산업 자동화 탐구: 유형, 이점, 인더스트리 4.0에서의 역할

산업 자동화는 우리와 오랫동안 함께해 왔습니다. 하지만 포함된 모든 유형을 아시나요? 인더스트리 4.0에 어떻게 들어맞나요? 이 글에서 산업 자동화에 대한 가장 흔한 질문에 답하겠습니다.

산업 자동화란?

산업 자동화는 운영자 상호작용 유무와 관계없이 반복 작업을 자동으로 수행할 수 있게 하는 모든 기술과 방법론을 포함하는 매우 광범위한 용어입니다.

산업 자동화의 세계는 매우 넓으며, 산업에 적용 가능한 기술들도 그렇습니다. 로봇, PLC, 공압 시스템 등 반복 작업 수행 기술뿐만 아니라, 산업 내 많은 다른 공정에 적용되어 더 큰 부가가치를 제공할 수 있는 다른 기술들도 포함합니다.

산업 자동화와 인더스트리 4.0의 관계는?

오늘날 산업 자동화는 인더스트리 4.0 없이는 이해할 수 없습니다. 산업 자동화는 생산 공정의 자연스러운 진화로 등장했습니다. 증기기관, 전기, 최초 로봇과 오토마타 등장 때도 그랬습니다. 인더스트리 4.0이 제공하는 건 이러한 전통적 시스템들을 모두 상호연결해 전체 생산 공정의 공동 관리와 진단을 가능케 하는 능력입니다. 또한 이 데이터를 분석해 경쟁력, 품질, 유지보수를 개선할 수 있게 합니다.

이 모든 것으로 I4.0의 이점은 매우 명확합니다:

• 시장 제품 진화에 빠른 개선과 적응.
• 디지털 시스템으로 공정 변경이 큰 어려움 없이 가능해 최종 제품 맞춤화 증대.
• 같은 라인 내 더 민첩한 레퍼런스 변경, 중복 투자 없이 다른 부품/제품 제조 가능.
• 제조 파라미터에 대한 더 많은 통제, 따라서 품질 향상.

산업 자동화 유형

ATRIA에서는 다양한 산업 자동화 프로젝트를 수행하며 작업 자동화를 가능케 하는 기술들을 사용했습니다. 일부 기술: 컴퓨터 비전, 협업 로보틱스, 산업용 로보틱스, AGV/AMR 및 증강현실.

이 기술들이 무엇인지 더 자세히 알려드립니다:

• 컴퓨터 비전: 다양한 유형 이미지를 통해 환경 시각 정보를 얻습니다. 이를 통해 부품 계측, 결함 검출, 위치 결정 등 응용 개발 가능.

• 협업 로보틱스: 사람과 로봇이 공존해야 하는 작업장이나 영역에 로봇 팔을 추가할 수 있습니다. 이 로봇들은 환경 변화에 반응하는 다양한 유형 센서를 포함합니다.

• 산업용 로보틱스: 우리가 아는 산업용 로보틱스는 협업 로봇이 다룰 수 없는 무거운 부품으로 보통 반복 작업 자동화에 쓰입니다. 예: 한 위치에서 다른 위치로 부품 이동.

• AGV, AMR, AIV: 무인 운반차(AGV), 자율 이동 로봇(AMR), 지능형 자율 차량(AIV)은 보통 생산 공장 내 자재 이송에 쓰입니다. 또한 아래 수행 프로젝트 중 하나에서 보듯, 다른 작업장에서 기능 테스트 등 다른 용도도 가능합니다. 필로우 가이드, 매핑 등 다양한 AGV 유형이 있습니다. 전용 글 참고.

• 증강현실: 유지보수, 작업 안내, 작업장 인체공학 개선 등에 쓰입니다. ATRIA에서는 산업용 프로젝터, 스마트 글래스, 태블릿 같은 휴대용 기기를 씁니다. 증강현실 글과 산업 유지보수 적용 증강현실 글에서 더 알아보세요.

