Automatica, 지능적 생산을 위한 산업용 이미지 처리

전통적인 생산현장이 급격한 변화를 맞고 있다. 자동화가 빠르게 진행되고, 많은 산업용 로봇이 생산라인에 배치되며 산업분야에도 서비스 로봇이 투입되고 있다. 이러한 전개 과정의 핵심 요소는 산업용 이미지 처리기술이다.

공학박사 안네도레 보세 문데(Annedore Bose-Munde): 경제 및 기술 분야 전문 에디터

생산설비의 디지털 변환과 노동시장에서 로봇공학과 자동화가 핵심기능을 하고 있다. IFR(International Federation of Robotics)에 따르면 전세계적으로 로봇공학이 붐을 이루고 있다. 2016년에 전 세계적으로 294,000 유닛이 판매되어 16%가 증가하였으며, 2020년까지 약 170만 대의 새로운 산업용 로봇이 추가로 설치될 것으로 추산하였다. 주요 고객인 자동차 산업 외에 아시아지역에서 전자산업 분야가 로봇공학에 많은 투자를 하였다. 전세계적으로 산업용 로봇 설치의 74%를 차지하는 곳은 한국과 중국, 일본, 미국, 독일 등 다섯 개 주요시장이다.

디지털화와 자동화는 성형공구의 딥 보링에도 결정적인 생산성 우위를 가져다 준다.

독일 로봇공학과 자동화는 성장 예상치를 훨씬 상회하였다

독일은 유럽에서 이미 큰 격차를 두고 있는 가장 큰 로봇공학 및 자동화 시장이다. 2017년에 VDMA Robotik + Automation 협회는 로봇공학의 성장을 7%에서 11%로 조정했었다. 이는 140억 유로(한화로 18조원)의 업계 매출기록을 처음으로 상회하는 것이다. 2018년에도 성장징후가 계속되고 있어 VDMA는 10% 정도 늘어날 것으로 잠정 추산하였다. 이런 긍정적인 전개는 지속적으로 증가하고 있는 57%의 수출 점유율에서도 확인할 수 있다. 독일 로봇공학 및 자동화의 세 가지 세그먼트, 즉 로봇 공학, 산업용 이미지 처리, 통합 어셈블리 솔루션 등이 모두 2017년 시장 기대치를 초과하였다. 로봇공학은 VDMA 예측 결과 41억 유로로 15%의 매출 증가를 기록하였다. 새로운 예측에 따르면 산업용 이미지 처리는 18%의 매출 증가를 기록할 것이고, 이는 26억 유로의 업계 매출에 해당한다. 지능적 조립 및 핸들링 솔루션을 포함하는 통합 어셈블리 솔루션은 가장 큰 분야로 6%의 매출 성장으로 74억 유로의 신기록을 달성하였다.

이미지 처리는 자동화의 통합 구성요소가 되었다

전자산업은 이미지 처리와 로봇 시스템의 가장 중요한 산업분야 가운데 하나이다.

산업용 이미지 처리기술도 특히 중요하다. 이 처리기술은 MRC(인간과 로봇의 협동)와 제조현장에서 디지털 변환의 기초를 형성한다. 이미지 처리는 시각적 정보를 많은 제조단계와 제조시스템을 연결하여 자동화의 통합 구성요소가 되고 있다. 이러한 현상은 VDMA Robotik + Automation 협회의 최근 시장 데이터에서도 확인할 수 있다. 독일 이미지 처리 산업은 2016년에 매출이 9% 증가하여 22억 유로의 기록적 매출을 올릴 수 있었다. VDMA 협회는 2017년에 18%의 추가적인 매출 증가와 26억 유로의 매출액을 기대하고 있다. MVTec Software GmbH의 대표이자 VDMA 산업용 이미지 처리 분과의 회장인 올라프 문켈트 교수는 이러한 긍정적인 발전의 원동력으로 2012년과 2016년 사이의 연간 평균 13%의 성장률을 올리고 있는 수출과 자동차 산업을 들었다. „자동차 산업은 수년 전부터 전세계에서 가장 강력한 고객그룹으로 이미지 처리를 이용하고 있습니다. 현재는 다른 많은 분야에서도 이 기술의 가능성을 인지하고 점점 사용범위가 늘어나고 있습니다.“

임베디드 비전과 3D가 이미지 처리를 더욱 지능적으로 만든다

올해 뮌헨에서 Universal Robots가 선보이는 어플리케이션 부속품은 대부분 온라인 생태계 Universal Robots+에 속한 것으로, UR 로봇을 위한 광범위한 주변 제품을 포함하고 있으며, 2016년 Automatica에서 런칭한 이후로 급속도로 성장하고 있다.

