모두를 위한 자동화

자동화는 한때 큰 공장에서만 가능했지만 이제는 작은 작업장에서도 혜택을 볼 수 있습니다.

인더스트리 4.0의 영향, 숙련된 제조 노동력의 지속적인 부족, 코로나19 대유행의 결합으로 인해 작업장 자동화가 가속화되고 있습니다.

그 어느 때보다 맞춤화된 로봇 및 자재 운반 옵션의 가용성은 소규모 제조업체가 더 많은 것을 생산하는 동시에 운영자를 더 많은 부가가치 작업으로 이동하는 데 도움이 됩니다. 개인 보호 장비(PPE)에 대한 급증하는 수요와 작업자를 보호해야 할 필요성도 함께 상점의 자동화 노력을 강화했습니다.

대유행 기간 동안 분명히 증폭된 자동화의 이점은 오하이오에 있는 Lorain에 있는 Absolute Machine Tools의 최고 마케팅 책임자인 Courtney Ortner에 의해 깔끔하게 요약되었습니다. 사회적 거리두기를 걱정할 필요가 없다. 또한 많은 상점에서 검역을 위해 직원을 잃고있어 직원이 손실되어도 상점을 계속 운영할 수 있습니다. 그리고 자동화의 사용으로 인해 소등 제조 기능이 더 일반적이라는 사실을 잊어서는 안 됩니다. 협동로봇이 있어도 금요일 밤에 작업을 설정하고 월요일 아침까지 완료할 수 있으므로 종종 생산 주기를 앞당길 수 있습니다."

코봇의 행진

로봇은 종종 사람들이 자동화된 제조로 주제가 바뀔 때 가장 먼저 생각하는 것입니다. 인간에게 안전한 변형인 협동로봇은 설정, 유연성 및 탑재량 측면에서 계속해서 개선되고 있습니다.

15년 전 도입된 이후 보스턴의 UR(Universal Robots) 장치는 특히 다품종 소량 환경에서 작업장에서 중심이 되었습니다. 2019년에 도입된 16kg 페이로드 버전(UR16)을 통해 UR은 생산 워크플로에서 로봇이 들어갈 수 있는 영역의 경계를 계속 확장하고 있습니다.

UR의 북미 마케팅 책임자인 Joe Campbell은 2020년은 특히 바쁜 한 해였다고 말했습니다. 팬데믹으로 인한 조직 개편과 새로운 생산 모델의 수용이라는 두 가지 주제가 등장했습니다.

특히 소규모 매장(제한된 부동산을 1인치도 효율적으로 사용해야 하는 상황)에서는 직원들의 사회적 거리두기를 위해 협동로봇을 배치하고 있다고 그는 지적했습니다. "도구 3개로 구성된 클러스터가 있는 경우 작업자가 숨을 쉴 수 있는 공간을 제공하기 위해 하나 또는 두 개의 코봇을 배치합니다."

또한 상점에서는 협동로봇이 수익을 높일 수 있는 방법을 깨닫고 있습니다. 주중만 운영되는 일정에 대해 “상점들이 다른 모습을 보이고 있다”며 “제조팀을 찾는 것이 더 유연하게 열려 있다”고 말했다. 한 UR 고객은 주말 근무를 만들고 많은 팀원들이 새로운 기회를 받아들인다는 사실을 알게 되었습니다. 다른 예로, 이전에 기계 설정 및 적재를 수행한 숙련된 작업자 한 명이 있었던 작업장에서는 작업자가 여러 대의 기계를 감독하는 동안 적재 기능을 위한 협동로봇을 추가했습니다.

UR 장치는 설치 시간에서 상점 시간을 절약합니다. 터치스크린을 통해 바닥, 벽 또는 천장에서 작동하도록 설정할 수 있습니다. 다른 로봇은 종종 특정 방향을 위해 특별히 제작됩니다. 특히 UR 협동로봇을 이중 그리퍼로 구성하여 완성된 부품을 동시에 언로드하고 새 블랭크를 삽입할 수 있으므로 주기 시간도 단축됩니다.

UR의 유연성에 중요한 것은 협동로봇을 다양한 타사 장비 및 소프트웨어와 결합하는 능력입니다. 이들은 UR의 "일종의 앱 스토어"인 UR+ 프로그램을 통해 액세스할 수 있다고 Campbell은 말했습니다. UR 로봇을 위한 기계, 전기 및 소프트웨어 인터페이스가 게시되고 타사에서 이러한 사양을 충족하는 제품을 개발합니다. “더 중요한 것은 테스트 및 검증을 위해 우리에게 제출한다는 것입니다. 그리퍼가 플러그 앤 플레이라고 한다면, 우리가 테스트했기 때문입니다.”

