이구스의 유지보수 제로의 24시간 자동 농장 관리 시스템

대규모 지렁이 농장을 경영하는 독일 기업 ‚Superwurm‘은 경쟁력 확보를 위해 igus 무급유 솔루션으로 무인 운반 시스템을 직접 제작하여 전체 공정을 자동화하였다.

슈테파니미헬(Stefanie Michel)

지렁이 농장과 자동화? 사실 두 단어가 썩 잘 어울리지는 않지만, 21세기에서 살아남기 위해서는 생산 경쟁력이 필수이고, 지렁이 농장도 예외는 아니었다. 다만 자동화에 앞서 흙, 먼지, 습기 등의 특수한 환경 조건을 견딜 수 있는 부품을 선정하는 것이 급선무였다.

독일에서 가장 큰 규모의 지렁이 농장을 경영하는 마틴랑호프에게 지렁이는 매우 특별한 존재이다. ‚Superwurm‘이라는 이름을 가진 이 대규모 업체는 3개의 큰 농장으로 구성되어 있으며, 주요 고객은 낚시꾼, 정원사 외에 다른 농장주들인데, 지렁이가 농장에서 천연 비료 생산자 역할을 하기 때문이다.

경쟁력의 열쇠인 자동화

무인 운반 시스템 „Marco“가 컨테이너를 실은 카트를 받아 급이 시스템으로 운반한다.

마틴랑호프는 20년 전에 처음으로 지렁이 사육에 관심을 갖게 되었다. 해외에서는 이미 시장이 활발하게 사업화되고 있다는 소식을 들어 이를 익히 알고 있었다. ‚독일이라고 이런 상업이 왜 안되겠는가?‘라는 생각에, 마틴은 차고에서 지렁이를 기르기 시작하였고, 얼마 지나지 않아 고객이 크게 늘어, 킬로그램 단위로 판매를 시작하였다.

2003년 첫 농장을 일군 뒤 일년이 지나, 두 번째 농장으로 확장하였다. 하지만 규모가 커질수록 주변국 관련 업체와의 경쟁이 심해졌다. 특히 폴란드의 경쟁 업체들이 값싸게 지렁이를 공급하면서, 가격 경쟁력 확보는 물론 독일의 높은 임금까지 감당하기는 어려웠다. 답은 자동화에 있다고 마틴은 결론을 내렸다. 수년간 소프트웨어 개발자로 일한 경력이 있던 마틴은 경험을 살려, 지렁이를 효율적으로 사육할 시스템을 개발하였다. 그는 „자동화 공정에는 생각보다 많은 문제와 비용이 발생합니다“라며 입을 뗐다. „특수한 환경 조건에 알맞은 부품들을 어디에서 좋은 가격에 구할 수 있는지, 찾아 다니며 많은 시간을 할애했습니다.“ 그의 선택은 igus의 리니어 가이드, 플라스틱 베어링, 케이블 및 가이드를 적용하는 것이었다.

십 년이 넘는 시간 동안 단 한번의 유지보수도 없었다

자동화된 방식의 컨베이어 벨트 위에서 지렁이 상자가 운반되어 사료와 물을 공급받는다.

지렁이에게 사료와 물을 공급하는 과정을 자동화하기 위해서, 마틴은 흙과 먼지, 습기가 많은 환경에서도 문제 없이 작동할 수 있는 부품을 찾아야 했다. 급이 시스템(물과 먹이를 공급하는 기계)이 안정적으로 24시간 연속해서 작동해야 하기 때문이다. 또한 지렁이와 흙이 오염되지 않도록 윤활이 필요 없어야 한다는 것이 전제 조건이었다. 이 조건에 igus 제품이 딱 들어맞았다. 플라스틱 베어링을 적용한 drylin R 제품과 케이블 드래그 체인은 십 년이 훌쩍 지난 지금도 계속 사용 중이며, 단 한번의 유지 보수를 해본 적이 없다. 현재 이 시스템은 압축공기 그리퍼를 사용하여 컨테이너 내부 흙에 사료를 살포하고 물을 적시는 스테이션에 배치되어 있다.

특히 기계의 구동 과정에서 베어링에는 흙과 먼지 등이 직접적으로 접촉되지만 플라스틱 재질의 무급유 drylin 제품은 고체 윤활제가 통합되어 윤활이 필요 없을 뿐만 아니라 흙이나 먼지, 지렁이가 달라붙지 않는다. 또한 자체 윤활 덕분에 샤프트 간의 면 접촉을 통해 이물질이 레이스 밖으로 배출되기 때문에 모래와 분진이 있는 환경에 탁월했다.

