

유니버설 로봇(Universal Robots), 쿠카(KUKA), 야스카와(Yaskawa), ABB, 슈타우블리(Stäubli) 등 많은 출품업체에서도 미래 지향적 HRC 솔루션을 기대할 수 있습니다.

한스 로봇(Han's Robot), 한화 정밀 기계(Hanwha Precision Machinery), 테크만 로봇(Techman Robot), 컨버터블 로봇(Convertible Robots), 유안다 로보틱스(Yuanda Robotics) 같은 다양한 신규 출품업체도 특히 기대됩니다.

협동 로봇은 이미 실제 현장에서 관례가 되었습니다. 오펠(Opel) 아이제나흐 공장에서는 덴마크 제조사 유니버설 로봇의 코봇이 에어컨 압축기를 엔진 블록에 체결합니다.

직원 바로 옆에서 안전 펜스 없이 로봇이 2분마다 3개 나사를 정확히 22뉴턴미터로 조이는 동안 인간 동료들은 덜 힘든 업스트림과 다운스트림 작업을 계속 수행합니다.

또 다른 예: BMW 딩골핑 공장에서 쿠카(KUKA)와 함께 최대 5.5kg 베벨 기어를 들어올려 프론트 액슬 트랜스미션에 밀리미터 단위 정확도로 장착하는 작업을 돕는 로봇 솔루션을 만들었습니다.

이전에는 수작업으로 했지만, 오늘은 민감한 로봇 동료 LBR iiwa가 지원합니다. 날씬한 강철 구조물에 매달려 외부 센서 없이 작동하며, 7축에 관절 토크 센서 시스템이 활성화되어 있습니다.

크리스토프 호크(Christoph Hock) 쿠카 시스템즈 인간-로봇 협업 총괄은 "자동차 산업에서 이런 애플리케이션이 향후 크게 늘어날 것입니다. 변형 증가 시대에 유연한 HRC 유닛으로 생산을 필요한 가동률에 최적으로 적응시킬 수 있는 것은 명확한 경쟁 우위입니다."라고 말했습니다.

아우토마티카는 6월에 새로운 유연성이 실용적으로 어떻게 구현될지 철저히 보여줄 것입니다. 자동차 생산뿐만 아니라 모든 산업에 적용됩니다.

메인 이미지: 조립 라인 없는 유연한 자동차 생산 원칙은 다른 산업 부문에도 적용 가능. 사진: 포르쉐 컨설팅