비자동차 제조업, 로봇 도입으로 효율성과 유연성 제고

하지만 로봇이 생산을 완전히 무인으로 운영하진 못할 수 있습니다.

더 저렴하고 기능 많은 로봇, 더 유연한 작업 셀과 로봇을 용이하게 하는 설치 환경들이 비자동차 부문 자동화 제조 시설 성장을 가속화하고 있습니다. 로봇공학과 자동화가 공장 현장에서 무인 제조(lights-out manufacturing)로 이어질지에 대한 견해는 엇갈립니다.

2018년 전체 로봇 판매 대수와 매출은 줄었지만, 산업용 로봇 주문은 생명과학, 식품·소비재, 플라스틱·고무, 전자 산업에서 전년 대비 24% 성장했다고 로봇산업협회(Robotics Industries Association)는 밝혔습니다.

성장엔 여러 이유 있습니다. 그중 로봇 시스템 설치, 자동화 시스템 통합, 프로그래밍이 더 쉬워진 점이 있습니다.

예컨대 스위스 기반 ABB 접근법은 각 고객별 맞춤 작업 셀 설계·엔지니어링 대신 표준화된 모듈러 자동화 솔루션 제품군 생산입니다.

'그 모든 게 시간 단축됩니다. 몇 주 몇 달씩 설계·엔지니어링에 안 쓰니까요'라고 ABB USA Robotics(미시간주 오번 힐스) 영업·마케팅 부사장 드와이트 모건은 말했습니다. '그래서 우리가 관여하는 모든 애플리케이션—기계 텐딩, 포장 등—에 표준 솔루션 제품군이 있어 정말 빠르게 움직이고 짧은 리드타임 확립 가능합니다.'

FANUC America Corp.(미시간주 로체스터 힐스)는 바퀴 달거나 리프트 트럭으로 들어서 제자리에 놓을 수 있는 모바일 지원 로봇 제공합니다.

'그리고 보통 더 자립적이어서 연결이 더 적습니다'라고 일반 산업 및 자동차 부문 엔지니어링 디렉터 릭 맥스웰은 말했습니다.

맥스웰 동료 존 투히 글로벌 어카운트 임원은 FANUC도 반자율 리프트 어시스트 관심 고객들이 많다고 말했습니다.

'협업 형태로 FANUC는 우리 로봇 중 어떤 것도 오늘날 공장에서 볼 수 있는 카운터밸런스나 리프트 어시스트 장치 같은 리프트 어시스트 장치로 적응시킬 수 있습니다'라고 투히는 말했습니다. '작업자가 로봇을 원하는 위치로 수동 조작해 작업 마친 후 로봇을 다음 부품 자율 픽업하러 보냅니다.'

ABB, FANUC, Kuka, Motoman 로봇을 작업 셀에 판매·통합하는 RobotWorx(오하이오주 매리언) 운영 디렉터 톰 피셔는 아날로그 셋업 대비 이더넷 통신 발전이 로봇의 여러 기능(다른 로봇과 상호작용, HMI, 버튼 조작 스테이션 등)을 동시에 쓰기 훨씬 쉽게 만들었다고 말했습니다.

'각 신호를 개별 배선하는 대신 한 번에 여러 신호 전달 가능합니다'라고 그는 말했습니다. '그냥 심플하게 꽂고 이더넷 I/O 설정하면 됩니다.'

로봇 설치가 더 쉬워지는 인간적 요인도 있다고 피셔는 말했습니다. '전자공학을 더 잘 이해하는 세대에 이르렀고, 비디오 게임 경험으로 키보드(또는 로봇 티칭 팬던트)로 것들 제어하는 게 직접 조작보다 더 능숙해졌습니다'라고 피셔는 말했습니다. '그 경험을 로봇공학에 적용할 수 있습니다.'

MC Machinery Systems Inc.에서 다운스트림 로봇이 다음 빅 이슈입니다. 미쓰비시 자회사로 일리노이주 엘크 그로브 빌리지 소재, 와이어 EDM, 밀링 머신, 레이저 커터 판매하고 자동화 라인에 통합합니다.