무인 먹이 공급 시스템

무인 운반 로봇 시스템이 컨테이너를 싣기 위해 스테이션 앞에 멈춰있다.

마틴은 급이 프로세스의 완전 자동화를 위해 직원이 더 이상 단조로운 작업을 맡지 않도록, 두 대의 로봇과 컨베이어 벨트 그리고 무인 운반 시스템을 개발하였다. „이 새로운 시스템으로 사람이 없는 상황에도 24시간 먹이를 공급할 수 있습니다.“ 랑호프는 자신있게 설명했다.

무인 운반 시스템에는 센터 드라이브를 포함하여 동시에 구동되는 평행한 두 개의 drylin ZLW 벨트 축이 장착되어 있다. 벨트 축은 120kg의 컨테이너를 안전하게 운반한다. 이 시스템은 가벼울 뿐만 아니라 전력 소모량도 작으며 충격과 먼지에도 강하다. 벨트 축 운동을 위한 케이블은 보호를 위해 igus 에너지체인 안에 설치된다.

무인 운반 시스템이 급이 시스템의 „정차 위치“에 도달하면 로봇에 부착된 그리퍼가 활성화된다. 이 그리퍼는 컨테이너의 위치를 감지하고 궤도를 수정해 안전한 파지가 확인되면 즉시 컨테이너를 들어 올린다. „이를 구현하기 위해서 작고 가벼우면서 저렴한 부품이 필요했습니다“(랑호프) 그리퍼의 매끄러운 개폐 동작을 위해 그는 igubal ESTM 베어링에 샤프트를 장착하는 방법을 고안했다. igubal 베어링은 특수 마찰 폴리머로 제작되어 높은 반경 부하를 견뎠고 진동 감쇄는 물론 경량화에도 도움이 되었다.

지렁이 보관 컨테이너 가공 최적화

igus의 케이블 드래그 체인 E4가 드릴 기계의 drylin포털에서 라인을 안전하게 가이드하고 있다.

Superwurm에서는 지렁이 보관을 위한 특별한 보관 통을 사용한다. 지금까지 Superwurm에서는 각 통에 커다란 환기 구멍을 뚫어 맞춤 제작한 플라스틱 망을 접착했었다. 하지만 가공과 망 접착에 많은 시간과 비용이 소모되었다. „스티커형 망 하나에만 일년에 약 300여 만원의 비용이 소모됩니다. 통에 환기 구멍을 내고 망을 접착하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 아무도 하고 싶어 하지 않았죠.“

그는 이 과정을 개선하기 위해 많은 고민을 하였고, 단순화를 위해 대량의 보관함을 고정하는 프레임을 고안해냈다. „이제 기계에 보관함을 넣고 환기 구멍을 내는데 10분이면 충분합니다.“홀을 뚫기 위한 드릴이 drylin 포털을 통해 이동한다. 이때 샤프트는 igubal KSTM 베어링의 지지력으로 평행하게 유지된다. 미세한 구멍으로 환기구 망도 더 이상 필요치 않게 되었다는 것이 마틴의 설명이다.

홀 가공 드릴 머신을 설계하는 과정에서 몇 가지 어려움이 있었으나, drylin 베어링의 적용으로 대부분 해결이 가능했다. 또한 환기구를 만드는 과정에서 미세한 플라스틱 칩이 지속적으로 발생했지만 igus의 제품은 먼지나 분진에 강한 내성을 지녔기에 지금까지 아무런 문제 없이 사용이 가능했다. 더욱이 윤활제가 필요 없기 때문에 유지보수 비용 절감은 물론 세척도 용이해서 지렁이 사육에 있어 탁월한 선택이었다.

소규모 업체를 위한 경량 자동화

„작은 업체들이 대기업들 틈에서 살아남으려면, 생산과 보관에 재정적으로 저렴하고 간단한 자동화 솔루션을 이용해야 합니다“, 마틴랑호프는 자신의 이러한 경험을 다른 소규모 기업인들에게도 제공하고자 한다. 랑호프는 기존 자동화 솔루션의 발전을 통해 소규모 기업에게 확산시키려 계획하고 있고, 이를 위해 회사 Robcotec를 설립하였다.