로봇을 이용한 직선도 및 디버링의 자동화

Salzgitter Mannesmann Stahlhandel는 철강 공급업계에서 선두를 유지하기 위해 자동화를 이용하고, 반복 정확도와 프로세스 안전성에 의존한다.

안드레아스 헬리겔(Andreas Hellriegel): Arku Maschinenbau 사업 개발 매니저

핵심 내용

  • SMSD는 자동화 증가와 반복 정확도 향상으로 철강업계에서 위치를 지키고 있다.
  • 평평하고 버가 없는 부품에 대한 요건을 충족하기 위해, 직선도 및 디버링 기술을 자동화하였다.
  • 핵심은 중간 시리즈와 소형 시리즈를 자동으로 옮기는 로봇이다.

최근 SMSD(Salzgitter Mannesmann Stahlhandel GmbH)는 Arku와 함께 효율적이고 생산적이며 전략적으로 중요한 시장을 향해 크게 한 걸음 나아갔다. SMSD의 현대식 공장은 독일 동부 작센주 자이틴에 있다. SMSD는 이곳에서 강판을 판매할 뿐만 아니라 화염 절단 블랭크를 제조한다. 크레인과 트랙터가 만들어지는 곳에는 대부분 가까이에 로봇이 있다. 이러한 육중한 구조물을 연속으로 제조하는 곳에서 로봇은 중요한 역할을 한다. 로봇은 특히 용접과 핸들링 작업을 담당하고 작업을 진행한다. 로봇은 지정된 표준에서 조금만 벗어나도 민감하게 반응한다. 비상시에 작업을 중단하기도 한다. 자동차와 로드 캐리어를 만드는 데 사용되는 강판은 더욱 정밀하게 작업해야 한다. 블랭크는 너무 번거롭고 생산이 중단될 위험이 너무 크기 때문에 대부분의 양산 제조사들이 별도로 점검하지 않는 전통적인 공급 부품이다.

버가 없는 평평한 부품을 선호한다

공급업체가 충족해야 하는 기준도 그만큼 높다. 최대 정밀도가 필수적인 역할을 한다. 부품이 사양을 정확히 충족하지 않는 경우, 비즈니스 관계가 위태로워진다. 때로는 전략적으로 중요한 시장을 잃을 수도 있다. 오늘날 성장 산업의 모든 고객이 판금 분야에 기대하는 것이 있다. “바로 평평하고 버가 없는 부품이 최고입니다. 우리에게 고객이 전략적으로 중요하기 때문에 생산 기술을 지속적으로 업그레이드하고 있습니다. 5년 전만 해도 최첨단이었던 시스템이 지금은 구식으로 간주되고 있습니다.”(로베르트 개르트너, 현장 운영 관리자)

이러한 이유로 SMSD는 이미 몇 년 전부터 직선도 및 디버링 기술을 달리 생각하였다. “당시에 우리는 고객과 중요한 프레임워크 계약을 체결했었습니다. 서비스 포트폴리오에는 고객에게 제공하는 특수한 평탄도가 포함되어 있었습니다.”(다니엘 괴체, SMSD 사전 제작 제품 매니저) 따라서 기존 가공 방법을 전반적으로 점검해야 했다. 이전까지는 기존 시스템에서 직선도가 수동으로 진행되었지만, 평탄도를 개선할 필요가 있었다. 디버링도 앵글 그라인더와 벨트 그라인더를 사용하여 수동으로 수행되었다. “이 영역도 고객을 만족시키기 위해 자동화를 추진해야 했습니다.”(다니엘 괴체) 모토는 양적이 아닌 질적으로 성장하는 것이지만 아무것도 진행되지 않았다.

Edge Breaker 4000이 디버링 롤을 통해 양측에서 한 번의 작업 공정으로 두꺼운 강판의 버를 제거하고 둥글게 만든다.

