환경에 유연하게 반응하는 스마트 그리퍼

마르쿠스 클라이버 박사(SCHUNK GmbH & Co. KG의 CTO)는 인더스트리 4.0으로 가는 길의 핵심적 요소로 관련 콤포넌트들의 포괄적인 커뮤니케이션, 공정 제어 기술, 시스템, 높은 투명성 그리고 역동적인 대처를 꼽았다. 독일 베를린에서 열린 제8차 독립 기계 제조업 대표자 모임에서 마르쿠스 클라이버 박사는 SCHUNK가 클램핑 기술과 그리핑 시스템의 리더로서 인더스트리 4.0의 잠재력을 어떻게 평가하고 있는지, 제품 포트폴리오와 자체 생산을 어떻게 인더스트리 4.0에 맞추고 있는지 설명하였다.

SCHUNK SVH 5축 핑거 그리핑 핸드가 그리핑 및 조작 시 유연성의 새로운 장을 열었다.

변동성이 극심한 시장, 짧은 제품 수명, 늘어나는 파생 모델 그리고 가격에 대한 압박 이는 현시점에서 제조업이 안고 있는 특징이다. “인더스트리 4.0 트렌드는 이에 대한 응답으로 이해해야 합니다. 인더스트리 4.0이 추구하는 목적은 투명성과 경제성을 극대화하여 생산 프로세스를 포괄적으로 유연하게 하는 것입니다.“ (마르쿠스 클라이버 박사) 여기에서부터 현장을 위한 구체적인 요구 조건들이 도출된다. „인더스트리 4.0은 소량의 로트도 경제적으로 생산할 수 있도록 조정이 가능하고 융통성 있는 콤포넌트와 구조를 제공해야 합니다.“ 시스템과 그 안에 설치된 콤포넌트들은 프로세스 진행 중에 획득된 데이터를 바탕으로 최단 시간 내에 반응하고 프로세스에 따라 조정되고 최적화가 가능하도록 유연해야 한다. 마루쿠스 클라이버 박사는 SCHUNK에 대한 이러한 목표를 더 높게 잡는다. „우리의 목표는 콤포넌트의 고장과 같은 우발적인 사고나 우선 순위가 높은 주문으로 인해 생산 순서가 바뀌는 것과 같은 상황에 역동적으로 대처하여 최소한의 지연사태로 생산일정에는 영향을 끼치지 않도록 하는 것입니다.“ 구체적으로, 시스템이 사건을 감지하고, 처리한 후 공정 제어 기술, MES 또는 EPR 시스템과 연동하여, 다른 주문을 우선 처리하거나, 다른 라인으로 전환하는 등 반응할 수 있다. 대량 생산도 마찬가지로 최대한의 시스템 활용을 우선시한다.

간단한 메카트로닉스 그리퍼 SCHUNK EGP로 그리퍼 핑거의 위치를 유연하게 제어할 수 있다.

기초를 형성하는 포괄적인 커뮤니케이션

마르쿠스 클라이버 박사에 의하면 인더스트리 4.0의 성공을 위한 중심축은, 1980년대 자동화된 생산 공장에서 확립된 것과 같은 통신 계층구조를 훨씬 뛰어넘는 연속적인 커뮤니케이션이다. „인더스트리 4.0에서는 모든 것들이 상호 통신을 합니다.“ 이 맥락에서 그리핑 모듈과 다른 액추에이터 그리고 그 안에 설치된 센서 장치가 결정적인 임무를 맡게 된다. 결국 이들이 피삭재, 구성품 그리고 완성된 제품과 직접적인 접촉면을 형성하기 때문이다. „SCHUNK 그리퍼는 가공 이후 피삭재와 처음으로 접촉하는 모듈입니다. 그리퍼는 앞으로 공차, 무게, 치수 등의 규정 값을 준수해야 하는지를 인식하는 지능을 갖게 될 것입니다.“ 이러한 데이터를 바탕으로, 계획에 따라 공정을 진행하거나, 수정된 품질 제어 회로를 시작할 수 있고, 오류가 있는 부품을 배출할 수도 있다.

인더스트리 4.0 가이드라인

지능적이면서 동시에 강력한 SCHUNK EGL은 유연하고 효율적인 핸들링 프로세스를 위해 구상된 것이다. 이 시스템은 프로세스 모니터링에도 사용할 수 있다.

