자동화 실전: 제조업체가 로봇을 활용해 성공하는 방법

자동화를 구현한 제조업체들의 이야기: 왜 했는지, 결과는 어땠는지—그리고 새로운 드로이드를 고려하는 다른 이들에게 주는 조언

새 픽업트럭을 살까? 지친 트롤링 모터 교체? 지난달 문을 연 태국 식당이 괜찮을까? 이밖에도 수많은 구매 상황에서, 해당 제품을 구매했거나 그 의심스러운 요리를 먹어본 고객들과 이야기하는 것이 종종 최고의 조언입니다. 그들의 경험은 어땠나요? 좋은 서비스를 받았고 제품이 요구사항을 충족했나요? 아마도 가장 중요한 건, 그들이 다시 살 것인가입니다.

로봇에도 똑같이 적용됩니다. 특히 로봇에. 계속되는 노동력 부족과 미국 등지의 리쇼어링 노력의 희망적 부활을 고려할 때, 로봇 자동화는 제조업의 성장과 효율성 증대의 열쇠입니다. 이는 몬태나주 찰로의 MT Solar Co. 같은 소기업에서 그 어느 때보다 사실입니다. 창업자이자 사장인 트래비스 조던(Travis Jordan)은 창업 이래 급속한 성장에 직면했습니다. 조던은 최근 협동 로봇(코봇)을 해결책으로 삼았습니다. 결과적으로 그의 결정은 게임 체인저였습니다.

"우리는 약 12년 전 일반 제조와 제작으로 시작했고, 2014년 말 첫 주력 제품 라인 출시로 태양광 산업으로 피벗했습니다."라고 조던은 말했습니다. "그 직전에 CNC 플라즈마 테이블에 투자했으니, 당시 워크플로는 개별 부품의 자동 절단 후 수작업 용접이었습니다. 그 방식은 몇 년 전 태양광 시장이 정말 폭발적으로 성장하고 우리가 빠르게 생산을 늘려야 할 때까지 잘 작동했습니다. 하지만 요즘 대부분의 현장처럼 우리도 숙련 노동력을 찾는 데 어려움을 겪었습니다. 반복 용접 작업의 처리량을 늘리는 방법으로 로봇을 검토하기로 했습니다."

급속한 성장과 치솟는 수요에도 불구하고, 조던은 생산 팀이 린(Lean) 제조 원칙에 초점을 맞추고 있어 맞춤형 마운팅 시스템을 소량 배치로 적시 생산한다고 재빨리 지적합니다. 확장 가능하면서도 유연한 솔루션을 찾던 그는 미시간주 앤아버의 Universal Robots USA Inc.(UR)에 도달했고, 그곳에서 회사의 소량 다품종 요구를 충족할 수 있는 시스템을 찾았습니다. 콜로라도주 러브랜드의 UR 파트너 Vectis Automation의 코봇 용접 툴은 UR10e 코봇, 통합 펜던트, 'DIY 프로그래밍' 소프트웨어를 갖추고 있으며, Rhino Cart의 온보드 전원 공급 장치가 있는 휴대용 모듈러 고정장치 테이블에 부착됩니다.

조던은 검색 중 여러 고품질 시스템을 검토했지만, 대부분은 MT Solar이 시간 단위로 처리해야 하는 12개 이하의 소량 로트 크기가 아닌 더 높은 생산량을 겨냥했다고 말했습니다. 대부분 안전 케이지도 필요했는데, 가능한 피하고 싶은 비용이었습니다. "우리의 고정장치 요구사항도 기존 로봇보다 훨씬 단순합니다."라고 그는 말했습니다. "부품이 맞지 않아 수동 용접이 필요하면 누군가가 그냥 들어가 같은 테이블에서 용접한 뒤 코봇이 다시 작업하게 할 수 있습니다. 대부분의 자동화 용접 셀에서 볼 수 있는 각종 가드와 피벗 턴테이블을 다룰 때는 불가능한 일입니다."

