항공우주 자동화 선도하는 두 여성: 보잉 니콜 윌리엄스, GE 마리-크리스틴 캐론

항공우주 및 방위 구성 요소의 제조와 조립을 자동화하는 것은 단순하지 않습니다. 부품은 종종 복잡하며, 견고한 것부터 마이크로 크기까지 다양한 하이/로우 믹스 구성 요소를 가지고 있고, 이 다양한 범위는 반드시 자동화에 적합하지는 않습니다.

이러한 작업을 자동화하고 이를 완수하는 팀을 이끌기 위해서는 무수한 기술이 필요합니다. 하드 엔지니어링 종류인 코딩, 로봇공학, 인공지능/머신러닝, 계측일 수 있습니다. 종종 팀 빌딩과 리더십 같은 '소프트' 스킬, 그리고 끈기, 호기심, 창의적 사고 같은 성격 특성이 필요합니다.

두 선도적인 엔지니어링 임원, 보잉(Boeing)의 니콜 윌리엄스(Nicole Williams)와 GE 애비에이션(GE Aviation)의 마리-크리스틴 캐론(Marie-Christine Caron)은 각자 회사에서 자동화 노력을 감독하며 이 기술들을 풍부하게 갖추고 있습니다.

스마트 매뉴팩처링 매거진이 올해 '로봇 및 자동화 분야에서 두각을 나타내는 20명의 여성'으로 선정한 이 두 여성은 최근 관련 웨비나(https://bit.ly/Robotics2paths)에서 어떻게 시작했는지, 맡은 역할, 직면한 이슈와 과제, 차세대 여성 엔지니어를 위한 미래가 무엇인지에 대해 이야기했습니다.

성공으로 가는 다른 길

이 여성들은 다른 삶, 학문, 경력 선택을 통해 기업 임원 자리에 올랐습니다.

윌리엄스에게 수학과 과학의 삶은 예정된 결론처럼 보였습니다. 그녀의 가정 생활은 엔지니어링 놀이터 같았습니다: 아버지와 삼촌이 전기 엔지니어였고, 고모는 기계 엔지니어였습니다. 집 안에는 어떻게 작동하는지 보기 위해 분해하기를 기다리는 전자제품들이 있었고, 평평한 표면에는 아버지께서 홀마크(Hallmark) 개발 엔지니어 직장에서 가져오신 장식품과 음악 카드 프로토타입, 그리고 그녀가 코딩 기술을 연습할 수 있게 해준 코딩 잡지들이 있었습니다. (어린 시절 가장 좋아했던 것은 작은 기차가 터널을 통과하는 3D 눈 덮인 휴일 장면을 표시하는 장식품이었습니다.)

"아주 어릴 때부터 물건을 분해하고, 컴퓨터, 프로그래밍, 문제 해결에 관심이 있었습니다"라고 윌리엄스는 말했습니다. "수학을 항상 좋아했습니다. 일관되고 신뢰할 수 있습니다. 자의적이거나 변덕스럽거나 변하지 않습니다."

기계 엔지니어인 고모는 기계 엔지니어가 상업용 제품 설계부터 의료 임플란트, 로봇공학, 원자력 시설까지 모든 것을 다룰 수 있다고 가르쳐 주었습니다.

"내가 지원할 수 있는 프로젝트의 다양성이 정말 좋았습니다. 새로운 것을 배우고, 내 기술을 사용해 직장 안팎에서 다양한 유형의 문제를 해결하는 것을 좋아했습니다."

로봇공학에 대한 관심은 미주리 롤라 대학(현 미주리 S&T)에서 SCARA(Selective Compliance Articulated Robot Arm) 구성 로봇을 이용해 직사각형 나무 블록을 원형 블록에서 분류하고 필요에 따라 픽 앤 플레이스하는 작업을 하면서 시작되었습니다.

이 학술 프로젝트는 그녀의 프로그래밍 기술을 연마하는 데 도움이 되었습니다. 이 기술이 1999년 보잉 입사에 도움이 되었다고 그녀는 말했습니다.

초기에 윌리엄스는 다양한 부품을 다루는 개발 로봇을 지원했습니다. 갠트리 스타일 로봇은 탄소 섬유, 에폭시 소재 스풀을 든 큰 엔드 이펙터를 특징으로 했습니다. 기계는 B+ 프로그래밍을 사용했고, 그녀의 초기 과제 다수는 이 장치의 도면을 만드는 것이었습니다.

이 과제들을 수행하면서 그녀는 다른 기술들을 흡수했습니다.

"특허 출원 과정이 얼마나 어렵고 오래 걸리는지 배웠습니다. 곧 IGRIP이라는 [로봇 시뮬레이션 소프트웨어] 제품을 사용한 프로그래밍에 관여하게 되었고, 로봇 프로그래밍 도구와 로봇 프로그램을 위한 시뮬레이션 도구를 만들었습니다."

