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
⑥ 한국섬유기계융합연구원

▲ 공정모델 개념

한국자동차연구원은 108개의 공정 중 자동차 부품 분야에서 ‘포장공정’, ‘조립공정’, ‘메인(main)조립공정’, ‘서브(sub)조립공정’ 등 총 4가지 공정사업을 수행할 계획이다.

연구원은 이미 지난해 속업쇼바제조업을 대상으로, 4가지 공정개발을 완료한 바 있다.

속업쇼바제조과정에서 ‘용접공정’은 불꽃, 열 등으로 작업환경이 위험했고, 수작업 공정과 자동화 공정 간의 언밸런스로 인해 로봇 비가동 시간이 발생했었다. 따라서 로봇을 도입하면 용접 준비시간 단축 및 작업자의 노동강도 감소, 근로환경 개선이 가능할 것으로 기대된다. 다만 안전을 위해 로봇과 용접지그 주변 고온 및 불꽃 환경을 감안해 설계해야하며, 고온의 중량물을 파지할 수 있는 그리퍼도 설계해야 한다. 총사업비는 3억 9000만원 내외며, 정부출연금은 1억원 이내다.

‘서브부품 조립’은 BVC와 PVC를 조립한 후 로드(Rod)에 압입하는 공정으로, 소형부품 정렬 및 정확한 파지를 요구한다. 기존에는 수작업에 따른 부품누락, 체결불량 등의 생산품질 저하가 발생했으나, 로봇을 도입하면 생산시간을 단축하고 휴먼에러 감속 덕분에 생산성이 향상될 것으로 보인다. 단, 소형부품의 공급 및 정렬 위치 균일화 및 오차 최소화는 물론 BVC, PVC 부속품의 누락 방지를 고려한 지그 및 그리퍼 설계 등을 고려해야 한다. 총사업비는 1억 5000천만원 내외로, 1억원이내다.

‘메인부품 조립’은 실린더, 피스톤삽입, 로드(ROD)부품 압입, 그리스 주입 공정이 일괄적 연결 생산하는 방식으로, 기존에는 각 전용장비에 인원을 상시 배치해야 했다. 또 제조 연속성을 고려해 생산 사이클 시간을 단축할 필요가 있었다. 이에 연구원은 로봇 자동화로 이 같은 시간을 단축하고 각 전용장비에 중량물을 투입/취출하는 반복 작업을 작업자 대신 로봇을 활용해 노동강도를 해소할 계획이다. 이를 위해선 연결공정 내 병목현상이 없도록 공정타임을 조정해야하며, 실린더 조립의 경우 원형파이프 정위치에 고정하도록 정밀 티칭이 필요하다. 총사업비는 2억5000천만원 내외로, 정부출연금은 1억원 이내다.

‘포장공정’은 지금껏 30kg의 중량물을 수동 적재 및 운반해야 했으며 포장박스 및 내장재의 종류가 다양해 중량물 적재 및 포장시간 단축 등이 필요했다. 로봇을 도입하면 작업환경 개선(근골격계 질환 예방), 공정 병목현상 해소로 생산성이 향상될 것으로 기대되고 있다. 단, 박스 및 팔레트 사이즈 자동인식 및 자동 적재 프로그램을 적용해야하고 밴딩기, 봉합기, 랩핑기 등의 연동을 고려해야한다. 총사업비는 2억9000천만원 내외며, 정부출연금은 1억원 이내다.

▲ 2020년 제조로봇 보급 및 실증내용

한국자동차연구원은 올해 자동차 분야 로봇 도입을 희망하고 있는 12개의 수요기업, 18개 공정을 대상으로 제조로봇 보급 및 실증을 추진할 계획이며, 현재 조립공정, 포장공정, 용접공정을 활용할 수 있는 수요기업 매칭을 완료한 상황이다.

▲ 개발대상 품목

연구원은 앞으로 개발기술의 활용성 제고 및 유연한 보급 확대가 가능하도록 차종과 상관없이 적용되는 안전관련 핵심공정에 대한 공정모델을 개발할 계획이다. 올해 브레이크 패드를 시작으로 오는 2023년까지 자동차 시트, 시트벨트, 에어백, 램프, 범퍼 등 16가지 부품에 대한 공정모델을 개발할 예정이다.