아마 그의 유일한 후회는 두 대를 사지 않은 것입니다. "올해 말 또 다른 코봇을 들여와 한 대는 설정과 프로그래밍 전용, 다른 한 대는 생산 전용으로 쓸 계획입니다."라고 조던은 말했습니다. "그럼 린 환경에서 필요한 연속 흐름을 달성할 수 있습니다."

좁은 공간

스티브 딜런(Steve Dillon)은 완전히 다른 이유로 비슷한 코봇 성공 사례를 공유합니다. 미시간주 리보니아의 CDP Diamond Products 부사장인 그는 딜런 가문의 3대째 툴메이커입니다. 하지만 그가 여덟 대의 FANUC 와이어 EDM(WEDM) 기계를 24시간 가동하기 위해 로봇 투자를 형제들에게 제안했을 때, 그들은 회의적이었지만 시도해 보기로 했습니다.

이름에서 알 수 있듯 CDP Diamond Products는 다양한 맞춤형 다이아몬드 절삭 공구를 설계하고 제조합니다. 공정의 한 단계는 브레이징된 공구를 로터리 테이블에 장착하고 각 플루트에 원하는 프로파일을 와이어 커팅하는 것으로, 일반적으로 약 3시간이 소요됩니다. 기계 가동 시간을 극대화하고 처리량을 늘리기 위해 딜런은 대부분의 WEDM에 한 쌍의 로터리 테이블을 장착했지만, 이는 오직 6시간의 무인 가동만 제공했습니다. 그는 매사추세츠주 서드버리의 FANUC 유통업체 Methods Machine Tools Inc.에 조언을 구했습니다.

"처음엔 더 많은 로터리 테이블을 제안했지만, 그건 미친 듯이 비싸고, 로봇을 거의 같은 가격에 구할 수 있을 것 같았습니다."라고 딜런은 말했습니다. "문제는 바닥 공간이었습니다. 부품 정밀도를 극대화하기 위해 와이어 기계 주위에 온도 제어실을 지었기 때문에 가드, 케이지 등을 둘 공간이 없었습니다. 다행히 FANUC이 바로 그 무렵 협동 로봇 시리즈를 출시했습니다."

MT Solar의 용접 솔루션과 유사하게, Methods는 HSK 63 공구 홀더 24개용 포켓이 있는 이동식 스탠드를 CDP Diamond Products에 제공했습니다. 여기에 두 대의 기계를 서비스할 수 있는 충분한 암 리치를 가진 FANUC CRX 협동 로봇을 부착했습니다. 공구 믹스에 따라 딜런과 팀은 이제 두 교대 이상을 완전히 무인으로 가동할 수 있으며, 작업자가 한 기계에 개입해야 해도 다른 기계는 계속 가동됩니다.

"사람을 구하기 너무 어려워서 아들이 고등학생일 때 밤에 와서 기계를 돌보게 했습니다."라고 딜런은 말했습니다. "며칠 전 아들이 대학에서 전화해 일이 있냐고 물었습니다. '미안하다, 아들아. 넌 로봇에게 대체됐어. 이제 공부나 해.'라고 말해줬습니다."

케이지 매치

앨라배마주 옥스포드의 Associated MetalCast LLC 대표 론 더글라스(Ron Douglas)는 케이지에 문제가 없습니다. 그의 회사는 몇 년 전 Okuma Genos L300 CNC 선반 중 하나에 FANUC 로봇을 설치했고, 더글라스는 이후 자동화의 확고한 신봉자가 되었습니다. 이제 회사는 세 개의 그런 셀을 보유하고 있으며 여름에 두 개를 더 구현할 계획입니다. 소위 '산업용 로봇'이고 협동 로봇이 아니기 때문에 인간을 안전하게 지키기 위해 케이지가 필요하지만, 한 셀은 라이트 커튼만 사용합니다. 어쨌든 모든 셀은 부품 로드/언로드, 셀의 세척 스테이션에서 세척, 한 경우엔 통합 CMM에서 100% 검사를 수행합니다.