그녀는 보잉의 발명품인 RAC(Robot Assembly Control)를 사용하는 데 능숙해졌습니다. 이는 시간이 지남에 따라 회사가 전체 설비 효율성(OEE), 초도 품질, 유지보수 및 정비사의 사용성을 개선할 수 있게 해주는 목표 기반 자율성에 의존했습니다.

"항공우주 환경에서 자동화를 최대한 유연하게 만들기 위해 우리는 이 목표 기반 제어에 크게 의존합니다. 전통적인 로봇 프로그래밍처럼 로봇이 완료하거나 실행할 명시적 행동 스크립트를 작성하는 대신, 목표와 이 목표를 완료하는 방법에 대한 규칙 세트를 줍니다."

한 프로젝트에서 워크셀은 머신 비전을 사용한 현지화, RAC 목표 기반 감독 제어, 운동학적 캘리브레이션을 통한 로봇 정확도를 특징으로 했습니다.

"우리는 로봇에 사용하는 특정 운동학적 캘리브레이션이 있습니다. 그리고 어떤 터치업도 없는 완전한 OOP 사용"이라고 그녀는 말했습니다. 객체 지향 프로그래밍을 가리킵니다. "NC 프로그래머의 컴퓨터에서 프로그램을 바로 가져와 건조한 실행이나 조정 없이 현장에서 실행할 수 있다는 것은 꽤 드문 일이라고 생각합니다."

모든 모델을 IGRIP에 조립하는 것이 윌리엄스의 역할이 되었습니다. IGRIP은 그래픽 시뮬레이션 언어와 명령줄 인터프리터로 프로그래밍됩니다. "각 개별 프로그램과 로봇 시스템은 생산 전 잠재적 문제를 식별하기 위해 시뮬레이션되어야 했습니다."

제기된 문제 중 하나는 C-17 파일런에 구멍을 뚫는 것이었습니다.

"당시 저는 워크셀에 툴링, 부품, 로봇, 엔드 이펙터를 포함한 모든 조각을 모을 수 있는 소프트웨어와 능력을 가진 유일한 사람이었습니다. 로봇이 파일런에 구멍을 뚫기 위해 접근해야 했던 영역을 차단하던 툴링의 일부를 식별했습니다. 결국 로봇 엔드 이펙터의 접근을 허용하기 위해 툴링의 일부를 잘라내야 했습니다."

이 프로젝트는 그녀에게 중요한 교훈을 주었습니다. 프로세스 초기에 모든 이해관계자를 모으고, 건설 전 여러 조건과 시나리오를 시뮬레이션하라는 것이었습니다. 사실 윌리엄스가 만든 많은 시뮬레이션은 공작기계 공급업체와의 회의에서 사용되어 모든 이해관계자가 우려 사항을 시각화하는 데 도움을 주었습니다.

"이것은 종종 기계 설계와 수정에 영향을 미쳤습니다. 곧 저는 NC 프로그래머들에게 우리가 개발한 도구 사용법과 생산 항공기 환경에서 시뮬레이션 사용법을 교육하기 위해 출장을 다니기 시작했습니다."

자동화와 로봇공학을 인력 유연성과 작업자 사용 편의성을 향상시키는 도구로 사용하는 아이디어는 윌리엄스의 경력 전반을 따라다닐 개념이 되었습니다. 캐론도 믿는 사고방식이며, 그녀가 경력을 쌓으며 활용한 것입니다.

학문과 운동

윌리엄스처럼 캐론도 과학과 수학을 원동력으로 삼았습니다. 하지만 테니스 코트에서의 실력이 엔지니어링 경력을 위해 공부할 때 말 그대로 그녀에게 큰 도움이 되었습니다.

"미국 전역에 테니스 프로그램이 있는 많은 대학에 연락하여 '헤이, 저는 퀘벡에 삽니다. 테니스를 치고 공학을 공부하고 싶어요'라고 말했습니다."

미국 전역 50개 학교에 편지를 보낸 후 매사추세츠 애머스트 대학(University of Massachusetts at Amherst) 테니스 장학금을 받기 전이었습니다.

장학금을 손에 쥐고 그녀는 새로운 삶, 새로운 나라, 새로운 문화로 뛰어들어 학문과 운동의 균형을 배웠습니다.

그 도전들은 "내가 무엇을 기대해야 할지 몰라도 여전히 즐기고 성공할 수 있다는 믿음을 갖게 했습니다. 내 회복탄력성과 적응력을 키워주었고, 타인에게 마음을 열고 진정으로 내가 어떻게 성공할 수 있고 팀에서 어떻게 적합한지 이해하게 했습니다."라고 캐론은 말했습니다.

