첨단 로봇공학으로 산업 제조 혁신하기

맞춤화와 유연성은 현재 산업 제조에서 가장 뜨거운 키워드입니다. 고객은 자신의 이름이 적힌 맞춤형 애프터셰이브, 필요한 기능만 갖춘 자동차, 5G 연결을 위한 최신 안테나가 탑재된 새 전화기 등 자신을 위해 만들어진 제품을 원합니다. 이러한 맞춤화 추세는 한 가지 결론으로 이어집니다. 제조가 다품종 생산으로 이동해 매우 적은 로트 사이즈로 수백만 가지 다른 제품을 생산하게 된다는 것입니다.

동시에 오늘날 생산되는 많은 제품이 기존 자동화 기술만으로는 너무 복잡해, 제조업체들은 전통적인 로봇에 인간 노동자의 수작업 조립을 보완해야 하는 상황입니다. 인간은 공정 변화를 매우 빠르게 이해하고 대처하는 능력으로 평가받습니다. 하지만 이러한 유연성이 자동화 공정에 포함된다면 어떨까요?

유연하고 자동화된(심지어 자율적인) 생산 시스템은 제품 복잡성 증가라는 과제를 극복하고 더 높은 맞춤화 요구를 동시에 충족하려는 많은 제조업체의 '성배'입니다. 한 제품에서 다른 제품으로 생산을 신속하게 전환하는 능력은 로트 사이즈 1과 미래의 고도로 맞춤화된 제품으로 나아가는 기업의 결정적 특징이 될 것입니다.

소량 로트 자체가 문제는 아니지만, 현재 생산 공정은 기하급수적으로 증가하는 복잡한 인프라 투자 없이는 이를 쉽게 수용할 수 없습니다. 이 지수적 투자 문제를 피하기 위해(문제를 해결할 수도, 못 할 수도 있는), 많은 기업이 생산에 대한 더 유연한 접근법을 모색하고 있습니다. 제조업체는 제품 간 생산 현장 변경을 최소화하면서 여러 제품을 어떻게 효율적으로 생산할 수 있을까요?

첨단 로봇공학이 해답이며, 많은 기업이 이미 도입의 길에 들어섰습니다.

첨단 로봇공학 여정

많은 공장 현장이 원자재부터 완제품까지 모든 것을 운반하는 컨베이어 벨트 네트워크에 의존합니다. 하지만 이러한 네트워크는 다품종 제조 공정에서 수천 가지 다른 제품이 끊임없이 변화하는 목적지로 이동하는 것을 처리하도록 설계되지 않았습니다. 컨베이어 시스템이 변할 수 있다면 어떨까요? 공장 내 혼잡 지역을 피하기 위해 경로를 바꾸거나, 공작물을 최적의 가공 스테이션으로 배송하기 위해 목적지를 변경할 수 있다면요?

이러한 문제들을 자동 유도 차량(AGV)과 자율 이동 로봇(AMR)을 첨단 소프트웨어, 솔루션, 애플리케이션 개발 플랫폼과 결합해 해결하는 것이 첨단 로봇공학입니다.

일반적으로 로봇을 사용하는 목표는 자재를 A지점에서 B지점으로 비교적 쉽게 전달하는 것입니다. 하지만 단순히 AGV나 AMR을 현장에 도입하는 것만큼 간단하지 않습니다. 투자 가치의 상당 부분은 첨단 로봇 기술의 최적화와 조율에서 나옵니다. 우리의 경험상 기업들이 첨단 로봇을 제조 공정에 도입하도록 돕는 것은 4단계 여정입니다.

