PMI, 협동 로봇으로 용접 효율성 대폭 향상

위스콘신주 블루머 소재 Processed Metal Innovators LLC(PMI)는 중장비, 자동차, 가전 등 수백 가지 스탬핑 및 용접 금속 부품을 생산하는 금속 제조업체입니다. 부품 크기는 몇 인치에서 10피트(3.048m), 얇은 게이지부터 3/4인치(19.05mm) 이상 두꺼운 것까지 다양합니다.

PMI는 1990년대 초 6명으로 시작해 1998년 현 위치로 이전했으며 현재 100명 이상 고용 중입니다. 시설은 약 60,000평방피트(5,574㎡)로 시작해 130,000평방피트(12,077㎡) 이상으로 확장되었습니다.

인증된 용접공이 부족하고 전통적 로봇 용접기는 소량 다품종 생산을 감당 못 해, PMI는 새로 출시된 유니버설 로봇(Universal Robots) 코봇 기반 BotX Welder를 도입해 생산성과 수익성을 높였습니다.

PMI 운영 부사장 에릭 라슨(Erik Larson)은 인력 부족으로 사업을 거절하는 데 지쳤습니다. "우리 문을 두드리는 사업이 많았습니다."라고 그는 말했습니다. "과거엔 용접이 필요하면 입찰을 포기해야 했습니다. 용접공이 7명뿐인데 어떤 일은 9~10명이 필요했죠. 지금 견적 나간 것들만 해도 용접공 30명을 더 채용해야 할 판입니다." 코로나19 전에도 위스콘신에서 인증 용접공 채용이 힘들었고, 전통 로봇 용접기는 고혼합 저량산 생산에 비현실적이었기에 라슨은 다른 대안이 필요했습니다.

회사는 이미 유니버설 로봇(UR), 덴마크 오덴세와 보스턴 소재 협동 로봇으로 기계식 프레스 2대를 텐딩한 경험이 있었습니다.

코봇은 컨베이어에서 부품을 집어 프레스에 넣어 스탬핑하고 다른 컨베이어로 옮깁니다. 프레스의 협동 로봇은 누군가가 작업 셀에 들어가면 자동으로 일시 정지해 안전하고 비용 효율적임이 입증되었으며, 작업자들이 더 높은 가치의 역할로 이동할 수 있게 했습니다.

코봇은 UR 공인 시스템 통합업체인 하이어보틱스(Hirebotics)가 구현했는데, 클라우드 연결 로봇을 작동 시간만큼 시간당 청구해 초기 자본 지출을 없애고 애플리케이션을 단순화했습니다. 그 성공으로 PMI는 성장을 위해 자동화할 애플리케이션을 찾았고, 하이어보틱스의 새 BotX 용접기를 알게 되며 퍼즐이 맞춰졌습니다.

"BotX 로봇을 선택한 이유는 협동 로봇이라 대규모 가드 시스템이 필요 없고, 크기가 매우 작으며, 사용과 프로그래밍이 매우 쉽기 때문입니다. 윈윈 패키지이자 소형 용접의 미래입니다."라고 라슨은 말했습니다.

BotX 용접기는 쉬운 구현과 프로그래밍을 위해 설계되었으며, 레드-다-아크(Red-D-Arc), 에어가스(Airgas), 에어 리퀴드(Air Liquide)와 2년간 개발 협력한 광범위한 용접 전문성을 결합했습니다. 하이어보틱스 공동 창업자 겸 CEO 로브 골디에즈(Rob Goldiez)는 "유니버설 로봇이 이 플랫폼의 기반으로 훌륭한 선택인 이유는 여러 가지입니다. 하나는 극도로 개방된 플랫폼이라는 점입니다. 클라우드에서 로봇 수행 방식을 제어할 수 있게 해주며, 새로운 e-시리즈의 내장 힘-토크 센서 고유 기능을 활용해 최종 고객에게 더 나은 사용자 경험을 제공합니다."라고 말했습니다.

