수동 작업 스테이션의 자동화

중소기업들이 비용을 절감할 수 있도록 어셈블리 스테이션을 자동화할 수 있는 적합한 솔루션들이 나왔다. 여기에서 이익이 되는 부분과 그렇지 않은 부분에 대해 살펴보고자 한다.

라인홀드 셰퍼(Reinhold Schäfer)

핵심 내용

  • 로봇이 점점 저렴해지면서 소규모 업체에도 적용되고 있다.
  • 픽 & 플레이스 작업을 갠트리 시스템으로 합리적으로 해결할 수 있다.
  • 수동 워크스테이션은 조립에서 변형이 많고 전환 능력이 빠른 경우에 정당화된다.

아직도 제조업의 많은 분야에서 수동 어셈블리 스테이션이 사용되고 있다. 이런 스테이션은 특히 변형이 많은 어셈블리에서 생산 개수가 적을 경우, 사람만 할 수 있는 작업이거나 사람이 더 잘 할 수 있는 작업 그리고 새로운 제품을 처음 시작할 때에 사용된다. 이에 본지 MM은 재정이 제한적일 경우 무엇을 해야 하는지 몇몇 전문가들에게 물어보았다.

“첫 번째 단계로 작업자에게 필요한 구성 요소를 보여주는 픽-투-라이트 시스템이 어셈블리 워크스테이션에 유용합니다. 작업 설명과 품질 지침 심지어 영상까지 작업 면에 투사하는 비머도 매우 효과적입니다.”라고 폴커 하르트만(Bosch Roxroth 인트라 로지스틱스 및 로보틱스 세일즈 & 엔지니어링 매니저)이 자동화의 첫 번째 단계를 제시하였다.

두 번째 단계에서 비로소 협업 로봇을 사용한다. 협업 로봇은 구성 요소를 피킹하고 완성된 제품을 내려놓을 경우 그리고 신체적으로 힘들거나 위험한 작업을 지원한다.

로봇 가격이 점점 내려가고 있다

“수년 전부터 로봇에 대한 투자 비용이 지속적으로 감소하고 있습니다.”(폴커 하르트만) 또 다른 장점은 Bosch Rexroth의 자동 생산 어시스턴트(Apas)와 같은 최신 솔루션을 프로그래밍할 필요 없이 작업에 맞게 조정할 수 있다는 것이다. “사용자는 프로그래밍 지식이 없어도 사용자 그래픽 인터페이스를 통해 모션 시퀀스를 정의하고 설계할 수 있습니다.”(폴커 하르트만) Apas와 같은 모바일 지원 시스템은 보호 하우징 없이 작업자와 안전하게 상호 작용할 수 있다. “당사 센서 시스템은 반경 2미터 내에 작업자의 위치를 감지합니다. 사람이 감지되면 Apas는 자동으로 완만하게 안전한 작동으로 전환하고 접촉하기 직전에 정지합니다. 근처에 사람이 없으면 로봇은 초당 3~4미터의 생산적인 최고 속도로 복귀합니다.”(폴커 하르트만)

Bosch Rexroth도 유압 펌프 등 변형이 많은 어셈블리 작업에 Apas를 사용한다. 적합한 자동화 도구를 선택할 때 회사의 요건을 고려해야 한다. 이 점을 Schnaithmann Maschinenbau의 MTS 판매 책임자이자 어카운트 매니저인 크리스티안 베츠도 확인해 주었다. 이 업체는 개별 프로파일에서 로우-오토메이션 솔루션에 이르는 수동 워크스테이션 영역에서 전체 스펙트럼을 제공한다. “형성되는 솔루션은 항상 고객별로 다르고, 대체적으로 지능형 공급 시스템, 오류를 피하기 위한 작업 단계 모니터링 또는 나사 체결, 접합, 접착, 라벨링 및 마킹과 같은 프로세스 기술 단계를 포함합니다.”

크리스티안 베츠는 전체 자재 흐름을 파악해야 한다는 점을 분명히 했다. 그렇게 해야 워크스테이션에 자재가 쌓이거나 또는 부족한 상황과 작업자가 왕래해야 하는 상황을 방지할 수 있다. “작업 내용을 살펴보고, 인간 공학적으로 바람직하지 않은 동작이나 오류에 취약한 프로세스를 먼저 자동화해야 합니다. 이어서 경우에 따라 추적성에 필요한 프로세스를 자동화합니다.” 유감스럽게도 이러한 툴은 사용하는 프로세스 장비와 컨트롤 시스템을 기존 토폴로지에 연결해야 한다 하지만 오류 잠재력이 ‘제로’이어야 하는 안전 관련 영역에는 반드시 자동화된 어셈블리 시스템을 사용해야 한다.