Associated MetalCast는 부품을 주조하거나 단조하지 않습니다. 더글라스는 1998년 회사를 설립했고, 전국 주조소와의 긴밀한 관계로 이름을 지었습니다. 정밀 가공, 도장, 열처리, 조립 및 기타 부가가치 공정을 농업, 중장비, 인프라 등 다양한 산업에 제공합니다. 그리고 많은 완제품 부품이 주조품이나 단조품으로 시작하지만, Associated MetalCast와 96명의 직원들은 막대 재료와 플레이트도 많이 가공해 고객에게 '원소스' 제조 솔루션을 제공합니다.

왜 자동화를 시작했냐는 질문에 더글라스의 답은 놀라운 게 아니었습니다. "앨라배마에서 숙련 노동력을 찾는 어려움을 고려할 때, 자동화는 우리의 미래에서 매우 큰 부분을 계속 차지할 것입니다. 효율성, 처리량, 부품 일관성을 높일 뿐만 아니라 직원들이 기계 텐딩보다 더 흥미로운 작업에 참여할 수 있게 합니다. 이 모든 것이 오늘날 가공 세계에서 매우 중요합니다."

그는 또 다른 중요한 점을 지적했습니다. 자동화 프로젝트를 시작할 때 팀원들을 온보드시키는 것입니다. "놀랍게도 처음에는 꽤 어려웠습니다."라고 더글라스는 말했습니다. "엔지니어링과 생산 사람들에게서 동의를 얻기 힘들었는데, 그건 그들에게 새로운 것이고 완전히 그들의 범위 밖이었기 때문입니다. 하지만 결과를 보기 시작하고 자동화가 회사를 위한 올바른 전진 단계임을 깨닫자 그들은 지지를 보냈습니다. 그들의 지지와 로봇 통합업체의 지원 덕분에 롤아웃이 매우 성공적이었습니다."

전통과의 결별

뉴욕주 토나완다의 Manth Manufacturing Co. 제너럴 매니저 듀안 맨스(Duane Manth)는 로봇과 오랜 역사를 가지고 있습니다. 지난 20년간 그는 통합 갠트리 로더가 있는 여러 Wasino 갱타입 CNC 선반 등 다양한 형태의 자동화에 투자했으며, 이를 현장의 고량 구성요소 일부에 사용했습니다. 그리고 그 기계들이 잘 작동했지만, 그는 2축 및 3축 갠트리보다 더 유연하고 인간 작업자를 포함하는 셀룰러 구성에서 사용할 수 있는 로봇을 원했습니다.

"우리의 40년 역사 내내 우리는 더 경쟁력 있게 되려 노력했고, 적절한 곳에서 자동화가 그 역할을 했습니다."라고 맨스는 말했습니다. "그래서 내 제조 매니저 마이크 렉스(Mike Rex)와 우리 매뉴얼 생산 셀 중 하나의 처리량을 늘리는 이야기를 시작했을 때, Absolute Machine Tools의 영업 담당자가 며칠 전 들러 OB7 전단지를 놓고 갔습니다. 누군가가 내 책상에 올려놨고, 계속 읽고 가격표를 보다가 곧 그에게 전화해 '이거에 대해 더 말해줘'라고 했습니다."

OB7은 캘리포니아주 카핀테리아 기반의 Productive Robotics Inc.에서 만든 협동 로봇으로, 영화 산업용 로봇 카메라 시스템을 만드는 ZBE Inc.의 스핀오프입니다. 맨스는 12년 된 회사가 어떻게 시작됐든 상관하지 않았습니다—그가 신경 쓴 건 3인 가공 셀의 인건비 절감이었습니다. 그는 OB7 두 대를 구입해 셀의 CNC 선반을 텐딩하게 하고, 한 명은 원통 연삭기를 조작하고 코봇을 주시하게 했습니다.

해결책이 너무 효과적이어서 렉스는 곧 다른 OB7 용도를 찾았고, 결국 호닝기와 브로칭 기계 작동에 투입했습니다. "다른 셀에서 원통 연삭기에 OB7을 공급하는 것도 있는데, 작업자 한 명이 다른 일을 할 수 있게 해줬습니다."라고 맨스는 말했습니다. "엄청난 성공이었습니다."

