협동 로봇: 제조업 인력 부족의 실질적 해결책

협동 로봇이 제조업의 숙련 노동자 부족 문제의 해답인가?

기계 가공소나 판금 공장 사장에게 회사 성장의 가장 큰 걸림돌이 무엇인지 물어보면, 대개 같은 대답을 들을 수 있습니다. 부족한 것은 운전 자금도, 첨단 기술도 아닌, 훨씬 더 기본적인 것, 즉 녹색 버튼을 누르거나 상자를 포장할 사람이 필요하다는 것입니다. "충분한 사람을 찾을 수 없습니다"라는 말을 자주 듣게 됩니다.

설상가상으로, 지역 직업 학교와의 협력이나 내부 인력 개발 프로그램을 통해 인력 문제를 어느 정도 해결한 기업들도 여전히 똑같이 어려운 과제에 직해 있습니다. 바로 저임금 국가의 제조업체들과의 치열한 경쟁입니다. 경쟁사의 인건비가 자사의 일부분에 불과할 때, 어떻게 살아남을 수 있을까요?

인력 강화 도구로서의 자동화

해답은 자명합니다: 자동화하십시오. 자동차 공장의 통로를 거닐면 긴 조립 라인을 따라 노란색, 주황색, 흰색의 수많은 산업용 로봇이 작업하는 것을 볼 수 있습니다. 대형 제조 기업에서도 마찬가지입니다. 산업용 로봇이 공작 기계 셀에서 부품을 로드/언로드하고, 지나가는 공작물에 도장하며, 자동 용접 셀에서 부품을 결합합니다. 인력 문제가 해결된 것처럼 보입니다.

하지만 생산 물량이 적어 자동화가 경제성이 없어 보이는 나머지 제조 현장은 어떨까요? 누구나 산업용 로봇이 비싸다는 것을 압니다. 프로그래밍에는 숙련된 기술자가 필요하고, 인간 작업자의 안전을 위해 정교한 가드나 라이트 커튼이 필요합니다. 작업 전환에는 귀중한 시간이 소요될 뿐만 아니라, 특수 엔드 이펙터, 로봇 작업 범위 내로 자재를 이송하는 컨베이어, 그리고 공장 바닥에 추가되는 또 다른 장비의 정기 유지보수도 필요합니다.

보편적인 솔루션의 등장

"협동(collaborative)"과 "코봇(cobot)"이라는 용어의 기원은 뜨겁게 논쟁 중이지만, 한 가지 분명한 것은 약 10~15년 전 여러 로봇 공급업체가 자동화의 번거로움을 해결하기 위해 새로운 접근을 시도했다는 점입니다. 예를 들어, 유니버설 로봇(덴마크 오덴세)의 UR5 "협동" 로봇은 안전 가드를 없애겠다고 약속했습니다. 설치는 1시간 미만으로 완료된다고 알려졌습니다. 터치스크린 인터페이스는 누구나 사용할 수 있을 만큼 간단했고, 로봇은 필요한 곳으로 쉽게 이동할 수 있을 만큼 가벼웠습니다. 동급 산업용 로봇보다 훨씬 낮은 가격대로, 코봇은 대소 규모의 공장에서 곧 찾아볼 수 있게 될 것이라고 회사는 예측했습니다.

그 예측은 적중했습니다. 다른 로봇 기업들도 곧 뒤를 이었고, 오늘날 거의 모든 산업용 로봇 공급업체가 UR5에 대응하는 자사 제품을 생산하거나 적극적으로 개발 중입니다. 실제로 코봇이 너무 인기를 끌어서, 미국 로봇산업협회(RIA; 미시간주 앤아버) 블로그에 따르면 현재 협동 로봇이 누리는 3%의 시장 점유율이 2025년까지 10배 증가할 것으로 전망됩니다.

인상적인 수치지만, 이는 인간 친화적이지 않은 전통적인 로봇들에게 어떤 의미일까요? 그들이 곧 벨트 구동 기계나 탄소강 공구 비트처럼 역사의 뒤안길로 사라질까요? 그리고 엄청난 성장 잠재력을 제쳐두고, 코봇이 정말로 기대에 부응하는 것일까요, 아니면 마케팅 과장이 현실을 앞선 또 다른 사례일까요?

적은 것이 더 많다

유니버설 로봇 아메리카(미시간주 앤아버)의 지역 영업 이사 스튜어트 셰퍼드는 그렇지 않다고 생각합니다. 과장된 기데에는 그만한 이유가 있다고 그는 말합니다. 더 적은 가드, 더 적은 설치 면적, 더 적은 운영자 교육 필요성 등이 그 이유입니다.

"코봇은 더 많은 기업과 이전에는 자동화되지 않았던 애플리케이션에 자동화를 도입할 기회를 제공합니다." 셰퍼드의 말입니다. "PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러)와 로봇 자체의 발명 이후 자동화 산업에서 가장 중요한 변화가 될 수 있습니다."

