첨단 로보틱스: 산업 제조의 유연성 혁신

라하브 마드빌(Rahav Madvil)과 노암 리본(Noam Ribon), 지멘스(Siemens)가 산업 제조에서 첨단 로보틱스의 부상을 살펴봅니다.

맞춤화(Customization)와 유연성(Flexibility)은 현재 산업 제조에서 가장 뜨거운 키워드입니다. 고객은 이름 새겨진 맞춤형 애프터셰이브, 필요한 기능만 가진 차량, 5G 연결을 위한 최신 무선 안테나를 탑재한 새 전화기 등 자신을 위해 만들어진 무언가를 원합니다. 이 모든 맞춤화는 하나의 결론으로 이어집니다. 제조업이 고혼합 생산(high-mix production)으로 이동하고 있으며, 매우 작은 로트(lot)로 수백만 가지 다른 제품을 만들고 있다는 것입니다.

동시에 오늘날 만들어지는 많은 제품이 기존 자동화 기술만으로는 너무 복잡해, 제조업체가 전통적 로보틱스를 인간의 수작업 조립으로 보완해야 합니다. 사람들은 공정 변화를 매우 빠르게 이해하고 설명하는 능력으로 평가받습니다. 하지만 이 유연성이 자동화된 공정에 포함된다면 어떨까요?

유연하고 자동화된(심지어 자율적인) 생산 시스템은 제품 복잡성 증가와 더 큰 맞춤화 수요를 동시에 충족하려는 많은 제조업체의 성배(Holy Grail)입니다. 한 제품에서 다른 제품으로 생산을 빠르게 전환하는 능력은 로트 사이즈 1과 내일의 고도로 맞춤화 가능한 제품을 향한 기업의 결정적 특징이 될 것입니다.

작은 로트 크기 자체가 본질적인 문제는 아니지만, 현재 생산 공정은 기하급수적인 투자 없이는 이를 쉽게 수용할 수 없습니다. 이 기하급수적 투자 문제를 피하기 위해(문제를 해결할 수도, 못 할 수도 있음), 많은 기업이 생산에 대한 더 유연한 접근을 모색하고 있습니다. 제조업체는 최소한의 생산 현장 변경으로 여러 제품을 어떻게 효율적으로 만들 수 있을까요?

첨단 로보틱스가 해답이며, 많은 기업이 이미 도입의 길에 있습니다.

첨단 로보틱스 여정

많은 공장 현장은 원자재부터 완제품까지 모든 것을 운송하기 위해 컨베이어 벨트 네트워크에 의존합니다. 하지만 이 네트워크는 다품종 제조 공정에서 끊임없이 변화하는 목적지로 수천 가지 다른 제품을 처리하도록 설계되지 않았습니다. 컨베이어 시스템이 변할 수 있다면 어떨까요? 공장의 혼잡 지역을 피하기 위해 경로를 바꾸거나? 작업물을 최적 가공 스테이션으로 전달하기 위해 목적지를 바꾼다면?

이것이 자동 유도 차량(AGV)과 자율 이동 로봇(AMR)을 첨단 소프트웨어, 솔루션, 애플리케이션 개발 플랫폼과 함께 사용해 첨단 로보틱스가 해결하는 종류의 문제들입니다.

일반적으로 로봇 사용의 목표는 작업물을 A지점에서 B지점으로 비교적 쉽게 전달하는 것입니다. 하지만 단순히 AGV나 AMR을 시설에 도입하는 것만큼 간단하지 않습니다. 투자 가치의 대부분은 첨단 로봇 기술의 최적화와 조정에서 나옵니다. 우리의 경험상 기업이 첨단 로보틱스를 제조 공정에 도입하도록 돕는 것은 4단계 여정입니다.

1단계, 진입자(Entrant) 단계는 고정 자동화 로보틱스나 유사 기술을 사용해 대부분의 작업이 수동으로 프로그래밍되는 단계로 정의됩니다. 모든 공정 계획은 인간에 의해, 소프트웨어의 도움을 받아 가능하며, 작업은 특정 로봇에 할당되어 특정 위치와 시간에 기능합니다. 이 접근은 대량 생산 시, 생산 라인 변경이나 수정이 최소화될 때 잘 작동합니다. 이 단계에서 로봇의 모든 행동이 명시적으로 지정되므로, 변경이 필요할 때 로봇을 오프라인으로 전환하고 수동으로 재프로그래밍해야 합니다. 이는 생산 시간에 부정적 영향을 미칩니다.