더 복잡한 문제 해결을 위한 기술 조합:

• 로보틱스 + 비전 + AI: 부품 조립, 배치, 이송용 로봇 시스템, 부품 위치 파악이나 카오틱 피킹 작업용 비전 시스템에 대해 많이 들어보셨을 겁니다. 하지만 이 기술들은 훨씬 더 많은 가능성을 가집니다.
  ATRIA에서는 전통적 컴퓨터 비전 시스템으로 해결 못 하는 가장 복잡한 케이스에 인공지능을 걸고 있습니다. AI 사용은 공간 위치 파악이나 부품 양품/불량 판정뿐 아니라, 새로운 상황, 장애물, 오류에 적응할 수 있게 합니다.
  컨베이어 벨트로 제품이 지나가고 로봇이 집어 상자에 넣는 상황을 상상해 보세요. 전통적 비전 시스템이면 하나 이상의 '양품' 패턴을 정해 제품이 포장용으로 유효한지 판정하고, 아니면 폐기합니다.
  인공지능 포함으로 새로운 '불량' 케이스 출현을 평가하고 특정 지점으로 분리해 평가하며, 변화와 변동성에 맞춰 더 복잡하고 다재다능한 응용 구현 가능. 예시 여기.

• 로보틱스 + 비전 + AGV/AMR: 또 다른 흥미로운 조합은 협업 로봇과 이동 플랫폼(AGV, AMR, AIV)의 결합입니다. 이 결합으로 로봇이 각 작업장마다 투자 없이 서로 다른 작업장 사이를 독립적으로 이동할 수 있어 공정 유연성 확보. 다른 작업 수행 시 대기 시간도 최적화. 또한 컴퓨터 비전 시스템을 포함해 자율 플랫폼 배치 공차/편차 흡수, 작업할 부품 올바른 레퍼런싱 가능. MIR과 UR, AI 비전 시스템 결합 프로젝트 링크 참고.

산업 자동화의 이점

산업 자동화는 기업 생산 공정에 큰 이점을 가져올 수 있습니다. 가장 흥미로운 몇 가지:

• 생산성 향상: 산업 자동화는 생산 공정 연속성 증대. 일일 및 연간 가동 시간 최대화로 연중무휴 24시간 생산 가능. 더 큰 생산성과 경쟁력 확보.
• 품질 향상: 실시간 파라미터 제어·시각화, 컴퓨터 비전 카메라로 부품 시각화, 기타 지능형 제어 공정으로 생산 라인 전반 품질 향상.
• 유연성: 산업 자동화 공정으로 생산 라인 용량 증대, 신제품이나 변경 처리 가능.
• 운영 비용 경쟁력: 앞서 언급한 이점들(폐기물 감소, 품질 향상, 생산성 향상)로 운영 비용 절감.
• 정보 수집: 자동화의 또 다른 흥미로운 측면은 스테이션과 기계를 구성하는 요소들로부터 대량 정보 수집 가능. 예방적 유지보수 개선(특정 파라미터가 공정 영향 시), 불량 감소, 라인 효율 향상 가능.
• 안전성: 자동화로 사람 위험하거나 타협적 작업, 신체 마모/부상 유발 작업에서 해방시켜 더 안전한 생산 공정 달성.

산업 자동화 응용

산업 자동화에는 많은 가능한 응용이 있습니다. 오늘 일부를 말씀드리고 싶습니다. 일부는 더 일반적이라 다양한 분야와 생산 플랜트에 적용 가능, 다른 일부는 특정 산업에 더 구체적입니다:

