부품 절삭 자동화 및 네트워크화

언뜻 보기에는 KUKA 아우구스부르크 10번 홀도 여느 공장들과 다를 게 없어 보인다. 하지만 자세히 살펴보면 지능형 생산 자동화 수준이 높다는 것을 알 수 있다.

 

세바스티안 슈스터(Sebastian Schuster): Kuka Deutschland GmbH 산업 부문 글로벌 PR 매니저

 

핵심 내용

  • KUKA의 부품 가공을 들여다보면 미래지향적인 생산이 어떤 모습인지 확인할 수 있다.
  • 현장의 모든 기계는 클라우드에 연결되어 있고, 다양한 인더스트리 4.0 기능을 갖추고 있다.
  • 스마트 워치나 피트니스 암밴드와 유사하게 로봇과 기계가 데이터를 수집하고 이를 클라우드로 전송한다.

엷은 오일 냄새가 공기 중에 떠도는 가운데, 다양한 제조사의 공작기계들이 부품 가공에 집중하고 있다. 부지런한 작업자들이 현장이 원활하게 돌아갈 수 있도록 관리하고 있다. 이들 가운데 공장 자동화 및 로보틱스 관리자인 라이너 에더 슈펜디어가 눈에 들어온다. “이 공장은 저의 열정이 녹아 있는 곳입니다. 우리를 차별화하는 것은 고도의 합리적인 생산 자동화 수준입니다. 여기에서 지능형 자동화와 디지털화가 무엇인지 직접 체험할 수 있습니다.”

언뜻 보면 별로 다를 게 없어 보인다. 모든 기계들은 클라우드에 연결되어 있고, 다양한 인더스트리 4.0 기능을 갖추고 있다. 라이너 에더 슈펜디어는 Burkhardt + Weber 공작기계 안전 펜스 앞에서 태블릿을 손에 들고 다음과 같이 설명하였다. “우리는 스마트폰의 지도 앱처럼 전체 공장에 대한 디지털 개요를 가지고 있습니다. 이를 통해 모든 기계를 조망하고 데이터를 불러올 수 있습니다.”

KUKA 로봇이 피니싱하는 후작업 셀로 공작물을 자동 이송하고 있다.

기계와 로봇이 데이터를 클라우드로 전송한다

잠시 후 라이너 에더 슈펜디어는 화면을 터치하며 Heller 머시닝 센터 두 대의 상태를 체크하였다. 이 머시닝 센터에는 KUKA 로봇이 공작물의 로딩과 언로딩을 담당한다. 스마트 워치나 피트니스 암밴드와 유사하게 로봇과 기계가 다양한 데이터를 수집하여 클라우드에 전송한다. 이어서 이데이터는 태블릿의 사용자 인터페이스에서 다양하게 시각화된다. KUKA에서 25년을 근무한 라이너 에더-슈펜디어는 이게 전부가 아니라고 강조한다. “오류 메시지가 있으면 일종의 위키에 접근할 수 있는데, 서비스 기술자들이 수년간 적합한 솔루션을 모아, 이 위키에는 거의 50만 개의 항목이 저장되어 있습니다. 이 내장 기술을 통해 프로세스 각 단계를 이해할 수 있습니다. 이는 항공기의 블랙박스와 유사한 방식으로 작동하고, 소프트웨어를 통해 생산 프로세스의 특이점을 알릴 수 있습니다.”

기계에서 가공이 완료되면 로봇이 셋업 스테이션에서 부품을 디버링하고 마지막으로 이를 회전 테이블에 옮긴다.

스마트 생산을 위한 기초인 통신

10번 홀에는 각각 11대의 로봇이 설치되어 있는 총 7개의 셀이 있으며, 이 셀에는 다양한 시리즈의 로봇들은 모두 KUKA 로봇이다. 이 로봇들은 다양한 제조사의 공작기계에서 기본 프레임이나 캐러셀, 암 그리고 모션 링크들을 가공하며, 이 부품들은 바로 옆의 로봇 어셈블리 내에서 차례대로 조립된다. “이 공장에 있는 로봇들은 우리 회사의 로봇 생산에 필요한 다양한 부품들을 가공합니다.”(라이너 에더-슈펜디어) 그는 다음과 같이 강조했다. “새로운 기술적 가능성을 무턱대고 테스트하는 것이 아니라, 합리적으로 사용하는 것이 중요하고 공작기계가 핸드 셰이크를 위한 인터페이스를 갖는 것도 중요합니다.”

