한국생산기술연구원은 한국로봇산업진흥원의 ‘로봇활용 제조혁신 지원사업’의 위탁사업인 ‘로봇엔지니어링 컨설팅 서비스’를 지난 2016년부터 추진해오고 있다. 로봇 엔지니어링 컨설팅 서비스는 제조기업의 로봇 도입 및 활용과 관련해 애로 기술 지원이나 로봇 도입 타당성 검토를 주요 내용으로 하고 있다.

특히 중소 및 중견 기업들은 로봇 도입의 필요성을 인지하고 있지만 어떻게 로봇을 도입할지에 대해 체계적인 지식을 갖고 있지 못하다. 로봇 도입으로 생산 공정이 어떻게 바뀌고 도입 효과는 어느 정도일지 파악하는 데 어려움을 겪고 있다. 이런 애로를 겪고 있는 중소ㆍ중견기업들에게 현실적인 도움을 주겠다는 게 로봇엔지니어링 컨설팅 사업의 목적이다. 한국생산기술연구원이 주축이 되어 추진하고 있는 로봇엔지니어링 컨설팅 사업의 개요와 적용 사례 등을 3회에 걸쳐 살펴본다(편집자).

​순서

​1) 로봇 엔지니어링 컨설팅 사업의 개요와 적용 사례(CMA글로벌)

​2) 로봇엔지니어링 컨설팅 사업 적용 사례(윤영테크)

​3) 로봇엔지니어링 컨설팅 사업 적용 사례(크래프터코리아)

▲ 로봇 엔지니어링 컨설팅 사업의 개요

한국생산기술연구원은 지난 2016년부터 현재까지 매년 40여건 정도의 컨설팅을 수행하고 있다. 산업용 로봇 및 제조공정자동화에 경험이 많은 컨설팅 전문가와 로봇 자동화 시스템을 제작하는 로봇SI기업이 컨설팅에 참여하고 있다. 제조기업의 기존 공정을 분석하고 기존공정 개선이나 신규공정 구축을 위한 로봇자동화시스템을 설계 및 제안하는 컨설팅 서비스를 통해 제조업 분야의 산업용 로봇의 보급 및 확산에 기여하고 있다. 컨설팅을 받은 기업 중 매년 10개사 이상이 정부지원이나 자체부담으로 사업화를 추진 중이다.

로봇 엔지니어링 컨설팅 사업이 활성화되어야 하는 이유는 무엇일까.

대부분 제조기업이 인력수급, 생산성, 원가절감 및 작업환경 개선 등 기존 공정으로는 기업 경쟁력이 떨어지고 있는 상황에서 로봇기술의 발전으로 인해 다양하고 성능이 우수한 산업용 로봇이 출시되어 제조업 분야에 로봇 도입 수요가 늘어나고 있다. 그동안 반도체 및 자동차 관련 제조기업을 위주로 로봇 도입이 이루어졌으나 최근에는 식료품, 의료기기, 섬유/의류 등 다양한 분야에서 로봇 도입을 희망하는 제조기업이 증가하고 있다.

하지만 일반적으로 제조기업은 로봇에 대한 이해도가 낮고 로봇 SI기업은 공정에 대한 이해도가 낮아 상호간의 소통이 쉽지 않다. 로봇엔지니어링 컨설팅 서비스는 제조기업과 로봇 SI기업이 잘 소통할 수 있도록 도와주는 역할을 한다. 제조공정에 대한 깊은 이해와 정확한 분석을 토대로 최적의 로봇자동화시스템을 구축할 때 로봇 도입 효과가 극대화될 수 있으며 로봇엔지니어링 컨설팅 서비스를 통해 이를 지원하고 있다.

