Schunk의 고장이 없는 고속 조립 시스템

 

LMZ 사가 0.5초의 택트 타임으로 수백만 개의 부품을 24시간 조립하는 것은 일상적인 일이다. 이전에는 매개변수를 설정하고 프로그래밍 하고, 스로틀을 설정하여 댐퍼를 번거롭게 교체했다면 지금은 마모가 없는 24V 축으로 이를 담당하고 있다.

Dr. 홀더루디치오(Holger Rudzio): Schunk GmbH & Co.KGChief OperatingOfficer (COO)

CLP 축 시스템에 설치한, 그리핑-회전유닛 조합의SCHUNK GSM-P는 설치 공간이 크지 않은 경우에 특히 콤팩트한 솔루션을 구현할 수 있다.

LMZ (Lenkering Montage und Zerspannungstechnik) GmbH의 대표인 데니스렝커링은 실용주의자이다. LMZ는 공압식 구성요소와 메카트로닉스 구성요소의 장점을 조합하여, 각 요건에 적합한 솔루션을 제공하는 시스템 제조업체이다. 데니스렝커링 대표에게 최적의 소형 부품 조립이란 역동성과 기능성, 에너지 효율성, 프로세스 안전성 그리고 최대로 가능한 가용성의 조합이다. 우리의 관심사는 장애를 일으키고 가동 중단을 초래하는 모든 것을 없애는 것입니다“라며 렝커링 대표는 그의 사업 전략을 간략하게 설명하였다.

마모에 취약한 밴드 실린더의 씰은 리니어 축의 충격 흡수장치나 자유롭게 접근 가능한 스로틀처럼 부적절하게 조정되는 구성요소 블랙리스트에 올렸다. 데니스렝커링는 얼마 전까지 해도 숙련공이 전담했던 조립 시스템을 이제는 반숙련공이 작업하는 경우가 대부분이라고 설명했다. LMZ는 그만큼 프로세스 안정화에 더욱 주력하고 있다.

시스템 가동 중단 위험 줄이기

LMZ는 조립과 시험을 위해 새로운 기계를 디자인하고, 이 기계 디자인은 조작자가 쉽게 접근할 수 있도록 프로세스 레벨을 위에 있는 매체 레벨과 아래에 있는 공급 레벨로 분리하였다. 데니스렝커링은 직접 구동되는 24V 리니어 축 SCHUNK 사의 ELP를 예시로 들었다. SCHUNK의 ELP는 공압식 모듈의 스로틀과 같이 조정하거나 전기로 제어되는 모듈과 같이 새로운 포지셔닝 블록을 작동하는 대신 기계적으로 최종 위치만 정의하고 진입 속도와 진출 속도는 두 개의 로터리 엔코더 스위치에서 조정하면 된다. 다른 모든 것은 자동 학습 기능이 담당하고, 티칭 절차 중에 최대 가능한 속도는 각각의 현재 용량에 대해 계산된다. 총 스트로크에 따라 유닛이 자동으로 가속하거나 감속한다.

SCHUNK의 컬럼 구성 시스템을 이용하여 측방향 이동 없이 바로 ELP 축 시스템 아래로 부품을 제공할 수 있다.

슬림하게 조직되는 시스템 구조

이와 함께 충격, 진동 그리고 최대 속도로 통제를 벗어나 움직이는 것이 배제된다. 그 대신 축은 재료와 주변 장치를 보호하면서 조화롭게 최종 위치로 이동한다. 부품 무게가 변하면 독립적인 프로그래밍이 완료될 때까지 몇 번의 스트로크면 충분하다. 부수적이고 긍정적인 효과는 밸브 블록, 배관, 정비 유닛 그리고 승압 장치가 필요 없어지기 때문에 시스템 구조를 훨씬 슬림 하게 제작할 수 있다. 에너지 체인도 범위의 절반으로 줄어든다. 센서 장치 로직과 액추에이터 엔지니어링을 위해 24V 회로 두 개만 만들면 된다. 또 약 전기 축은 공압식에 비해 20dB 더 조용하다. 정밀성, 공압 모듈에 비해 저렴한 에너지 비용과 무엇보다 축의 지속적인 공정 안전성이 플러스 요인이다. 데니스렝커링 대표는 1.2초 사이클 타임으로 24시간 가동되고, 수백만 개의 부품을 이미 생산하고 있으며, 한 번도 서비스가 필요하지 않았던 조립 셀에 대해 만족한다고 하였다.

장인이자 회사 설립자인 요제프렝커링도 수년 전부터 정비 유닛 주제가 자동차 산업 분야뿐만 아니라 화장품 업계에서도 급속도로 커져가는 추세를 주목하였다. 요즘은 정비와 점검을 위한 시간이 필요 없습니다. 조달 부서에서 이를 엄격하게 계산합니다. 예측하여 댐퍼를 교체하는 것은 실제 상황에서는 거의 불가능하기 때문입니다. (데니스렝커링) 구성 요소 하나만 고장 나도 최대 6주 이상 시스템이 가동 중단되고 더 많은 일이 결부될 수 있다. 하지만 이를 예상하고 대체 부품 패키지까지 구매하는 고객은 5%에 불과하다. 이는 조달 예산이 운영 비용과 분리되어 있기 때문이며, 구매 부서에게 보증 기간이 지난 후에 시스템 신뢰성에 대해서는 크게 상관하지 않기 때문이다. 그렇다 보니 시장에서는 일반적으로 수명이 긴 구성 요소보다 보증 기간만 버틸 수 있는 시스템이 제공된다고 한다. 따라서 보증 기간이 지난 이후에 유지 보수에 고군분투해야 하는 문제가 발생합니다. 그것과 관련된 생산 중단에 대해서는 전혀 말이 없습니다. (데니스렝커링)