간단한 카메라 모듈을 기반으로 기계나 장치에 직접 통합하는 콤팩트한 임베디드 비전 이미지 처리시스템은 이 업계의 최신 트렌드에 속한다. 이 시스템은 소비전력이 낮은 우수한 컴퓨터 플랫폼을 이용하여 다양한 응용분야의 지능적인 이미지 처리를 담당하고 산업적 제조를 위해 큰 잠재력을 제공한다. 검사 대상의 3차원 데이터로 작업하는 이미지 처리시스템도 수년 전부터 크게 발전하였다. 이런 추세는 VDMA의 최근 시장데이터에서 증명된 바 있으며, 2015년부터 2016년까지 3D 어플리케이션과 제품분야에서 28%의 뚜렷한 증가세를 보였다. „랜덤 빈 피킹(random bin picking)“와 픽 & 플레이트 어플리케이션과 같은 자동화 요건은 3D 이미지 처리장치가 있어야 실질적으로 실현할 수 있다. 유럽 위원회의 연구 프로그램 Horizont 2020에서는 MRI(인간과 로봇의 상호작용)을 로봇공학의 핵심기술 4가지 가운데 하나로 정의하고, 이를 위해 2018년부터 2020년까지 6,600만 유로의 기금이 제공한다. „MRI는 산업용 로봇과 서비스 로봇의 핵심기술로 간주되고 있습니다.“ (마틴 헤겔레, 프라운호퍼 IPA 로봇 및 어시스턴스 시스템 부서장)

이러한 전개로 인해 안전하고, 경제적이며 유연한 자동화 솔루션이 가능하고 사용자 맞춤 운전이 가능하다. MRI는 로봇공학에서 가장 중요한 기술 발전 가운데 하나이며, 이번 Automatica 2018에서 다양한 MRI 기술을 선보였다. 덴마크의 Universal Robots도 이번 박람회 전시업체 가운데 하나이다. „우리는 올해 열리는 이번 automatica에서 유연성과 빠른 통합을 특징으로 합니다. 우리는 다양한 플러그 & 생산 어플리케이션을 이용하여 각기 다른 작업을 위한 간단한 자동화 솔루션을 어떻게 구현할 수 있는지를 선보였습니다. 방문객들은 실제에 가까운 응용사례를 통해 협동로봇이 이미 제공하거나 앞으로도 제공할 수 있는 가능성에 어떤 것이 있는지 살펴볼 수 있었습니다.“ (헬무트 슈미트, Universal Robots (Germany) GmbH 대표 및 서유럽 총괄 매니저)

„아시아를 필두로 전자제품 생산의 자동화가 향후 몇 년 간 유럽의 로봇공학과 자동화에 대한 수요를 이끌 것입니다.” (패트릭 슈바르츠코프, VDMA Robotik + Automation 대표)

조립 기술 및 핸들링 기술이 점차 디지털화되고 있다

인더스트리 4.0과 디지털 네트워킹이 조립 프로세스를 근본적으로 바꾸고 있다. 이번 Automatica 박람회는 전통적인 플랜트 제조업체가 어셈블리 자동화의 변화에 어떻게 적응하고 실제로 어떤 기회가 잡을 수 있는지 보여주었다. 조립 작업자는 앞으로 증강현실 글래스와 거기에 나타나는 조립 지침을 통해 지시 없이 작업을 진행할 수 있다. 이제 동료를 훈련시키는 직원을 두지 않아도 되고 설명서도 따로 필요 없다. 이제 기술자들은 정비작업 시에도 글래스를 이용하면 된다. 이러한 새로운 차원의 선두주자는 지능형 센서장치이다. 이 센서장치는 점점 더 복잡해지는 알고리즘으로 현장에서 데이터를 실시간으로 수집하여 처리하고 전달한다. 이는 에지 컴퓨팅을 통해 가능하다. 클라우드 컴퓨팅과 달리 분산 데이터 처리하기 위해 점점 더 작아지는 마이크로 컨트롤러의 성능을 이용한다. 에지 컴퓨팅 덕분에 반드시 필요한 지능을 간단하게 센서에 배치할 수 있다. 분산 컴퓨팅 기능을 지닌 센서는 복잡한 조립 프로세스의 디지털 네트워킹을 가능하게 하고 그와 더불어 프로세스의 역동성 및 유연성 증진에 결정적으로 기여한다. 앞으로 조립 프로세스는 이를 기반으로 광범위하게 스스로 제어되고 변화하는 매개변수에 적응할 수 있다.

실제에 적합한 어플리케이션이 전문 인력을 지원한다

산업용 그리퍼도 변화하고 있다. 인더스트리 4.0과 MRC의 생산 시나리오를 실현할 수 있는 지능적이고 네트워크화된 그리고 민감한 그리핑 시스템에 점점 더 초점이 맞춰지고 있다. 이런 스펙트럼은 통합 프로세스 모니터링을 위한 지능형 그리퍼에서 협업 어플리케이션을 위한 Co-act 그리퍼와 감각적인 하이엔드 그리퍼까지 이른다. 코봇과 디지털 어시스턴트가 점점 실무에 가까워지고 숙련공을 지원하고 있다는 것은 사실이다. Festo의 Bionic 코봇은 음성을 이해할 수 있도록 배우고 있다. 자연스러운 모션 패턴과 부드러운 공압장치로 인해 MRC에 적합해지고 있다.