'부품 가져와서 픽업, 제대로 적재하면 로봇이 별도 위치로 이송할 수 있는 곳으로 이동합니다'라고 자동화 전문가 제이슨 르그랑은 말했습니다. '타임세이버 기계나 플래트너, 프레스 브레이크 통과할 수도 있죠. 그게 다음 빅 이슈고 통합업체들과 미팅하며 그들의 요구사항이 뭔지 알아내 이걸 실현하려 합니다.'

다운스트림 로봇 촉진은 미쓰비시의 2018년 Astes4 인수입니다. 스위스 기업으로 유연한 제조 시스템 Astes4Sort를 만듭니다.

'산업용 레이저에서 나온 완제품 자동 분류에서 단연 최첨단입니다'라고 르그랑은 말했습니다. '기능이 우리 레이저 자동화 다음 단계로 가야 할 곳입니다. Astes4Sort가 나온 완제품 가져가서 지시대로 적재합니다. 그 자체가 최종 사용자들에게 매우 매력적입니다.'

부품들이 적재되고 팔레타이징돼 제조 공정 다음 단계 준비됩니다. '같은 방향에서 같은 부품들 쌓인 스택이 있단 걸 아니까 로봇 작업 백엔드 통합이 훨씬 쉬워집니다'라고 르그랑은 말했습니다. '그게 더 비싼 비전 시스템 같은 거 없이 로봇이 거기서 다음 작업으로 가게 하는 첫걸음입니다.'

로봇 가격 평탄화?

역사적으로 로봇 가격은 내려갔지만, 일화적 정보론 가격이 평탄해지면서 가치는 상승했습니다.

지난 30년간 산업용 로봇 평균 가격이 절반으로 떨어졌다고 글로벌 경영 컨설팅 맥킨지앤컴퍼니는 말했습니다. statista.com에 따르면 산업용 로봇 평균 판매가는 2009년 63,000달러에서 2018년 45,000달러로 줄었습니다.

신품 및 재생 로봇 판매하는 RobotWorx 웹사이트에선 컨트롤러와 티칭 팬던트 포함 신품 산업용 로보틱스 50,000~80,000달러라 나옵니다. 일반적으로 재생 로봇은 신품 절반 가격이라고 RobotWorx는 말합니다.

최근 과거엔 로봇 가격이 진짜 안 내렸지만 로봇 회사들이 기능 더 추가했다고 RobotWorx 피셔는 말했습니다.

기능 개선 예가 인간-기계 인터페이스라고 그는 말했습니다. '과거엔 HMI용 보조 액세서리 배선해야 했습니다. 이제 FANUC 같은 회사들이 소프트웨어에 넣어 팬던트에서 돌릴 수 있게 합니다.'

협동 로봇에서 볼 수 있는 추가 기능 다른 예라고 그는 말했습니다. '최대 용도는 기계 텐딩, 지금 핫한 겁니다. 작업자가 작업 셀에서 로봇과 나란히 일할 수 있게 합니다.'

FANUC 맥스웰도 기능 측면에 동의했습니다. 컴퓨터 산업처럼 노트북 가격을 반드시 덜 내는 건 아니지만 돈 대비 더 많이 얻는 것처럼, 로봇도 같은 가격 내면 기능이 상당히 더 많습니다. 오늘날 로봇들은 더 빠르고, 컴퓨팅 용량·처리 능력 더 크고, 페이로드 더 높습니다.

MC Machinery 르그랑도 동의했습니다. '[로봇들이] 더 다양한 응용에 적합해졌습니다. 결과적으로 제조업체들이 더 많이 씁니다. 잘 절단된 부품 스택이 로봇 접근 가능한 곳에 배송되게 만드는 일이 생깁니다.

'이제 제조업체들이 '이 지점에서 로봇으로 뭘 할 수 있을까? 운영 간소화하고 반복 가능한 사이클 타임 줘서 생산 효과적으로 계획하게…' 등 말합니다'라고 그는 계속했습니다.

손으로 가르치기

제조업체들이 로봇으로 운영 효율화할 것 식별하고 공장 현장 설치 후, 더 직관적이고 사용자 친화적 소프트웨어로 프로그래밍 활용 가능합니다.

'우리 회사 전체와 업계 전체에서 자동화 사용과 프로그래밍을 핸드 가이딩, 메뉴 프로그램 같은 걸로 더 직관적으로 만들기 위한 엄청난 노력이 있었습니다'라고 맥스웰은 말했습니다. '기본적이고 쓰기 쉬운 메뉴 기반 옵션들 많이 찾게 될 겁니다. 우리 iHMI가 프로그램 생성 과정을 안내합니다. 그래픽이고 정말 꽤 단순합니다.'

