코봇 함대: 노동력 부족에 대한 검증된 해결책 - 티센크루프 빌스타인 사례

대통령 라인업(Presidential Line-Up)

티센크루프 빌스타인(Thyssenkrupp Bilstein)의 오하이오 주 해밀턴 공장에서 유니버설 로봇(Universal Robots)의 협동로봇 암이 빠르게 도입되는 것을 운영 매니저 알도 알비에리(Aldo Albieri)는 '혁명'이라고 주저 없이 부릅니다. "우리가 적절한 시기에 적절한 기회를 맞아 그 일부가 되었다고 느꼈습니다. 우리는 전통적으로 6축 로봇이 작동하는 방식과는 완전히 다른 방식으로 협동로봇이 사용되는 것을 보았습니다."라고 그는 말하며, 로봇 경험이 거의 없거나 전혀 없는 제조업체들이 코봇으로 복잡한 작업조차 자동화하는 소규모 가족 소유 기계 공장 방문을 설명합니다. "그들은 안전 케이지를 사용하지 않았고, 코봇을 바퀴에 장착해 작업 간에 이동시켰습니다. 그때 일이 정말 맞아떨어졌습니다."라고 알비에리 씨는 말하며, 이 발견 이후 거의 2년 동안 격월로 빌스타인 해밀턴 공장에 새로운 코봇 구현을 감독해왔다고 덧붙입니다.

"우리가 초기에 시행착오를 겪으며 벤더를 이용해 기계 통합을 하던 것에서 내부화하는 것으로 매우 빠르게 진화했습니다." 알비에리 씨가 말합니다. 그의 인더스트리 4.0 팀이 코봇 적용을 관리하며 다른 옵션을 조사했지만, 그는 "우리는 한 종류의 코봇과 파트너가 되기로 결정했습니다. 그때 유니버설 로봇(UR)을 첫 코봇으로 선택했습니다. UR이 더 정밀한 픽앤플레이스를 위한 가장 진보된 솔루션을 가지고 있음을 깨달았습니다. 코봇은 유지보수와 프로그래밍이 쉽고, 속도와 반복성의 최적 비율을 제공합니다."라고 말합니다.

빌스타인의 내부 인더스트리 4.0 그룹은 이제 가장 큰 UR 모델인 UR10 코봇 9대를 배치했습니다(51인치 도달 거리, 22파운드 페이로드). 10번째 UR10은 향후 적용을 위한 테스트 모델로 사용됩니다. "우리 조직에 약 40개의 코봇 적용을 추가로 구현할 계획입니다." 알비에리 씨가 말하며, 회사가 새로운 코봇 동료들의 명명 개념을 어떻게 고안했는지 설명합니다. "45~50대의 코봇에 순차적으로 적용할 수 있는 시스템이 필요했고, 미국 대통령 이름을 붙여 재미를 더하기로 했습니다." 이제 코봇 함대는 조지 워싱턴에서 존 타일러까지 이어집니다.

인체공학적 위험 제거(Eliminating Ergonomic Risks)

해밀턴 공장에서 가장 눈길을 끄는 적용 중 하나는 제임스 먼로(James Monroe)와 존 퀸시 아담스(John Quincy Adams) 코봇이 탠덤으로 작동하며 티센크루프의 액티브 댐핑 시스템(ADS) 댐퍼를 조립하는 것입니다. 다단계 사이클은 먼로가 이너 튜브를 집어 펀치 기계에 공급한 다음 트랜스퍼 픽스처에 놓으면, 아담스가 그것을 집어 '결합 스테이션(marriage station)'에 적재하고 아우터 튜브를 잡아 결합한 후 출구 슈트로 내보내는 것으로 시작됩니다. 기계 텐딩 코봇을 순차적으로 실행하도록 프로그래밍하려던 중, 엔지니어들은 배포를 용이하게 하는 새로운 발견을 했습니다: 코봇을 제어 시스템에 하드와이어링하는 대신, 기계의 시작 버튼을 누르도록 코봇을 단순히 가르칠 수 있음을 깨달았습니다.