UR의 288개 주변 장치 에코시스템에는 부품 매거진, 비전 시스템, 센서, 장착 옵션, 로봇 커버 및 앱이 포함됩니다. 예를 들어 Hirebotics의 Beacon을 사용하면 운영자가 클라우드를 통해 협동로봇을 모니터링할 수 있습니다. Campbell은 "생산 통계를 보고 즉시 조정할 수 있습니다."라고 말했습니다.

3월에 UR+ 프로그램은 그리퍼와 같은 구성 요소를 "특정 응용 프로그램 문제를 해결하기 위해" 소프트웨어와 결합하는 응용 프로그램 키트를 포함하도록 확장되었습니다. Robotiq의 한 키트에는 오비탈 샌더, 장착 하드웨어, 진공 호스 및 사용자가 가구나 캐비닛과 같은 제품에 대한 샌딩 프로토콜을 프로그래밍할 수 있는 소프트웨어가 포함되어 있습니다. Campbell은 “복잡한 윤곽을 며칠이 아니라 몇 분 안에 프로그래밍할 수 있습니다. 한편, UR의 ActiNav 키트는 사용자가 빈에서 부품을 가져와 정확한 방향으로 다양한 기계에 로드할 수 있는 유연한 기계 로딩 키트입니다. "1시간 이내에 시스템에 새 부품을 도입할 수 있습니다."

상점이 자동화를 채택하도록 하는 또 다른 핵심은 가상 교육 옵션입니다. UR은 최근 UR 코봇 프로그래밍 및 배포에 대한 무료 교육 모듈을 제공하는 UR Academy를 ​​통해 100,000명 이상의 운영자를 온라인으로 교육하는 이정표를 통과했습니다.

Campbell은 "3명의 수석 기계공을 훈련을 받기 위해 일주일 중 더 많은 시간 동안 현장 외부로 보내야 한다면 생산이 중단됩니다."라고 말했습니다. 소규모 상점은 "교육의 90%를 온라인으로 수행할 수 있는 능력에 정말 매력을 느낍니다."

미래를 위한 빠른 로딩

대유행의 자동화 압력 외에도 미국으로의 생산 리쇼어링은 작업장을 위한 로봇 및 적재 장비의 또 다른 주요 동인입니다.

위스콘신주 와우케샤에 있는 Acieta LLC의 제품 관리자이자 기계 엔지니어인 Jake Corning은 “역사적으로 로봇 도입이 더디던 제조업체와 구인업체가 그 어느 때보다 로봇을 도입하기 시작했습니다. 팬데믹이 시작된 이후 관심과 주문이 증가했습니다. 그들은 생산 능력에 영향을 미치는 사회적 거리, 아픈 직원 및/또는 가동 중단의 시간에도 로봇이 기계를 계속 작동시키고 부품을 생산하는 이점을 알고 있습니다."

또한, 글로벌 공급망이 붕괴되면서 “팬데믹이 미국에 엄청난 양의 온쇼어링을 가져올 것임을 알고 있습니다. 자동화를 수용하지 못하면 전염병 이전보다 훨씬 더 심각한 노동력 부족에 직면하게 될 것입니다. 궁극적으로, 대유행이 우리나라에 가한 비극에도 불구하고 미국 제조업체는 이미 로봇 기술을 보다 편안하게 수용하고 있으며 경쟁력을 향상시키고 근로자의 직업 만족도와 충성도를 향상시키며 미국 소비자에게 보다 경쟁력 있는 혜택을 제공할 수 있는 이점을 보고 있습니다. 가격.”

Acieta는 특히 다량 혼합, 소량 작업에 적합한 다양한 솔루션을 제공한다고 Corning은 설명했습니다.

"FastLOAD CX1000 및 CR2000 시스템은 로봇을 처음 사용하는 사용자가 쉽게 사용할 수 있도록 고안되었습니다."라고 그는 말했습니다. “CR2000용 터치 스크린 인터페이스를 사용하면 다양한 부품 크기로 로봇을 매우 쉽게 실행할 수 있습니다. 작업자는 부품 매개변수만 입력하면 되며 시스템은 새 부품을 실행하도록 프로그램을 자동으로 조정합니다. 로봇 그리퍼와 부품 고정 장치는 다양한 부품 크기에 대해 유연하므로 동일한 시스템에서 여러 부품을 실행할 수 있습니다.”

