고혼합 저량 생산 제조업체가 협동 로봇을 도입해야 하는 이유

협동 로봇(코봇)은 제품 믹스가 증가하는 제조업체에게 유연한 솔루션을 제공하지만, 대규모 자동화 시스템 투자를 정당화할 만한 작업 규모나 자본 자원이 부족한 경우에 점점 더 매력적인 대안이 되고 있습니다.

이들 '코봇(cobots)'은 최소한의 프로그래밍으로 작업을 수행하고 부품 위치와 크기의 변형에 적응할 수 있습니다. 인간은 코봇과 나란히 작업하며, 고혼합 저량(HMLV) 작업의 비효율을 초래하는 맞춤형 지그 제작 필요성을 줄여줍니다. 코봇은 공장 현장 어디서든 작업이 필요한 곳으로 이동할 수 있습니다.

퍼듀 제조 연장 파트너십(Purdue MEP)은 코봇 도입으로 큰 이득을 볼 수 있는 제조업체들을 발굴했습니다. 협동 로봇 투자가 가장 적합한 경우는 다음과 같습니다:

• 50~500명 직원에 패밀리 제품 믹스를 가진 제조업체
• 자본 투자에 대한 빠른 회수 기간(예: 6개월)을 원하는 경영자
• 교대 근무 인력을 채우기 어렵지만, 직원을 더 높은 부가가치 직무로 재배치할 수 있는 관리자
• 반복적이거나 위험한 작업을 수행하는 작업자

미국 표준기술연구소(NIST) 공학 연구실(EL) 내 제조 로봇 측정 과학 프로그램의 노력 덕분에, 협동 로봇은 이제 더 작고 가볍고 중소 제조업체(SMM)가 통합하기 쉽게 되었으며, 워크셀 내 상호 운용성이 향상되었습니다.

코봇을 현장 작업자의 원격 조수로 생각하세요

MIT 연구에 따르면, 인간-로봇 협업은 인간이나 로봇이 단독으로 작업하는 것보다 85% 더 생산적입니다. 코봇은 직원에게 조수처럼 작동합니다.

순수 로봇 공학은 수많은 가능한 변수를 고려하기 위해 엄청난 양의 프로그래밍과 센서가 필요합니다. 예를 들어, 사람이 부품을 로봇에 가져다주어 서브 어셈블리나 용접을 하게 하는 것이, 로봇에게 공장 내 다른 장소로 이동하여(안전 및 환경 요인 모두 고려) 자재를 가져와 작업하게 훈련시키는 것보다 훨씬 비용 효율적입니다.

반면 코봇은 많은 기계와 애플리케이션용 소프트웨어로 작동하므로, 작업에 빠르게 재배치되어 운영 유연성을 더해줍니다. 또한 가볍지만 신뢰성이 높습니다. 많은 코봇은 몇 년간 연속 가동할 수 있을 만큼의 작동 시간을 보증합니다.

가장 일반적인 세 가지 유형의 코봇:

1. 고정 베이스(fixed-base) – 주로 부품과 공구로 반복 작업을 수행하는 단일 암.
2. 모바일(mobile) – 픽앤플레이스 작업과 빠른 교체에 특히 유용.
3. 착용형(wearable) – 외골격 등, 인간이 기계의 힘과 지구력을 활용할 수 있게 함.

협동 로봇, 다양한 애플리케이션에 프로그래밍 가능

HMLV 작업에서는 작업 내용이 크게 달라 생산성과 전반적인 설비 효율성에 도전이 됩니다. 하지만 HMLV 작업에도 여전히 단조로운 루틴이 포함되어 실수와 반복 동작으로 인한 근로자 긴장 및 부상을 초래할 수 있습니다.

HMLV 현장에서 협동 로봇이 활용되는 수많은 애플리케이션 중 대표적인 것들:

• 머신 텐딩(machine tending) – 코봇의 가장 일반적인 용도로, 부품이나 공구를 집어 옮기는 반복 작업을 대체.
• 적응형 어셈블리(adaptive assembly) – 코봇의 유연성으로 나사 조이기, 볼트 조임, 부품 끼우기, 접착제 도포 등 가능.
• 부품 및 제품 검사 – 로봇은 인간 검사를 제한하는 정신적 피로를 겪지 않으며, 고해상도 카메라 및/또는 센서 장착 시 훨씬 빠르게 검사 수행.
• 용접 – 스폿 용접과 아크 용접에 점점 더 많이 사용되며 코봇의 유연성이 드러남. 인증 용접공 부족 심각, 이 용도 지속 증가 예상.
• 포장 및 출하 – 수축 필름 씌우기부터 부품 박스 포장, 팔레트 적재까지 다양. 코봇은 중량물 들어올리기에 적합.

코봇의 다재다능함은 HMLV 작업에서 가장 매력적인 이점 중 하나입니다. 종종 꺼려지는 다양한 작업을 마스터할 수 있는 직원을 둔 것과 같습니다.

협동 로봇 구현 시 과제

NIST 연구실은 코봇의 균일성 확보 작업을 계속하고 있어, 겉보기엔 동일한 사양의 시스템도 반복 가능하고 의미 있게 측정, 평가, 비교할 수 있게 되었습니다.

NIST EL 지능형 시스템 부문 그룹 리더인 엘레나 메시나(Elena Messina)는 코봇 활용 증대의 과제에 대해 다음과 같이 지적합니다:

• 중소 제조업체(SMM)는 로봇 공학의 트렌드와 잠재적 이점을 인지하지만, 성공 확실성 없이 투자하기를 주저하는 경우가 많습니다.
• 상용 기술이 있어도, 제조업체는 협동 로봇이 실제로 예상대로 작동할지 자체 자원으로 판단해야 할 수 있습니다. SMM에 전담 프로그래머가 부족할 수 있고, 프로그래밍 복잡도는 코봇 OEM마다 다릅니다.
• 명확하게 정의된 결과가 있어야 적절한 통합과 구현이 가능합니다. 그렇지 않으면 통합이 예상보다 지속적인 비용이 될 수 있습니다.

협동 로봇의 한계도 존재합니다:

• 일반 자동화보다 느린 속도로 작동하는 경우가 많습니다.
• 많은 코봇이 제한된 탑재 하중과 도달 범위를 가지나, 일부 모델은 이를 개선했습니다.
• 일부 위험한 애플리케이션의 경우 케이지나 구역 스캐너 같은 추가 안전 인프라가 필요할 수 있습니다.

MEP 센터가 코봇 활용을 돕습니다

제조업체는 코봇이 제공하는 전통적인 로봇의 가치 제안, 즉 반복 작업을 수행해 인간 근로자가 더 복잡한 작업에 집중할 수 있게 하는 혜택을 누릴 수 있습니다. 또한 코봇은 자동화 시스템에 비해 상당한 비용 절감 효과가 있으며, 제조업체를 미래 혁신에 대비시킬 수 있습니다.

협동 로봇은 특히 자동화와 디지털 기술 초기 시도가 순조롭지 않았던 중소 제조업체에게는 두려운 영역일 수 있습니다. 지역 MEP 센터가 협동 로봇 구현 과정을 안내하고, 투자에 대한 현명한 결정을 내릴 수 있도록 도와드립니다.