로봇 프로그래밍되고 작동하면, 로봇 회사들이 기본 프로그래밍에서 작업에 따라 로봇 증가된 기능 통합 위한 더 복잡한 작업으로 마이그레이션 쉽게 만들었습니다. 맥스웰이 말했습니다.

FANUC, ABB 같은 로봇 제조사들도 핸드 가이딩 프로그래밍 추가했습니다. 픽앤플레이스 작업에서 작업자가 핸들 잡고 엔드오브암 툴링(EOAT)을 부품 있는 곳으로 드래그해 위치 가르치고, EOAT를 빈 위치로 드래그, 다시 박스로 드래그. 같은 작업 구식 방식은 로봇 티칭 팬던트 버튼들로 X, Y, Z축 밀며 로봇 위치 잡기였습니다.

'이제 실행 준비됐습니다'라고 맥스웰은 말했습니다. '그 3~4단계로 로봇에게 할 일 가르쳤습니다. 그래서 훨씬 더 직관적이고 쓰기 쉽습니다.'

ABB YuMi, 비전과 진공 그리핑, 두 가지 기계적 그리핑, 힘 제어 완전 통합된 듀얼암 로봇도 핸드 가이딩으로 프로그래밍 가능합니다. '아이 자전거 타기 가르치는 것과 같습니다'라고 모건은 말했습니다.

YuMi 일반 응용: 자재 핸들링, 조립, 포장, 식품 생산. 'YuMi 박스에서 꺼내면 바로 쓸 수 있습니다'라고 모건은 말했습니다. '두 팔이라 하나는 고정구로 부품 잡고 다른 하나는 작업 손 될 수 있습니다. 컨베이어, 팔레트, 고정구 필요 없습니다.'

진정한 무인 상황은 없을까?

무인 제조(lights-out manufacturing) 활용은 부품 핸들링과 물류 이슈로 저해됐지만, 상세 계획, 산업용 사물인터넷(IIoT), 아직 개발 중인 인공지능(AI) 같은 기능들이 극복 약속합니다. 하지만 완전 무인이 답 아닐 수도 있다고 한 제조업체는 말했습니다.

어떤 자동화든 무인이 목표라고 르그랑은 말했습니다. 자기 회사 작업 셀에선 레이저를 최대한 오래 켜두는 게 아이디어입니다.

'모두 그쪽으로 갑니다'라고 그는 말했습니다. '과거엔 자동화 시스템과, 더 중요하게 프로그래밍 기술과 기계 구성들이 진짜 무인용으론 제대로 안 갖춰져 있었습니다. 부품 팁업 등 기계 가동 멈추는 것들 많았죠. 우리 모두 실수에서 배웠습니다.'

르그랑은 무인이 트레이드오프 필요할 수 있다고 말했습니다. 특히 오퍼레이터가 모든 네스트가 독특한 다이나믹 네스팅하는 경우. 계약 공장에서 흔합니다.

'많은 잡샵 상황엔 그들이 믿는 무인이 적용 안 됩니다'라고 그는 말했습니다. '할 수 있지만 네스팅, 프로그래밍, 모든 걸 조금 다르게 접근해야 합니다. 다른 파라미터 셋으로 절삭해야 합니다.'

가장 빠른 절삭 방식은 아닐지 몰라도 무인에선 느리고 꾸준히가 이긴다고 르그랑은 말했습니다.

'일관되게 멈추지 않고 움직여야 합니다. 그래서 부품 간격 좀 더 벌리고, 부품 팁업 방지용 태핑 좀 더 공격적으로 할 수 있습니다.'

결과적으로 고객들이 MC Machinery 기계용으로 두 가지 다른 프로그램 갖게 될 수 있습니다. 무인용 하나, 유인 작업용 하나.

FANUC 맥스웰도 무인이 미래이자 여러 고객 목표란 데 동의했습니다. '상당히 긴 기간 실행 꽤 좋은 성공 봤습니다'라고 그는 말했습니다. '한 교대, 한 교대 반 정도지만 제조 공정 전반에서 여전히 들어와 특정 작업 해야 하는 영역들 있습니다. 성공한 건 보통 3교대, 2~3교대 사이였습니다.'