최근 VDMA(독일 기계생산자 협회)는 기업들이 인더스트리 4.0으로 가는 여정을 단축하기 위해, 다름슈타트 공과 대학의 DiK(제조업 데이터 처리 전문 분과)와 KIT(칼스루헤 기술 위원회) 공동으로 „인더스트리 4.0 가이드라인“을 작성하였다. 이 가이드라인은 SCHUNK와 같은 중형 기계 제조사나 시스템 제조사가 자체적인 인더스트리 4.0 모델과 사업 모델을 개발할 때, 이를 지원할 툴을 제공한다. 또한 기업들이 자신의 개별적인 장점과 역량을 어떻게 계속 개발할 수 있는지, 이에 대한 구체적 방식을 제시하고, 단계별로 컨셉트와 솔루션을 안내한다. DiK의 라이너 안데를 교수와 wbk의 위르겐 플라이셔 교수는 실질적인 적용 가능성에 가장 큰   가치를 두고 이 가이드라인을 개발해왔다. SCHUNK도 속해 있는 4 개의 파일럿 업체는 가이드라인의 실행 가능성을 시험하고, 이를 새로운 제품에 대한 사업 모델 창출과 생산 개선을 위한 첫 번째 프로젝트에 성공적으로 적용하였다.

SCHUNK SDH-2는 산업용 그리퍼의 장점과 인간의 손이 지닌 장점을 하나로 합친 것이다.

VDMA의 가이드라인을 이용하여 SCHUNK는 현재 상태에서 인더스트리 4.0에 맞는 스마트 그리퍼로 가는 이론을 정립하였다. 스마트 팩토리에서 네트워크화된 스마트 시스템이 갖추어야 할 요건들이 특히 다층적이라는 점을 고려하였다. 스마트 시스템은 현재 상태를 감지하고 평가한 후 개별적으로 반응하는 모든 단계를 포괄해야 한다. SCHUNK 그리퍼에 연관하여 보면 다음의 몇 가지 단계로 나눌 수 있다. 먼저, 진입 단계에 해당하는 것은 간단한 메카트로닉스 그리퍼가 있다. 그 뒤를 이어 센서 장치를 추가로 장착한 지능형 메카트로닉스 그리퍼이다. 그 다음 통신이 가능한 사이버 물리 시스템이 있고, 마지막 단계 스마트 그리퍼 4.0으로, 웹 연결이 가능한 사이버 물리 시스템이다. 이 스마트 그리퍼 4.0은 획득한 데이터를 바탕으로 독립적으로 반응하고, 인터넷을 통해 통신하며, 자신의 기능을 예측하는 것이 가능하다. 스마트 그리퍼의 응용 분야는 스마트 팩토리, 인간과 로봇의 협업, Condition monitoring(지속적인 상태 모니터링), Predictive maintenance(예측 정비), 민감한 시간과 인라인 품질 보증 등이다.

중심축을 형성하는 센서 장치

SCHUNK 그리핑 시스템을 이용하면 그리퍼 핑거로부터 ERP 시스템까지 이르는 연속적인 정보 흐름을 실현할 수 있다.

SCHUNK에 의하면 센서 장치는 시스템 취급과 조립 시 매우 중요한 역할을 한다. 오늘날 SCHUNK는 필요한 범위의 기능에 맞추어 폭 넓은 표준 그리퍼 스펙트럼을 제공하고 있다. 즉 근접 센서를 장착한 PGN-plus 유니버셜 그리퍼에서 위치 제어와 과부하 컨트롤 기능을 탑재한 SCHUNK메카트로닉스 그리퍼 EGP, 힘 측정 및 제어 기능이 내장된 SCHUNK지능형 그리퍼 EGL 그리고 3 개의 핑거를 이용하여 힘 제어와 위치 제어 기능 외에 파지 작동 시 상당한 유연성을 허락하는 유연한 SCHUNK SDH등이다. 마르쿠스 클라이버 박사에 따르면, 인더스트리 4.0으로 가는 여정에 성공적으로 도달하기 위해서는 업체간 경계를 넘어서 학제간에도 긴밀한 협력이 필요하다고 한다.  SCHUNK는 자신들의 강점이 네트워킹이 가능하며 유연하게 사용 될 수 있는 지능형 그리핑 시스템 콤포넌트에 있다고 본다. „우리는 이러한 노하우를 적극적으로 활용하여 인더스트리 4.0에 대한 기존의 프로젝트와 새로운 프로젝트에 적용할 계획입니다.“