핸드 셰이크는 로봇과 공작기계 간 통신을 의미한다. 이는 시스템의 구성 요소들을 서로 조율하기 위해 필요하며, 이 과정에서 로봇은 셀에서 마스터와 슬레이브의 역할을 한다. 마스터 역할은 작업 순서를 지정하고 예를 들어, 공작물이 삽입되고 도어를 닫을 수 있다는 점을 기계에 알리는 것이며, 슬레이브 역할은 외부 컨트롤러의 지시에 반응하는 것이다.

일반적으로 작업자는 공작기계에 가공할 로봇 부품을 올려놓고, 이 부품이 가공되는 동안 할 일 없이 기다리는 경우가 많다. 그리고 부품이 가공되면 이를 꺼내어 팔레트에 옮겨 놓는다. 이 과정은 단조로울 뿐만 아니라 효율적이지 못하기 때문에, 이러한 절차는 10번 홀에서와 마찬가지로 자동화하여 최적화할 수 있다. “우리 회사에서는 공작물의 로딩과 언로딩을 로봇이 맡아 진행합니다. 이를 통해 생산 공정에 인력이 적게 투입되고, 특정 시간대(불 꺼진 야간이나 주말)에는 무인 생산도 가능합니다.”(라이너 에더-슈펜디어) 이를 위해 셀에는 회전 테이블이나 공급 벨트와 같은 공급 유닛이 설치되어 있으며, 이 공급 유닛에 가공할 부품을 적재하는 것은 작업자가 수작업으로 진행한다. 따라서 로봇은 준비된 부품 수에 따라, 그리고 기계에서 수행할 작업에 따라 최대 8시간 동안 공작물을 공급할 수 있다.

로봇이 부수적인 작업을 수행하면서 생산성이 높아진다. “몇몇 셀에서는 로봇이 드릴로 천공한 구멍에 헬리코일 스크류를 돌려 넣는 동안 공작기계는 다음 공작물을 가공합니다.”(라이너 에더-슈펜디어) 대부분의 셀에서는 공작물의 디버링 역시 로봇이 도맡아 진행한다. 따라서 대기 시간을 효율적으로 활용하고 개별 부품의 처리 시간을 단축할 수 있다. 이는 공차 범위 ± 0.2mm인 밀링과 보어 홀 가공 등의 작업 단계를 로봇이 담당한다. 따라서 공작 기계의 값비싼 가공 시간을 활용하여 더 많은 부품을 생산할 수 있다.

로봇이 두 대의 머시닝 센터 사이에서 공작물을 공압 그리퍼를 이용하여 교대로 로딩한다.

공작기계에서 로봇이 손에 손잡고 작업한다

10번 홀에 있는 로봇 셀 가운데 실제 모습은 다음과 같다. Grob 공작기계 3대에는 시스템 내에 30개가 넘는 팔레트가 있으며, 다양한 요건에 신속하고 유연하게 대응할 수 있다. 가공할 부품은 셋업 위치에서 작업자가 수작업으로 클램핑 장치에 로딩하고 이어서 공작물이 팔레트 및 장치와 함께 셀로 유입된다. 개별 단계의 체인 연결과 디버링이나 드릴링 또는 헬리코일 장착 등 피니싱되는 금속 부품을 공작기계에서 KR 600 R2830 타입의 KR Fortec이 후 직업 셀로 옮기는 자재 이송을 담당한다. 이 기계는 선형 유닛을 통해 세 대의 기계로 접근하고 피니싱된 부품을 최종적으로 각 작업자의 위치로 돌려준다. 작업자는 클램핑 장치를 풀고 공작물을 빼서 팔레트에 옮겨 싣는다.

Heller 머시닝 센터 두 대가 있는 다른 셀에서도 작업은 유사하게 진행된다. 여기에서 KR 500 L480-3 MT 타입의 KR-Fortec 로봇이 공압 그리퍼를 이용하여 회전 테이블에 준비된 공작물을 파지하고, 이를 공작기계 두 대 가운데 하나로 보낸다. 로봇은 두 공작기계에 공작물을 교대로 공급하기 위해, 하나의 선형 유닛에 장착되어 있다. 네 개의 공급 스테이션이 충분한 원료를 공급한다. 공작기계에서 가공이 완료되면 로봇이 셋업 스테이션에서 부품을 디버링하고, 마지막으로 디버링한 부품을 회전 테이블에 올린다.

Burkhardt + Weber 공작기계가 있는 또 다른 셀에서도 KR500 타입의 KR Fortec이 부품을 로딩하고 언로딩한다. 모션 링크와 캐러셀을 가공하는 이 공작기계에는 더블 팔레트 체인저가 장착되어 있으며, 한 팔레트에는 모션 링크 클램핑 장치가 있고, 다른 팔레트에는 캐러셀에 대한 장치가 있다. 로봇이 한 팔레트에 공작물을 로딩하는 동안, 공작기계는 다른 팔레트에 클램핑된 공작물을 가공한다.