졸업 후 캐론은 캐나다로 돌아가 IBM에서 마이크로일렉트로닉스 업무를 맡았습니다. "마이크로일렉트로닉스를 말할 때, 모든 것이 너무 작고 [조립이] 너무 빨라서 모든 것이 자동화되기 때문에 자동화를 말하는 것입니다. 그것이 진정한 자동화에 대한 나의 첫 소개였고, 기술, 물류, 품질 간의 연결을 사랑하게 만들었습니다. 가장 효율적인 방식으로 최고의 제품을 만들기 위해."

캐론은 IBM 사다리를 올랐고, 결국 엔지니어링 팀 관리자로 승진했습니다. "기술자에서 리더로 갔지만, 항상 기술과 밀접하게 연결되어 팀이 매우 성공적이도록 노력했습니다."

13년 후, 그녀는 퀘벡 브로몽에 있는 GE 애비에이션 시설에 합류했습니다. 이 경력 이동은 그녀를 "초정밀 미니 마이크로일렉트로닉스 팀에서 초강력이지만 동시에 매우 복잡한 항공 세계로" 데려갔습니다.

브로몽 위치는 보잉과 에어버스 항공기용 엔진 부품을 생산하며, 회사의 글로벌 로봇공학, 자동화 및 계측 R&D 센터가 있어 고급 로봇 공정과 소프트웨어 애플리케이션을 개발합니다.

GE 입사 얼마 안 되어 글로벌 리서치 센터(GRC)에 자리가 났고, 그녀는 "그 기회를 잡았습니다."

도전에 직면하다

GRC에서의 일은 엔지니어링 관점에서 자동화와 로봇공학으로 무엇을 할 수 있는지 더 탐구할 수 있게 했습니다.

체코 공화국에서의 9개월 파견은 추가 기술 연마에 도움이 되었습니다. 거기서 캐론은 단순한 자동화나 로봇 전문가가 아니었고, 프로젝트 매니저였습니다.

"프라하에서 엔진 개발 프로그램에 참여하게 되어 운이 좋았습니다. 문화에 대해 열린 마음을 갖고 그들의 제조 공정을 이해하게 되었습니다. 내 [답]이 많았지만, 그들이 사물을 보는 방식과는 반드시 맞지 않았습니다. 제약과 환경을 이해하고 각 사이트에 적합한 올바른 진화를 제안해야 함을 배웠습니다."

자동화가 생산성 이득을 가져올 수 있지만, 캐론은 잠재적 사용자가 항상 그 도움을 기꺼이 받아들이지는 않는다는 것을 배웠습니다.

일부 사고방식은 용량이 더 필요하면 그냥 사람을 더 투입하면 된다는 것입니다. 이 우려의 핵심은 일자리입니다.

"사람들은 '우리 일자리를 뺏을 거야'라고 했습니다. 아니요, 일자리를 지켜줄 겁니다. 더 많은 부품을 더 정확하게 만들 것이고, 우리는 여전히 '다른 일을 위해 당신의 뇌'를 쓸 것이기 때문입니다."

그녀의 더 도전적인 과제 중 하나는 작은 어셈블리에 씰을 삽입하는 수동 프로젝트를 살펴보는 것이었습니다.

예를 들어 2인치 x 2인치(50.8×50.8mm) 조각에서 조립 작업자는 핀셋으로 40개의 씰을 삽입해야 할 수 있습니다. "작업자들에게 매우 지루한 일이었고 영원히 걸렸습니다. 그럼 어떻게 자동화합니까?"

인간에게는 쉽지만, 비록 노동 집약적이더라도: 단순히 씰을 집어 놓으면 됩니다.

인간은 씰이 올바르게 장착되었는지, 적어도 스펙 내인지, 심지어 씰이 있는지 판단할 수 있습니다.

하지만 "당신의 뇌가 하는 많은 것들이 시스템에 넣기 꽤 어렵습니다"라고 캐론은 말했습니다.

이 조립 공정을 자동화하기 위해 머신 비전이 설치되고 AI/머신러닝이 워크셀에 통합되었습니다.

"자동화 로봇공학은 로봇만이 아닙니다. 그 주변의 모든 것입니다"라며 그녀는 말했습니다. "어떻게 보고[씰 삽입], 어떻게 위치를 정하고, 3D 공간에서 어디에 있는지 어떻게 알고, 어떻게 매번 작업을 안정적으로 수행합니까?"

이를 달성하기 위해 워크셀 내에 다섯 대의 서로 다른 카메라가 설치되었으며, 각각 특정 애플리케이션을 가졌습니다.

이미지 분석을 통해 AI는 좋은 씰과 나쁜 씰을 구별할 수 있습니다. "AI 없이 '좋음' 또는 '나쁨'이라고 말한다면, 시스템은 '다르니까 나쁘다'라고 할 것입니다. 하지만 AI는 '흑백일 필요 없다, 회색일 수 있다'는 추가 용량을 줍니다."라고 캐론은 말했습니다.