개인적인 교류가 중요했다

이 과정에서 SMSD는 직선도 및 디버링 기계의 제조업체인 Arku와 지속적으로 아이디어를 교환했다. 그리고 수년에 걸쳐 중요한 단계를 함께 할 수 있을 만큼 확고한 신뢰 기반이 구축되었다. “우리는 적합한 시스템을 선택하는 데 조언을 아끼지 않는 유능한 담당자를 찾고 있었습니다.”(다니엘 괴체). “수익성과 성능 면에서 모두 설득력이 있어야 했습니다.” 그런데 Arku가 이에 대한 해법을 제공하였다. Arku는 SMSD의 부품을 직선도 및 디버링 시스템에서 테스트하고 그 결과에 대한 피드백을 전달하고, 두 모델이 최종 명단에 포함될 때까지 계속 제안을 했다.“Edge Breaker 4000과 Flat Master 140 모델이 기대에 부응했으며, 이 두 시스템에서 다양한 판금을 안정적으로 그리고 고품질로 가공할 수 있었습니다.”다니엘 괴체)

작센 주 자이틴 공장은 두께와 길이가 다른 부품들을 생산한다. 대부분은 두께가 최대 40mm이고 치수가 최대 300mm × 500mm이다. 이는 Arku 시스템에서 큰 문제가 되지 않았다. Edge Breaker는 진동 샌딩 벨트 덕분에 두꺼운 판금을 안정적으로 디버링하고, 한 번에 양쪽에서 둥글게 처리한다. 이 기계는 또한 화염 절단기 및 플라즈마 절단기에서 생성되는 것과 같은 단단한 버와 슬래그를 손쉽게 처리한다.

직선도에는 Flat Master 140 롤 레벨러를 사용한다. 최대 60mm 두께와 2,000mm 너비의 부품이 기계에서 여러 롤을 통과한다. 이렇게 하면 고르지 않은 영역의 모양을 변경하는 교차 굽힘이 생성된다. 화염 절단 부품이 몇 초 안에 평평해지고 응력이 완화된다. 용접과 굽힘 그리고 크리징 등의 후속 공정을 빠르고 안정적으로 이행할 수 있다.

이 직선도 및 디버링 기계의 성능은 SMSD를 확신시켰고, 현재 자이틴 공장에서 두 기계 모두 효율적이고 고객 지향적인 생산을 책임지고 있다. Arku는 시스템 설치 과정에서도 도움을 주었다. “Arku는 기계 시설을 확장할 수 있도록 우리를 준비시켰습니다. 서비스 기술자는 블라스팅 시스템, 플라즈마 및 산소 연료 절단 시스템을 갖춘 기존 인프라를 검사하고 신규 도입을 미리 계획하여, 필요한 준비를 할 수 있었습니다.”(다니엘 괴체)

따라서 실질적인 설치 작업은 신속하게 수행되어 새로운 기술을 신속하게 시작할 수 있었다. 성과는 바로 나타났다. 매년 약 100,000개의 부품이 Edge Breaker 4000을 통과한다. Edge Breaker가 수 십만 개의 판금을 처리할 수 있었던 사실은 기술만으로 된 것이 아니다.

Easybot은 부품을 컨베이어 벨트에 자율적으로 배치한다. 이러한 유연성 덕분에 중형 및 소형 시리즈도 자동으로 이동할 수 있으며, 1교대 작업부터 수익성을 보장한다.

핸들링 로봇이 힘든 작업을 맡는다

SMSD는 새로운 시스템을 가동한 후 Edge Breaker의 로딩 및 언로딩을 자체적으로 마스터하고 자동 디버링을 하는 최첨단 핸들링 로봇, Easybot으로 더욱 업그레이드했다. 이 로봇의 특별한 점은 중형 및 소형 시리즈도 자동으로 옮길 수 있는 유연성이다.

2019년 말, 자이틴 공장에 이 로봇이 들어왔다. 이 로봇을 도입하기 전에 자동화 시스템의 장점들을 충분히 분석하였다. “우리는 로봇의 성능을 수동 로딩과 비교하고, 부품을 옮기는 마그네틱 크레인과도 비교했습니다. 로봇은 어떤 작업자보다 훨씬 빠르게 작업하고, 힘든 작업을 덜어줍니다.”(다니엘 괴체) 무거운 판금은 일반적으로 사람에게는 힘든 작업입니다. 평가에 따르면 부품 취급 로봇이 SMSD 디버링 공정에서 큰 도움이 된다는 점이 확실하다. 직선도 시스템은 현재 연간 25,000개의 판금을 처리하며, 로딩은 여전히 수동으로 이루어지지만 필요한 모든 설정은 자동으로 수행한다.

판금이 응력없이 평평한 상태로 Flat Master 140을 떠나는 데 몇 초 밖에 걸리지 않는다(아래). 비교를 위해 직선도 전 구부러진 부분(위).

