산업통상자원부는 지난 2019년 발표한 ‘제3차 지능형 로봇 기본계획’에서 근무 환경이 열악한 섬유·뿌리·식품 등 3대 제조업을 중심으로 제조로봇 보급 확산 계획을 발표했다. 이 계획에 따라 산업통상자원부는 섬유산업 등 3대 제조업을 중심으로 로봇 도입이 필요한 108개 공정을 우선 선별해 업종별·공정별 공정모델을 개발하고 실증사업을 추진하고 있다.

전 세계적으로 2010년 대 초반까지 제조업용 로봇의 수요처가 자동차, 철강, 전기전자산업까지 발달하였으나, 현재 섬유산업은 인력난을 겪고 있음에도 불구하고 로봇도입 사례를 찾아보기 어렵다.

이에 한국섬유기계융합연구원(원장 성하경, 이하 KOTMI)은 한국로봇산업진흥원(원장 손웅희, 이하 KIRIA)에서 주최하는 ‘제조로봇 선도보급 실증사업’의 총괄주관기관을 맡아 제조로봇 도입 지원컨설팅 및 경제성 분석을 통해 섬유산업 공정모델을 대상으로 제조로봇 도입을 지원키로 하였으며, 2021년 4월까지 KOTMI는 6개 기업을 대상으로 제조로봇 실증을 진행하고 있다. 6개 기업 중 보빈 탈·장착 제조로봇 시스템을 도입한 수요기업인 송월과 티케이케미칼의 적용 사례를 소개한다.

◆공정모델-보빈 탈장착 공정

보빈 탈·장착 작업은 작업자가 중량의 원사 보빈을 반복적으로 크릴에 장착과 탈착하는 작업이다. 수작업의 문제점으로 낙상 사고와 근골격계 질환 발생을 들 수 있다. 또한, 작업자의 숙련도에 따라 작업속도 차이가 크게 발생하며 보빈을 잘못 장착하는 실수로 인해 원단의 전체 불량 문제가 발생하는 등 생산성에 큰 영향을 끼친다.

▲ 보빈 탈·장착 공정

▲ 보빈 탈·장착 공정 시뮬레이션

[섬유산업 제조로봇 실증사례]

사례 ① 송월(도입기업)-주원이앤에스(공급기업)

경남 양산에 위치한 송월(박병대 대표)은 타월 생산의 전 공정을 보유한 유일한 업체로 국내 3곳에서 타월을 생산하고 있다. 타월은 준비 → 제직 → 염색 → 봉제 순으로 제작되며, 제조로봇이 도입된 공정은 준비공정에 해당된다.

▲ ‘송월’공장 내 기존 작업자의 보빈 탈·장착 작업

공급기업 주원이앤에스(김진후 대표)는 송월의 보빈 탈·장착 공정 로봇시스템 구축을 위해 산업용 로봇 2대를 활용하였다. 시스템 구성은 원사 보빈 투입 및 배출 컨베이어, 보빈을 장착하는 크릴, 다관절 로봇으로 구성되어 있으며, 다음과 같은 순서로 작업을 진행한다. 작업자가 원사 보빈을 컨베이어에 공급하면 2대의 로봇이 서로 교차되지 않으면서 컨베이어에 놓인 원사를 4개씩 파지하여 공급 위치로 이송하여 크릴대에 장착하고 빈 지관은 탈착한다. 크릴대 전체의 원사 보빈을 교체할 때까지 탈·장착 작업을 반복한다.

▲ ‘송월’공장 내 제조로봇 도입 후 로봇 자동화 보빈 탈·장착 공정

적용된 다관절 로봇은 가반하중 160kg(현대로보틱스, HS160L)으로 로봇 끝단에 양면 그리퍼를 고안하여 적용하였다. 그리퍼는 보빈 핸들링 최적 공간을 고려한 설계와 장착 시간 최소화를 적용한 디자인이다. 다관절 로봇 2대로 2시간 이내에 800여개의 보빈을 장착 할 수 있다.

제조로봇 실증사업을 통해 구축한 최초 보빈 탈·장착 공정의 로봇도입을 통하여 약 13% 생산성 향상 및 약 8% 불량률 감소 효과를 나타냈다. 송월 전창선 이사는 “여유 인원 활용도 상승과 작업자의 노동강도가 줄었으며, 무엇보다 타월시장 최초 로봇도입으로 섬유산업 부가가치 상승효과가 기대된다”고 말했다.

사례 ② 티케이케미칼(도입기업)-주원이앤에스(공급기업)

티케이케미칼(이상일 대표)은 폴리에스터, 스판덱스 원사를 제조하는 업체이다. 원사는 소재 중합 → 숙성 → 방사 → 선별/포장 순으로 제작되며, 제조로봇 공정모델이 도입된 공정은 선별/포장 공정에 해당된다.

▲ ‘티케이케미칼’공장 내 기존 작업자의 원사 보빈 공급 작업

공급업체 주원이앤에스(김진후 대표)는 티케이케미칼 스판덱스공장에 산업용 로봇을 활용하여 원사 보빈 공급 로봇시스템을 구축했다. 이 시스템은 원사 보빈 대차 투입 및 배출 레일, 원사 보빈 대차, 원사 투입 컨베이어, 다관절 로봇으로 구성되어 있으며, 다음과 같은 순서로 작업을 진행한다. 작업자가 대차를 전용 레일에 투입하면 대차가 자동으로 이동 및 회전하여 다관절 로봇 전면으로 이동한다. 로봇은 비젼으로 보빈의 유무를 인식하고 10개의 보빈을 탈착하여 공급장치로 이송하고 공급장치에서 1개씩 보빈을 컨베이어에 놓아준다. 로봇은 3개의 공급장치에 순차적으로 10개씩 보빈을 공급하고 각 컨베이어를 통해 검사 및 포장라인으로 자동 이송된다.

▲ ‘티케이케미칼’공장 내 제조로봇 도입 후 로봇 자동화 원사 보빈 공급 공정

적용된 다관절 로봇은 가반하중 220kg(현대로보틱스, HS220)으로 끝단에 원사 유무 확인용 비젼과 원사 보빈 핸들링 전용 그리퍼를 고안하여 적용하였다.

제조로봇 실증사업을 통해 제조로봇을 도입하여 약 10% 생산성 향상 및 약 21% 불량률 감소의 성과를 냈다. 티케이케미칼 김오현 공장장은 “지속적인 운용을 통해 안정화를 거쳐 생산성 향상과 작업 만족도 향상 등의 기대효과가 예상된다”고 기대감을 나타냈다.

한편 KOTMI 기계로봇연구센터(이재용 센터장)에서는 2019년 4개의 공정모델(보빈 탈·장착, 원사 시험/검사, 원단 롤 이송, 가죽 이적재) 개발을 시작으로, 현재까지 8개 모델을 개발하였으며, 오는 2023년까지 총 19개 섬유산업 제조로봇 공정모델을 개발할 계획이다. 또한, 섬유산업 로봇 자동화 및 제조로봇 보급 확산을 위하여 2024년까지 섬유산업 공정모델 실증사업을 수행하고 섬유기업을 지원할 계획이다. (자료 제공=KOTMI)