전기 자동차의 생산 라인의 IoT 기반 AGV

현재 독일 자동차 제조사들은 전기 자동차의 생산 라인에 IoT 기반 자재 공급 시스템을 사용하고 있다. 여기에는 로크 시스템과 무인 운반 시스템이 더해진다.

헤르베르트 그랍(Herbert Grab): 프리랜서 저널리스트 및 작가

핵심 내용

  • 독일 자동차 제조사들이 CSP의 IoT 기반 자재 공급 시스템으로 전기 자동차 제조 현장을 구성하고 있다.
  • 이 자재 공급 시스템은 캐리어를 갖춘 AGV(무인 운반 시스템)와 로크 시스템 두 가지 요소이다.

안전이 최우선 순위이다. 로봇으로 작업하는 대형 자동차 제조사의 미래 생산 라인도 역시 안전이 최우선이다. 이를 위해 작은 휠들은 절대적으로 안전하고 정확하게 서로 맞물려야 한다. 이 부분이 CSP가 특화된 분야이다. CSP는 수많은 제조 기업들, 특히 자동차 분야 기업들의 설비 공급자 가운데 하나이다. 개별적으로는 연구 기관들도 솔루션과 관련해서 고객 리스트에 포함되어 있다. 금속 가공 업체인 CSP의 강점은 특수 기계와 시스템 제작에 있다. 사내 물류를 위해 특수한 요건에 맞춘 시스템들은 특수한 산업 환경에서 안정적으로 작동해야 하기 때문에 견고하고 수명이 길다.

완전 자동으로 이루어지는 자재 흐름

이 시스템은 현재 건설 중인 전기 자동차 생산 라인의 자재 흐름을 보장하기 위해 필요하다. “사람의 안전이 제일 우선입니다. 따라서 사람과 생산 라인의 분리가 매우 중요합니다.”(하랄트 슈패트, CSP 대표) 생산 라인에는 대형 로봇 시스템이 프로그래밍된 모션 시퀀스를 따라 움직이기 때문이다. 이러한 로봇들은 엄청난 힘을 가지고 있다. “사람이 중간에 끼인다면, 눈 깜짝할 사이에 인명사고가 일어날 수 있습니다.” 기계 제작자인 하랄트 슈패트는 어느 것 하나 우연에 맡길 수 없다고 설명했다.

CSP의 대형 독일 자동차 제조사를 위해 개발한 자재 공급 시스템은 다음 2가지 구성 요소로 이루어진다.

1. 캐리어가 장착된 AGV(무인 운반 시스템). 이 시스템은 완전 자동으로 자재를 창고에서 생산 라인으로 운반한다.

2. AGV가 운반하는 부품이 필요한 곳에 안착하도록 책임지는 이중 로크 시스템. 여기에서 ‘안전하다’는 의미는 생산 영역에 사람이나 불필요한 자재가 들어오는 것을 방지하는 것을 의미한다.

앞에서 본 안전 로크 시스템, 우측에서 바닥 롤러로 AGV 자재 진입(여기에는 팔레트 없음), 좌측에는 빈 바닥 롤러 배출 운반. 앞쪽 롤러 도어는 열려 있고 뒤쪽 롤러 도어는 닫혀 있음.

CSP는 시스템 공급자로서 생산 라인에서 로봇 운전을 책임진다. 그리고 그곳에 불필요한 것이 가까이 오지 못하게 통제한다. CSP는 이를 위해 개발한 솔루션은 복잡하고 빈틈없는 데이터 기술적인 네트워킹, 즉 IoT를 기반으로 한다. 하랄트 슈패트 대표의 설명과 같이 개별 구성 요소들은 사람의 개입 없이 무선 랜을 통해 서로 통신한다. “타임스탬프를 포함하여 각 절차를 상세히 파악하고, 전체 시스템에 저장하고 기록합니다.” 프로세스는 세심하게 정의되고, 각 하위 프로세스는 그다음 단계에 맞게 조율된다. “이 시스템은 인간의 개입 없이 작동하도록 설계하였습니다.” 따라서 중앙 컨트롤은 AGV가 언제 어느 로크를 향해 가고 있는지, 어느 부품이 로딩되었는지 그리고 적재 부피가 얼마나 되는지 파악하고 있다.