보잉에서의 이미징과 AI

대학 시절 이미징 기술로 나무 블록을 분류하던 때부터 대학원 연구에서 이미지 데이터를 사용해 일련의 신경망을 훈련시키던 때까지, 윌리엄스는 자동화 과제 해결을 위해 이미징과 AI 기술을 광범위하게 활용했습니다.

윌리엄스와 그녀의 팀에게 보잉 실버 팬텀 상을 안겨준 한 프로젝트는 상용 항공기용 항공우주 구성 요소의 드릴 패턴을 분석했습니다.

사용된 제어 방식은 보잉의 RAC 개념을 통합했고, 부품 스캔과 툴링 및 부품 특징에 관한 데이터를 포함하여 정확한 최종 드릴 위치를 결정했습니다.

"항공기 제작에서 엣지 거리는 중요한 기준입니다"라며 그녀는 말했습니다. "리브나 스파의 가장자리에 너무 가까이 구멍을 뚫으면 그 부품의 조기 고장 위험이 있습니다."

윌리엄스의 프로젝트 범위는 다양하지만, 그녀가 작업한 가장 효과적인 프로젝트 중 하나가 가장 단순했던 것이라고 말했습니다: 작업자 도구 추적.

이전에는 하루가 끝날 때 도구가 계산되었는지 확인하기 위해 기술자가 폼 조각을 가져다가 그 위에 도구 모양을 그렸습니다. 그런 다음 드레멜(Dremel)로 도구 모양을 손으로 깎아냈습니다.

자동화 솔루션은 작업자들이 도구를 펼쳐 놓는 이동식 카트와, 툴박스 이미지를 캡처하고 이진 이미지로 변환한 다음 엑셀 파일로 변환하고 마지막으로 레이저 커터로 폼을 자르는 파일로 보내는 머신 비전 시스템을 사용했습니다.

"많은 비전 시스템 과제를 해결해야 했습니다. 일부 도구는 특히 반짝입니다. 일부 작업자들은 도구에 '맞춤 조정'을 했습니다. 테이핑을 추가하는 등." 그래서 기성품 시스템을 사용할 수 없었습니다.

"꽤 단순하고 빠르게 완성된 프로젝트였지만, 우리 작업자들이 하루에 8~10개 [도구] 서랍을 마무리하던 것에서 하루에 여러 개의 완전한 툴박스를 완료할 수 있게 되어 팀에 정말 극적인 처리량 증가를 가져왔습니다."라고 윌리엄스는 말했습니다.

내일의 팀 리더들

장기적으로 목표는 더 나은, 더 비용 효율적인 부품을 만드는 것입니다. 그리고 윌리엄스와 캐론이 각자 직책에 가져온 재능은 전 세계 GE와 보잉 시설에서 그것을 현실로 만들고 있습니다.

그리고 이 여성들이 제조 엔지니어링에서 여전히 다소 예외적인 존재이지만, 이 두 여성은 '남성 전용' 직업이 없음을 증명했습니다.

윌리엄스와 캐론은 남성 동료들과 함께 일하고, 그들을 위해 일하고, 그들을 이끌었으며, 각자 직업의 정상에 올랐습니다.

각자는 열심히 일하고, 배우고, 새로운 것을 시도하려는 의지로 그렇게 했습니다.

차세대 여성 엔지니어와 제조 기업 임원을 위해, 이 둘은 자신을 흥미롭게 하고 영감을 주는 것들을 따르라고 권합니다.

"당신을 연결하는 것, 당신을 움직이는 것, 특정 기술이든, 특정 기술 세트든, 당신이 아는 특정 그룹이든 생각해 보세요"라고 윌리엄스는 말했습니다. "그리고 교육을 계속하세요. 한 수업 듣든, 몇 수업 듣든. 그냥 발끝을 물에 담그고 무엇이 당신을 흥미롭게 하고, 무엇이 진정으로 당신을 움직이는지 보세요."

캐론도 동의했습니다: "마음을 따르세요. 수학이 좋다면 걱정 마세요. 그 직업은 진화하고 있고 갈 수 있는 가지가 너무 많습니다. 시도하는 것을 두려워하지 마세요. 자신을 믿고, 당신 자신이 되고, 당신이 사랑하는 것을 하세요.

"당신은 당신의 모든 업무 경험과 삶의 경험의 모든 단계에서 성장합니다. 그것들을 최대한 활용하고, 작은 너겟들을 모아 당신이 되고 싶은 것, 당신이 있고 싶은 방식으로 조합하세요. 그리고 진정으로 저에게 이 자동화 여정은 바로 그것의 예입니다."