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국내 중소제조 업체들이 위기를 맞고 있다. 인건비 상승, 고령화 사회 진입, 중국·일본 등 경쟁국가 기업들의 위협 등으로 경영 환경이 갈수록 악화되고 있다. 중국과 일본은 제조업 경쟁력 강화의 방안으로 '로봇혁명'을 국가적 어젠더로 선정해 급변하는 제조산업 환경에 대응하고 있다. 국내 중소제조기업들도 생산공정에 로봇 자동화 시스템을 도입해 경쟁력을 회복하는 게 급선무다. 산업통상자원부가 추진하고 있는 '중소제조 취약공정개선 로봇보급사업'은 저하된 중소제조업체들의 경쟁력을 끌어올리기 위한 사업으로 성과를 인정받고 있다. 중소제조 취약공정 개선 로봇보급사업의 현황과 우수 도입 사례를 3회에 걸쳐 살펴본다.
[특집] 중소제조 취약공정개선 로봇보급사업<게재순서>
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①로봇보급 사업 현황과 올해의 과제
②로봇 자동화 선도 사례 : 푸른기술·웰탑테크노스
③로봇 자동화 선도 사례 : 로봇밸리·로봇플러스
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선도 사례 3 - (주)로봇밸리
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| ▲ 박명환 (주)로봇밸리 대표 |
로봇밸리(대표 박명환)는 중소제조 취약공정 개선 로봇보급 사업의 일환으로 ‘뿌리산업분야 로봇시스템 적용사업’을 추진하고 있다. 뿌리산업이란 주조·금형·용접·소성가공(塑性加工)·표면처리·열처리 등 제조 산업에 근간이 되는 6개 기술 분야를 말한다.
로봇밸리는 시스템 인티그레이팅(System Integrating) 기술을 활용해 서로 다른 3개 수요기업(금성열처리ㆍ흥국ㆍ경남금속)의 공정별 자동화 시스템을 구현할 계획이다. 구체적으로 보면 금성열처리의 열처리 공정,흥국의 단조프레스 공정, 경남금속 용접공정을 로봇으로 자동화하는 것이다.
이를 통해 기존 뿌리산업에 종사하는 기업들이 갖고 있는 3D(Dangerous, Dirty, Difficult) 이미지를 탈피해 인력고용 촉진이 가능한 'ACE(Automatic, Clean, Easy)' 이미지로 바꾸는 것이 목표다.
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| ▲ 로봇밸리의 용접로봇시스템 |
◇필요성과 파급 효과
경남금속의 주요 생산 공정중 하나인 알루미늄 용접의 경우 녹는점이 스틸에 비해 2배 이상 낮아 용융풀(Molten Pool) 구성이 어렵다. 용융풀은 서로 다른 개체를 맞붙이기 위해 금속을 녹인 물이다. 용접 시 용융풀을 일정하게 유지하는 것이 중요한데 작업이 까다로워 알루미늄 용접은 특수용접으로 분류된다. 또한 일반적인 용접에서 CO2를 사용하는 것에 반해 알루미늄 용접은 아르곤가스를 사용해 심각한 인체 유해성이 지적되곤 했다. 이 때문에 알루미늄 용접을 사용하는 공장은 전문 인력 수급에 어려움을 겪었고 신규 인력 마저 급격히 줄어드는 추세다.
흥국의 생산공정인 단조프레스는 수천 톤의 압력으로 금속을 찍어 입체감 있는 부품을 생산하는 공정이다. 이 때 수십 ㎏ 무게의 재료를 넣고 빼는 과정에서 빠른 속도로 큰 압력이 가해져 손가락 절단 등 인력들의 부상이 자주 발생한다. 뿐만 아니라 높은 압력과 함께 열이 가해진다. 현장 기온은 50℃에 달한다. 이런 형태의 작업을 지속적으로 하다보면 작업자의 근골격계 손상으로 이어지기 쉽다. 설비 측면에서도 어려움이 있다. 달궈진 금속을 수천 톤으로 내려 찍어야하기 때문에 기계 파손이 잦고 파손 부위를 찾아내기도 쉽지 않다.
