쇼플로어 자동화 고도화: 정밀성·유연성·신뢰성

머신 위, 머신 근처, 머신 사이—IIoT는 언제나 곁에 있다

자동화에 유연성이 그 어느 때보다 크게 들어왔다. 정밀 가공, 조립, 측정이 필요한 산업에 자동화 기술은 그 어느 때보다 폭넓게 제공되고 있다.

자동화 솔루션은 최고 정밀도부터 생산 검증된 신뢰성과 속도까지 스펙트럼이 넓다. 어떤 기술도 만능 솔루션으로 포장되지 않는다. 독약 고르기가 아니라, 가장 적절한 기술을 선택하고 ROI를 정당화하는 문제다. 바피더, 갠트리 로더, 단순 픽앤플레이스 같은 검증된 자동화도 여전히 전면에 있지만, IIoT 디지털 통신이 제조에 가져다주는 다재다능함의 이점을 가진 더 빠르고 새로운 로봇 기술들이 합류하며 많은 경우 이를 압도하고 있다.

시계 제조 정밀성에서 수백 대 로봇으로

엡손 아메리카(Epson America Inc., 네바다주 카슨시티) 로봇 그룹 제품 매니저 릭 브룩셔에 따르면, 모회사 세이코 엡손(Seiko Epson Corp.)이 35년 전 자사 시계 제조용 로봇 개발 시 정밀성이 전부였다. 오늘날 엡손은 175~1000mm 리치, 최대 20kg 페이로드, 5μm 반복정밀도 범위 300대 이상 로봇 라인업에 속도와 정밀성을 결합했다. 초기 대표 적용: 자동차, 의료, 전자 분야 손안에 들어오는 부품 조립, 머신 텐딩, 키팅, 검사·테스트, 팔레타이징 등 사실상 모든 산업.

엡손 로봇 포트폴리오 최신작인 엔트리급 신시스 T3 올인원 스카라(Synthis T3 All-in-One SCARA)는 가격대와 속도·정밀도 역량으로 자동차, 전자, 의료기기, 소비재 분야 적용 확대를 겨냥해 출시됐다.

"2017년 말 출시 이후 시장 수용이 우리 예상 이상입니다. T3는 암 내장 컨트롤러, PC 연결 프로그래밍, 고가 6축 G시리즈와 동일 소프트웨어를 7,495달러에 제공합니다." - 릭 브룩셔

다른 엡손 스카라 로봇처럼 T3는 평면에서 평면으로 스테이징하는 4축 로봇으로, 숍 내 리니어 슬라이드 대안으로 포지셔닝됐다. "리니어 슬라이드는 체인지오버마다 지속적 조정이 필요합니다. T3는 400mm 암, 최대 3kg 페이로드로 유연성과 속도, 콤팩트 디자인 통합, 엡손 RC+ 프로그래밍 소프트웨어로 이 니즈를 충족합니다."

콤팩트 패키지의 로봇 효율성

이로와 테크놀로지(Erowa Technology Inc., 일리노이주 알링턴 하이츠)는 EDM 가공용 툴·워크피스 핸들링 팔레타이제이션 시스템과 로봇, EDM 머신과 탠덤·결합된 칩 메이킹용 머신 텐딩 애플리케이션 개발 이력이 있다. 크리스 노먼 이로와 사장 겸 COO는 "잡숍은 매일 다른 일을 합니다. 그게 우리 강점: 워크피스를 팔레트에 올리고 매거진에 넣고 로봇이 머신 안으로 옮겨 가공하게 합니다—1개, 2개, 5개든 상관없습니다. 우리는 잡숍, 금형숍, 단납기 항공우주 제조숍 등 니치 시장에 있습니다. 우리 자동화는 그들을 위해 설계됐습니다."라고 말했다.