한국생산기술연구원은 올해 2019년 컨설팅 목표가 40건인데 현재 25건 정도가 진행되고 있다. 제조분야 경기부진으로 인해 예전에 비해 컨설팅 수요가 많은 편인데 현재 진행 중인 컨설팅을 포함하여 남은 15건의 컨설팅을 금년말까지 잘 마무리하여 컨설팅 종료 후 사업화 추진까지 이어질 수 있도록 지원할 예정이다. 또한 컨설팅 사업에 중요한 역할을 하고 있는 국내 로봇SI기업의 경쟁력 강화을 위해 실태조사 및 지원방안을 검토 중이다.

▲ 로봇엔지니어링 컨설팅 사업 적용 사례(CMA글로벌의 초극세사 유연섬유제품 이송 및 엠보공정의 로봇자동화 도입-진태석 동서대 교수)

▲ 진태석 교수

CMA글로벌은 각종 생활용품 및 디지털 정보 장치에 부속하는 섬유인 초극세사 기능성 섬유제품을 전문적으로 제조하는 수출주도형 기업이다. 원가절감 효과와 우수한 품질 관리를 위해 생산 초기단계부터 완제품에 이르기까지 모든 공정이 사내에서 수행되고 있다.

이번 로봇엔지니어링 컨설팅을 통하여 ㈜CMA글로벌은 프린팅 가공 공정 중 엠보 프린팅 라인 원단 이송의 로봇 자동화 및 레일 구축에 따른 제품 생산성 향상 및 불량률 감소를 위한 과제를 해결하기 위하여 외부 컨설턴트로 진태석 교수(동서대학교)가 참여했다. 제시된 기본적인 엠보공정의 도출된 문제(낭비)를 정의하고, 원단에 열과 압력만을 가하여 특정한 로고를 색상없이 찍어 내는 공정에 대한 구체적인 문제분석과 해결방안을 트리즈(TRIZ) 기반의 문제해결 방법으로 추진하였다.

제시된 문제점으로는 재단시 묶음으로 절단함으로 인하여 절단기의 누름 및 커팅에 따른 열발생으로 절단된 원단의 에지 부분이 달라붙는 현상, 공정에서 원단 피드인(feed in) 작업 1명, 피드아웃(feed out) 작업 1명의 생산성 하락, 또한, 엠보 작업기 한 대에 한 개의 엠보만 찍을 수 있도록 되어 생산성 하락 등의 1차적인 엠보공정의 개선에 집중하게 되었다.

로봇도입 타당성 검토

▲ 제품 생산 공정

▲ 기존 수작업 생산공정

전 공정(제직~프린팅 공정)에 대한 점차적인 자동화 도입을 통한 인원 감축과 생산효율 향상을 위한 향후 5년 내에 4개의 프린팅 공정과 포장공정에 대한 자동화 도입을 추진한다. 프린팅 공정 중 엠보공정이 가장 단순작업이므로 우선적으로 로봇 도입을 통한 가능성 타진과 타 공정으로 확산을 꾀한다. 또 로봇 도입을 통한 선행 사례를 만든 후, 전사 공정의 자동화 도입을 검토한다. 개선 방향은 로봇기반의 피드인(feed in)/피드아웃(feed out)을 위한 전용 기구와 원단 픽업-이송-안착을 위한 석션(suction) 작업에 대한 신뢰성 확보를 위한 시제작을 검토하기로 했다.

컨설팅 배경과 이유

CMA글로벌의 프린팅 가공 공정 라인은 엠보 프린팅, DTP 프린팅, 패드 프린팅, 스크린 프린팅 4개 라인의 공정으로 나눠지고 있다. 작업자가 100% 수작업으로 직접 들고 반복적으로 프린팅 작업을 함으로써 산재의 위험을 항상 내포하고 있으며 생산 흐름의 단절과 스마트 공장 생산관리 시스템 도입에 있어서 한계를 가졌다.

▲ 로봇도입의 생산공정 목표

현재 엠보 프린팅 제품의 대형 오더 수주 시 공정병목으로 인한 납기 지연으로 적기 납품이 불가능한 상황이다. 로봇 시스템 도입시 대형 오더 수주의 대응이 가능하므로 매출 향상에 크게 기여할 것으로 예상되고 있다. 원단을 취급하는 단순 수작업이 아닌 로봇 자동화 생산 공정에 맞추어 신규자동화 공정을 적용하여 원재료 투입에서 출하공정까지 연계된 전체 자동화 라인을 구축하기 위한 1단계로써 스마트공장 구현으로 생산효율과 품질관리를 향상시킨다는 계획이다.