셰퍼드는 모든 규모의 제조업체가 코봇이 생산 현장에 가져다주는 이점을 누린다고 지적하며, 사용 편의성과 낮은 총소유비용(TCO)이 특히 중소기업에 매력적이라고 덧붙였습니다. 이것이 시장 평균보다 빠른 성장세를 보이는 이유 중 하나라고 셰퍼드는 설명했지만, 코봇 구현이 산업용 로봇보다 쉽기 때문에 식품 가공, 창고 작업, 실험실 및 과학 분야 등으로 용도가 확장되고 있다고 강조했습니다.

자동화 재고

광범위한 적용 가능성에도 불구하고, 코봇이 위에서 언급한 심각하고 퍼진 문제, 즉 공장 바닥에 일할 자격을 갖춘 가용 인재의 부족을 해결하는 곳은 전통적인 제조 현장입니다. 이는 코봇 제조사 리싱크 로보틱스(Rethink Robotics Inc., 보스턴)의 최고운영책임자 짐 로튼의 설명입니다.

"지금까지 인간만이 수행할 수 있었던 작업을 완수할 수 있는 능력으로, 코봇은 이 고통을 완화하는 핵심 역할을 합니다." 그의 말입니다. "또한 인간 작업자가 기피하는 지루하고 힘들거나 아예 위험한 일을 대신 맡아, 직원들이 더 바람직한 역할로 이동할 기회를 줍니다."

산업용 로봇은 수십 년 동안 더러운 일을 기꺼이 수행해 왔습니다. 그렇다면 코봇의 특별함은 무엇일까요? 로튼은 여러 논거를 제시했습니다:

• 내장된 힘 감지 기능 덕분에 코봇은 전자 부품 조립 등 섬세한 작업에 완벽하게 적합합니다.
• 일반적으로 가드가 필요 없으므로, 포장, 제품 테스트 및 검사, 그리고 인간이 존재하는 모든 환경에 적합합니다.
• 빠르고 쉽게 배치할 수 있어 소량 생산과 빈번한 작업 전환(제조업의 큰 트렌드)에 이상적입니다.
• 코봇은 더 큰 산업용 로봇과 함께 작업하며 그 작업을 보완할 수 있습니다.
• 대부분의 코봇은 원하는 작업을 시연하듯 팔을 움직여 학습시킬 수 있습니다. 방대한 소프트웨어 스위트가 필요 없습니다.
• 계절적 제조업체나 고객 수요 변동이 큰 기업에게, 코봇은 성수기에 신뢰할 수 있고 적응력 있는 자원이 됩니다.

"코봇은 제조업체가 이전보다 훨씬 더 많은 공정을 자동화할 수 있게 하여, 업종에 관계없이 경쟁력과 혁신성을 유지하도록 돕습니다." 로튼의 말입니다. "간단히 말해, 그들은 신뢰할 수 있고 효과적이며 적응력이 뛰어나며, 기업의 성공을 돕습니다."

직원들의 우려 불식

자사의 공장에서 그런 성공을 거두고 싶다면, 코봇 열풍에 올라타기 전에 몇 가지를 명심해야 합니다. 무엇보다 생산 관리자나 공장 사장은 직원들이 로봇 혁명으로 일자리를 잃을지 모른다는 인식 때문에 반발하는 것을 원치 않습니다. 이 신기술을 공장 바닥에 도입할 때, 살과 뼈를 가진 작업자들에게 코봇이 그들의 일을 돕기 위해 있는 것이지 대체하기 위한 것이 아님을 알리는 것이 중요합니다.

성공적인 코봇 통합의 열쇠는 올바른 작업 선정에서 시작합니다. 로튼이 지적하듯, 코봇이 사용되지 않거나 가치를 인정받지 못할 때는 거의 항상 잘못된 작업에 배치되었기 때문입니다. "코봇이 모든 자동화 니즈를 충족하도록 만들어진 것은 아니며, 어떤 작업은 다른 작업보다 이 기술에 더 적합합니다." 그의 말입니다. "바로 이 지점에서 제조업체가 첫날부터 코봇 공급업체나 대리점과 직접 협력하여 올바른 애플리케이션을 식별하고 코봇이 최상의 방식으로 사용되도록 보장하는 것이 정말 중요해집니다. 거기서부터 기존 공정과의 구현 및 통합은 매끄럽고 원활하게 이루어집니다."

친환경적 접근

파나소닉 아메리카(FANUC America Corp., 로체스터 힐스, 미시간)의 일반 산업 및 자동차 부문 엔지니어링 이사 릭 맥스웰도 동의하며, 애플리케이션 니즈를 평가하여 적절한 로봇 솔루션을 제공하는 것이 중요하다고 덧붙였습니다. "진정으로 협동적인 성격인가, 아니면 전통적인 산업용 로봇에 더 적합한가?" 그가 말했습니다. "어떤 것이 고객의 니즈에 더 적절한지는 주로 작업의 처리량 요구사항, 그리고 핸들링해야 할 물체나 부품의 무게와 복잡성에 의해 결정됩니다."