2단계는 베테랑(Veteran) 단계로, 오늘날 산업 제조업체에서 가장 일반적인 단계입니다. 디지털 트윈을 사용해 전체 시스템 검증과 전체 생산 라인의 제어 알고리즘 구축을 특징으로 합니다. 제조의 디지털 트윈 활용은 전체 시설 시뮬레이션을 가능하게 해 후기 여정 단계 진행 방법에 대한 깊은 통찰을 제공합니다. 동일한 프로그래머블 로직 컨트롤러에서 실행되는 여러 로봇을 동시 업데이트함으로써 생산 현장 다운타임을 줄여 이 단계에서 상당한 생산성 향상을 달성할 수 있습니다.

3단계, 개척자(Pioneer) 단계로 진입하면 제조업체는 생산 공정의 더 많은 부분을 자동화할 수 있습니다. 디지털 트윈에서 얻은 통찰과 IoT 센서 피드백을 증강해 구축된 태스크 기반 프로그래밍을 시설 전체 로봇에 구현할 수 있습니다. 이는 설계나 공정 변경을 수용하기 위해 로봇을 프로그래밍하는 데 필요한 시간을 크게 줄입니다. 물리적 환경과 디지털 트윈 간의 폐루프 캘리브레이션을 기반으로 간단한 명령으로 로봇을 자동 조정할 수 있습니다.

최종 단계, 비전가(Visionary) 단계는 첨단 로보틱스 이니셔티브가 고도로 자율화되어 로봇의 거의 완전한 자율성을 제공하는 단계입니다. 이곳에서 AGV와 AMR이 고도로 효과적이 되어 정적 컨베이어 벨트와 선형 공정 경로를 첨단 모바일 로보틱스로 대체합니다. 이제 생산 변경은 필요한 제품 수와 몇 가지 변형이 필요한지 입력하는 것만큼 간단해질 수 있습니다. 그 정보로부터 시스템은 원하는 로트를 생산하는 최적 경로를 결정합니다.

소프트웨어는 이제 창고 B에서 몇 개의 부품이 필요한지, 어떤 가공 스테이션이 로트를 생산하기 위해 가장 빠르게 램프업할 수 있는지 결정합니다. 그리고 1순위가 유지보수로 다운된 경우, 차선책은 무엇인지 결정합니다. 이 한계는 공장 벽을 넘어섭니다. 혜택은 공급업체와 유통업체까지 확장되어 공장을 위한 가장 효율적인 작업량을 생성하는 데 도움을 줍니다.

비전가 단계는 완전한 공장 시뮬레이션으로 인해 AGV와 AMR 구현의 최적 지점입니다. 하지만 첨단 로보틱스는 더 이른 단계에서도 생산 스케줄링보다 단순한 작업을 수행하기 위해 도입될 수 있습니다. 일부 기업은 AGV와 AMR을 창고용 반자율 피킹 카트로 채택해 로봇이 인간 근로자를 따라다니며 보조하게 합니다.

공장이 어떻게 운영되는지에 따라 시설을 최적화하는 거의 무한한 방법이 있습니다. 그래서 포괄적인 디지털 트윈 투자가 이 여정에 매우 중요합니다. 그것은 공장이 어떻게 돌아가고 있는지에 대한 더 깊은 통찰을 허용해 비즈니스 미래에 확신을 가지고 투자할 수 있게 돕습니다. 첨단 로보틱스는 오늘날이 내일을 만나는 지멘스의 젤러레이터(Xcelerator) 소프트웨어, 솔루션, 애플리케이션 개발 플랫폼 포트폴리오의 일부입니다.

작성: 라하브 마드빌, 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어 시뮬레이션 제품 매니저, 노암 리본, 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어 선임 비즈니스 컨설턴트.