인더스트리 4.0에서 자동차부품 생산하기

폭스바겐은 독일 중부의 카셀 공장에서 자동차부품을 생산하여, 35개국의 7개 브랜드에 공급하고 있다. 여기에는 유럽에서 가장 큰 경금속 주물공장, 성형, 구동기술, 그리고 그리고 차체 공학에서 나오는 기어, 배기 시스템 등 구성요소들이 포함되어 있다. 이 곳에는 2대의 FTS (무인 운반 시스템)가 자신의 임무를 수행하고 있다.

페터 켐프트너(Peter Kemptner): Peter Kemptner Macht Marketing GmbH 대표

카셀 공장은 Volkswagen의 중요한 기어제조사로 자동차 생산공장들에게 가장 중요한 구성요소를 제조 공급하는 곳이다. 1958년에 공장을 설립한 이래, 1억 2,700만개 이상의 기어를 생산했으며, 2016년 한 해에만 약 360만개를 생산하였다. 이 곳에서는 배기시스템과 열간 스탬핑된 차체부품을 같이 생산하고 있는데, 2016년에 배기시스템 290만개를 생산하여 전체 배기시스템의 43%가 이 곳에서 생산되었다. 그 외에 매일 600t의 강판이 50,000개의 기어와 드라이브 구성요소, 135,000개의 차체 구성요소로 가공되고 있다.

화물스테이션에서 크레인이 빈 컨테이너를 DS Automotion의 무인운반시스템에 있는 무인운반차량 위에 올려 놓는다.

카셀 공장에는 애프터세일 부품센터가 있으며, 5개의 OTC(오리지널 부품), FIB(자동차 인텔리전트 부품) 그리고 전세계 12개 브랜드를 위한 160만 개의 다양한 순정부품을 보관하고 있다. 해마다 이곳에서 약 2,100만개의 제품이 80여 개 국가의 129개 고객사에 납품되고 있는데, 전체 16,500명의 직원 가운데 2,500명이 애프터세일 분야에서 근무하고 있다.

이동 경로가 긴 구성품

오늘날 승용차는 Volkswagen의 „모듈러 트랜스버스 매트릭스“와 같은 플랫폼에서 모듈러 원리로 제작 생산된다. 이를 위해 열간 스탬핑된 구성품(현장 용어는 언더웨어)은 Volkswagen 카셀 공장의 열간 스탬핑 시스템에서 고강도 강으로 제작한다. 최종적인 형태는 약 45대의 레이저 커팅기로 구성되는 레이저 파크에서 생산된다. 부품은 특수하게 설계된 운반박스에 담겨 파킹 공간이 8,000개인 컨테이너 발송시스템에 도착한다. 레이저 파크가 있는 공장은 넓이가 250 m × 500 m로 공간이 넓어 컨테이너가 빈 화물 보관소에서 레이저 파크로 이동하는 경로가 상당히 길다. 현장에는 500여 개의 컨테이너가 돌고 있으며 탈거하면 총 800개에 이른다. 각 컨테이너가 빈 상태로 레이저 파크로 돌아와 가득 채우고 피킹되기 때문에 이동거리는 두 배에 이른다.

지능적인 방향 설정 컨셉트와 로딩 컨셉트

예전에는 레이저 커팅기에서 완성된 부품을 직원들이 직접 꺼냈다. 포크리프트로 기계에 빈 컨테이너를 제공하고 채워진 컨테이너는 반출을 위해 플랫폼 트롤리로 이동하는 과정이 있었다. „2011년에 모듈러 트랜스버스 매트릭스를 도입하여 새로운 토대 위에 물류계획을 세우고 2011년에 현대식 부품공급과 폐기를 목적으로 프로젝트를 시작하였습니다.“(슈테판 그라이프, Volkswagen 카셀의 물류 설계자)

DS Automotion 프로젝트 책임자 하랄트 바이센벡: „디지털화와 인더스트리 4.0은 무인운반시스템이 필요합니다. DS Automotion의 2가지 FTS 시스템은 Volkswagen 카셀 공장에서 부품 생산과 기어 어셈블리의 효율성과 공정 안전성을 책임지고 있습니다.“

2012년에 DS Automotion의 FTS 시스템이 작동을 시작하였다. 18대의 무인차량은 Volkswagen을 위한 특별 맞춤형이었다. 이 운반차량이 적재를 마치면 자동 이송포털이 하이베이 랙킹 창고에서 내리는 빈 화물 스테이션으로 이동한다. 무인 운반차량이 각 컨테이너를 레이저 커팅시스템 중 하나로 가져간 후, 가득 찬 컨테이너를 그 곳에서 컨테이너 발송 시스템에 있는 전달지점으로 이동한다. 주행 명령은 레이저 커팅기 인터페이스를 통해 수신하는 빈 화물을 바탕으로 DS 조정 컨트롤러가 계산한다. 이렇게 „Just in Time“ 원리에 따라 공급과 하차가 이루어진다. 이동코스는 바닥에 매립된 영구자석을 이용된다. 코스는 좌측 주행으로 양 방향 통행이 이루어진다.

„마스터 컴퓨터가 교통신호를 통제합니다. 교통 신호시스템은 사람이 운전하는 차량과 마주치지 않도록 조정합니다.“ (하랄드 바이센벡, DS Automation 프로젝트 책임자) 또 비상 호출시스템이 연결되어 비상 시에는 구조활동을 위해 FTS가 측면으로 이동하게 되어 있다.