그와 팀의 효율성 향상을 위한 지속적인 추진이 작년 말 Manth Manufacturing의 최대 고객인 뉴욕주 클래런스의 Dynabrade USA에 의한 인수로 이어졌습니다. "우리는 자동화가 제조의 미래라고 강력히 믿기 때문에 Manth의 역량에 계속 투자하는 동시에 우리 자신의 자동화 제품도 개발할 것입니다."라고 회사 사장 마이크 버파몬티(Mike Buffamonti)는 말했습니다. "Dynabrade는 로봇 소재 제거와 표면 처리에 많은 기회를 보고 있어 다양한 코봇 제조업체와 협력해 고객에게 개념 증명 솔루션을 제공하기 시작했습니다. 우리 진화의 이 다음 단계에 매우 기대됩니다."

우선순위 설정

이 모든 것이 더글라스 빙햄(Douglas Bingham), Honeywell International Inc. 피닉스 시설의 제조 기술 수석 이사에겐 놀랍지 않습니다. 5개 사업부, 전 세계 10만 명 이상의 직원, 작년 340억 달러 매출을 가진 샬럿 기반 제조업체는 자동화에 광범위한 경험이 있습니다. 이탈리아 트리에스테의 자동 화재 감지기 라인이든 멕시코 멕시칼리의 로봇 용접 셀이든, 이 포춘 100대 기업은 수백 개의 제조 현장에 자동화 기술을 배치했습니다.

빙햄에 따르면 빠져 있던 건 포괄적인 전사적 전략이었습니다. "각 현장이 수년간 자신이 합리적 ROI를 제공한다고 본 것을 자동화해 왔습니다. 대부분 좋은 결과를 가져왔지만, 훨씬 더 효율적이고 비용 효과적일 수 있습니다. 그래서 각 사업부의 전담 자동화 리더를 포함한 자동화 CoE(Center of Excellence) 팀을 구성했습니다.

새 공장이 생기거나 제품이 출시될 때마다 바퀴를 재발명하는 대신, 빙햄과 그의 동료들은 회사의 자동화 솔루션을 표준화할 것입니다. 주요 현장의 운영을 평가하고, 자동화하기에 적합한 제조 기술이나 공정을 식별하고, 벤치마크를 정의하고 모듈식 솔루션을 개발한 다음, 가장 큰 혜택을 가져올 영역으로 그 솔루션을 확장할 것입니다.

이 목적을 위해 빙햄은 최근 약 200개 통합 기업 모임에서 연설했습니다. 그는 프로젝트와 그룹의 자동화 우선순위—용접, 기계 텐딩, 디버링, 검사 등—를 설명하고 다음 미션 스테이트먼트를 제시했습니다: "핵심 풋프린트의 핵심 공정에 지능형 자동화 기술 배포해 예측 가능하고 탄력적이며 효율적인 운영 창출."

그러면서 외부 전문성이 필요할 것이라고 제안하고, 아이디어를 공유해달라고 초대했습니다. "이 전문가들과 다른 전문가들을 초기에 참여시켜 최선의 방식으로 올바른 솔루션을 만들고 이를 중심으로 표준화하는 것이 중요하다는 것을 알았습니다."라고 빙햄은 말했습니다.

이 표준화는 필수적이라고 그는 덧붙였으며, 상세한 작업 명세서와 제안된 솔루션의 정확한 시뮬레이션도 마찬가지입니다. "이전 자동화 프로젝트에서는 항상 요구하지 않았던 것입니다. 이제는 필수입니다. 구매 주문을 내기 전에 셀이 어떻게 작동할지 보고 싶습니다. 이에 따라 사전 승인된 하드웨어만 사용해야 합니다—PLC와 로봇의 특정 브랜드 등—그리고 다양한 시설에서 복사·붙여넣기할 수 있는 표준화된 모듈 개발이 필요합니다. 이는 현재 일부 공장에서 보이는 장비의 잡다한 조합을 없애는 데 도움이 될 뿐만 아니라 자동화 배치를 더 쉽고 비용 효과적으로 만듭니다. 작년에 이 프로젝트를 시작했지만, 앞으로 많은 기회가 보입니다."