모바일 로봇, 전자 제조사에서 생산성·안전성 동시 향상

유니버설 로봇(Universal Robots)의 모바일 플릿이 매일 작업 명령을 받아, 고혼합 저량생산(High-mix/Low-volume) 전자 제조사 스콧 페처 일렉트리컬 그룹(SFEG; 테네시주 페어뷰)의 끊임없이 변하는 과제를 해결하고 있습니다. 유니버설 로봇 USA(동부 세타켓, 뉴욕; 덴마크 오덴세)가 공급한 협동 UR 로봇들은 단조롭고 잠재적으로 위험한 작업을 직원들로부터 넘겨받아 20% 생산성 최적화를 이뤘으며, 직원들은 더 보람 있는 업무로 재배치되었습니다.

SFEG는 2010년 프랑스 파워 솔루션(France Power Solutions), 노스랜드 모터 테크놀로지(Northland Motor Technology), 킹스톤 프로덕츠(Kingston Products) 세 스콧 페처 컴퍼니 사업부의 역량을 통합하기 위해 설립되었습니다. 내슈빌 외곽에 위치한 이 회사는 변압기, 파워 서플라이, 모션 컨트롤, 드라이브 시스템을 포함한 전기 전력 제품을 설계 및 제조합니다.

첫 UR5 로봇이 SFEG에 도착했을 때, 군중 속에서 친근한 친구가 계속 새로운 장소에 나타나는 '월리를 찾아라(Where's Waldo)' 책에서 영감 받아 '월도(Waldo)'라는 별명을 얻었습니다.

"어느 날 월도는 판금 벤딩을 하고, 다음 날 픽앤플레이스 작업을 하고, 사흘 뒤엔 지역 고등학교 제조의 날 행사에 데려갔습니다."라고 SFEG 운영 디렉터 매튜 부시(Matthew Bush)는 말했습니다. SFEG는 다양한 전기 모터와 부품을 제조하는 제조사입니다.

UR 로봇은 인터랙티브한 설계로 인해 협동로봇(Collaborative Robot)이라는 새로운 유형의 로봇으로 분류됩니다. 협동로봇은 새로운 작업에 쉽게 셋업할 수 있고, 경로 상의 물체나 사람을 만나면 로봇 팔이 자동으로 정지하는 내장 안전 시스템을 갖춥니다.

부시는 SFEG를 글로벌 규모에서 더 경쟁력 있게 만들고 기존 기계를 더 활용하는 방법을 찾던 중 이 새로운 자동화 솔루션을 발견했습니다. "고혼합 저량생산자로서 우리의 가장 큰 과제 중 하나는 대부분의 라인이 항상 가동되지 않는다는 것입니다. 전통적인 의미에서 로봇을 라인에 투입하는 것은 매우 큰 도전이었습니다."라고 부시는 말했습니다.

"우리는 모바일하고 유연한 로봇 인력을 구축하고 싶었고, 협동로봇이 유일한 방법이었습니다. 몇 가지 제안만 봤고, UR 로봇만이 그 일을 할 수 있다고 생각했습니다. 표준 산업용 로봇의 속도와 정밀성을 가지면서도 돌아다니며 인간 옆에서 일할 수 있습니다."라고 부시는 말했습니다.

SFEG는 UR 로봇을 바퀴 달린 받침대에 올려 판금 부서 전반에 모바일 UR 로봇 플릿을 구축 중입니다. 로봇은 블랭킹 프레스에서의 초기 블랭크 절단부터 성형, 폴딩, 전기 부품 최종 조립까지 전체 생산 주기에 통합되고 있습니다. 추가 로봇으로 터렛 프레스와 프레스 브레이크 텐딩도 지원할 계획입니다.