이로와 자동화 제품 수요는 강하다. "오늘날 숍들이 자동화 솔루션을 더 수용합니다. 2017년 대비 10~20% 성장했는데, 2017년은 2016년 대비 30% 성장했습니다. 우리는 더 이상 'EDM 회사'만 아닙니다. 전극 제조·핸들링 여전히 많이 하지만, 우리 툴링이 제조 다방면에서 쓰입니다. 우리 팔렛-척 퀵체인지 시스템, 절삭 공구·전극 교환기 등은 많은 기업이 자동화로 생각하지 않는 자동화 형태입니다."

로봇 프로그래밍도 단순화됐다. "우리 로봇 프로그래밍 어렵지 않습니다. 통합 레벨이 다릅니다. 가장 기본은 로봇이 머신 슬레이브가 되는 것. 모든 인터페이스 작업 완료했고 주요 OEM 모두와 인터페이스 보유. 설치 시 머신에 스핀들 호출하듯 팔레트 호출하면 됩니다. 기본 한 줄 코드. 셀 컨트롤 소프트웨어가 머신 컨트롤이 아닌 머신과 로봇 관리. 일반적으로 고객과 하루 정도 교육이면 충분합니다."

쇼플로어는 분주한 곳

마키노(Makino Inc., 오하이오주 메이슨) 최신 EDM은 무인 운전을 위한 자동화 탑재. 지원은 마키노 IIoT(산업용 사물인터넷) 애플리케이션 스위트 하이퍼커넥트(HyperConnect)로, 사용자 경험·효율성 향상과 머신 다운타임 감소를 도모한다. 하이퍼-i 컨트롤 시스템 탑재 모든 마키노 EDM에서 사용 가능. 하이퍼커넥트로 숍 매니저와 오퍼레이터가 네트워크 상 모든 PC, 스마트 기기, 다른 하이퍼-i 컨트롤 시스템에서 EDM 공정 모니터링·제어 가능.

EDM 오퍼레이터들은 이미 쇼플로어에서 할 일 너무 많다. 머신과 사무실 오가며 뛰게 하고 싶지 않다. 하이퍼커넥트는 오퍼레이터가 머신 앞이든 사무실이든 원격이든 효율 극대화에 필요한 것에 접근 가능하게 한다.

하이퍼커넥트 스위트는 쇼플로어 인력이 EDM 운영 모니터링·계획·트러블슈팅할 4가지 주요 연결 기능 제공. 중 EDM 메일과 PC 뷰어 기능이 가장 흔히 쓰인다. EDM 메일은 무인 운전 중 머신 상태 정보를 이메일로 오퍼레이터에게 전달해 다운타임 감소와 멀티태스킹 지원. 주기적 상태 업데이트나 머신 정지 알림을 언제든 전송.

프로세스 상호 연결, 아이디어 하나면 충분

머신 툴 빌더 제공 기술이 무관한 공정으로 넘어가면 자동화가 의외의 생산적 연결고리가 된다. 머신 툴, 3D 프린팅 기술, 자동화 공급사 메소드 머신 툴스(Methods Machine Tools Inc., 매사추세츠주 서드버리)는 적층 제조에 로봇과 절삭 공정 결합으로 '퀀텀 점프'를 이뤄 3D 제조 생산성 향상을 도모했다. 자동화 셀은 적층 제조·로봇·절삭 공정 결합으로 3D 파트 후처리를 빠르고 고효율로 완료하는 게 목표.

20피트(6m) 메소드 셀: 3D 프린트 제품 인피딩 스테이션 → 빌드 플레이트 위 3D 파트를 화낙 C600 EDM으로 이송해 빌드 플레이트에서 파트 부분 분리 → 다음 스테이션에서 화낙 로봇이 플레이트에서 파트 분리·전송 → 화낙 로보드릴(RoboDrill)에서 최종 가공. 로보드릴은 자체 내장형 콤팩트 자동화 풋프린트로 쇼플로어 환경 선호. 무인 제조 설계로 3D 프린팅부터 최종 후처리까지 전체 시간 단축, 수동 노동 제거하며 총 파트 처리량 4배 증가 보고.

