유니버설 로봇, 툴 게이지(Tool Gauge) 생산량 2배 증가시키며 인건비 절감

인력 충원 대신 기술 투자를 선택하다

워싱턴주 타코마 소재 툴 게이지(Tool Gauge)는 항공우주 산업용 정밀 금속 및 플라스틱 부품과 어셈블리를 제조합니다. 이러한 노동 집약적 제품을 타이트한 채용 시장에서 생산하는 것은 큰 도전입니다. 장기 고객 계약이 재협상 불가능한 상황에서 툴 게이지는 자동화로 인건비 완화와 통제를 꾀했습니다. 유니버설 로봇(Universal Robots)의 협동 로봇 2대가 그 목표를 달성했으며, 스크랩 감소와 제품 품질 향상도 가져왔습니다.

반복적이고 기피되는 업무에 추가 인력이 필요 없게 된 것뿐 아니라, 툴 게이지는 직원들이 부가가치를 창출하고 안전성을 높이며 직무 만족도를 얻는 새로운 기회도 발견했습니다.

짐 리(Jim Lee) 툴 게이지 총괄 매니저는 글로벌 시장에서 비즈니스를 하는 냉혹한 현실에 직면해 있습니다.

회사가 태평양 북서부 지역의 많은 고객과 가깝지만, 그 고객들은 훨씬 저렴한 인건비 시장을 포함해 전 세계 어디와도 거래할 수 있습니다.

"우리가 경쟁할 수 있는 길은 인력을 더 투입하는 게 아니라 기술을 더 투입하고, 그 기술로 더 많은 부가가치를 창출하는 것임이 명확해졌습니다."라고 그는 말했습니다.

회사의 고정가 계약은 5~7년까지 연장될 수 있으며, 인건비가 올라도 재협상할 수 없습니다. 툴 게이지는 효율성을 내재화해야 했고, 유니버설 로봇(UR)의 협동 로봇이 완벽한 솔루션임을 발견했습니다.

리 씨는 UR 협동 로봇의 세 가지 핵심 장점을 설명했습니다. "우리가 유니버설 로봇을 선택한 이유는 첫째, 코봇이기 때문입니다: 자동화에는 막대한 자본 투자가 필요하다는 두려움이 늘 있었는데, UR은 그렇지 않습니다. 둘째, 자동화 셀을 구축하려고 제조 현장의 일부를 벽으로 막아야 한다는 우려가 있었는데, UR은 그럴 필요가 없습니다. 셋째, UR 코봇을 수백 가지 다른 작업에 맞춰 구성할 수 있으며, 이동이 쉽고 설정이 매우 유연합니다. 우리에게는 사실상 유일한 솔루션이었습니다."

도입한 코봇, 즉각적인 수익 창출

툴 게이지는 금속과 플라스틱 부품 부서 모두에서 반복적이고 인력 집약적인 애플리케이션을 해결하기 위해 UR 코봇 2대를 설치했습니다.

금속 부문에서는 손상되기 쉬운 구리 가공 부품을 숙련 CNC 머시니스트가 전담해 CNC 슈트에서 부품을 꺼내 세척, 헹굼, 건조, 박스 포장하는 작업을 했습니다. 이제 부품이 근접 센서를 통과하면 UR3 코봇에 신호가 가 픽업합니다. 코봇은 부품을 헹굼 욕조에 넣고, 건조기 앞에서 들어 올린 뒤 개별 골판지 셀에 떨어뜨립니다.

툴 게이지는 UR 코봇에 내장된 팔레타이징 위자드를 사용해 로봇이 박스의 빈 셀에 격자 패턴으로 각 부품을 떨어뜨리도록 쉽게 프로그래밍했습니다.

"유니버설 로봇을 투입하자 첫 주문에서만 9,000달러의 인건비 절감 효과가 있었고, 향후 여러 번 반복 생산할 예정입니다."라고 리 씨는 말했습니다. 이제 머시니스트의 재능을 낭비하지 않고 CNC 기계 셋업과 프로그래밍 같은 고부가가치 업무에 집중시킬 수 있게 되었습니다.

코봇으로 생산량 2배 증가

사출 성형 부문에서는 UR5 로봇이 복잡한 플라스틱 압출 조립에 사용되며, 플라스틱 패널용 엔드 캡을 집어 접착제 디스펜서를 통과시킵니다.

엔드 캡에 접착제가 정확히 도포되면 UR5가 부품을 테이블 위 액추에이터에 놓고 클램핑합니다. 이후 작업자가 개입해 접착 상태를 검사하고 부품을 꺼냅니다. 이 작업은 과거 4명의 작업자가 하루 약 200개를 생산했습니다. 이제 UR5 코봇과 작업자 1명이 하루 400개를 생산합니다.

접착 작업은 꽤 높은 불량률을 보였습니다. 툴 게이지 제조 엔지니어 스티븐 오우츠(Steven Ouzts)는 "접착제를 다룰 때는 결과에 부정적 영향을 미치는 변수가 너무 많아, 사람이 바르던 접착을 로봇이 바르도록 전환해 로봇의 반복 정밀도를 활용하려 했습니다. 불량률이 15%에서 3%로 떨어졌습니다."라고 설명했습니다.

리 씨는 "가장 어려운 조립 작업 중 하나라고 생각했던, 로봇으로 복잡한 표면에 접착제를 도포하는 작업이 매우 잘 작동합니다."라고 덧붙였습니다.