CR2000의 전환은 몇 분 안에 완료될 수 있으며 CX1000, CR2000 및 DR2000 시스템은 작업자가 부품을 로드하거나 언로드하는 동안 로봇이 계속 작동할 수 있도록 설계되었습니다. "이를 통해 기계는 인바운드 부품이 충분하다면 휴식 시간, 점심 시간, 교대 외 시간에도 논스톱으로 작동할 수 있습니다."

바퀴에 장착된 CX1000은 작업 현장에서 쉽게 조작할 수 있습니다. 또한 다양한 퀵 체인지 고정 카트 옵션과 함께 사용할 수 있으며 FANUC의 CRX-10iA/L 로봇을 사용합니다. 이 로봇은 "드래그 앤 드롭 프로그래밍 아이콘이 있는 매우 사용하기 쉬운 터치 스크린 인터페이스를 가지고 있습니다"라고 Corning은 말했습니다. "문제가 더 복잡하거나 대규모인 경우 비전, EOL(end-of-arm) 도구 교환기 및 유연한 고정 장치와 같은 기술을 사용하여 혼합, 소량 부품 실행을 위해 맞춤형 솔루션을 설계할 수도 있습니다."

Acieta와 함께 제공되는 머신 텐딩 셀이 인기를 얻었다고 Corning은 말했습니다. “그들은 다양한 부품과 함께 작동하도록 설계된 표준 로봇 시스템입니다. 사전 엔지니어링된 표준 제품이기 때문에 기존 맞춤형 시스템보다 훨씬 저렴하고 1주일 이내에 배송할 수 있습니다. 세 가지 시스템 모두 한 번에 여러 공작 기계를 관리할 수 있습니다. 또한 CX1000 및 CR2000 시스템은 협업 로봇을 활용하므로 안전 펜스가 필요하지 않기 때문에 바닥 공간 사용을 극대화하는 데 도움이 됩니다.”

코닝은 처음으로 자동화된 작업장을 위한 훌륭한 출발점이 협업 CX1000이라고 말했습니다. 자동화는 작업자를 반복적인 작업에서 해방시켜 "로봇 시스템에서 프로그래밍하거나 유지 관리하는 방법을 배울 수 있습니다. 이전에 한 대의 기계를 관리했던 작업자가 이제 여러 기계에서 로봇 시스템을 관리할 수 있습니다."

필수 문제 해결

매사추세츠주 서드베리에 있는 Methods Machine Tools Inc.는 기계 가공 및 작업장 고유의 요구 사항에 대한 깊은 이해를 바탕으로 보다 숙련된 인력을 창출하는 동시에 더 많은 비즈니스를 창출할 수 있도록 자동화할 수 있도록 지원합니다.

Methods의 FANUC 자동화 관리자인 John Lucier는 "우리는 더 좋은 기계공이 필요합니다."라고 주장했습니다. “로봇이 우리를 도와주는 것입니다. 로봇은 상점이 더 많은 일자리를 얻을 수 있도록 도와서 더 많은 기계공을 일할 수 있도록 합니다.” 잘 훈련된 기계공은 기계를 싣고 내리는 것이 아니라 "설치하고 도구를 선택하고 프로그램을 작성합니다."

다른 공급업체와 마찬가지로 Methods는 특히 인공호흡기 부품 생산과 관련하여 전염병 관련 자동화가 급증하고 있다고 말했습니다.

팬데믹이 발생하기 전에 Lucier는 자동화를 처음으로 살펴본 소량의 매장을 많이 방문했던 것을 회상했습니다. 대략 5,000개의 부품을 생산하기 위해 일주일에 두세 번 셀을 교체하는 중형 작업이 보편화되고 있으며 Methods는 이러한 환경에 컨베이어 기반 Job Shop Cell Pro 라인을 제공합니다. 조정 가능한 레인 디바이더를 통해 소형 부품과 대형 부품 간의 신속한 전환이 가능합니다. 또 다른 인기 있는 옵션은 20~40개의 부품을 위한 구멍이 있는 강철 또는 알루미늄 판으로 구성된 서랍 시리즈입니다.

Workholding은 또 다른 주요 고려 사항이라고 Lucier는 덧붙였습니다. 자동화된 바이스는 비교적 간단한 솔루션입니다. “스윙 클램프 등으로 복잡할 필요가 없습니다. 공압식 또는 유압식으로 열고 닫을 수 있는 오래된 척이나 바이스와 같을 수 있으며, 많은 상점에서 약 50개의 부품을 사용하여 하는 것과 다를 바 없이 자신의 턱을 만들고 있습니다.