▲ 로봇자동화 생산공정의 레이아웃

2019년 로봇활용 제조혁신 지원사업의 수혜를 통해 2019년 말까지 시스템 구축을 통한 로봇자동화를 구축하게 되었다. 그간 수작업에 의존한 프린팅공정으로 인한 납기일 맞추는데 많은 어려움을 이번 기회를 통하여 해소할 수 있는 기회를 갖게 되었다.

추진 과정에서 어려운 점

원단 프린팅 공정은 원단에 잉크 및 엠보가공을 통한 프린팅을 하는 과정으로써 그동안 사람의 수작업에 의한 원단투입-정위치-프린팅-원단배출 공정을 진행하였는데, 무엇보다 프린팅 소재가 섬유재질로써 단순한 로봇 피킹으로는 기존 이송작업에 어려움이 많았다.

▲섬유 이송을 위한 시제작 테스트

하지만, 이러한 섬유재질 원단의 공극(밀도)과 흡입장치 노즐간의 상관관계를 트리즈 기반의 문제해결과 시작품 제작으로 테스트를 수행함으로써 가능성을 검증하게 되었다. 핵심 이송기술에 대한 사전 시제작을 통한 테스트 및 기술적용 검토를 완료하고, 원단 공급 카세트의 픽킹 및 슬라이딩 이송하는 동작을 구현하는데 많은 시간과 노력이 필요하였다. CMA글로벌에서 생산하는 초극세사 제조공정에 대한 공정진단과 작업 효율화 향상을 위한 심레스(seamless) 공정 및 자동화 도입으로 매출향상을 목표로 하고 있으며 장기적인 스마트팩토리 구축 도입 방향은 아래와 같이 추진하기로 했다.

향후 자동화 계획

CMA글로벌에서 생산하는 초극세사 제조공정에 대한 공정진단과 작업 효율화 향상을 위한 심레스(seamless) 공정 및 자동화 도입으로 매출 향상을 목표로 하고 있으며 장기적인 스마트팩토리 구축 도입 방향은 아래와 같이 추진할 계획이다.

▲ 향후 로봇 자동화 계획

로봇 엔지니어링 컨설팅 사업에 대한 제언

현재 ㈜CMA글로벌은 초극세사 제조 및 관련 상품을 다품종 소량으로 생산하는 국내 유일의 섬유제조 공정에 로봇 자동화를 도입하는 첫 사례가 될 것이며, 이번 로봇 활용 제조공정 혁신을 통하여 타 공정에도 로봇 자동화를 도입하기 위한 장기계획을 추진함으로써 향후 스마트팩토리 생산시스템 체제로 변화하는 중요한 첫 단계이다.

▲ 개선 방안

한국생산기술연구원에서 지원하는 로봇엔지니어링 컨설팅 사업을 통하여 기존 중소기업들의 3D 작업 및 공정을 개선하였다. 기업의 애로 기술적 문제해결 뿐만 아니라 로봇도입을 통한 로봇도입 타당성 검토를 기반으로 생산성 향상도 기대할 수 있을 것이다.

중소기업이 요구하는 공정개선 및 로봇도입 애로의 다양성과 복합성을 고려해 볼 때, 장기적으로 지원기관들 간의 컨소시움이 구성되어 로봇도입 이후의 로봇 안전 및 사후관리를 통한 풀 체인 시스템 관리가 가능할 수 있는 시스템적인 지원이 요구된다. 그리고, 무엇보다도 이러한 로봇을 사용한 기계 시스템의 도입 제안·설계·구축 등을 실시하는 로봇 시스템 통합이라는 기업(로봇 SIer)의 확산은 로봇 도입을 촉진하는데 중요한 존재이다.