인건비 절감 외에도 리 씨는 로봇 접착의 품질과 일관성, 그리고 작업자가 부품을 빨리 만드는 데만 급급하지 않고 접착 상태를 검사할 시간을 갖게 된 점을 강조합니다.

사람이 매번 정확히 같은 방식으로 접착제를 도포하기 어려울 뿐 아니라, 부상 우려도 있었습니다.

오우츠는 "접착제를 발라야 하는 영역이 매우 좁아 시간이 지나면서 작업자들의 손에 피로가 쌓였습니다."라고 말했습니다.

이 피로는 이제 과거의 일이 되었습니다.

"이 셀에 유니버설 로봇이 있어 정말 안심됩니다. 이 코봇으로 인한 부상 걱정은 하지 않아도 됩니다."라고 그는 말했습니다.

반복 동작 부상 감소

툴 게이지 CEO 데비 리(Debbie Lee)는 반복 동작 부상 감소로 추가 절감 효과를 봤다고 말했습니다.

"로봇이 단조로운 작업을 맡으면서 생산 현장의 산재 보상 청구가 줄었습니다."라고 그녀는 말하며, 로봇 덕분에 흥미로운 기술과 함께 일하고 싶어 하는 젊은 인재 채용에도 유리해졌다고 덧붙였습니다. "코봇과 함께 일하는 건 그들에게 숙련된 취미 같은 느낌이라, 그냥 기계만 돌리는 일이 아니게 되었습니다."

쉬운 프로그래밍, 일부 작업자에겐 핵심

유니버설 로봇 도입 전, 제조 엔지니어 오우츠는 대학 때 기존의 비직관적인 스카라(SCARA) 로봇을 잠깐 다뤄본 게 로봇 경험의 전부였습니다.

그래서 UR의 쉬운 프로그래밍 경험이 큰 이점이었습니다. "유니버설 로봇으로 전환했을 때 그래픽 사용자 인터페이스의 직관적인 특성이 저를 끌어당겼습니다. 소프트웨어의 모든 용어가 평범한 용어로 되어 있어 이해하기 훨씬 쉽고, 코드가 처음부터 끝까지 어떻게 실행되는지 정확히 알 수 있으며, 내 행동이 로봇에 어떤 결과를 낳을지 그래픽적으로 매우 좋은 피드백을 줍니다."라고 그는 말했습니다.

유니버설 로봇의 또 다른 장점은 디지털 및 아날로그 입력 신호를 컨트롤 박스에 연결하기가 매우 쉽다는 점입니다.

오우츠는 근접 센서 사용이 12볼트 디지털 입력 중 하나에 선을 꽂고, UR3의 티칭 팬던트 I/O 화면에서 선택한 뒤 센서로부터 신호가 오면 코봇이 부품을 집어 올 때가 되었음을 알도록 하는 것만큼 쉬웠다고 전했습니다.

직원들, 코봇 동료 환영

툴 게이지가 자동화를 처음 검토한 이유 중 하나는 심각한 인력 부족이었습니다. 타이트한 태평양 북서부 노동 시장에서 최대 100명의 신규 직원을 채용해야 하는 상황이었습니다.

UR 코봇 덕분에 그 숫자를 절반으로 줄이면서, 직원들이 원하는 일자리를 제공할 수 있게 되었습니다.

"로봇이 할 일을 하던 사람들이 더 이상 그 일을 하지 않아도 되어 정말 기뻐한다는 사실을 알게 되었습니다."라고 리 씨는 말했습니다. "우리 직원 모두에게 유니버설 로봇 옆에서 일하는 것에 우려가 있는지 물으면 단호하게 '전혀 없다'고 답할 겁니다."

예상보다 빠른 ROI

제품 설계가 20~30년 동안 변하지 않는 항공우주 산업에서는 자본 투자 회수 기간 기대가 타 산업보다 깁니다. 리 씨는 처음에 3~4년 회수면 좋겠다고 생각했습니다. 유니버설 로봇 덕분에 UR5는 첫 분기 만에 50% ROI를 달성했고, UR3도 비슷했으며, 두 로봇 모두 1년 내 회수될 것으로 예상됩니다. "정말 기쁩니다."라고 그는 말했습니다.

코봇을 쉽게 이동시키고 추가 공정에 맞게 재프로그래밍할 수 있으며, 엔드 이펙터 툴링을 쉽게 교체할 수 있어 툴 게이지는 코봇의 장점이 프로세스와 산출물을 개선할 수 있는 다양한 작업을 검토하고 있습니다.

예를 들어 사출 성형기의 기존 로봇을 협동 로봇으로 교체하거나, 코봇이 프레스 및 기타 가공 작업, 최종 조립을 텐딩할 수 있습니다.

코봇을 새 애플리케이션으로 옮기는 게 이렇게 쉬우니 엔지니어 오우츠는 리벳팅 및 조립 등 추가 대량 작업에 더 많은 유니버설 로봇을 도입할 계획입니다.

"한 부품에 리벳 20개를 박아야 하는데 대량 생산이니 즉시 로봇 적용 사례를 봤습니다."라고 그는 말했습니다. "세미 오토매틱 리벳 건을 암 끝에 장착해 모든 리벳팅을 처리할 수 있습니다. 사출 금형 프레스에서 이 작업을 수행해 이 부품이 2차 가공을 위해 해당 영역을 벗어나지 않게 할 계획입니다."