여기에는 전통적인 자동화 지지자들이 재빨리 지적하는 함정이 있습니다: 대부분의 코봇은 번개처럼 빠르지 않습니다. 맥스웰이 지적했듯, 코봇은 단순하고 직관적인 픽앤플레이스 애플리케이션에 가장 적합하며, 느리고 꾸준한 속도로 수행합니다. 코봇 기술이 향상됨에 따라 이는 변하겠지만, 당분간은 산업용 로봇의 번개 같은 움직임에 근접할 것으로 기대하지 마십시오.

하지만 그것은 괜찮습니다. 제조 작업 셀에서 사람이 기계와 안전하게 상호작용해야 할 필요성은 매우 현실적이며, 코봇이 작업 영역 내 물체와의 예기치 않은 접촉을 감지하여 사람과 작업대를 공유하는 제약을 없애주기 때문에 가능합니다. 맥스웰은 "이는 값비싼 산업용 안전 펜스 없이 로봇이 힘든 작업과 반복 작업을 수행할 수 있게 하므로, 주요한 안전 및 비용 이점입니다."라고 말했습니다.

누가 구매하는가?

다른 제조사들처럼 파나소닉도 협동 로봇 솔루션을 찾는 기업들의 문의가 증가하고 있습니다. 다소 아이러니하게도, 이들 요청 중 상당 부분은 예상치 못한 출처, 즉 산업용 로봇에 대한 풍부한 경험을 가진 대기업들로부터 오고 있습니다. "협동 로봇 애플리케이션 기회는 대기업과 중소기업 모두에 존재합니다." 맥스웰의 말입니다.

ABB 로보틱스(오번 힐스, 미시간)의 조립 및 테스트 비즈니스 라인 매니저 니콜라스 드 카이저도 비슷한 추세를 목격하고 있습니다. "코봇은 일반적으로 사용하기 쉽고 통합 비용이 적게 들기 때문에, 자동화를 더 쉽게 접할 수 있게 하여 중소기업에 매우 매력적입니다. 따라서 전통적인 로봇에 비해 모든 규모의 기업에서 코봇 사용이 더 고르게 분포되어 있는 것 같습니다."

픽앤플레이스 외에 코봇은 무엇에 사용됩니까? 총 수요 중 압도적인 비중의 미래 성장은 자재 취급 부문에서 나올 것으로 드 카이저와 맥스웰은 동의했습니다. 코봇은 부품 포장, 박스 팔레타이징, 컨베이어 로드 등에 사용됩니다. 드 카이저는 일부 코봇이 소형 또는 정밀 부품을 포함한 복잡한 조립 작업에 특히 적합하다고 덧붙였습니다. 또한 공작 기계 텐딩, CNC 선반 및 머시닝 센터의 로드/언로드, 플라스틱 사출 금형에서 완제품 꺼내기 등에도 즐겨 사용됩니다.

너무 서두르지 마라

애플리케이션이나 기업 규모에 관계없이, 산업용 로봇의 성능에 익숙한 사람들은 몇 가지를 인지해야 한다고 덴소 로보틱스(웨스트 체스터, 오하이오)의 미주 로봇 영업 매니저 데이비드 M. 로버스는 지적했습니다. "코봇은 종종 자신들과 무관한 애플리케이션에 판매됩니다." 그의 말입니다. "기본적인 픽앤플레이스 작업이나 비교적 긴 사이클 타임의 애플리케이션에는 괜찮지만, 대부분은 전통적인 산업용 로봇의 속도와 정밀도를 따라잡을 수 없습니다."

그들의 협동적 성격도 과장될 수 있습니다. 로버스는 "코봇 끝에 칼을 장착하면 더 이상 협동적이지 않습니다. 손가락을 집을 수 있는 그리퍼를 사용하면 협동적이라고 볼 수 없습니다. 우리 제품이든 타사 제품이든, 솔루션이 진정으로 안전한지 평가하고 필요한 경우 적절한 가드를 추가해야 합니다."라고 말했습니다.

"만약" 시나리오도 고려해야 합니다. 부품 낙하 시 복구하거나, 정전 시 공작물 깊은 곳에서 후퇴하는 등 산업용 로봇의 능력을 잘 아는 사용자라면, 곤란한 상황을 해결하기 위해 사람의 도움이 필요한 반짝이는 새 코봇을 보고 실망할 수 있습니다.

"충분한 사이클 타임이 있고, 극한의 반복 정밀도가 필요하지 않으며, 사람들이 작업 영역 안팎에 있어야 한다면, 그것들은 코봇에 적합한 애플리케이션입니다." 로버스의 말입니다. "그렇지 않다면, 산업용 로봇이 더 나은 솔루션이라고 주장할 수 있으며, 어떤 로봇 고객이든 구매 전에 해야 하는 안전 평가 결과에 따라 구현 비용이 더 적게 들면서 더 높은 성능을 제공할 수 있습니다. 코봇을 둘러싼 과대광고가 많습니다. 사람들은 그것에 열광하고, 그 이론은 타당하지만, 이것은 구매자가 확실히 숙제를 해야 하는 경우 중 하나입니다."