소량 부품의 경우, 로트 크기가 1개일지라도 Methods는 Plus-K 및 Plus-K 60 로봇식 회전식 보관 캐러셀 시스템을 제공합니다. “우리는 로봇을 특정 부품으로 만들지 않습니다. 로봇은 작은 바이스든 팔레트든 일반 워크홀딩을 기계 안팎으로 가져오도록 설정되었습니다. 로봇은 작업대 전면에 있는 공통 기능을 잡도록 설정되어 있습니다.” 부품은 수동 바이스에 적재되고 로봇은 팔레트 적재 시스템처럼 작동하도록 사전 프로그래밍됩니다. 최종 사용자 프로그래밍이 필요하지 않습니다. 이 시스템은 또한 RoboDrill에서 제공되는 표준 도구를 21개에서 161개 도구(옵션)로 향상시킵니다.

이와 같은 솔루션을 사용하면 일반적으로 작업장에서 12~18개월 이내에 투자 수익을 얻을 수 있습니다. “저희 목표는 로봇 셀을 잡고 인피드 시스템에 부품을 채우고 오후 5시에 집에 돌아가서 2~6시간의 가동 시간을 갖도록 2~3교대로 실행하도록 설득하는 것입니다. 당신이 계획한 작업의 80%를 처리하는 자동화된 시스템을 얻을 수 있다면 우리는 아주 잘하고 있습니다."

Informing Methods의 솔루션은 직업 상점에 대한 오랜 연결과 작업 방식에 대한 지식이라고 자신이 무역상 기계공인 Lucier가 말했습니다. 예를 들어, 그는 종종 상점에서 강철 또는 알루미늄 그리퍼를 가공할 수 있다고 상기시킵니다. 그리고 로봇에 미리 제공되는 프로그램을 조정하는 것은 CNC 프로그래밍보다 쉬울 수 있습니다. 회사의 자동화 통합 그룹은 절삭유 및 칩에서 공구 회전, 공구 수명, 디버링 등에 이르기까지 공작 기계를 둘러싼 문제를 잘 알고 있습니다.

Lucier는 "로봇을 공작 기계에 장착하려면 이를 수행하는 로봇 통합업체가 필요합니다."라고 결론지었습니다. "로봇의 이점은 정당화하기 어려운 문제가 되어서는 안 됩니다."

필요 평가, 속도 추가

자동화에 대한 작업장의 요구 사항을 이해하는 것은 생산성 향상에 필요한 양에 대한 철저한 평가에서 시작됩니다.

Absolute의 Ortner는 클라이언트를 고용할 때 "우리는 시스템 레이아웃을 수행하고 컨베이어 시스템, 로봇, 원자재 처리, 부품 처리 마무리 등 자동화할 모범 사례를 결정한 다음 모든 부품이 바닥에 맞도록 CAD로 설계합니다. 예산 내에서 작업하는 동안 계획을 세우십시오."

Ortner는 협동로봇에서 부품 처리, 모니터링에 이르기까지 일련의 표준 자동화 장비를 제공하는 것 외에도 Absolute는 "턴키 패키지를 제공합니다"라고 말했습니다. "우리는 최고의 솔루션이라고 생각하는 것을 소싱하고 성공을 보장하기 위해 해당 공급업체와 협력합니다."

그녀는 올바른 장비를 소싱한 Absolute의 경험이 분명히 도움이 된다고 말했습니다. “OB7 협동로봇을 사용하는 한 고객은 교대 근무 시 효율성이 20% 향상되고 스크랩이 훨씬 줄어듭니다. 그들은 이 특정 실행에서 배송 시간을 2주 단축할 수 있으며, 이는 더 높은 ROI를 위한 추가 작업을 위한 기계 또는 셀을 엽니다. 또한 반복적인 작업을 자주 수행할 필요가 없기 때문에 회사에 대한 근로자 보상 청구가 적고 근로자도 자주 병가에 전화하지 않아 [상점] 많은 비용을 절약할 수 있습니다.”

다른 상점에서 알 수 있듯이 다른 작업에 대한 작업자의 가용성 증가는 종종 "품질 관리 검사와 같은 전체 프로세스에 기여할 시간이 더 많습니다. 그들은 단순히 버튼을 누르는 것보다 프로세스 관리에 더 많이 관여하고 덜 지루하고 피로합니다.”

