하나의 시스템으로 범퍼를 스탬핑하다

자동차산업에서 차량모델은 점점 다양해지고 개별생산이 늘어나면서 제품의 라이프사이클은 점점 짧아지고 있다. 이에 생산현장을 좀 더 유연하게 형성해야 한다. 로봇 기반 생산 시스템이 변화하는 요건에 맞추어 생산현장을 훨씬 더욱 효율적으로 만들 수 있다.

클라우스 숄(Klaus Scholl): Indat Robotics GmbH 마케팅 & 판매 매니저

자동차 제조사들은 자사 제품의 개별화를 강하게 추진하고 있다. 변형 모델의 다양성 증가는 단시간에 수익성 있는 모든 변형 모델을 생산하기 위해서는 생산 현장을 보다 유연하게 형성해야 할 필요성이 있다. 자동차 범퍼에는 주차 보조 시스템의 센서를 장착하기 위해 사출 성형이나 도장 공정 이후 스탬핑으로 구멍을 내거나 홀더를 뒤에 접착하거나 용접해야 한다. 자동차 범퍼 제작과정에서 종래의 공정이 지닌 문제점과 요건을 설명하고자 한다.

시스템 중앙에는 180° 회전 가능한 이중 스탬핑 타워가 있다.

3년 마다 새로운 기계

이러한 공정을 위해 현재 약 4 m × 2 m의 전용기를 사용하고 있다. 다양한 공구와 홀더로 교체하기 위한 셋업 시간이 많이 소요됐기 때문에, 각 공작물 타입에 맞는 스탬핑/접착 전용기를 사용했다. 최신 승용차는 범퍼 타입이 3가지이며, 적어도 3종류의 페이스를 갖기 때문에, 전면부와 후미 형태를 위한 각각 3 대의 전용기를 구매해야 했다. 자동차 분야에서 새로운 자동차의 모델 변경 사이클은 최대 3년이며, EOP에 따른 범퍼 납품 수명은 최도 10년이다. 즉 3년 마다 많은 새로운 스탬핑/접착 전용기를 새로 구매해야 하고, 이 시스템들을 10년 이상 기능을 유지해야 한다. 비용과 서비스는 차치하더라도 차지하는 공간적인 문제도 대두된다. 계속해서 제품 생산이 개별화하게 되면 결국 한계에 부딪히게 된다.

턴키 생산 시스템에 특화된 Indat Robotics GmbH는 선도적인 자동차 제조사들의 주문으로 종래의 생산 공정을 혁신할 새로운 개념의 시스템을 개발하였다. 이 새로운 시스템은 무한한 수의 범퍼 변형모델을 가공할 수 있으며, 소요 공간은 30m2에 불과했다. 로봇을 기반으로 하는 이 생산 시스템은 PDC 센서, 세척 노즐 또는 리플렉터 등을 위한 구멍을 스탬핑할 수 있고, 동일한 제조 단계에서 해당 구성품이나 홀더를 접착하는 것이 가능하다. 이때 스탬핑과 접착은 로봇 2대를 이용하는 전자동 솔루션으로 구성된다. 전체 시스템은 프로세스 분석에서 설계, 소프트웨어 개발, 작동 개시에 이르기까지 턴키 솔루션으로 제작되었다. 이미 생산 시스템 6대가 업체에서 운영되고 있다. 초기의 요구사항은 12개 범퍼 변형모델에 대한 유연성과 두 개의 가공 라인에서 범퍼 당 30초의 생산 능력이었다. 새로운 변형 모델에 대한 장비교체가 생산 과정에 영향을 끼치면 안 된다. 로봇 셀은 상대적으로 적은 공간인 3 m × 10 m에 맞추어 설계되었다.

Indat는 2010년에 공급사인 Magna와 함께 플라스틱 범퍼 스탬핑을 위한 시스템도 개발하였다. 이 새로운 시스템의 본질적인 콤포넌트는 회전 가능한 이중 커터와 두 개의 핸들링 장치를 탑재한 로봇이다. 앞쪽 로봇이 범퍼 취급을 맡고 동시에 위쪽 로봇은 택트 타임 중립적으로 현재 비활성화된 이중 커터 측면에서 공구 교체를 실시한다. 범퍼 변형 모델에 특별히 맞춘 클램핑 장치로는 제품 캐리어가 사용된다. 시스템이 작동을 시작하면 로봇이 제품 캐리어 가운데 하나를 가져와 이를 작업자에게 건네 준다. 로봇은 범퍼를 내려 놓고 제품 캐리어의 일부인 특수 서포트 레일에 센서 홀더를 장착한다. 이어서 제품 캐리어를 서포트 레일과 함께 스탬핑 시스템으로 옮기고, 서포트 레일을 수직 방향 공급 축에 넘긴 후 범퍼와 함께 제품 캐리어를 스탬핑 시스템에 배치한다.

변형모델 별로 제품 캐리어가 범퍼 클램핑 장치 역할을 한다.

정확하게 접착 홀더 정렬

뛰어난 정확도로 구멍을 스탬핑하고 같은 위치에 PDC 센서, SPRA 센서 및 다른 센서 등을 위한 구성품 홀더를 한다. 이렇게 1/10mm 범위로 정확하게 스탬핑 구멍에 접착 홀더를 정렬하는 것이 가능하다. 동시에 백그라운드에서는 다른 로봇을 통해 스탬핑 공구 교체가 이루어진다. 새로운 공구를 장착한 스탬핑 측이 앞쪽으로 회전하고 제품 캐리어가 그 다음 스탬핑을 위해 정렬된다. 이 절차 후에 사양에 따른 모든 센서 홀더가 부착된다. 마지막으로 작업자가 완성된 범퍼를 로봇이 건네주는 제품 캐리어에서 꺼낸다. 실질적으로 이 스탬핑 시스템은 많은 변형 모델을 무한히 제작할 수 있고 장기간 사용할 수 있으며, 개별생산이 작아도 사용할 수 있다. 다소 오래된 모델도 가공할 수 있기 때문에 오래된 시스템들을 15 ~ 20년 후에 다시 작동하지 않아도 된다.