고객은 스마트폰이나 태블릿의 하이어보틱스 앱으로 BotX에 필요한 용접을 티칭할 수 있으며, BotX용으로 개발된 용접 라이브러리를 사용합니다.

"하이어보틱스 팀이 와서 렌탈 트럭에서 BotX를 내리고 2시간 만에 셋업했습니다. 30분 만에 제가 직접 돌리고 프로그래밍하며 모든 걸 혼자 했습니다."라고 PMI의 로봇·자동화 구역 리드 숀 브루스(Shaun Bruce)는 하이어보틱스 앱을 강조하며 말했습니다. "저는 인증 용접공이 아니지만, 프로그램을 쉽게 로드할 수 있고 테이블 맵이 사진으로 되어 있어 툴링과 지그 시스템을 어디에 놓는지 알 수 있으며, 15분 만에 부품 간 전환이 가능합니다."라고 그는 말했습니다.

하이어보틱스 BotX 로봇 시스템의 핵심 개념은 초기 자본 투자가 없다는 점입니다. 하이어보틱스가 배송·셋업하고 고객은 가스와 표준 전력만 공급하면 됩니다. 위험 평가 후 특별 가드 불필요, 로봇이 실제로 용접하는 시간만큼만 시간당 요금 지불. "직원 시급과 모든 간접비를 고려하면 일반 용접공 임금의 절반 정도를 절약할 수 있습니다."라고 라슨은 말했습니다.

새 용접 로봇 시스템은 급성 용접공 부족에도 불구하고 회사의 신규 수주 능력에 이미 영향을 미쳤습니다. 라슨은 "새 BotX 시스템으로 이전엔 견적 못 내던 일을 수주할 수 있습니다. PO 수락 시점까지 로봇을 들여와 첫 주문 들어오기 전에 용접 준비가 가능하니까요."라고 설명했습니다.

또 다른 중요한 이점은 고객이 요구하는 BotX 용접 인증을 받을 수 있다는 점입니다. "이제 작업 감독을 위해 인증 용접공이 필요 없습니다. 코봇 용접기의 프로그램이 인증되면 어떤 운영자든 코봇 용접기를 텐딩할 수 있습니다. 이는 우리에게 많은 새 자원을 열어줍니다."라고 라슨은 말했습니다.

그건 로봇과 프로그래머가 용접 검사관에 의해 인증되기 때문입니다. 인간 용접공이 인증받는 것과 같은 테스트(용접 샘플과 파괴 시험)를 거쳐 용접을 인증합니다.

라슨은 "새 BotX 시스템으로 로봇 1대를 3교대 돌리면 용접공 3명을 안 뽑아도 되니, 30명 필요하면 로봇 10대로 해결 가능합니다. 로봇 운영할 직원은 채용해야 하지만 이제 숙련 용접공일 필요 없습니다. 정말 많은 자원이 자유로워집니다."라고 말했습니다.

PMI에는 전통적 용접 로봇도 있지만, 툴링 지그 제작에 최대 16주가 걸립니다. 특히 소량 부품엔 지그가 비용 효율적이지 않습니다. 라슨은 협동 BotX 시스템의 차이를 설명했습니다.

"BotX 로봇에 딸린 테이블에 클램핑 시스템 등 필요한 게 다 있어 부품을 테이블에 고정하고 사진 몇 장 찍으면 됩니다. 작은 다이어그램이 있고, 프로그램을 다시 불러올 때마다 이전과 동일하게 부품을 셋업할 수 있어 큰 지그나 비싼 지그가 필요 없습니다. 자본 투자 없고 그냥 플러그 앤 플레이입니다."

또한 기존 로봇 다운타임은 서비스 기술자 파견에 최대 2주가 걸립니다. 반면 하이어보틱스 BotX 시스템은 하이어보틱스 앱 버튼 하나로 24시간 서비스 옵션이 응답합니다. 라슨은 "폰으로 앱 들어가 클릭하면 답장이 옵니다."라고 말했습니다. 동료 숀 브루스는 "어떤 문제든 앱으로 하이어보틱스에 메시지 보내면 즉각 답장 옵니다. 몇 시간, 며칠 기다리는 게 아니라 때론 몇 초, 실시간 트러블슈팅으로 몇 분 내 해결됩니다."라고 덧붙였습니다.