금성열처리의 열처리 공정의 경우, 유도 코일에 고주파 전류를 흘려 투입된 소재에 유도 전류가 흐르도록 한다. 이때 뜨거운 열기가 발생하는데 문제가 발생할 확률이 단조프레스 보다 높다. 공정 자체가 금속 표면에 열을 가하고 식히는 과정을 반복해 강도를 높이는 작업이기 때문이다. 뿐만 아니라 물에 넣어 급냉시킨 후 잔류 온도가 남아있는 소재를 작업자가 면장갑과 고무장갑을 이중으로 착용하고 손으로 들어 다음 공정으로 옮긴다. 여름에는 작업환경이 더욱 열악해지는데 이는 공장의 생산성과도 직결되는 문제다.
이와 같은 뿌리산업의 작업 환경을 개선하기 위해 작업자를 전체 공정에서 최대한 멀리 배치하고 수작업 업무에서 분리하는 것이 관건이다. 이를 위해 소재 투입·배출·이송을 작업자가 원격으로 모니터링하고, 작업 상태 및 품질 상태를 원격에서 확인함으로서 작업자의 안전과 제품의 품질을 확보할 수 있는 로봇시스템의 현장 적용 필요성이 대두됐다.
박명환 로봇밸리 대표는 “로봇이 사람들의 일자리를 빼앗는다는 우려는 뿌리산업 공정에서는 적용하기 힘든 이야기”라고 설명했다. 기존 인력의 고령화와 3D업종 기피로 인력난에 빠진 뿌리산업에 로봇을 도입해 경쟁력을 높여야한다는 지적이다. 기업 입장에서도 제품의 품질안정성과 생산력이 증대되고 생산량 예측이 가능하기 때문에 뿌리산업분야에서 기술기반 입지를 다지는 기회가 될 것이라고 설명했다.
◇사업 내용
‘뿌리산업분야 로봇시스템 적용사업’은 6축 다관절로봇을 활용해 맞춤 양복을 재단하듯 로봇공정을 도입하는 것을 내용으로 하고 있다. 로봇밸리는 경남금속, 흥국, 금성열처리와 각각 용접로봇 시스템, 단조프레스(Forging Press) 로봇시스템, 열처리 로봇시스템을 구축할 계획이다.
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| ▲ (주)경남금속의 용접로봇시스템 레이아웃 |
용접로봇 시스템은 트럭범프용 클래식 박스를 용접하는 공정에 투입된다. 용접지그와 포지셔너가 작업물을 정확한 위치에 고정하면 센서를 사용해 정밀 관측하면서 용접한다. 작업이 끝나면 다음 단계로 배송한다.
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| ▲ (주)흥국의 기존 단조프레스 공정 현장 |
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| ▲ (주)흥국의 단조프레스 로봇시스템 레이아웃 |
단조프레스(Forging Press) 로봇시스템은 40~50㎏급 굴삭기 롤러 생산공정에 투입된다. 로봇시스템은 단조프레스 설비에 소재가 달라붙지 않도록 이형제를 고르게 분사하는 임무와 고중량의 소재를 단조프레스 설비에 바르게 놓고 작업 후 배출하는 임무를 수행한다. 공정가동 현황을 모니터에 표시해 작업자가 한 눈에 파악하는 기능도 함께 개발됐다.
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| ▲ (주)금성열처리의 기존 열처리공정 현장 |
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| ▲ (주)금성열처리의 열처리로봇시스템 레이아웃 |
열처리 로봇시스템은 5㎏ 무게의 자동차 후륜구동 프로펠러 샤프트 자동생산 공정에 투입된다. 로봇시스템은 로봇팔을 이용해 작업소재를 유도가열 설비 위치에 바르게 놓는 임무와 유도가열 공정이 끝나면 냉각시켜 컨베이어 벨트까지 옮기는 임무를 수행한다. 작업시간 단축을 위해 양팔로봇이 사용된다.
박명환 로봇밸리 대표는 "일련의 맞춤형 서비스가 가능한 것은 수요기업들의 ‘공차관리’가 선행된 덕분"이라고 말했다. 공정을 표준화하고 로봇시스템 전 단계의 결과물 품질을 일정하게 관리했다는 것이다.