AGV는 자신이 향하는 로크에 가까워지면, 사전 정의된 위치로 이동하여 데이터를 전송하고 로그인한다. 바로 다음 순간 첫 번째 롤러 도어가 자동으로 올라가는데, 정확하게 FTS(AGV의 독일식 표현)가 화물을 싣고 통과할 수 있는 높이만큼 올라간다. 이로 인해 팔레트 위에 다른 물건이나 사람이 올라타고 로크 안으로 들어가는 것을 방지된다. “측면 치수도 체크합니다. 로크는 정확히 팔레트가 통과할 수 있을 만큼의 넓이만 제공합니다.”

CSP는 또한 화물 앞뒤에 다른 물건이나 사람이 따라 들어갈 수 없도록, 로크의 진입 도어에 라이트 그리드를 장착한다. 이 라이트 그리드는 롤러 도어 뒤에 위치하여 개방과 동시에 반응한다. “여기서 반응이란 라이트 그리드로부터 오는 신호를 접하고, 계획에 없는 다른 것이 들어갈 경우, 알람이 울린다는 의미입니다.”

롤러 도어가 열리고 라이트 그리드가 반응하면, AGV가 로크 안으로 진입할 수 있게 승인한다. 이것도 사전 정의된 지점까지이다. 무인 운반 시스템의 앞 코 부위는 캐리어 보다 돌출되어 있다. 화물은 약 20cm 정도 더 높기 때문이다.

이제 AGV는 라이트 센서에 코 부위가 닿을 때까지 로크 안으로 진입한다. 화물은 아직 로크 밖에 있는 상태이다. 알람이 울리지 않도록 라이트 그리드는 약 20cm 높이에서 입구를 보호한다. 이 위치에서 시스템은 AGV의 코가 라이트 센서에 도달했는지 동시에 라이트 그리드는 신호가 없는지, 즉 끊어지지 않았는지 점검한다. 이런 경우 라이트 그리드의 알람 기능은 평가하지 않고, AGV는 계속해서 로크 안으로 진입하도록 허가한다. 그다음 라이트 센서까지 이동한다. 이 라이트 센서는 정확하게 현재 화물이 완전히 로크 안에 위치하고, AGV의 뒤쪽 코 부위는 아직 조금 바깥에 돌출되어 있는 상태이다. 진입 중에 라이트 그리드가 여전히 활성화되어도, 컨트롤이 현재 팔레트가 통과한다는 것을 등록해도 알람은 작동하지 않는다.

위에서 본 로크 시스템, 우측 하단이 진입, 좌측 하단 진출, 비어 있는 바닥 롤러 두 개는 로크 안에 있고 상단 두 개는 로크와 생산 라인 사이에 위치 중.

화물이 입구를 통과하면, 라이트 그리드가 즉시 반응하고, AGV는 다시 그다음 라이트 센서까지 나아가도록 허가된다. 이제 전체 운반 시스템이 화물과 함께 로크 안에 들어갔다. 다음 단계로 AGV가 자세를 낮추고 팔레트가 바닥 롤러와 함께 바닥에 놓인다. 이제 AGV는 팔레트 아래를 통해 로크 밖으로 후진하면 기계적인 롤러 도어가 다시 닫힌다. “이는 매우 정밀한 프로세스입니다.”(슈패트) 빈 팔레트는 다시 생산 라인을 떠날 때와 반대 방향으로 진행된다.

진입하는 중에 특수하게 개발된 팔이 팔레트가 정확하게 위치를 잡는다. “이것은 밀리미터 단위의 작업입니다. 팔레트가 체인 운반 시스템을 통해 시스템 안에서 이동하기 때문입니다.” 최대 2개의 팔레트가 로크에 있고, 다른 두 개의 팔레트는 로크와 생산 라인 사이에 있다. 생산 설비 방향으로 자재를 방출하는 두 번째 로크 도어는 첫 번째 로크가 닫혀 있을 때에만 열린다.

“당사 프로세스는 서로 정확하게 조율되어 있습니다. 빈틈없는 모니터링을 실현하고 라이트 그리드 및 롤러 도어와 같은 라이트 배리어를 통합한 이른바 뮤팅 시스템을 처음으로 구현하였습니다. 이로써 불필요한 것은 로크를 절대로 통과하지 못하도록 보장합니다. 이는 발주자에게 매우 중요합니다.” 전체 절차는 데이터를 기술적으로 수집하고 평가하여 프로세스를 최적화하기 위해 제공된다. 또한 CPS는 구성 요소의 데이터 기술적 네트워킹으로 스스로 조직하는 완전 자동 공장을 지원하고, 이를 통해 정비와 유지 보수를 준비하는 예측 유지 보수에도 적합하다.