경로가 800m로 길기 때문에 무인운반차량은 운반 사이클을 마치고 여섯 개의 충전 스테이션에 접근하여 NiCd 건전지를 5분 가량 충전한다. 충전 중에는 충전 스테이션 부근의 정체를 방지하여 차량 가용성을 높였다. 무인운반차량이 해결해야 할 과제는 부품 생산의 연속적인 자동화이다. 이 부분에서 기계 2대당 로봇 하나가 운반 컨테이너를 채우는 공정을 맡는다. „장애 요인은 시스템 간의 통신입니다. 시스템들이 안전관련 컨트롤시스템을 갖추고 있어 직원이 조작할 필요는 없습니다.“(슈테판 그라이프) 빈 컨테이너는 방향이 결정되면 개구부를 왼쪽 또는 오른쪽으로 열어 차량 위에 안착할 수 있도록 하였다.

세상을 위한 전기 모터

Volkswagen은 2014년에 카셀 공장에 „클린 팩토리“ 컨셉트를 도입하였다. 이 곳에서 대형 Auid 모델의 7단 더블 클러치 기어 DL382를 조립하고 있다.

Volkswagen 카셀 공장 자동차부품 레이저커팅시스템 설계가 카스텐 퀼레빈트는 시스템 자동화에 대해 다음과 같이 설명하였다. „무인운반차량은 처음부터 안정적으로 작동했으며 테스트를 한번에 통과하였습니다.“ 카셀 공장은 Volkswagen 브랜드의 전기 드라이브 역량센터로, 컨트롤 기어와 DSG 기어 외에 전기모터를 생산하고 있다. 이 곳에서는 개발과 계획 그리고 전기 모터와 하이브리드 기어 연속생산에서 뛰어난 역량을 통해 Volkswagen 브랜드의 미래 프로젝트에 기여하고 있다. 전기 드라이브의 조종실이라 할 수 있으며, 모듈러 전기화 키트(MEB) 계획과 개발을 책임지고 있다. 생산된 제품은 모든 전기 모델과 Audi A3 e-tron 모델에 장착된다.

전기모터 생산 조립은 새로운 공장에서 2014년에 시작하면서 설계자들은 사내 운반과정을 자유롭게 디자인할 수 있었다. 운반 컨테이너는 특정 기어를 수용하기 위해 윤곽 트러프를 갖추고 있다. 운반 컨테이너는 트럭으로 배달되어, 로딩 시스템을 통해 전자동으로 물류 영역에 도달한다. 그 곳에서 운반 컨테이너는 통로 별로 제공되고, 라인 끝으로 옮겨지며 부품이 담긴 컨테이너와 교체되어 되돌아온다. 기어는 트레인을 이용하여 라인 끝에서 트럭 로딩 스테이션으로 이동한다. 일일 생산량이 1,600 유닛에 달하여 빠르고 지속적인 운반이 이루어져야 한다.

자동화된 시리즈 차량을 이용한 무인 운반시스템

Volkswagen 물류 설계가 슈테판 그라이프: „Volkswagen 카셀 공장의 생산구역 2곳에서는 DS Automotion의 2가지 FTS가 작업합니다. 각각은 각각 다른 생산요건에 맞추어져 있습니다.“

„이번 프로젝트에서 차량 수가 4대로 제한되었기 때문에 설계자들은 처음부터 자동화된 시리즈 차량을 선호하였습니다. 사용하고 있는 차량을 사람이 운전하는 방식으로 이용하여 관리 면에서 큰 시너지 효과가 있었습니다.“(슈테판 그라이프)

DS Automotion은 Still 브랜드의 스태커를 사용한다. 기어 어셈블리가 4개의 기어 랙으로 이루어진 하나의 스택을 채우는 즉시, 마스터 컴퓨터가 요구사항을 기어 어셈블리를 통해 공급 메시지 형태로 수신한다. 이 반출 요청은 FTS에게는 빈 화물 주문과 같은 의미이다. 이 곳에서는 3교대로 근무하며, 근무조 별로 240 기어 랙이 이동한다.

레이저 파크에 있는 시스템과의 차이점은 에너지 컨셉트이다. 이 차량에는 리튬이온 건전지가 장착되어 있으며, 이 건전지는 두 스테이션에서 주기적으로 충전된다. 차량은 마스터시스템의 레이저 내비게이션을 통해 예정된 코스를 운행한다. 이 시스템은 화물의 무게가 최대 1.9t 에 이르고, ‚클린 팩토리 컨셉트‘로 오염물이 홀 안으로 들어가지 않도록 브러시 카펫 위를 지나가야 하기 때문에 매우 중요하다. 또한 공정 안정성에 대한 요건도 중요하다. 적절한 시간에 반출되지 못하면 생산이 중단되고 후속 공정에도 영향을 주게 된다. DS Automotion의 FTS는 유연성을 높이고 생산 공정을 안정시킨다. „카셀 공장에서 2가지의 서로 다른 FTS 시스템을 사용되고 있습니다. 이는 각각 용도에 맞는 솔루션을 운용할 수 있다는 의미이며, 반드시 동일한 솔루션이어야 할 필요가 없다는 것을 의미합니다.“(슈테판 그라이프)