한국생산기술연구원이 추진하고 있는 로봇 엔지니어링 서비스 사업이 활기를 띄고 있다. 로봇엔지니어링 서비스 사업은 로봇자동화 시스템을 구축 및 활용하고 있는 중소제조기업을 대상으로 애로기술을 지원하고, 로봇 도입을 희망하는 중소제조기업들에게 공정분석 설계 등 컨설팅 서비스를 제공하는 것을 목표로 한다. 한국생산기술연구원은 전담기관인 한국로봇산업진흥원 ‘로봇 활용 중소제조공정혁신 지원사업’의 지원을 받아 지난 2016년부터 이 사업을 추진해오고 있다. 이 사업은 성숙기에 접어들지 못한 국내 로봇 엔지니어링 컨설팅 사업을 활성화하고, 중소제조기업들의 경쟁력 제고에 일조하고 있다는 평가를 받고 있다. 한국생산기술연구원이 중심이 되어 추진하고 있는 로봇엔지니어링 서비스 사업의 현황과 적용 사례 등을 3회에 걸쳐 살펴본다(편집자)

순서

1. 로봇엔지니어링 컨설팅 사업의 현황
2. 표준공정 모델 사업
3. 컨설팅 사례

표준공정 모델 사업은 국내 중소제조기업의 대표적인 공정과 유망공정을 선정해 로봇 활용 솔루션 모델을 만드는 것이다. 대표공정은 로봇활용도가 우수한 로봇자동화 공정을 분석해 대표적인 표준공정 모델로 제안하는 것으로 기존에 구축된 공정의 최적화 방안을 제시하는 것을 목표로 하고 있다. 유망공정은 세계적으로 로봇 활용도가 높아지고 있는 산업분야및 인력이 부족해 로봇 활용이 시급한 분야다. 전자부품 조립공정 등 로봇 활용 증가가 예상되는 분야를 대상으로 선정한다.

▲ 대표 공정 발굴 프로세스

이 사업의 수행기관인 한국생산기술연구원과 참여기관인 한국기계연구원은 국내외 선진 사례 조사와 수차례의 전문가 회의를 통해 주조, 용접, 단조, 식품(소스토핑), 정렬 및 인케이싱 등 후보 공정을 대상으로 대표공정을 선정해 사업을 추진하고 있다.

지난해 대표공정과 유망공정에 각각 주조와 카오디오 볼팅/커넥팅 공정을 선정해 솔루션 모델을 개발했으며,올해는 주조 공정과 인버터 제조 공정을 대상으로 진행하고 있다. 한국로봇산업진흥원, 한국생산기술연구원, 한국기계연구원 등 관련 기관은 그동안 외부 행사를 통해 대표공정과 유망공정에 대한 홍보 활동을 적극적으로 전개해왔다.

기계연구원은 로봇 활용도가 높은 분야, 조립 공정 등 로봇 활용 증가가 예상되는 분야, 인력부족으로 어려움을 겪고 있는 분야를 대상으로 대표공정과 유망공정 모델의 보급 확산을 적극 추진하겠다는 목표다. 지난해 대표공정으로 선정된 주조 공정은 로봇 기반 자동화의 완성도가 높고 다른 공정에 비해 파급 효과가 큰 것으로 파악됐다. 올해 대표공정으로 선정된 단조공정은 높은 파급성 및 작업효율 향상 효과, 단조공정과 트리밍 공정의 연계 필요성이 주요 선정 기준으로 꼽히고 있다. 지난해 대표공정과 우수공정으로 선정된 공정을 자세히 살펴보자.

<대표 공정-주조 공정>

지난해 대표공정으로 선정된 주조 공정은 ‘정밀 주조 몰드 핸들링 공정’이다. 자동차 부품 주조 공정 및 몰드 핸들링 작업에 로봇을 활용하는 것이다. 작업 과정은 컨베이어로부터 이송되어온 모형을 취출하고 Slurry 및 Sand 도포, 컨베이어 재로딩 등으로 이뤄진다.

▲ 대상 공정:정밀 주조 몰드 핸들링 공정

▲ 3D 시뮬레이션 과정

▲ 3D CAD 활용 공정 구성

주조 공정의 로봇 기반 자동화는 기존의 열악한 작업 환경을 개선하는 효과가 있다. 분진 등이 발생하는 작업 현장에서 장시간 작업할 경우 근로자의 건강 문제가 우려되며 장시간의 단순 반복 작업으로 근로자의 피로도가 높아진다. 게다가 무거운 몰드를 다뤄야하기 때문에 외국인 노동자를 주로 활용할 수 밖에 없는 상황이다. 한국기계연구원은 전문가들과 현장을 방문해 제반 공정을 파악하고 표준화 타당성 검토->개선 사항 도출->3D시뮬레이션 작업을 시행했다. 3D 시뮬레이션은 'DM웍스'를 활용했다. 관련 업체 제공정보를 바탕으로 실제 로봇화 공정을 3D화했다.

<유망 공정 발굴-카오디오 볼팅/컨넥팅 공정>

▲ 카오디오 조립공정의 로봇 자동화

카오디오 볼팅/컨넥팅 공정은 하판 작업대 놓기, 바코드 리더 잡기, 바코드 인식, 핀커넥터 잡기, 핀커넥터 조립 등으로 이뤄진다. 카오디오 산업은 조립공정이 핵심적인 공정이라고 할 수 있다.

