IT Solutions/Smart Factory

인간과의 공존이 가능한 스마트 팩토리 협동 로봇

2019.03.04 09:30

최근 제조 기업들은 글로벌 시대에 맞춰 기업 경쟁력 확보를 위해 스마트 팩토리를 도입하는 경우가 많습니다. 많은 기업은 이를 위해 로봇을 적극적으로 도입했는데요. 로봇은 산업용 제조 로봇과 서비스 로봇으로 나눌 수 있습니다.



산업용 로봇은 공장 등에서 조립, 용접, 포장, 검사 등을 하는 로봇을 말하며 서비스 로봇은 가정이나 병원 등에서 노인 돌봄 서비스나 애완견 사료 배식, 청소 로봇 등 인내심을 필요로 하는 작업에 사용됩니다. 또한 공항, 호텔 등에서 안내를 맡는 로봇도 있습니다. 이중 스마트 팩토리에 주로 사용되는 로봇은 산업용 제조 로봇입니다.


 산업용 제조 로봇의 장•담점은?


산업용 로봇의 장점은 교대 없이 24시간 생산할 수 있기 때문에 최소한의 인력 투입으로 원가를 절감하고 생산성을 높일 수 있으며, 항상 정밀한 작업을 매우 적은 오차로 진행할 수 있어 품질 수준을 높일 수 있습니다. 또한 생산 속도를 높임으로써 납기를 맞추기 위한 최소한의 조건을 충족할 수 있습니다.


그러나 산업용 로봇은 안전과 공간, 그리고 다품종 소량 생산을 하는 데 약점이 있습니다. 산업용 로봇의 경우 주변에 사람이 있든 없든 주어진 일을 하게 되어 있기 때문에 로봇이 사람을 쳐서 상해 또는 사망에 이르게 하는 사고가 종종 발생했습니다. 이에 따라 국제 표준 기구 ISO 10218에서는 로봇의 안전성 증대를 위해 로봇의 이동 반경에 펜스를 쳐서 사람이 접근할 수 없도록 했습니다.


하지만 펜스를 로봇 주위에 설치할 경우 해당 공간은 작업하는 동안 무슨 일이 있더라도 사용할 수 없게 됩니다. 또한 고객 요구 사항의 다양화로 한 공장에서 여러 가지 제품을 생산할 필요가 있는데, 이를 위한 준비와 교체를 하는 데 시간이 오래 걸리게 됩니다. 장시간에 걸쳐 로봇의 위치, 동작 제어를 위한 코딩 작업을 진행해야 하기 때문입니다.



또한 산업용 로봇을 도입하게 되면 인력을 대체하게 되어 일자리가 부족해진다는 인식을 주고 있습니다. 공장 자동화를 통해 무인화를 실현하고자 했던 테슬라 자동차의 경우와 같이 말이죠. 따라서 이러한 산업용 로봇의 문제점을 해결하기 위해 새롭게 협동 로봇의 개발 및 적용이 시도되고 있습니다.


 산업용 로봇의 단점을 해결하기 위한 ‘협동 로봇’


협동 로봇은 산업용 로봇의 단점인 안전 문제를 해결하고자 했습니다. 이를 위해 협동 로봇은 일정 값의 동력 또는 힘이 감지되면 로봇이 즉각 작동을 멈춤으로써 사람의 상해를 방지할 수 있도록 했으며, 최근에는 근접 센서 등을 이용해 주변에 사람이 도달했을 때 로봇을 정지했다가 근접 위치에서 벗어났을 경우 로봇을 다시 시작할 수 있도록 안전 기능을 강화했습니다.


이러한 지능화 장치들이 협동 로봇에 도입되어 있기 때문에 안전 문제를 해소할 수 있었으며 그에 따라 안전 펜스의 설치를 할 필요가 없기 때문에 공간에 대한 확보를 할 수 있습니다. 협동 로봇을 도입함으로써 작업자의 작업 부하를 낮춰 줄 수 있고 사람이 꼭 필요한 공정에 작업자를 더 투입할 수 있어 생산성 측면에서 효과를 볼 수 있습니다.


위치 및 동작 제어를 위한 티칭 측면에서 기존 산업용 로봇은 코딩을 통한 위치 및 동작 제어를 했으나, 협업 로봇은 터치 패널을 이용한 제어를 진행하기 때문에 티칭 시간을 수 시간에서 수 분으로 단축했습니다.


사람의 동작을 실시간 감지해 로봇에 바로 티칭 할 수 있는 기술도 개발 중이기 때문에 준비 교체 시간을 현저히 단축할 수 있을 것으로 예상됩니다. 이런 장점 때문에 현재 협동 로봇은 아래 사례와 같이 많은 기업에서 도입하고 있습니다.


l Universal Robot (출처: https://www.skyfish.com/p/universal-robots/all-files)


덴마크의 로봇 제조 회사인 Universal Robot의 협동 로봇은 2009년 UR 5를 출시하면서 시작되었습니다. 현재 자동차 부품, 화장품 등 전 산업 분야에서 도색, 나사 체결부터 사출 성형, 용접까지의 공정에 적용되고 있으며 전 세계적으로 매일 약 27,000대의 로봇이 작업을 진행하고 있습니다.


환경용 송풍기를 생산하는 회사인 체코의 Multi-Wing CZ는 수요 증가 및 한정된 공간에서의 자동화를 위해 Universal Robot 사의 UR 로봇을 도입했습니다. 이를 통해 기존의 안전장치를 제거하고 UR 5 로봇의 설치를 통해 장비 당 생산 비용을 10~20% 절감하고 연간 336시간까지 생산 능력을 개선할 수 있었습니다.


