측정실에서 벗어나 실제 생산 라인으로

자동차 산업의 측정 기술은 지속적으로 인라인 기법으로 나아가고 있다. 데이터 수집, 분석, 제공 전문가인 측정 기술자들은 인더스트리 4.0 컨셉트를 이행하기에 이상적인 파트너이다.

우도 슈넬

2018년 자동차 산업의 측정 기술 시장은 전세계적으로 약 12억 US 달러의 매출을 올릴 것으로 예상된다. 2015년 9월에 발행된 자동차 산업의 측정 시장 분석 연구에 따르면 적어도 시장 조사 기업인 Frost & Sullivan의 애널리스트들은 그렇게 예상했다.

“측정 기술 4.0 없이는 인더스트리 4.0도 없고, 빅 데이터는 중요한 연결 정보를 잃는 것입니다.“,  우베 J. 켈러 박사, Heinrich Schneider Messtechnik
“측정 기술 4.0 없이는 인더스트리 4.0도 없고, 빅 데이터는 중요한 연결 정보를 잃는 것입니다.“, 우베 J. 켈러 박사, Heinrich Schneider Messtechnik

자동차 산업에서 인라인 측정 기술 솔루션의 수요가 증가하는 주된 원인 가운데 하나가 자동차 제조의 급속한 자동화이다. 드라이브와 차체 제조 분야의 몇몇 제조사들은 좌표 측정기와 같은 종래의 수동 측정 장치를 인라인 측정 솔루션으로 교체할 것이다. 자동화된 엔드-투-엔드 인라인 측정 기술이 앞서가는 자동차 메이커들이 선호하는 솔루션이 될 것이며, 이들 기업들은 자동화된 생산 시스템으로 경쟁 업체를 따돌리고자 할 것이다.

인라인 측정 기술이 앞으로의 추세라는 것은 Frost & Sullivan의 애널리스트들 뿐만 아니라 측정 기술 전문가들도 인정하는 부분이다. Dr. Heinrich Schneider Messtechnik GmbH의 마케팅 매니저 우베 J. 켈러도 같은 입장이다. “나는 전체를 모바일 측정 기술이라는 상위 개념 아래에 묶고 싶습니다. 측정 기술은 측정실에서 나와 부품 관련 데이터 수집 기능을 갖는 소형 무선 측정 유닛 형태 등으로 각기 다른 생산 영역에 통합됩니다.“ 이러한 추세는 앞으로 더욱 정밀화되고, 양적으로 늘어날 것이다. 품질 보장을 위한 장치가 병목 현상을 유발해서는 안 된다고 우베 J. 켈러는 강조한다.

측정 기술이 측정실에서 나와서 생산 라인으로 이동하면서 몇 가지 변화를 초래한다. 접촉식 방법에 비해 광학 측정, 시험법이 상승세이고, 측정기를 더 이상 측정 기술자들만 사용하는 것이 아니라 생산 라인의 직원들도 사용한다는 것이다. “그로 인해 측정 소프트웨어가 규모의 가변성을 갖게 되었습니다. 즉 전문가들에게는 측정 프로그램 작성에 필요한 모든 어플리케이션을 제공하고, 생산 라인 직원들은 훨씬 간소화된 기능을 갖춘 일목요연한 사용자 인터페이스의 버튼을 눌러서 자동 측정을 할 수 있게 하는 것입니다.“ (카이 우도 모드리치 박사, Carl Zeiss Automated Inspection GmbH & Co. KG 대표)

“새로운 재료와 구동 기술로 인해 테스트 과제도 새롭게 제기되며, 측정 기술은 자신의 기술 포트폴리오를 지속적으로 확장해야 합니다.“
카이 우도 모드리치, Carl Zeiss Automated Inspection,

카이 우드 모드리치는 앞으로 측정과 시험 기술이 더욱 조작하기가 간단해져야 한다고 한다. 또한 광학 기술이 짧은 시간 동안 더 많은 정보를 수집하기 때문에 성능이 더욱 우수해져야 한다고 한다. 기업들은 올바른 목적을 위해 적절한 사양에 맞는 기술을 사용해야 측정과 시험 기술에서 효율성을 확보할 수 있다. 측정 업무는 측정실에서 이루어지는 고도로 정확한 오프라인 측정 기술, 공정에 통합된 인라인 측정 기술 그리고 생산 환경에서 공정과 병행하여 이루어지는 앳라인(At-Line) 기술로 구분할 수 있다.