▲ 카오디오 조립공정 자동화

카오디오 조립공정에 로봇을 도입하면 다른 조립공정에도 효율적으로 도입해 활용할 수 있다. 특히 저출산, 고령화, 열악한 환경, 단순 반복 작업 기피 등으로 조립 공정의 로봇화 요구가 높아지고 있다. 관련 사업의 경쟁력 제고를 위해선 로봇 자동화가 꼭 필요하다. 기계연구원은 카오디오 조립 공정에 기계연구원에서 개발한 양팔로봇인 ‘아미로(Amiro)’를 투입해 자동화를 추진하는 모델을 제시했다.

<인터뷰>한국기계연구원 경진호 박사

​ ▲로봇 엔지니어링 서비스와 관련해 유망공정 및 표준 공정 모델이 필요한 이유는 무엇입니까.

중소제조업체들이 활용할 수 있는 대표적인 로봇자동화 솔루션 모델(유망공정 모델, 표준공정모델)을 발굴해 중소제조기업의 로봇자동화 공정 구축에 필요한 가이드를 제공한다는 목표를 갖고 있습니다. 향후 해외에 관련 공정을 수출할 경우 기본 모델로 활용할 수도 있습니다. 시장이 큰 주력산업 조립공정 등에서 로봇 활용의 증가가 예상되지만 관련 인력이 부족해 어려움을 겪고 있습니다. 유망공정 모델과 표준공정 모델을 만들어놓으면 로봇 활용이 시급한 분야를 대상으로 로봇 활용을 높일 수 있습니다. 한국로보산업진흥원"에서 수행하는 ‘로봇활용 중소제조 공정혁신 지원사업’을 통해 ‘로봇엔지니어링 컨설팅 및 표준공정 모델개발’사업을 추진하고 있습니다.

▲그동안 과제를 수행하면서 얻은 성과가 있다면 무엇입니까.

기 구축된 로봇자동화공정에서 로봇 활용도가 우수한 공정을 분석해 용접공정, 단조공정 등에 대한 대표적인 로봇 활용 솔루션 모델로 제안했습니다. 기 구축된 공정의 개선안을 작성하고 공정 구성 및 시뮬레이션 결과를 검토, 이를 기반으로 하는 자동화 구축 방안을 수립했습니다.

구체적인 사례를 들면 ​정밀주조 공정용 로봇 활용 솔루션모델 개발의 경우, 자동차 부품 주조 공정 및 몰드 핸들링 공정에 로봇자동화 시스템을 적용했습니다. 솔루션 모델링 작업 수행을 위해 관련 기업 현장을 방문, 공정을 파악하고 3D 시뮬레이션을 위해, 해당 업체에서 제공한 정보를 바탕으로 실제 로봇화 공정을 3D CAD화하고 해당 공정에 대한 공정 3D 시뮬레이션 수행했습니다. 또 3D 시뮬레이션 결과를 활용해 적용 가능 로봇에 대한 예측, 로봇 사양 선정, 각종 설비/로봇 배치, 제품 투입 및 인출 등 제조 라인의 흐름 파악, 로봇의 요구 모션 분석, 작업 영역 및 주변설비와의 간섭 문제, 작업 툴 효용성 등을 확인하고, 사이클 타임(cycle time) 예측으로 공정의 효율성을 검토 및 추진했습니다.

▲ 올해 중점 추진 목표는 무엇입니까

전자제품 조립 자동화 공정 등 유망분야 로봇활용 솔루션모델을 개발하는 것입니다. 최근 산업의 변화와 더불어, 제조로봇의 수요가 자동차 시장에서 각종 IT제품 등의 전기전자시장으로 확장되고 있으며, 기능적으로는 기존의 단순 이송, 용접, 도장 등의 단순 작업에서, 보다 복잡한 작업능력이 요구되는 조립작업으로 변화하고 있습니다. 또한 전자 제품 생산라인의 경우, 생산라인의 수명이 짧고, 기존에 대부분 수작업으로 이루어지는 고난이도 조립작업으로 구성되어 로봇화가 시급합니다.

유망공정 발굴을 위한 기존 수작업 공정 분석을 통해, 기존 수작업 공정에 로봇 도입을 위한 필수 요건을 도출하고, 이를 통한 로봇화 공정의 생산성 극대화 방안을 수립할 것입니다. 또 최적 생산 시나리오를 결정해, 공정 구현에 요구되는 생산설비, 로봇 시스템 등의 결정, 배치 등을 검토하고 있습니다.

​▲ 유망공정 및 표준 공정 모델의 국내 정착을 위해 향후 어떤 노력이 필요하다고 보십니까

이 사업에서 제안된 로봇활용 솔루션모델을 중소제조기업에 보급·확산하기 위한 홍보 노력. 로봇 활용 솔루션모델 사례를 본 사업 설명회, 성과발표회 등을 통해 대외적으로 널리 알리기 위해 노력하고 있습니다. 한국생산기술연구원, 한국기계연구원, 한국로봇산업진흥원 등이 협력해 홈페이지 홍보를 수행하고 있습니다. ‘로봇엔지니어링 컨설팅 및 표준공정모델개발’ 사업에서 수행하는 기업 컨설팅과 연계해 중소제조기업에 신규 로봇자동화 구축을 지원할 계획입니다.

▲ 향후 유망공정 및 표준공정 모델 사업의 비전은 무엇입니까

로봇 자동화 공정에 대한 산업계 수요를 파악하고 이를 바탕으로 다양한 분야에 대한 로봇활용 솔루션을 개발 및 제공함으로써 로봇 도입 희망 기업을 확대해야 합니다. 또 4차 산업혁명 시대에 부응하는 로봇을 토대로 중소제조기업의 공정혁신에 기여하고, 본 사업으로 함께 진행하고 있는 로봇엔지니어링 컨설팅과 연계해 향후 로봇활용 중소제조공정개선에 대한 장기적 추진 방향을 수립할 계획입니다.