기본적인 협동 로봇 외에도 최근에는 사람을 본떠서 양손으로 작업할 수 있는 양팔 로봇이 개발되어 적용되고 있습니다. 사람의 작업은 시선의 이동에 따라 작업할 순서가 순차적으로 나뉘는데 양팔 로봇의 경우 시선과 상관없이 여러 곳의 작업을 동시에 진행할 수 있기 때문에 생산 속도가 오히려 빨라집니다. 작업자가 로봇의 팔에 제품 혹은 부품을 놓으면 되기 때문에 정 위치를 시키기 위한 장치를 작업장에 따로 설치할 필요가 없다는 장점이 있습니다.


l 엡손 (출처: https://www.epson.eu/dual-arm)


일본의 로봇 제조 회사인 엡손(Epson)은 2017년 양팔 로봇 ‘워크센스 W-01’을 개발하고 발표했습니다. 이 로봇은 협동 로봇 중 양팔을 사용할 수 있도록 구성했으며 비전 센서를 이용해 제품의 모양을 인식할 수 있도록 했습니다. 즉, 한 쪽 손에 들려진 제품의 모양을 비전으로 인식하고 조립 위치를 맞출 수 있도록 팔을 움직여 다른 팔에 있는 부품을 조립할 수 있도록 구성했습니다.


협동 로봇과 양팔 로봇은 안정성 측면과 생산성 측면에서 효과가 나타나게 됩니다. 여기에 운반 혹은 이동 시간을 부가가치 발생 시간으로 바꾸고자 하는 노력도 있습니다. 기존 협동 로봇은 한곳에 설치하게 되면 위치를 정확하게 확인하고 해당 위치에 고정시키는 작업을 진행해야 합니다.


그리고 작업이 더 이상 없을 경우 다른 곳으로 옮겨 똑같이 위치 확인 및 고정 작업을 진행하게 됩니다. 하지만 이러한 문제점을 해결하기 위해 이동형 로봇이 현장에 적용되고 있습니다. 무인 운반차(AGV: Automated Guided Vehicle)와 로봇이 결합된 형태인데요. 이는 다음과 같은 측면에서 장점을 가질 수 있습니다.


로봇 설치 혹은 이동 시에 정 위치하거나 고정하는 작업을 없앨 수 있고, 운반하면서 작업이 가능하기 때문에 생산성 측면에서 효과를 볼 수 있으며, 운반을 위한 픽 앤 플레이스, 제품 혹은 부품을 들어서 이동 장치에 올려주는 주변 장치가 필요 없습니다.


l 쿠카 로봇 (출처: https://www.kuka.com)


로봇 제조 회사인 쿠카(kuka) 로봇은 2018년 이동형 협동 로봇인 KMR IIWA를 개발했으며 전자 기기 산업 제조 솔루션의 세계적 선두 업체 ASM Assembly Systems는 뮌헨 본사에서 두 가지 지능적 인간•로봇 협업 방식을 도입했습니다. KMR iiwa는 본 공장에서 각종 제품, 그립 위치를 측정해 제품을 잡고 제조 라인으로 운반해 올바른 위치와 순서로 사용자에게 전달하는 역할을 수행합니다.


LG CNS도 제조업 혁신에 앞장서 스마트 팩토리 플랫폼 팩토바(Factova)를 제공하고 있습니다. 공장의 효율성과 불량률을 최소화하기 위해 기존의 공장 자동화 수준을 넘어 데이터 기반의 실시간 자율 운영 공장을 구현합니다.

 

팩토바를 활용할 경우 기획 기간을 2~3개월 단축하고, LG CNS AI 빅데이터 플랫폼 DAP의 딥러닝을 통해 품질검사 정확도를 99.7%까지 개선하는 등 생산효율을 극대화 할 수 있습니다.

 

그리고, 팩토바는 데이터 수집 및 제어, 정보화, 지능화 등 총 3개 계층으로 구성되어 있는데요. 데이터 수집 및 제어 계층에서는 각종 설비와 센서를 통해 빠르게 데이터를 수집하고, 정보화 계층에서는 계획부터 관리까지 제조의 전 라이프 사이클을 정보화 해 관리합니다. 지능화 계층에서는 AI, 빅데이터 기술과 접목하여 정보 전달뿐만 아니라 판단까지 제공합니다.

 

또한, 완성품(LG전자), 부품(LG디스플레이, LG이노텍), 소재(LG화학) 등 LG그룹 계열사 공장에서의 다양한 성공 레퍼런스를 보유하고 있는 것도 큰 장점입니다. 제조 역량을 집대성하여 실질적인 고객의 니즈를 반영한 맞춤형 스마트 팩토리를 구축할 수 있기 때문입니다.


스마트 팩토리는 공정의 흐름을 원활하게 하고 생산성을 확보하는 측면에서도 큰 역할을 하지만 다양한 협동 로봇을 이용함으로써 작업자의 안전과 공간의 확보 및 다양한 고객 요구에 맞게 제품을 생산하는 데 크게 기여할 수 있을 것입니다.


또한 협동 로봇은 작업자를 도와줄 수 있으므로 작업자 한 사람이 다른 여러 작업을 수행할 수 있게 되어 생산성 측면에서도 큰 효과를 볼 수 있으며 로봇 관리, 로봇 시스템 운영을 위해 사람을 필요로 하는 작업이 증가하게 되는 측면도 있습니다. 스마트 팩토리에 협동 로봇을 도입해 사람과 로봇이 공존할 수 있는 멋진 현장을 기대해 봅니다.


글 l LG CNS 스마트팩토리그룹

 


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Posted by IT로 만드는 새로운 미래를 열어갑니다 LG CNS
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