Ortner는 이러한 이점을 얻는 것이 놀라울 정도로 비용 효율적일 수 있다고 덧붙였습니다. “Productive Robotics의 협동로봇 라인은 기본 CNC 패키지에 대해 $34,900부터 시작합니다. 몇 가지 협동로봇, 컨베이어, 공정 중 측정 및 부품 표시 방법을 사용하여 기본 CNC 패키지에서 완전히 통합된 셀로 업그레이드할 수 있습니다.”

더 많은 출력 모니터링

일리노이주 버논 힐스에 있는 Mitsubishi Electric Automation Inc.는 매장에서 작업을 일정대로 유지하고 더 많은 프로젝트를 무인으로 실행할 수 있도록 기계 모니터링을 위한 MTConnect 기반 통합 기계 분석(IMA)을 제공합니다. IMA Mobile 앱은 설치가 간편한 장비 모니터링 항목을 제공합니다.

IMA 모바일 서비스 제품 관리자인 Robert Brodecki는 "IMA를 통해 상점은 생산을 더 잘 이해할 수 있으므로 사용 가능한 기계와 작업 시간을 최대한 활용하도록 작업을 정확하게 예약하고 더 많은 작업에 더 정확하게 입찰하는 데 도움이 됩니다"라고 말했습니다. Mitsubishi Electric Automation을 위한 것입니다.

필요한 유일한 하드웨어는 이더넷 케이블과 허브/스위치만 있으면 여러 기계를 연결할 수 있으며 기계를 설정하는 데 5-10분 정도 걸립니다. “저비용 포인트로 사용자는 특히 무인 또는 정전 생산을 실행하고 기계 오류로 인해 생산 시간이 손실되고 나중에 알아낼 수 없는 경우 ROI를 수일 내에 확인할 수 있습니다. IMA Mobile의 알림을 통해 사용자가 어디에 있든 10~15초 이내에 기계가 절단을 멈췄는지 알 수 있습니다.”

그는 기계 모니터링이 처리량을 크게 향상시킨다고 덧붙였습니다. “실행 상태를 보면 많은 작업장에서 일반적으로 가용 시간의 25~40% 사이에서 작업을 실행하는 기계가 있습니다. IMA Mobile을 통한 간단한 현황 모니터링을 통해 어떤 이유로든 생산이 중단된 모든 기계에 즉시 주의를 기울일 수 있어 이를 50% 이상으로 빠르게 이동할 수 있습니다. 이것은 기계에서 직접 나온 실제 데이터이기도 합니다. 그것은 기계가 절단, 유휴 상태 또는 꺼진 시간에 대한 추측 게임을 제거합니다." 예상치 못한 중단으로 인한 생산 손실 없이 더 적은 수의 작업자 또는 무인 작업자로 더 많은 교대 근무를 실행하여 사용 가능한 기계 시간이 확장됩니다.

IMA Mobile을 사용하면 운영자는 "작업이 완료되거나 주의가 필요한 작업이 중단될 때 앱이 알려줄 것을 알고" 부가 가치 작업으로 이동할 수 있습니다.

Brodecki는 비교적 저렴한 진입 비용으로 IMA를 통해 사용자가 "생산을 이해하고 개선할 수 있을 뿐만 아니라 기계가 계속 작동할 수 있도록 보장하면서 더 간단하고 무인 가공 프로젝트를 시작할 수 있습니다. 모든 것이 MTConnect 표준을 기반으로 구축되었기 때문에 사용자가 보다 심층적이고 사용자 정의 가능한 모니터링 시스템으로 이동하기로 결정한 경우 컴퓨터를 다시 연결하기 위해 비용을 지불할 필요가 없습니다. 그들은 단순히 새 소프트웨어를 MTConnect 에이전트에 연결하고 머신 데이터에 빠르게 액세스할 수 있습니다."

그는 이러한 진입 용이성이 코로나 시대에 자동화에 특히 중요했다고 결론지었습니다. “기업들이 더 많은 자동화를 모색하고 있기 때문에 이해가 되지만, 자동화할 영역을 식별하기 위한 정확한 생산 데이터 없이는 정확히 어디에서 어떻게 하는지 알기 어렵습니다. 팬데믹 초기에 우리가 이야기하고 있던 많은 회사는 여전히 기계 모니터링에 대해 경계를 늦추지 않았습니다. 팬데믹이 지속되고 기업들이 더 이상 자동화 및 원격 근무 솔루션을 피할 수 없다는 것을 깨닫고 이러한 프로젝트를 목록의 맨 위로 이동했습니다."