제조업에서 사용되고 있는 ‘적기공급 생산방식(Just In Time, 이하 JIT)’이란 공정의 효율화와 부품 단순화 등을 통해 필요한 시점에 필요한 부품만 들여오는 시스템이다. JIT 방식은 실제 수요에 기반한 유연 생산을 통해 리드타임을 단축시키고 재고량을 대폭 줄일 수 있기 때문에 생산성 향상은 물론 상당한 비용 절감 효과가 있다.


그러나 이 시스템의 효과적인 구현을 위해서는 최대한의 생산과 효율을 내기 위한 작업장과 안정적인 생산공정이 반드시 갖춰져 있어야 한다. 자동차 시트 시스템과 온보드 전자장치를 생산하는 세계적인 자동차 부품 제조업체인 리어(Lear Corporation) 사는 자동차 시트 제조에 JIT를 도입하기 위해 유니버설로봇 제품을 제조공정에 투입했다.

프로그래밍이 쉽고 사람과 나란히 서서 작업 가능한 협업 로봇
독일 베시그하임(Besigheim)에 소재한 리어의 제조공장 관계자는 “공장 내부에서 작업자들과 함께 일할 수 있도록 작고 이동이 편리한 데다, 프로그래밍이 간단한 로봇의 도입이 시급했다”면서, “자동차 시트 제조공정에서 가장 중요한 핵심인 제품의 품질을 보장하면서도 빠르고 유연하게 작업하기 위해 제조공정에 유니버설로봇의 ‘UR5’을 도입하고 있다”고 말했다.

UR5는 무게가 20kg도 안 되는 경량의 6축 로봇 암으로, 5kg의 하중을 지지할 수 있고 작업 반경은 85cm인 협업 로봇이다. 사용자 친화적인 그래픽 유저 인터페이스를 도입해 기존 로봇보다 프로그램이 간단한 것이 특징이다. 심지어 기존에 로봇 작동 경험이 없는 작업자도 스스로 프로그래밍해 현장에서 30분 안에 로봇을 작동시킬 수 있으며, 초기 프로그래밍 역시 설명서만으로 간단하게 할 수 있기 때문에 전문적인 기술 또한 필요하지 않다.

UR5는 수동으로 나사 작업된 제품을 이동시키는 컨베이어 벨트 위쪽에 설치돼 자동차 좌석에 나사의 위치를 잡고 측정하고 조이는 등의 과정에 투입돼 자동차 좌석을 조립하는 업무를 담당하기도 한다.

다른 산업용 로봇들과는 달리, 유니버설로봇은 안전장치를 필요로 하지 않기 때문에 작업자는 아무런 안전장치 없이 로봇과 함께 일하고 있다. ISO 표준 인증 10218을 준수하고 있는 데다, 최첨단 ‘정지력(Stop Force)’ 등 안전 기능을 갖추고 있으므로 로봇이 150뉴턴 이상의 힘을 받게 되면 자동으로 멈춘다. 이는 작업장 내에서 발생할 수 있는 위험한 사고의 빈도를 크게 감소시켜 작업자들이 로봇과 함께 안전하게 일할 수 있도록 협업의 효율성을 높여준다.

제품 오류를 즉시 파악하고 보고해 품질 보장에 기여
유니버설로봇의 UR5는 지난 2011년 1월부터 리어의 베시그하임 공장에서 최종 조립 전 가장 중요한 마지막 단계인 시트와 나머지 프레임을 나사로 연결하는 생산단계에 투입됐다. 현재 UR5는 이 제조라인에서 3교대 작업에 투입돼 매일 약 8,500회의 나사 작업을 완수하고 있다. 시트에는 개별적인 식별 데이터가 저장된 트랜스폰더가 탑재돼 있어 시트가 로봇 아래쪽에 도착하면 트랜스폰더로 판독이 되므로 UR5는 최대 35뉴턴 미터의 토크로 미리 설정된 회전각 안에서 자동차 시트 양쪽의 나사를 조인다. 물론 이 모든 과정은 UR5에 연결된 전기 스크루 드라이버를 통해 기록된다.

