국내 산업용 로봇 보급은 주로 자동차ㆍ전기전자 분야에 편중되어 있어, 제조산업 전 분야로 보급을 확산해야 할 필요성이 증가하고 있다. 정부는 지난 2019년 제3차 지능형 로봇 기본계획을 발표하면서 근무환경이 열악한 뿌리산업과 섬유·식음료 등 로봇활용이 미흡한 3대 제조업 중심으로 로봇 보급을 확산한다는 계획을 발표했다. 이를 위해 3대 제조업중 우선적으로 로봇도입이 필요한 108개 공정을 선별해, 작년부터 6개 정부 출연 연구기관과 업종별·공정별 표준공정모델 개발을 시작했다. 2019년 14개를 시작으로 올해 23개를 개발 중에 있고 2023년까지 순차적으로 개발을 완료할 계획이다.

표준공정모델의 적용대상이 되는 공정은 단순반복 업무, 안전사고 노출업무, 근골격계 질환유발 업무 등 주로 작업자들이 기피하는 공정으로서 로봇을 활용하는 경우 공정시간을 단축해 생산성을 높이고, 노동강도를 감소시키거나 근로환경을 개선하는 효과가 있을 것으로 기대된다.

본지는 6대 정부출연 연구기관에서 어떤 표준공정모델을 개발하였고 향후 무엇을 개발할 것인지 6회에 걸쳐 시리즈로 소개한다. [편집자 주]

< 기획순서 >

①한국자동차연구원
②한국식품연구원
③전자부품연구원
④한국기계연구원
⑤한국생산기술연구원
⑥한국섬유기계융합연구원

섬유산업은 기존 숙련자 대부분이 50대 이상으로 노령화된 반면, 이를 대체할 인력은 없는 실정이다. 또 보빈이나 직물 등에선 무거운 물건도 다루기 때문에 생산 공정도 열악한 편이다. 해외로 진출한 섬유공장들 대다수도 인건비 또는 작업자 문제로 나갔기 때문에 이들을 다시 끌어들이기 위한 국내 자동화 기술 확보도 필요한 상황이다. 이처럼 섬유산업은 로봇 자동화가 시급하지만, 그동안 섬유공정에 로봇이 적용된 사례가 거의 없어 섬유기업이 로봇 도입을 꺼려하고 있다.

이에 한국섬유기계융합연구원은 지난해 섬유산업 로봇활용 표준모델 시험사업을 수행, 단순작업 공정을 위주로 ‘보빈 탈·장착’, ‘원사 시험 및 검사’, ‘원단 롤 이송’, ‘가죽 이적재’ 등 4개의 공정모델 시뮬레이션을 도출했다.

▲ 보빈 탈 장착

보빈 탈 장착 공정은 작업자가 이동식 사다리 위에서 약 10kg~15kg 보빈을 반복적으로 들고 장착하는 고중량 작업이다. 기존엔 수백개의 보빈 분류, 이송 및 탈·장착을 수작업으로 진행했기 때문에 노동강도 및 낙상사고 위험이 높았다. 따라서 산업용 로봇으로 이 작업을 대체하면 노동강도 및 낙상사고 위험 감소는 물론, 생산성 효율 관리 및 인건비 절감 효과를 가져 올 수 있다.

▲ 원사 시험 및 검사

원사시험 및 검사공정은 원사 가공 후 전량 품질검사를 위해 편직기에 원사를 연결하고 끊는 반복 작업을 수작업으로 진행해야 하는 공정이다. 이 작업에서 작업자는 작업시간 내내 서서 일해야 했다. 특히 원사를 매번 들고 검사해야 했기 때문에 편직하는 과정에서 작업자의 피로도가 높았다. 이런 문제를 해결하기 위해 원사 보빈의 끝단을 연결하고 편직이 끝나면 끊어주는 작업을 산업용 로봇으로 대체할 필요가 있다. 이 로봇을 도입하면 작업효율 향상 및 근로환경 개선 효과를 거둘 것으로 기대되고 있다.

▲ 원단 롤 이송

원단 롤 이송 공정은 염색 공장에 염색하기 전, 연폭하는 공정에서 작업자가 롤과 롤을 재봉하여 연결하기 위해 롤을 들고 옮기는 작업에 해당된다. 대체로 여성 작업자가 약 15kg~20kg에 달하는 원단 롤을 반복적으로 옮기기 때문에 근골격계 손상 및 작업효율이 저하되는 문제가 발생했다. 산업용 로봇이 원단 롤 이송 작업을 돕는다면 작업자 피로도 감소 및 작업율 상승효과가 나타날 것으로 보인다.

▲ 가죽 이적재

가죽 이적재 공정은 가죽 가공후 이송을 위해 대차에 걸어주는 작업이다. 그동안 작업자 2명이 단순히 양쪽에서 가죽을 들고 펼쳐 걸치는 작업을 해왔으며, 이로 인해 생산성 효율이 낮은 공정에 속했다. 협동로봇 2대를 도입해 이 과정을 자동화한다면 생산성이 향상될 수 있다.

연구원은 이들 로봇활용 모델을 실제 적용하려면 각 공정마다 2억원(정부출연금 1억원)정도가 필요할 것으로 보고 있다.

▲ 연차별 개발 내용

향후 연구원은 섬유산업분야에서 ‘직물 및 원사’, ‘염색 및 준비’, ‘가죽 제품’, ‘신발’ 등 4가지 업종을 대상으로, 오는 2023년까지 총 15개 공정모델을 개발할 계획이다. 또 제조로봇 활용 공정모델을 위한 시스템 설계 및 세부 솔루션을 개발하고, 섬유생산 현장 또는 참여기관 내에 테스트베드를 구축할 예정이다.

특히 4가지 업종에선 수요조사를 통해 섬유산업 로봇활용 공정을 분석하는 한편 로봇도입시 시스템 설치 개념을 설계할 방침이다. 이와 함께 공정 별 특성에 대응하는 툴 및 그리퍼 구조를 설계하고, 각 업종별로 픽업 및 이송을 위한 그리퍼를 시험하고, 3D 모델에 기반한 3D 가항 시뮬레이션으로 현장에서 로봇활용 가능성 여부를 검증할 계획이다.