„우리는 당사 고객이 자동화 갭을 간단하고 경제적으로 메울 수 있도록 돕고 있습니다. 우리는 간단한 통합을 특징으로 하는 솔루션을 제시합니다.“ (Dr. 로날드 나더러, Ferrobotics CEO 겸 설립자)

Ferrobotics Compliant Robot Technology GmbH는 연삭, 연마, 디버링 등 수작업을 자동화하는 것과 유연한 핸들링에 역량이 있는 업체이다. 이 업체의 하이테크 장비를 통해 로봇은 자신의 힘을 측정하고 표면에 접촉하면 직관적으로 힘을 조절할 수 있다. 이를 통해 복잡한 수작업을 자동화하고, 제품 품질이 향상되고 전체 생산의 수익성이 증대된다. „우리는 고객이 자동화를 간단하고 경제적으로 완성할 수 있도록 돕고 있습니다. 우리는 시스템 구성요소를 바탕으로 원스톱으로 정밀하게 조율되고 통합하는 솔루션을 이번 박람회에서 선보였습니다.“(Dr. 로날드 마더러, errobotics의 설립자 겸 CEO)

자동화는 곧 효율성 증대를 의미한다. 기업들은 이를 위한 전제조건으로 자신의 시스템을 적절히 셋업해야 한다. 뒤셀도르프의 스타트업 Vathos Robotics는 산업로봇을 중소 제조업체에서 경제적으로 사용할 수 있도록 솔루션을 개발하고 있다. 핵심 목표는 셋업 시간을 줄이는 것이다. 즉 새로운 제품을 자동 생산할 수 있도록 시스템을 준비하는 시간을 줄이는 것이다. 셋업 시간만 줄여도 빠르게 투자금이 회수되고, 결국 1,000개 미만의 개별 생산을 자동 생산하는 것도 이익이 된다.

최근에 이 기업은 셋업 프로세스를 스마트폰이나 태블릿을 이용하여 여러 매체에 기록하는 소프트웨어 Rüstflex를 출시하였다. 작업자는 각 단계를 디지털 서식을 통해 셋업하기 위해 모든 정보를 받을 수 있다. 복잡한 작업 단계에서도 첨부된 사진과 비디오를 이용하여 신속하게 오류 없이 실행할 수 있다. Rüstflex는 컨트롤 유닛과의 통신을 통해 로봇을 간단하게 구성할 수 있다. 로봇의 모션 시퀀스를 새로운 제품에 맞추어 조정하고 위치, 오프셋, 속도 등과 같은 임의의 매개변수를 디지털 서식을 통해 입력하고 컨트롤 유닛으로 전송할 수 있다. 일반적으로 로봇 제조사는 직관성이 떨어지는 경우가 많아 태블릿이나 스마트폰을 이용한 작업은 유저 인터페이스를 이용하는 것보다 훨씬 쉽다. „당사 직원들은 Rüstflex 덕분에 프로그래밍 지식이 없이 로봇을 운전할 수 있고 접촉하는 것도 두려움이 없어졌습니다.“ (로버트 에서, AHA Albert Haag GmbH 대표)

기계 대 기계 통신을 위한 통일된 인터페이스

디지털 어시스턴스 시스템, 에디 컴퓨팅, 운반용 드론, 코봇 등 현대식 공장 자동화를 위해 접근할 수 있는 수많은 해법들이 있다. 회사의 개별 요건에 맞게 이러한 솔루션들을 구현하기 위해서는, 제조사와 상관없이 데이터를 교환할 수 있어야 한다. 왜냐하면 인더스트리 4.0과 자동화는 고객의 데이터와 기계 데이터가 네트워크로 연결되고, 기계가 기계와 통신하며, 공작물과 기계가 독립적으로 생산을 제어하고, 로봇과의 상호작용이 지속적인 데이터 교환을 전제로 하기 때문이다. 이러한 목적을 위해 공개된 인터페이스 표준인 OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture)가 점차 확립되어 가고 있다. VDMA Robotik + Automation이 Automatica에서 OPC UA의 작용 방식을 시연하였다. 자동화 영역의 많은 문제들이 아직 해결되지 않았지만 전세계적으로 로봇 공학과 자동화 분야의 응용사례에 관심이 높아지고 있다. 이는 IRF의 최근 통계에서도 확인할 수 있는데, 로봇의 평균 밀도, 즉 고용인 10,000명 당 산업 로봇의 수가 유럽에서는 99 유닛이며, 미국에서는 84 유닛, 아시아에서는 63 유닛으로 증가세를 유지하고 있다.