100% 검사(100% Inspection)

이제 자동화된 또 다른 작업은 품질 검사로, 4대의 코봇이 게이지 검사와 포스트-필 크림프(post-fill crimp) 및 최종 부품 조립을 검사합니다. "게이지 검사를 하기 전에는 1~2시간마다 두 부품씩 검사해서 우리가 여전히 올바른 위치에 있는지 확인했지만, 지금은 100% 검사를 합니다."라고 티센크루프 빌스타인의 제조 엔지니어 더그 맥아이(Doug McIe)가 말합니다. 최종 조립에 배치된 코봇은 코그넥스(Cognex) 카메라를 장착하고 검사 지점 사이를 빠르게 이동하여 모든 구성요소가 올바른 위치에 있는지, 라벨이 올바르게 부착되어 읽을 수 있는지 확인합니다. "들어오는 모든 단일 부품이 검사되고, 실패하면 로봇이 공정에서 실제로 거부합니다." 맥아이 씨가 설명합니다.

성장과 ROI의 새로운 길(New Avenue of Growth and ROI)

빌스타인이 코봇 자동화를 내부화하기 시작한 이후, UR 코봇의 투자수익률(ROI)이 개선되었습니다. "더 길고 더 짧은 ROI를 가진 프로젝트들이 있습니다." 알비에리 씨가 말합니다. "하지만 우리의 컴포트 존은 투자 정당화를 위해 약 10~14개월의 회수 기간입니다. 코봇은 확실히 기존 로봇보다 더 빠른 투자 수익을 제공합니다." 그는 이제 모바일 인더스트리얼 로봇(Mobile Industrial Robots, MiR)의 자율 이동 로봇 2대도 테스트 중이며, 서로 다른 위치 간의 무가치 핸들링을 수행하며 라인에 자재를 공급합니다.

토마스 제퍼슨(왼쪽)과 앤드류 잭슨 코봇이 용접 작업에서 펀칭 공정으로 새로 성형된 강철 튜브를 이송하며 탠덤으로 작업합니다.

다른 작업에 노동력을 자유롭게 하는 것은 빠른 ROI 제공에 중요한 역할을 합니다. "UR 코봇은 우리에게 성장하고, 확장하고, 더 많은 일자리를 창출하고, 가장 소중한 자원인 인적 자원을 노하우가 가장 필요한 새로운 프로젝트로 이동할 기회를 주었습니다." 알비에리 씨가 강조하며, 오늘날의 노동 시장에서 코봇 없이는 비즈니스 성장이 어려울 것이라고 말합니다. "새로운 사람 채용에만 의존했다면, 우리는 원래 크기의 3배로 확장할 수 없었을 것입니다. 코봇은 기존 인력을 유지하면서 우리에게 성장의 새로운 길을 열었습니다. 어떤 작업자도 로봇 때문에 일자리를 잃지 않을 것입니다."

작업자 참여(Involve the Operators)

빌스타인은 여전히 밀폐된 공간에서 빠른 사이클을 위한 기존 자동화를 배치하지만, 작업자들이 기회를 정의하는 작업을 코봇이 맡도록 하는 데 초점을 맞춥니다. 회사의 인더스트리 4.0 그룹 공정 엔지니어 조던 오스터홀트(Jordan Osterholt)는 자동화에 적합한 작업을 파악하는 데 작업자들을 참여시키는 것이 핵심이라고 설명합니다. "작업자들은 이 회사에서 이루어지는 모든 구축의 최전선에 있습니다." 그가 말합니다. "'우리가 당신의 프로세스를 개선하는 데 어떻게 도울 수 있을까?'라고 묻는 것이 새로운 애플리케이션을 개발할 때 우리에게 매우 유용했습니다."

빌스타인 해밀턴 공장의 애프터마켓 섹션에 위치한 8번째 UR10, 마틴 반 뷰렌(Martin Van Buren)은 포스트-필 크림프를 수행하며, 카트에서 집어 기계에 적재하고, 크림프된 부품을 카메라 검사용으로 들어올려 사이클을 마칩니다.