제너럴 매니저 롭 골디에즈(Rob Goldiez)는 "유니버설 로봇이 사람들과 손발 맞춰 일하며 페이스 세터 역할을 해 약 20% 증가를 보고 있습니다."라고 말했습니다. 모터 필드 라인에서 일하는 UR 로봇은 킬로그램 단위 페이로드에서 이름을 딴 UR5와 UR10입니다. 모든 로봇은 0.1mm 반복정밀도를 가지며 리치는 19.7~51.2인치(500~1300mm) 범위입니다.

UR5는 라인 끝에서 직원 옆에 배치되어, 직원이 모터 필드 부품을 건네면 UR5가 집어 홀더에 놓고, 와이어 커터를 집어 와이어를 트리밍한 뒤, UR10 로봇이 집어 컨베이어에 올려 최종 조립을 위해 보냅니다.

"여러 로봇을 인터록하고 Modbus TCP 연결과 로봇 상태를 읽을 수 있습니다. 다른 소프트웨어 패키지로 정보를 전달하고 데이터도 수집할 수 있습니다. 이제 막 들여다보기 시작한 많은 가능성의 문을 엽니다."라고 수석 엔지니어 제이미 쿡(Jamie Cook)은 말했습니다.

UR 로봇은 모든 프로그래밍이 이루어지는 터치스크린 펜던트와 함께 제공됩니다. 화면의 방향키로 로봇 팔을 조작하거나, 단순히 로봇 팔을 잡고 원하는 웨이포인트 사이 움직임을 '가르치는(Teaching)' 방식으로 직접 조작할 수 있습니다. 이는 쿡이 기존 로봇 작업 시 코딩해야 했던 구조화된 텍스트 프로그래밍을 없애주었습니다.

"정말 배우기 쉽고 예상보다 훨씬 순조로웠습니다. 이전 경험에 비추어 구현 시간의 1/3에서 1/2로 단축된 것 같습니다."라고 쿡은 말했습니다.

SFEG가 자동화할 작업을 찾을 때, 단조롭고 잠재적으로 위험한 작업 제거가 최우선이었습니다. 모바일 UR 로봇 플릿이 이제 맡은 또 다른 작업은 회로 기판에 에폭시 충전입니다.

과거에는 직원들이 대량의 회로 기판을 만들고 서서 이액형 에폭시로 수작업 충전한 뒤 경화 라인으로 보냈습니다. 지금은 로봇이 하루 종일 그 일을 맡아 원피스 플로우(One-piece Flow)로 전환할 수 있게 되었습니다. 모터 필드 라인에서 UR 로봇이 와이어 커팅을 맡아 안전 위험을 피합니다.

"하루 16,000개 와이어를 손으로 자르는 건 잠재적 수근관 증후군 유발 작업입니다. 그래서 로봇을 투입하기 좋은 곳이라 생각했습니다. 로봇이 수근관 증후군 걸리게 두자고요!"

"로봇을 투입한 곳에서 1:1로 사람이 다른 사업 영역으로 이동하고 있습니다. 현재 유니버설 로봇 14대가 있고 모두 구현되면 14명의 직원을 재배치할 수 있을 것으로 기대합니다."라고 골디에즈는 말했습니다.

현재 SFEG에서 개발 중인 다음 로봇 과제 중 하나는 아마추어에 C-클립 장착입니다. 바니시 오븐에서 두 대의 UR10이 모터가 담긴 바스켓을 로드/언로드합니다. 한 대의 UR10이 바니시 컨베이어 끝에서 간단한 이송 스테이션으로 이미 배치되어 바스켓을 라인 간 이동시키고 있습니다.

"지금 설계하는 모든 신제품을 로봇으로 조립할 수 있는지 확인합니다. 로봇으로 조립할 수 없으면 도면으로 돌아가 다시 시도합니다."

유니버설 로봇 USA에 대한 자세한 정보: www.universal-robots.com 또는 631-610-9664

이 기사는 2016년 3월호 매뉴팩처링 엔지니어링(Manufacturing Engineering) 잡지에 처음 게재되었습니다. "Mobile Robots Increase Worker Productivity, Safety" PDF로 읽기.