◇향후 사업 추진 방향
로봇밸리는 수요기업인 ㈜경남금속·㈜흥국·㈜금성열처리의 성과를 바탕으로 시스템의 신뢰도를 지속적으로 향상시키고, 유사공정을 가진 국내 기업을 대상으로 데이터베이스를 구축, 수요 창출에 나선다는 계획이다. 이를 기반으로 해외 진출한 한국 기업에 차례로 적용을 추진하는 계획도 세웠다. 지속적인 운영을 통해 노동력 부족에 시달리는 선진국은 물론 중국 등 신흥시장으로 진출하는 방안도 모색하고 있다.
선도사례 4. ㈜로봇플러스
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| ▲ (주)로봇플러스 홍상곤 대표 |
로봇플러스(대표 홍상곤)는 수요기업인 (주)에나인더스트리와 함께 6축 다관절 로봇을 활용한 ‘자동차 바디마운트 조립 자동화 시스템 구축사업’을 추진하고 있다.
자동차 차체와 프레임을 연결하고 자동차 충격을 완화하는 바디마운트(Body-Mount) 부분을 로봇이 조립하고 마킹하는 시스템을 구축하는 것이다.
핸드 그리퍼도 제작해 다양한 종류의 바디마운트 생산라인에 적용할 계획이다.
이를 다양한 기업에서 활용할 수 있는 자동화 플랫폼으로 구축하겠다는 목표다.
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| ▲ 로봇플러스의 바디마운트 로봇시스템 |
◇필요성과 파급 효과
수요업체인 에나인더스트리는 방진고무를 이용해 바디마운트를 생산하는 기업이다. 생산량 대부분은 해외 유명 자동차 기업으로 수출되는데 자동차 산업이 발전함에 따라 그 수요도 지속적으로 늘고 있어 생산량을 늘릴 대책이 필요했다.
모든 공정이 수작업으로 진행돼 이로 인한 문제도 발생했다. 품질과 생산량이 작업자의 숙련도와 컨디션에 따라 좌우됐다. 소재가 바르게 안착되지 않으면 자동차 안전장치인 바디마운트에 불량이 발생하는데 불량이 발생한 지점을 육안으로 파악하기도 어려웠다.
프레스기를 수동으로 작동해야 하는 작업자는 언제나 안전사고의 위험 속에서 작업해야만한다. 글로벌 기업들과 경쟁해 비교 우위를 점하기 위해 가격 경쟁력까지 확보해야 하는 상황에서 에나인더스트리는 묘안을 찾아야 했다.
이에 로봇플러스는 자동차 휠 및 프레임 생산을 위한 로봇시스템 구축 경험을 토대로 소재의 투입부터 완제품 출시까지 전 공정을 자동화하는 방안을 구상했다. 이로 인해 균일한 품질을 확보하고 기존 4명이 투입되던 운영인력을 1명으로 줄일 수 있어 제조원가 절감효과, 제조환경 개선효과를 기대하고 있다.
◇사업 내용
지금까지 에나인더스트리의 제조공정은 수동으로 소재를 볼트와 같이 프레스에 안착시키고, 프레스를 동작시킨 뒤 소재 구분을 위해 마킹을 실시하는 방식으로 구성됐다. 이 과정에서 앞서 지적한 문제점들이 발생했으며 별다른 대책을 찾지 못한 상태였다.
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| ▲ (주)에나인더스트리의 기존 바디마운트 제조공정 현장 |
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| ▲ 바디마운트 로봇시스템 레이아웃 |
‘6축 다관절 로봇을 활용한 자동차 바디마운트 조립 자동화 시스템 구축사업’은 두 차례의 소재 투입, 프레스 가공, 생산이력 관리를 위한 시리얼 넘버 마킹, 품질검사에 이르는 전 공정을 로봇으로 자동화한다. 품질검사에서는 요즘 트렌드인 비전센서 대신 전통적인 접촉센서를 도입했다. 무조건 유행에 따르기보다 합리적이고 현장에 적합한 방식을 따른 것이다.
◇향후 사업 추진 방향
사업 1차년도인 올해는 쿠션 완성부품 공정의 자동화 솔루션에 집중했다. 2차년도인 2016년에는 스트러트 마운트(Strut Mount) 조립 공정의 자동화 솔루션, 3차년도인 2017년에는 리어스몰(Rear Small) 조립 공정의 자동화 솔루션에 주력할 계획이다. 아울러 에나인더스트리 국내외 지사 11개를 테스트 필드로 활용해 신뢰성을 검증하고 시스템 플랫폼화에 총력을 기울일 방침이다. |