어떤 용접숍이든 대형 용접물의 이익률이 소형 용접보다 훨씬 큽니다. "이제 기존 수동 용접공들을 대형 부품에 재배치하면서 소형 부품도 처리할 수 있습니다."라고 라슨은 말했습니다. "우리 회사에서 로봇으로 아무도 대체하지 않습니다. 사람들을 그들이 가장 가치를 더하는 곳으로 이동시킬 뿐입니다."

라슨은 로봇이 제조 일자리에서 채용과 유지가 어려운 젊은 근로자들에게 어필한다는 점도 발견했습니다. "로봇을 놓고 로봇·기술 리드 인력을 구할 때 젊은 직원들이 대거 지원했습니다. 그들은 폰과 컴퓨터를 좋아합니다. 기술에 관심 있고 로봇을 다루고 프로그래밍하고 싶어 하는 젊은 세대에게 큰 인기입니다."

젊은이들이 협동 로봇 용접에 끌릴 수 있지만, 제조 업계에서 코봇 사용은 설득이 필요했습니다. 하이어보틱스 로브 골디에즈가 설명했습니다. "오랜 업계 종사자들은 용접이 중장비 작업이라 전통 로봇이 가장 적합하다고 믿습니다. 협동 로봇이 그 일을 감당할 수 있다고 생각하지 않죠. 우리가 에어가스와 에어 리퀴드 파트너들에게 협동 로봇도 효과적으로 용접할 수 있음을 증명하는 게 첫 과제였습니다."

"그게 매우 훌륭히 입증됐고, 단순히 용접 비드를 놓는 동작만이 아닙니다."라고 골디에즈는 계속했습니다. "용접을 놓고 자르고 분석하고 X-레이로 검사해 그들이 기대하고 고객에게 제시하고 싶은 기준을 충족하는지 확인하는 것입니다."

확신한 후 이 전문가 파트너들은 BotX 개발과 구현에 중요한 역할을 했습니다. "에어 리퀴드, 에어가스, 레드-다-아크 팀들이 국제적 명성의 용접 전문가들이 있는 R&D 센터에서 개발한 용접 라이브러리를 클라우드를 통해 로봇에 제공하는 데 깊은 용접 전문성을 활용했습니다."라고 골디에즈는 말했습니다.

하이어보틱스는 고객 피드백도 신속히 반영합니다. 초기 버전은 직선, 스티치, 택 용접 같은 기본 용접만 제공했지만, PMI 같은 초기 고객 피드백으로 멀티 세그먼트와 래디얼 용접 등 더 정교한 공정을 빠르게 개발했습니다.

그 전문성이 이제 구체적 결과를 낳습니다. 수동 용접공도 맞추기 힘든 일관성입니다. PMI 라슨은 "BotX 로봇 시스템으로 용접 품질이 훌륭합니다. 특정 지점에 용접을 프로그래밍하면 그 특정 지점에 용접됩니다. 심(seam) 위 2인치(50.8mm)에 프로그래밍하면 누가 프로그램을 돌리든, 누가 부품을 셋업하든 매번 그 심 위 2인치에 용접됩니다."라고 말했습니다. 인간 용접공은 그렇지 않다고 라슨은 덧붙였습니다. "전통적 수동 용접공으로 돌아가면 2인치가 얼마인지 모릅니다. 1.25인치(31.75mm)일 수도, 1.5인치(38.1mm)일 수도, 2인치 간격일 수도, 2.5인치(63.5mm) 간격일 수도 있습니다. 그러니 용접을 올바른 위치에 놓는 추측을 없애줍니다."

Processed Metals Innovators 정보: www.pmillc.com 또는 888-877-7277. Universal Robots 정보: www.universal-robots.com 또는 844-462-6268.