알비에리 씨에 따르면, 코봇 구현은 단순한 기술 모험이 아닙니다. "투명성과 열린 소통을 가진 새로운 조직을 구현하는 것입니다." 그가 말합니다. "직원들이 어느 날 출근했더니 로봇이 옆에 일하고 있는 것을 깨닫게 하고 싶지 않습니다." 그는 첫 UR 코봇들이 배치되기 전에 현장 팀 앞에 데려왔습니다. "이 코봇들이 우리의 비즈니스를 확장하고 반복적인 인체공학적 문제와 사람들에게 그다지 유리하지 않은 작업 조건을 제거하기 위해 여기 있다고 설명했습니다. 그리고 그것이 절대적인 현실이었습니다." 그는 코봇의 협업 본질의 영향을 설명하며 말합니다. "이제 사람과 기술 사이에 그렇게 큰 장벽이 없습니다. 코봇은 우리 직원들과 작업 공간을 공유하며, 직원들은 직관적인 티칭 펜던트를 단순히 잡아 코봇을 조작할 수 있습니다. 인터페이스가 로봇 컨트롤러보다 아이패드처럼 보이기 때문입니다."

코봇들은 이제 자동화된 작업을 수행했던 오퍼레이터 퀸나 쿼럴스(Quenna Quarles)에게 환영받았습니다. "과거에는 끊임없이 물리적으로 펀치하고, 이것을 옮기고 하느라 아픔이 많았습니다." 그녀가 말합니다. "이제 생산 면에서 훨씬 더 잘 흐르고, 제 일은 튜브만 적재하면 되고 나머지는 코봇이 처리하니까 더 쉬워졌습니다."

애플리케이션 복사/붙여넣기(Copy/Pasting Applications)

코봇 애플리케이션을 개발하는 엔지니어링 팀은 이전 로봇 경험이 없었습니다. "단순한 픽앤플레이스 작업부터 시작해서 공을 굴렸습니다." 맥아이 씨가 말합니다. "다음은 기계와의 인터페이스를 파악하는 것이었습니다. 좀 더 어려웠지만, 일단 해내니 정말 빠르게 퍼졌고, 공장 곳곳에서 거의 복사/붙여넣기할 수 있는 애플리케이션을 보기 시작했습니다."

오스터홀트 씨는 UR 웹사이트의 무료 UR 아카데미 교육 모듈을 거치는 것이 개발 단계에서 결정적이었다고 설명합니다. "로봇 프로그래밍 방법을 둘러보고 바로 우리 테스트 로봇으로 가서 배운 것을 적용했습니다." 그가 말합니다.

새로운 애플리케이션 테스트(Testing New Applications)

데모 로봇은 바퀴가 달려 있어 기계 옆으로 굴려 작업을 테스트할 수 있습니다. "코봇을 일반 110V 콘센트에 꽂고 바로 테스트를 시작할 수 있습니다." 맥아이 씨가 설명합니다. "기존 산업용 로봇이라면 먼저 구멍을 뚫고 바닥에 볼트로 고정해야 합니다. 이것은 우리에게 많은 시간을 절약해줍니다." 새로운 애플리케이션 개발을 위해 테스트 로봇을 배치하는 것 외에도, 빌스타인은 UR+ 플랫폼을 통해 인증되어 UR 코봇과 플러그앤플레이가 가능한 로보디케이(RoboDK) 소프트웨어도 사용합니다. "소프트웨어 시뮬레이션이 우리의 사이클 타임이 프로토타이핑 툴링에 노력을 기울여 현장에 내놓을 만큼 충분히 정확할지 파악하는 데 정말 도움이 됩니다. 컴퓨터 화면에서 노력을 기울이고, 전달하면 거의 준비가 완료됩니다."

인더스트리 4.0 팀은 이제 UR+ 인증된 벤션(Vention)의 7축 레인지 익스텐더에 두 대의 UR10 코봇을 거꾸로 장착하는 작업을 진행 중이며, 격월로 현장에 새로운 코봇을 도입하는 빠른 속도의 배치를 계속할 계획입니다. "밖에는 너무나 많은 기회가 있습니다." 알비에리 씨가 말합니다. "하늘이 한계입니다."