1단계인 진입(Entrant) 단계는 고정 자동화 로봇이나 유사 기술을 사용하며 대부분의 작업이 수동으로 프로그래밍되는 단계입니다. 모든 공정 계획은 인간에 의해, 소프트웨어의 도움을 받아 수행되며, 작업이 특정 로봇에 할당되어 특정 위치와 시간에 작동합니다. 이 접근법은 대량 생산 시, 생산 라인 변경이나 수정이 최소화될 때 효과적입니다. 이 단계에서는 로봇의 모든 동작이 명시적으로 지정되므로, 변경이 필요할 때 로봇을 오프라인 상태로 두고 수동으로 재프로그래밍해야 합니다. 이는 생산 시간에 부정적 영향을 미칩니다.

2단계는 베테랑(Veterans) 단계로, 오늘날 산업 제조업체에서 가장 흔한 단계입니다. 디지털 트윈을 활용해 전체 시스템을 검증하고 전체 생산 라인의 제어 알고리즘을 구축하는 것이 특징입니다. 제조의 디지털 트윈을 활용하면 전체 시설을 시뮬레이션할 수 있어 여정의 나중 단계로 어떻게 진행할지 깊은 통찰을 얻을 수 있습니다. 이 단계에서는 동일한 프로그래머블 로직 컨트롤러로 구동되는 여러 로봇을 동시에 업데이트해 생산 현장의 가동 중단 시간을 줄임으로써 상당한 생산성 향상을 달성할 수 있습니다.

3단계인 개척자(Pioneer) 단계로 진입하면 제조업체는 생산 공정의 더 많은 부분을 자동화할 수 있습니다. 디지털 트윈에서 얻은 통찰과 IoT 센서의 피드백을 보강해, 시설 전체의 로봇에 태스크 기반 프로그래밍을 구현할 수 있습니다. 이는 설계나 공정 변경에 맞춰 로봇을 프로그래밍하는 데 필요한 시간을 크게 단축합니다. 물리적 환경과 디지털 트윈 간 폐루프 보정을 기반으로 간단한 명령어를 사용해 로봇을 자동으로 조정할 수 있습니다.

최종 단계인 비전가(Visionary) 단계에서는 첨단 로봇공학 이니셔티브가 고도로 자율화되어 로봇의 거의 완전한 자율성을 제공합니다. 이곳에서 AGV와 AMR이 진정한 효과를 발휘하며, 정적 컨베이어 벨트와 선형 공정 경로를 첨단 이동 로봇으로 대체합니다. 이제 생산 변경은 필요한 제품 수와 변형 수를 입력하는 것만큼 간단해질 수 있습니다. 이 정보로부터 시스템은 원하는 로트를 생산하는 최적의 경로를 결정합니다.

소프트웨어가 이제 창고 B에서 몇 개의 부품이 필요한지, 어떤 가공 스테이션이 가장 빨리 가동되어 로트를 생산할 수 있는지 결정합니다. 1순위 선택이 유지보수로 다운된 경우 다음 최적 옵션이 무엇인지도 파악합니다. 이 한계는 공장 벽을 넘어섭니다. 이점은 공급업체와 유통업체까지 확장되어 공장의 가장 효율적인 작업 부하를 만드는 데 기여합니다.

비전가 단계는 완전한 공장 시뮬레이션 덕분에 AGV와 AMR을 구현하기에 최적의 시점입니다. 하지만 첨단 로봇은 더 초기 단계에도 생산 스케줄링보다 단순한 작업을 수행하기 위해 도입될 수 있습니다. 일부 기업은 AGV와 AMR을 창고용 반자율 피킹 카트로 도입해 로봇이 인간 작업자를 따라다니며 돕게 합니다.

공장 운영 방식에 따라 시설을 최적화하는 방법은 거의 무한합니다. 그렇기 때문에 포괄적인 디지털 트윈 투자가 이 여정에서 매우 중요합니다. 공장이 어떻게 돌아가고 있는지 더 깊은 통찰을 제공해 미래 비즈니스에 확신을 가지고 투자할 수 있게 해줍니다. 첨단 로봇공학은 지멘스의 Xcelerator 포트폴리오인 소프트웨어, 솔루션, 애플리케이션 개발 플랫폼의 일부로, 산업 제조에서 오늘이 내일을 만나는 지점입니다.