인공 지능이 자동화를 가속화한다

인공 지능은 이용하면 수동 워크스테이션을 자동화하는 것도 유용하다. “인공 지능은 앞으로 통합된 컨트롤 시스템을 이용하여 워크스테이션 솔루션의 학습 능력에 기여할 수 있습니다. 이를 통해 작업 단계를 최적화하고 장착 컨트롤을 작업자의 직관적 프로세스에 맞게 조정할 수 있습니다”(크리스티안 베츠)

폴커 하르트만은 다음과 같이 덧붙였다. “인공 지능, 특히 딥 러닝은 머신 비전과 관련하여 많이 사용합니다. 예를 들어 Apas Inspector는 인공 지능을 이용하는 시각적 검사와 품질 테스트 분야의 개별 솔루션을 위해 하드웨어와 소프트웨어로 구성되는 키트를 포함합니다. 따라서 Apas Inspector는 정리되지 않은 운반 컨테이너에서 올바른 부품을 알아보고 파지합니다.”

많은 사용자들은 단위 생산량이 작은 경우에도 과연 자동화가 의미가 있을까? 라는 질문을 제기한다. “오늘날 어셈블리 스테이션을 개조하지 않고도 배치 크기 1(단위 생산량이 하나인 경우)을 유연하게 생산하는 것이 가능합니다.”(폴커 하르트만) 그는 Bosch Rexroth가 장치 개조 없이 단 하나의 가치 흐름으로 200여 가지의 유압 밸브를 제조하는 새로운 조립 스테이션을 예로 들었다.

오늘날 제조 산업의 픽 & 플레이스 작업은 대부분 로봇들이 담당한다. 하지만 여기에는 큰 단점이 있다. 로봇들이 비싸다는 점이다. 이에 Leantechnik의 Lean-P&P 갠트리 시스템이 픽 & 플레이스 작업을 기업의 요건에 따라 저렴하게 하지만 로봇만큼 효율적으로 처리하고 있다. 이 시스템은 Lifgo 랙 & 피니언을 기반으로 한다. Lifgo는 무거운 하중을 정밀하고 동시적으로 포지셔닝하기 위해 이 기어를 개발하였다. 이 랙 & 피니언은 다양한 사양으로 제공된다. 스트로크 속도는 초당 최대 3m이고 리프팅 힘은 2000 ~ 2500N에 도달한다.

홀더와 텐셔너 또는 차체를 포지셔닝 하기 위해 3축 포지셔닝 시스템(DAP)과 AFP-NC 로케이터(Actuator Flexible Production)을 사용한다. Leantechnik에 의하면 이 솔루션들은 원래 자동차 산업을 위해 고안된 것이지만 다양한 변형의 제품을 고도로 효율적으로 제조해야 하는 모든 제조 시스템에 적합하다고 한다.

Bosch Roxroth의 Apas와 같은 모바일 보조 시스템은 보호 펜스 없이 안전하게 인간과 상호작용할 수 있다.

손으로 조립하는 것이 구시대 유물이 아니다

그렇다면 수동 조립은 어떤 가치가 있는가? “많은 업체에서 수동 조립의 의미가 다시 높아지고 있습니다. 불확실성과 생산 개수 변동성이 심하여 그때그때 완전 자동화 솔루션이 경제적으로 처리할 수 없기 때문입니다.”(크리스티안 베츠) 조립 시스템은 높은 수준의 변동성과 빠른 전환 능력을 지녀야 한다.

“인간의 촉각 능력은 여전히 타의 추종을 불허하기 때문에, 수동 조립은 앞으로도 중요합니다. 하지만 기술이 계속 발전하고 있습니다. Bosch Rexroth도 6 단계의 자유도로 능동적 측정 기능을 가진 센서 기반 보정 모듈인 Smart Flex Effector를 개발하였습니다. 이를 장착한 그리퍼는 사람의 손처럼 ‘터치하고’ 지능형 센서 장치를 통해 실시간으로 보정할 수 있습니다.”(폴커 하르트만)