미래에는 측정 데이터 처리도 더욱 스마트해질 것이다. “분산된 스마트 시스템이 데이터를 센서에서부터 사전 처리하고, 전송하기 전에 데이터 양을 본질적인 부분으로 간추립니다. 미래에는 이러한 데이터 평가를 바탕으로 결정도 점점 자동으로 내릴 것입니다.“(카이 우도 모드리치) 자동차 제조사와 부품업체들은 공정과 품질 정보를 중앙 소프트웨어 플랫폼인 Zeiss Pi-Web으로 보낸다. 직원들은 평가를 바탕으로 측정값의 오차에 반응하기 위해 용접 로봇을 보정할 것인지 등을 결정하고 그러한 보정 작업을 플랫폼이 스스로 발동한다. 측정 데이터가 특정 방향으로 전개되면, 로봇이 시스템으로부터 용접 온도를 올리거나 각도를 조정하라는 등의 지시를 수신한다.

측정실에서 제조 라인으로 측정 기술이 옮겨가는 추세라 하더라도, 측정실이 더 이상 필요 없다는 의미는 아니다. “오늘날 많은 측정 과제들은 더욱 빠르게 그리고 더욱 간단하게 바로 생산 셀에서 이루어집니다. 이러한 목적을 위한 기술들이 성숙해지고, 혁신적인 소프트웨어 인터페이스가 폭넓은 사용자층을 위해 신속하게 품질 보장 기능을 시작할 수 있도록 문을 열었습니다.“(우베 J. 켈러) 그로 인해 측정실의 부담이 완화되긴 했으나, 측정실의 용도가 다한 것이 아니다. “이는 측정 기술 공급자의 입장에서는 측정실 측정, 인라인 측정, 앳라인 측정의 세 가지 측정 기술을 모두 제공하고 더욱 개발해야 한다는 의미입니다. 또한 자동차 산업 분야의 고객들에게 이 세 가지 방법을 어떻게 효율적으로 조합할 수 있는지 컨설팅해야 합니다.“(카이 우도 모드리치) 인더스트리 4.0과 빅 데이터라는 기치 아래에서 데이터를 스마트하게 사용하는 것이 모든 기업의 핵심 과제 가운데 하나이다. 그러나 데이터를 파악, 분석, 가공하여 전달하는 측정 기술의 과제는 측정 기술자들에게는 늘 해오던 일이다. “물론 인더스트리 4.0이 측정 기술에 있어서도 한 테마인 것은 맞지만, 측정 기술 4.0 없이는 인더스트리 4.0도 있을 수 없고, 빅 데이터는 중요한 연결 정보를 잃는 것입니다.“(우베 J. 켈러) 켈러는 심지어 그가 생각하는 미래에는 모든 부품들을 어디서든 측정할 수 있다고 가정하였다. 측정값과 부품을 정확하게 매치하는 데에 성공하고, 상위 시스템이 이를 분석하면, 개별 부품들은 항상 최상의 조립체가 되도록 조립될 수 있다는 것이다. “제로 오류 시스템이 현실이 될 것입니다.“(우베 J. 켈러). 그렇게 되면 더 이상 “결함 차량“은 없을 것이다.

모드리치는 인더스트리 4.0 맥락에서 측정 기술이 더욱 중요해진다는 점을 당연하게 생각한다. “측정 기술은 미래의 스마트 팩토리에서 정보 기술의 초석이 될 것이며, 공정 제어에서 핵심적인 역할을 할 것입니다. 가상 생산 플래닝과 실제 생산 라인 사이의 연결 요소로서 측정 기술은 정보를 파악할 뿐만 아니라 올바른 정보를 올바른 곳으로 제공하는 역할을 합니다.“ 이러한 요건에 직면하여 그리고 새로운 측정 기술로 인해 발생하는 데이터 량은 점차 늘어난다. 예를 들어 컴퓨터 단층 사진 촬영은 전체 공작물에 대해 광범위한 양의 데이터를 생산한다. 따라서 측정 기술 공급자는 어떻게 어디서 데이터를 선별하고 수집하여 어떻게 처리할 것인지를 숙고해야 한다.