무인 작업이 자동화뿐만 아니라 자재 핸들링 같은 다른 기계·공정에도 의존하기 때문입니다. 물류가 중요하고, 잘 계획 안 되면 자재 부족 생길 수 있습니다.

무인 작업 의도하는 누구든 맥스웰 조언: 먼저 운영 분석해 개별 단계로 분해하세요. 각 단계에서 뭐가 잘못될 수 있는지 고려하고, 오퍼레이터 없이 그 문제 어떻게 해결할지 결정하세요.

항상 필수 인력 필요하다고 RobotWorx 피셔는 말했습니다. '무인 생산은 일종의 잘못된 용어입니다'라고 그는 말했습니다. '진짜 무인 생산 상황은 없습니다. 항상 어떤 지원 있습니다. 하지만 기업들은 스켈레톤 크루 자동화로 갈 겁니다.'

이 시점에선 여전히 라인 지원 필수 인력 유지 필요하다고 그는 말했습니다. 반드시 오퍼레이터는 아니지만 고장 나거나 수리 필요 시 지원 위한 유지보수 기술자와 로봇 기술자들.

'무인 작업 트렌드 가능케 하는 건 기계 텐딩과 자재 핸들링용 로봇 활용입니다'라고 피셔는 말했습니다. '미래는 AI와 IIoT입니다.'

IIoT로 원격 위치에 알림 보내 작업자가 모니터링하고 문제 시 유지보수 스케줄링, 생산 수량 추적 가능하게 합니다. AI는 더 예측적이라 로봇이 스스로 조정 개시 가능하게 합니다.

로봇공학 AI는 개발 중이며 아직 어떤 로봇에도 없습니다. '모든 OEM이 R&D 프로젝트로 연구 중이지만 아직 존재하지 않습니다'라고 피셔는 말했습니다. '아마 향후 5~10년 내 볼 수 있을 겁니다.'

완전 무인 막는 또 다른 큰 이슈는 부품 품질이라고 피셔는 말했습니다.

'조립 공정, 용접 공정 하면 부품 품질이 완벽하지 않으면 품질 아웃풋이나 수리·유지보수 관점에서 오직 사람만 식별할 수 있는 이슈들 생깁니다'라고 그는 말했습니다. 자동차 제조사들은 안전 용접 시각 검사로 용접 위치와 결함 없음 확인해야 합니다. 카메라론 너무 제한적입니다.

ABB 모건은 초점 무인에서 인더스트리 4.0으로 돌렸습니다. '로봇 사업 수십 년 했는데 '무인 생산'이란 용어가 자동화 제조의 성배처럼 거의 여겨졌습니다'라고 그는 말했습니다. '프로세스와 비즈니스 그 수준 도달하면 도착한 줄 알았죠.'

다른 이들이 무인에 초점 맞출 때 ABB는 미래 공장과 인더스트리 4.0에 조준했습니다. 저품종 대량, 고품종 소량 모두 운영 가능한 유연하고 민첩한 제조 시설.

'전통적 대량 제품 셀폰 보면 오늘 삼성 안드로이드폰에 색상과 메모리 구성이 몇 가지나 있는지 보세요'라고 모건은 말했습니다. '오늘날 제조업에서 우리가 보는 겁니다.'

완전히 새로운 통합 생태계에서 전체 자동화 구성이 빠른 배송 같은 고객 니즈에 통합됩니다. 예컨대 모건 말대로 콘택트렌즈 제조사가 소프트 렌즈 수십억 개 생산하지만 이제 공장에 FedEx 같은 통합 배송·물류 회사와 e-풀필먼트 운영 있습니다.

'제조업체가 돈 쓰는 게 무엇이든 신뢰 가능하고 가용성 높아야 하며 전체 설비 효율에 엄청난 초점 맞춰야 한다는 큰 포커스 보고 있습니다'라고 모건은 말했습니다. '이전 세계적 OEE 수치 80~85%는 이제 매우 낮은 기준이고, 오늘 세계적 수준 되려면 90%부터 시작합니다. 모든 레벨 효율성입니다. 제조 환경에서 협동 로봇이 오퍼레이터와 협업하고, 모든 게 디지털로 연결된단 뜻입니다.'