• 부품 피킹: 한 위치에서 다른 위치로 부품 이동은 자동화 가능성이 가장 높은 작업 중 하나. 각 응용은 다르며 다른 설정이나 요소 필요. 복잡한 형상의 카오틱 부품 피킹 현재 가능. 이를 위해 3D 비전 기술과 로봇 클로 적절한 설계 필요. Yumi ABB 사용 프로젝트 참고.
• 품질 관리: 부품 품질 관리는 많은 경우 수동으로 이뤄지며 매우 지루한 작업. 다양한 컴퓨터 비전 기술로 플라스틱, 금속 부품 등 다양한 구성에서 결함 검출 자동화 가능. 이런 작업 자동화로 100% 생산 검사, 더 효율적이고 빠르게. 우리 수행 사례 참고.
• 제약 산업: 의약품/알약 충전, 상자 포장, 패키징 등 공정 대부분 자율 작업 셀로 자동화.
• 농업 산업: 자동화 이미 농업 분야에 존재, 머지않아 더 확대 예상. 자율 트랙터와 수확기, 살포·검사 담당 드론 모델 존재. 작업 병렬화로 점점 더 요구되는 분야에서 경쟁력 확보. 우리가 좋아하는 프로젝트 하나 참고.

• IT 응용: IT 세계 관련 작업 자동화는 매우 중요. 대량 데이터 수집·적절한 처리를 큰 팀 없이 가능케 함. 공급 관련 모든 정보(자동 재고 확인, 특정 수량 도달 시 주문)와도 관련.
• 광업 산업: 이 분야는 자동화가 제공하는 운영 이점 덕분에 큰 변화 겪는 중. 특히 자율 주행 차량 사용으로 근로자 위험 크게 감소(채굴, 철거 모두). 사람들이 훨씬 더 안전한 작업 맡을 수 있게 됨.

기업에 산업 자동화를 어떻게 포함시킬 수 있나?

우리가 설명한 내용이 흥미로울 수 있지만, 기업에서 어떻게 수행할지 의문이 생길 수 있습니다.
처음부터 평가해야 할 많은 요소가 있습니다:

• 응용의 궁극적 목표
• 난이도
• 제공 가능한 경제적 수익
• 시간 비용
• 응용 출시 필요 자원
• 그 외 각 응용별 구체적 요소들

또한 "인더스트리 4.0 인에이블러(Enablers)"라 불리는 일부 기업들, ATRIA처럼, 이 모든 작업을 신뢰성 있고 민첩하게 수행하는 책임을 집니다.

산업 자동화 시스템 구현 단계

무엇보다 응용 목표, 가용 시간, 자동화 수행 가용 투자를 정의해야 합니다.
이 시점에서 자동화 수행 방식을 고려해야 합니다. 많은 경우 작은 프로젝트부터 시작해 기술 검증과 익숙해지는 게 흥미로울 수 있습니다. 이는 투자 위험을 크게 줄이고 생존 가능성 보장. 다른 경우 최종 위치에서 직접 산업 구현 필요.
그럼 산업 자동화 프로젝트 실행을 위한 일반적인 단계:

• 계획. 생산 공정 심층 지식 필요해 제안 개선 수행할 자동화 시스템 설계. 공급자 선정, 구현 시간, 가용 자원 포함.
• 조립 관리. 통제된 셧다운, 유지보수, 주말 고려해 설치·테스트 단계 영향 최소화.
• 요소 통합. 새 자동화 시스템은 기존 시스템과 작동·통신·연결 필요. 통신 시스템 적응해 올바르게 작동하게 함.
• 실행 및 프로그래밍. 새 자동화 시스템을 새 위치에 설치. 많은 경우 프로그래밍이 사전 설치돼 이 단계 시간 절약. 요소 상호연결, 이동 요소 설치, 기타 필요 보조 작업 수행.
• 검증. 시스템 설치 후 공정이 올바르고 최적으로 작동하는지 테스트·재조정.
• 유지보수 계획. 유지보수는 정상 작동 핵심 요소. 적절히 문서화된 유지보수 계획 수립.
• 교육. 자동화 공정 관리에서 매우 중요한 포인트. 스테이션 정상 작동은 올바른 사용과 밀접.
• 문제 해결. 자동화 시스템은 가능하면 무선 센서와 검출기 갖춰 유지보수와 고장 검출 용이하게.

ATRIA에서 고객 니즈와 공정에 맞춘 다양한 자동화 프로젝트 수행, 여기서 볼 수 있습니다.

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