스마트 인라인 측정 솔루션 측정셀은 자동화된 공정 및 품질 점검을 위한 Hexagon Metrology의 토탈 솔루션이다.  이 측정셀은 베츨라르의 새로운 자동화 센터 개관식에서 하이라이트였다.
스마트 인라인 측정 솔루션 측정셀은 자동화된 공정 및 품질 점검을 위한 Hexagon Metrology의 토탈 솔루션이다. 이 측정셀은 베츨라르의 새로운 자동화 센터 개관식에서 하이라이트였다.

측정 기술이 측정 기술 4.0으로 발전한 예가 Schneider Messtechnik의 소프트웨어 Saphir QD이다. “Saphir QD이라면 인더스트리 4.0에 빗대어 측정 기술 4.0이라고 말할 수 있습니다. 공작물이 RFID 칩이 전혀 없어도 자체가 정보 매체로서 만들어지기 때문입니다.“(볼프람 클로이버 박사, Schneider Messtechnik 대표) Saphir QD로 측정하는 것은 매우 간단하다. 측정기를 켜고 몇 번 클릭하면 소프트웨어가 부품을 기다린다. 이 부품은 정렬하지 않아도 측정 범위 내에 안착된다. 이미지 영역에서 손이 사라지면 즉시 부품 감지가 진행되고 이어서 그래픽 프로토콜을 포함하여 Overlay로서 리포트를 라이브 이미지 상에 표시하기 위해 측정된 요소의 색상 코드를 이용하여 측정이 이루어진다. 부품은 좌우가 바뀌게 놓아도 부품이 감지되고 측정이 이루어진다. 이 소프트웨어 개발 시 초점은 신속한 측정에만 있었던 것이 아니며, 프로그래밍에서도 새로운 길을 개척하였다. 부품을 놓았는데, 그에 맞는 프로그램이 없으면, 즉각 윤곽이 감지된다. 이러한 기술 개발로 업체는 작년 스트투가르트에서 열린 AMB 2015에서 MM AWARD상을 수상하였다. 측정 기술 제조사들에게 있어서 차체 측정 기술이 중요하다는 점은 두 개의 대형 공급자가 동시에 지난 가을에 큰 행사를 개최하였다는 점에서 알 수 있다. Hexagon Metrology는 베츨라르의 새로운 자동화 센터 개관을 축하하며 자동차 산업을 위한 이틀간의 행사를 마련하였고, Zeiss IMT는 차체 바디 포럼을 통해 인라인, 앳라인 그리고 오프 라인의 네트워킹에 대한 정보를 제공하였다.

소프트웨어 Saphir QD로 각기 다른 여러 개의 부품을 배치한 후 하나의 프로세스로 측정할 수 있다.
소프트웨어 Saphir QD로 각기 다른 여러 개의 부품을 배치한 후 하나의 프로세스로 측정할 수 있다.

모드리치는 차체 측정 기술에 있어서 결정적인 트렌드를 다음과 같이 보았다. “측정실에서의 오프라인 측정, 생산 환경에서 공정과 병행하는 앳라인 측정 그리고 공정에 통합된 인라인 측정의 조합은 상호 보완합니다.“ 경량 구조 또는 전기 이동성과 같은 트랜드도 차체 측정 기술에 영향을 끼친다. “섬유 강화 플라스틱과 같은 새로운 재료는 다양한 표면 특성의 스펙트럼을 확장합니다. 이로 인해 차체 측정 기술에 있어서 Zeiss Al-Max와 같은 유연한 센서가 약진하고 있죠.“ (카이 우도 모드리치) 이 센서는 보어홀, 구멍, 나사산, 볼트를 측정하기 위한 로봇 기반 3D 인라인 측정 기술을 위해 특별히 개발하였다. 이 센서는 세 개의 광학 측정 원리, 그 가운데 볼트를 측정하기 위한 특수한 기법을 서로 조합하며, 측정 시 공구를 여러 각도로 비춘다. 각기 다른 그림자로부터 형상을 유추한다. 세 개의 각기 다른 측정 원리를 바탕으로 센서를 효율적으로 다양한 재료의 측정 특성을 포착한다.

Frost & Sullivan의 애널리스트들은 낙관적이다. 인더스트리 4.0, 스마트 팩토리 그리고 제로 오류 전략, 이 세 가지 자동화 트렌드는 이론의 여지가 없으며 가속이 붙을 것이라고 한다. 자동차 산업에서 인라인 측정 기술 세그먼트는 2018년까지 연평균 12.2%의 성장률을 보일 것으로 전망된다.