수작업을 거치는 제조공정상 물건의 위치가 약간 달라질 수도 있기 때문에 UR5는 50×50mm의 범위 안에서 나사의 위치를 감지할 수 있어야 한다. UR5는 시스템 통합사인 파우데 아우토마티지어룽스테히닉(Faude Automatisierungstechnik)에서 개발한 카메라로 2D 측정을 사용하는 플렉스비전(Flexvision) 영상처리 시스템을 통해 정확하게 위치할 수 있기 때문에 보다 정밀한 작업이 가능하다. 또한, UR5의 6축 조인트 덕분에 이동성이 뛰어나 정확한 회전각을 빨리 추정할 수도 있다.

나사를 조이는 과정은 디지털 방식으로 모니터링되기 때문에 UR5의 자체 영상처리 시스템을 통해 오류를 즉시 발견할 수 있다. 예를 들어, 좌석에 나사가 없다면 UR5가 문제의 제품을 확인하고 오류 통보 수단으로 경고 신호를 보낸다. 그러면 작업자가 재작업 시설에서 이 과정을 수동으로 처리하게 된다. UR5는 최종 조립 전에 이미 엄청난 수량의 나사를 조이고 모니터링하기 때문에 품질 보장과 오류 예방에 크게 기여한다.

비용 대비 효율적인 투자로 사업 확장 잠재력 확보
유니버설로봇의 제품들은 투자비용에 대한 회수기간이 짧기 때문에 UR5를 포함한 이 시스템 솔루션 조달 비용인 약 5만유로(약 6,250만원)는 단기간에 회수됐다. 로봇 암은 그 힘과 움직임을 결정하기 위해 비싼 센서 기술 대신 특허 받은 기술을 활용해 조인트의 전류를 측정하는데, 이러한 혁신기술 덕분에 다른 자동화 솔루션보다 더 낮은 가격에 제품을 공급할 수 있다.

UR5의 효율적인 에너지 운용 덕분에 제품의 운영비용 또한 줄었다. 베시그하임의 제조공장 관계자는 “UR5의 도입으로 엄격한 품질 요건을 충족시키는 동시에 제품 생산기간을 단축시키는 것이 가능하게 됐다”며, “이로 인해 납기일을 준수할 수 있게 된 것은 물론 제조과정에서 정확도와 신뢰성을 높여 생산성까지 대폭 향상시킬 수 있게 됐다”고 전했다.

현재 리어는 독일 공장에서 도입하고 있는 자동차 시트의 나사를 조이는 자동화 과정을 유럽 전역의 제조공정에 도입할 수 있을지 검토 중에 있다. 뿐만 아니라, 결합 및 접착, 톱질 공정과 같은 새로운 애플리케이션의 활용 방안 또한 긍정적으로 검토하고 있다.


협업 로봇으로 제조업계 새 트렌드 이끄는 유니버설로봇
한편, 덴마크에 기반을 두고 있는 유니버설로봇은 사용자 친화적이고 유연성에 초점을 맞춘 ‘협업 로봇(Collaborative Robots)’을 제조하는 기업으로, 2005년 모두가 사용할 수 있는 로봇 제작을 목표로 설립돼 2008년에 산업용 로봇시장에 첫 선을 보였다. 유니버설로봇은 제조업계의 단순하고 반복적인 공정을 간단히 자동화하고 보다 효율적으로 만드는 로봇 암을 전 세계 50여개국에 판매하고 있으며, 모든 개발 및 생산은 덴마크의 오덴세 공장에서 이뤄지고 있다.

또한 지난 2015년 1월, 유니버설로봇은 싱가포르에 APAC 지사도 설립했다. 이는 유니버설로봇의 6번째 글로벌 오피스로, 아시아 태평양 지역의 사업을 강화하기 위한 다양한 활동을 담당한다. 뿐만 아니라 판매사들에게 유니버설로봇의 최신 기술을 트레이닝하며, 아시아 지역에 맞춤 서비스를 제공한다.

FA Journal 김 미 선 기자 (fa@infothe.com)

<저작권자 : FA저널 (http://www.fajournal.com) 무단전재-재배포금지>