메소드 머신 3D 프린팅 파트너: 3D 시스템즈(3D Systems Corp., 사우스캐롤라이나주 록힐), 3D 프린팅 원조 기업.

스마트 제조 = IIoT 연결성

두 공작기계 제작사 마작(Mazak Corp., 켄터키주 플로렌스)과 무라타 머시너리 USA(Murata Machinery USA Inc., 노스캐롤라이나주 샬럿)가 마작의 가공·자동화·스마트 기술과 무라텍 고밀도 자동 창고·입출고 시스템 결합으로 스마트 제조 시스템 공동 개발. 결과물 마자텍 SMS(Mazatec SMS, 스마트 매뉴팩처링 시스템)는 무인·라이트아웃 제조와 고생산량, IIoT 연결성 제공.

마자텍 SMS는 다수 마작 수평 머시닝 센터/멀티태스킹 머신과 무라텍 수직 지향 스토커형 시스템(팔렛, 자재 버킷, 고속 스토커 크레인) 결합. 각 제조사 생산·공간 니즈 맞춰 모듈러 시스템으로 최대 150개 스토커(다양 크기) 6단 구성으로 공간 효율 대폭 증대.

마작 스마트박스 IIoT 기술과 스무스 PMC 생산 관리 소프트웨어가 SMS 핵심 컴포넌트. 무라텍 자동 시스템이 모든 상호연결 제어하며 제조사 ERP/MRP 호스트·MES와 동기화. 결과적으로 마자텍 SMS는 공정 제어·모니터링·최적화를 위한 스마트 팩토리 솔루션으로, 소량 로트에서도 다양한 워크피스 고효율 생산 목표. 다양한 크기·유형 머신 툴을 동일 자동화 제조 시스템에 통합 가능. 마자텍 SMS 주변 장비: 로딩·센터링, 틸트 로딩, 승강 로딩, 워크 셋업, 파트 워싱 개별 스테이션. 스토커 크레인이 마자텍 SMS 전체 원자재 투입·완제품 배출도 담당.

자동화는 소프트웨어·IIoT 초점

숍 플로어 오토메이션(Shop Floor Automations, SFA; 캘리포니아주 라 메사)은 머신 모니터링, CNC 네트워킹(DNC 소프트웨어), 툴 트래킹, 생산 데이터 관리 공급하는 제조 자동화 소프트웨어 전문 기업. 가이 바로우 계정 임원은 "MTConnect, OPC UA, 오쿠마 신크(Thinc), 모드버스, 화낙 포커스(FOCAS) 등 프로토콜 지원. 우리 솔루션은 CNC 머신숍, 제작숍, 금형숍, 제조 공정 관련 모든 숍에 성공적. 대량 항공우주·의료·총기·자동차 부품 생산숍, 복합 생산/잡숍 포함."이라고 말했다.

"고객들은 머신 교체 없이 쇼플로어 구형 매체 제거 원합니다. 무선화하고 플로피 디스크 드라이브 교체 중. 프로그램 전송·CNC 리비전 관리 필요하지만, 요즘 우리한테 인기 많은 건 머신 모니터링입니다. 머신 효율이 고객 최우선 관심사. 고객 생산 고민 맞춤 솔루션 위해 엔지니어 상주. 대체 프로그램 전송 통신/관리 방법, 머신 가동률 증대, 리비전 관리, 페이퍼리스, 감사 준비 개선 등 이슈 해결 위해 새 솔루션 지속 테스트. ISO 인증, 무인 제조, ERP 등 타 솔루션 연계 같은 타 목표 달성도 지원." - 가이 바로우

작은 규모 자동화, 큰 역량

머시닝 센터와 팔렛 핸들링 시스템 조합이 배치 크기 1까지 소규모 시리즈용 자동화 시스템으로 입증돼, 리에르 자동화 시스템(Liebherr Automation Systems Co., 독일 켐프텐·미시간주 살라인)은 지능형 자동화 시스템 PHS 올라운드(PHS Allround)로 자동화 제품군 확장. 목표: 부품 크기·무게 독립적 고효율·간편 조작. 시스템이 워크피스 셋업을 머신에서 별도 셋업 스테이션으로 이동시키고 프리픽스처드 워크피스를 중간 저장 구역에 보관. 시스템 내 프리픽스처드 워크피스가 짧고 긴 머신 가동 시간 보상, 인력 최소·무인 교대 가능해 단가 최대 20% 최적화.