자동화로 사이클 속도 향상

특히 직선도 시에는 시각적 평가가 필요하기 때문에 직원들은 직접 평평한 판금을 확인한다. 자동화에도 불구하고 SMSD에서는 여전히 사람이 핵심적인 역할을 한다. 하지만 Arku를 통해 SMSD의 직선도 공정이 전반적으로 가속화되었다. “이전에는 모든 단계를 수동으로 진행했기 때문에 직선도 속도가 느렸습니다. 이 수동 작업으로 인해 고객이 요구한 일정을 완전히 맞추지 못한 적도 있습니다. 현재는 처리 속도가 완전히 다릅니다.”(다니엘 괴체) SMSD는 양적인 측면뿐만 아니라 질적 측면에서도 새로운 수준에 도달했다. “우리 고객들은 응력이 적고 버가 제거된 부품을 매우 높이 평가합니다.”(다니엘 괴체)

“우리는 스스로 제품에 대한 까다로운 기준을 적용하였기 때문에, 새로운 시장이 열렸습니다. 새로운 직선도 및 디버링 기술로 작업을 이행한 이후, 고객은 우리를 최종 제품의 가치 사슬에서 중요한 부분으로 인식하게 되었고, 궁극적으로 우리 회사를 그들에게 생산 신뢰성 외에 경쟁 우위를 제공하는 요소로 생각하게 되었습니다.” 자동화를 도입함으로써 직원들 사이에도 변화가 생겼고, 다니엘 괴체에 표현에 따르면 ‘몸을 사용하는 일에서 머리를 쓰는 일’로 바뀌었다고 한다. 이제 직원들은 판금을 직접 들어 올리는 대신 주로 프로세스를 제어한다. Edge Breaker 조작자는 부품을 요청하고 디버링 시스템과 로봇을 설정하고, 이 둘을 주시한다. 로봇이 리프팅 작업을 처리한다. 따라서 SMSD에서 자동화는 순수한 형태로 이루어진다. 이러한 방식으로 SMSD는 생산 효율성을 높일 뿐만 아니라 직원들에게 흥미롭고 다양한 작업 환경을 조성하고, 동시에 소음과 먼지 배출을 크게 줄일 수 있었다.

자동화된 로봇 동료가 디버링 프로세스에 도움을 준다. Easybot은 어떤 작업자보다 몇 배나 빠르게 작업하고 힘든 작업을 덜어준다.

가동률로 인해 2교대 작업이 가능하다

현재 Edge Breaker의 가동률이 1교대 작업으로 너무 높아 다니엘 괴체는 2교대 근무 가능성을 생각하고 있다. Easybot 덕분에 직원들은 특정 활동에 집중할 수 있다. “직원 A는 디버러를 작동하고 직원 B는 절단 시스템을 작동합니다. 그 사이에 스위치를 끄거나 부품을 끼우거나 내려놓을 필요가 없습니다. 그로 인해 각 시스템의 듀티 사이클이 높아지고 더 많이 생산할 수 있습니다.”

Easybot에는 개별 그리퍼 암만 설치되어, 인간적인 외모는 없지만 바로 팀에 수용되었다. 괴체에 따르면 특히 젊은 직원들이 새로운 기술을 적용하는 데 열성적이라고 한다. 로봇 제조업체의 교육 과정이 로봇 사용을 도왔다. “우리 직원들은 로봇이 우리에게 오기 전에도 로봇으로 작업하는 방법을 알고 있었습니다. 로봇 제조업체 교육을 통해 일상적이지 않던 새로운 기술을 수용할 수 있는 자세가 생겼습니다.”(다니엘 괴체)

자이틴 공장의 생산 프로세스 이면에도 많은 변화가 일어나고 있다. 그에 관한 징후는 모두 네트워크로 연결된 산업과 투명한 프로세스에 관한 것이다. “고객이 기대하는 것은 짧은 배송 시간과 완벽한 제품이 전부가 아닙니다. 그들은 디지털 장치에서 실시간으로 공급업체의 생산과 재고 수준에 대해 항상 알고 싶어 합니다.”(다니엘 괴체) 이것이 큰 추세라고 할 수 있다.

“우리는 이미 다음 프로젝트를 시작했습니다. Arku 시스템을 포함하는 네트워크 생산을 위한 솔루션에 집중적으로 노력하고 있습니다.” 이렇게 에너지 소비, 활용 및 생산성을 빠르고 쉽게 확인할 수 있다.