LMZ는 오늘날의 이러한 쓰고 버리는 세태에 대응하여, 자사 시스템 컨셉트에 간단한 작동 개시와 지속적인 시스템 가용성에 초점을 맞췄다. 무그리스 및 무정비 플라스틱 가이드 역시 수명이 길고 정비가 거의 필요 없어 레트로핏(재설정)에 적합한 구성요소이다. 여기에는 SCHUNK ELP가 포함된다. 사용자들은 공압식 축에 비해 약 두 배 정도 비용을 투자해야 하지만, 마모가 거의 없는 이 모듈은 결과적으로 경제적 이익으로 돌아온다. 전체 퍼포먼스 4천만 사이클, 5백만 사이클에 정비 주기 1회인 경우, 공기압 축일 경우의 마모 부품, 작업 시간 그리고 생산 중단에 대한 비용 합계만으로도 ELP 축의 전체 비용을 훨씬 초과하는 값이 나온다.

예방적 유지 보수를 포기하여, 구성 요소가 고장이 난 이후에 대응한다면, 엄청난 비용이 추가 부담된다. 이런 경우 발생하는 생산 중단은 축 비용을 훨씬 상회한다. 생산 중단과 결부된 분노는 말할 것도 없다. LMZ는 약 50개의 ELP 리니어 모듈을 이미 사용하고 있다. 여기에는 간단한 작동 개시와 무정비 그리고 공압 축과 비교하여 줄어든 소음과 진동이 큰 역할을 하였다. 우리는 부분적으로 0.001mm의 정확도의 부품을 측정합니다. 그러한 차원에서 진동은 매우 중요합니다. 조립 셀을 공장의 2층 또는 3층에 설치하는 경우, 댐퍼에 충돌할 때의 지속적인 진동 영향은 과소평가할 수 없다.

메카트로닉스와 공압의 이중 전략

LMZ는 SCHUNK의 컬럼 구성 시스템을 이용하여 최소 설계와 설치 작업으로 픽&플레이스 유닛과 갠트리 시스템 그리고 완벽한 기능 어셈블리를 만들 수 있다.

LMZ는 각각의 정밀 어플리케이션에 다양한 액추에이터의 장점을 서로 비교하여 SCHUNK의 고정밀 조립 그리핑 시스템 프로그램을 설치하였다. 예를 들어 큰 힘과 견고성 또는 저렴한 가격이 필요한 경우에는 공압식 LM 리니어 축을 사용하고, 소형 부품 그리퍼 MPG-plus와 회전 유닛 SRU-plus를, 시운전과 정비 수고를 크게 들이지 않는 경우에는 메카트로닉스 ELP 리니어 모듈을 사용하였다. 다양한 안착 위치와 높은 유연성이 요구되는 경우에는 LD 시리즈의 편리한 리니어 다이렉트 드라이브 축을 사용하였다. 컬럼 시스템을 포함하는 SCHUNK 구성 키트는 적절한 주변 장치를 제공하기 때문에 LMZ에게 매우 적합하였다. SCHUNK의 구성 컬럼은 우리가 구성 요소를 축 아래에 공급하면 측 방향 이동을 할 필요 없이 픽&플레이스로 삽입할 수 있도록 설계되어 있습니다.(데니스렝커링)

Cadenas의 E 카탈로그 솔루션 테크놀로지를 기반으로 한 3D 온라인 컨피규레이터와 엔지니어링 단계에서의 지원을 제공한다는 점이 LMZ의 요건과 잘 맞아 떨어졌다. 요제프렝커링은 메카트로닉스 구성 요소에 대한 트렌드가 뚜렷해질 것으로 예상하였다. 에너지 비용이 중요하고 동시에 메카트로닉스 구성 요소는 계속 저렴해질 것이기 때문이다. 또한 메카트로닉스 구성 요소는 공압 구성요소에 비해 조작자 레벨에서 설치자 레벨을 훨씬 쉽게 분리할 수 있어 조작 및 오작동이 훨씬 줄어든다. 또한 SCHUNK가 ELP 축으로 24V 기술을 추천한 것이 이 모듈을 사용하게 하는 데에 결정적이었다. 우리는 인버터 없이 축 위의 24V 파워 서플라이로 직접 작업할 수 있습니다. 주전압용 플러그와 제어 전압용 플러그 등플러그 두 개면 충분합니다.

그럼에도 불구하고 400V를 초과하는 전압 범위에서 이 구성요소들이 유효할 가능성이 매우 높다고 생각한다. 우리에게는 로터리 인덱스 유닛에서 24V를 기반으로 실현할 수 없는, 택트 타임 0.54초의 부분적으로 큰 적용 사례들이 있습니다. 그에 비해 소규모 픽 &플레이스 솔루션에서는 24V 기술이 필요하다.