리에르는 범용 사용자용 콤팩트 클래스 PHS 올라운드 개발. "PHS 올라운드는 엔트리급 RLS 로터리 로딩 시스템과 개별 구성 가능 PHS 프로 팔렛 핸들링 시스템 간 간극을 메웁니다." PHS 올라운드 팔렛 핸들링 시스템으로 4·5축 머시닝 센터 결합 유연 생산에 대규모 사용자 그룹 진입 가능. 3중량급(최대 3톤) 신규 모듈러 컨셉으로 유연·개별 구성·확장 가능. 팔렛 크기 500×500mm~1000×1000mm 대응.

AR-15 총신 연장 부품 제조 셀: 2차 작업 타겟 맞춤 자동화

쇼플로어 대량 생산 대명사 하이드맷(Hydromat)이 인기 AR-15 스타일 소총용 총신 연장 부품 추가 핸들링과 2차 작업 제거 위한 맞춤 인프로세스 셀 설계·제작. 이전엔 이 부품이 여러 머신에서 제작됐다.

솔루션은 하이드맷 EPIC 머신 기술에 자동화·가공 공정 추가로 제공. 하이드맷 엔지니어링 팀은 원자재 봉재부터 완제품까지 셀 외부 작업 없이 해결하는 공정 고안.

하이드맷 엔지니어들이 제안한 배럴 익스텐션 OP 10/20/30 생산 셀 공정. 하이드맷 EPIC 머신 출구 → 맞춤 통합 OP 20 브로치/코인/디버 4스테이션 트랜스퍼 프로세스 셀 → 하이드맷 머신 복귀 OP 30 파트 완료. 가공 중 파트 머신에서 꺼내 별도 셀에서 브로치 가공 후 로터리 트랜스퍼 공정 복귀 마무리. EPIC 32/45-16 로터리 트랜스퍼 머신에 로봇 자동화 완전 통합·OP 20 셀 포함.

OP 10: 번들 바 피더가 바를 콜릿에 공급하고 1번 스테이션에서 컷오프. 파트 블랭크 2~8번 스테이션 이동하며 파트 첫 면 특징별 특정 가공. EPIC 머신 9번 스테이션에서 1번 화낙 로봇이 콜릿에서 파트 추출해 OP 20 프로세스 셀 피드 트레이 오픈 위치에 배치. 2번 로봇이 슈앙크(Schunk) 더블 죠로 파트 픽업해 셀 내 테이블 위치 1 죠에 장착.

레이저 위치 검증 후 2번 스테이션 이송. 뉴매틱 트랜스퍼 시스템이 죠에서 파트 꺼내 브로치 가공 위치에 배치, 브로치 머신 작업 수행.

타이 마일즈(Ty Miles Inc., 일리노이주 웨스트체스터)가 작업용 브로치 머신·툴링 공급. 브로치 완료 후 뉴매틱 트랜스퍼 시스템이 죠 내 파트 재배치 후 3번 위치(코이닝)로 이송.

4번 위치에서 최종 디버 브로치 스텝 후 1번 위치 복귀 언로드·언로드 트레이 오픈 위치 배치. 이 위치에서 파트 하이드맷 EPIC 머신 OP 30(9H~16H 스테이션) 복귀해 파트 둘째 면 특징 가공. 완료 후 또 다른 화낙 로봇이 완제품 배럴 익스텐션 파트 콜릿에서 추출해 컨베이어 벨트 배출. 15.0초 사이클 타임으로 봉재부터 필수 가공 완료까지 시간당 240개 생산. 열처리 후 연마 공정으로 시장 출하 준비.