제조로봇 표준공정 소개

국제로봇연맹 발표에 따르면 우리나라는 근로자 1만명 당 산업용 로봇 설치대수를 의미하는 로봇밀도가 지난 2019년 기준 868대로 싱가포르(918대)에 이어 세계 2위지만, 주로 자동차, 전기전자 분야에 편중되어 있어, 근무환경이 열악한 뿌리산업 등으로 로봇활용 확산이 요구돼 왔다.

이에 따라 산업통상자원부는 로봇활용이 가능한 이송·적재, 탈착 등 6개 공정에 대해서 뿌리·섬유·식음료 등 로봇활용이 미흡한 업종들을 중심으로 적용가능성을 검토한 결과 우선적으로 로봇도입이 필요한 108개의 공정을 선별하였고, 2019년부터 한국생산기술연구원, 한국기계연구원, 전자부품연구원, 한국자동차연구원, 한국섬유기계융합연구원, 한국식품연구원 등 6개 연구기관과 업종별·공정별 표준공정모델을 개발해 왔다. 산업부는 2023년까지 순차적으로 108개의 로봇활용 표준공정모델을 개발할 계획이며, 2019년 14개를 시작으로 2020년 23개를 개발하였다. 표준공정모델의 적용대상이 되는 공정은 단순반복 업무, 안전사고 노출업무, 근골격계 질환유발 업무 등 주로 작업자들이 기피하는 공정으로서 로봇을 활용하는 경우 공정시간을 단축하여 생산성을 높이고, 노동강도를 감소시키거나 근로환경을 개선하는 효과가 있을 것으로 기대된다.

2020년 개발 완료된 제조로봇 활용 표준공정모델은 23종이다. 분야별로 살펴보면 ▲기계분야(한국기계연구원)에 공기조화장치 전장 투입, 기체여과기 볼팅 조립, 알루미늄 다이케스팅 취출, 냉각 및 트리밍, 이송 및 프레스, ▲금속/플라스틱 분야(한국생산기술연구원)는 머신텐딩, 아크용접(이동형), 후처리 가공, 아크용접(고정형), 도금 및 도장 전처리, ▲자동차 분야(한국자동차연구원)에서는 브레이크 패드 마찰제 열성형 공정, 브레이크 패드 이동형 검사공정, 브레이크 패드 백플레이트 검사공정, 브레이크 패드 백플레이트 세척공정, ▲전기전자분야(한국전자기술연구원)에서는 경성 인쇄회로기판 검사(AOI), 인쇄회로기판 적재(포장), 경성 인쇄회로기판 후가공(표면처리), ▲식음료분야(한국식품연구원)에서는 김치 이적재(투입), 김치 탈착(심제거 및 세절), 양념혼합, 시험검사 후팔레타이징, ▲섬유분야(한국섬유기계융합연구원)에서는 원사 보빈 이송/적재,섬유제품 염색 용액 공급/투입, 제품 픽업 이송, 제품 포장 등의 공정이다.

이번 로보월드 기간에 이 중 9개 모델에 대한 테스트베드 공정을 제조로봇 활용 표준공정모델 공동홍보관에서 직접 만나 볼 수 있다. 공동홍보관에는 업종별 로봇시스템이 도입된 ’공정모델 팩토리‘로 구성하여 현장감을 재현한다.

9개 모델은 ▲한국자동차연구원 브레이크 패드 마찰재 열성형 공정 1종 ▲한국기계연구원 기체 여과기 볼팅 조립 공정, 공기조화장치 전장 투입 공정 2종 ▲한국생산기술연구원 아크용접 공정, 후처리 가공 공정 2종 ▲한국전자기술연구원 전자부품 실장기판제조 검사공정 1종 ▲한국식품연구원 김치 이적재 투입 공정, 김치 양념혼합 공정 2종 ▲한국섬유기계융합연구원 원사 보빈 이송/적재 공정 1종 등이다.

▲ 한국자동차연구원 브레이크패드 마찰재 열성형 공정

한국자동차연구원 자동차 부품 브레이크 패드 마찰재 열성형공정은 주요공정으로 이형재 도포▶계량▶마찰재 투입▶백플레이트 안착▶열성형▶취출 단계로 열성형기 1대당 1명의 인력이 수작업으로 진행해 왔으나 표준 모델을 개발하면서 마찰재 계량기 개발을 통한 자동 계량▶겐츄리시스템을 적용한 마찰재 금형에 투입▶로봇을 이용해 백플레이트 개별안착▶열성형▶취출로 개선하였다. 마찰재 분진 및 고온 환경 등 열악한 작업환경으로 국내 인력들은 기피하는 공정이어서 외국인 근로자들을 투입했으나 코로나로 인해 인력 수급 문제가 발생하였으나 열기와 유해물질에 대한 작업환경 개선, 분진 환경 해소, 로봇 도입으로 인력 투입이 열성형기 1대당 0.5명으로 50% 감소하였다.

▲ 한국기계연구원 공기조화장치 전장 투입공정

한국기계연구원 기체 여과기 볼팅 조립 공정은 주요 공정이 진동보정▶자재투입▶절곡▶클린칭▶조립▶검사▶포장 단계로 진행해 오던 것을 표준 모델을 개발하면서 컨베이어시스템을 통한 케이스 공급▶가반하중 10kg 협동로봇을 이용한 비전 활용 벨마우스 장착▶안전망 장착▶10kg 협동로봇 2대 볼팅작업순으로 개선하였다. 표준공정 도입전에는 작업자의 숙련도에 따라 작업시간이 변동되었고 벨마우스를 중심에 정렬시키기가 어려웠으나 비전기술과 로봇활용 공정자동화로 이러한 문제들을 해결해 생산성 향상 및 품질 향상에 기여했다.

또한 단순 반복작업 대체를 통한 노동 환경 개선으로 근로자의 작업 만족도가 향상되었고 표준화를 통해 비용을 절감할 수 있었다. 한국기계연구원 공기조화장치 전장 투입 공정은 주요 공정이 커버 투입▶서브보드 장착▶조립▶접지선 배선▶검사▶포장 단계였으나 표준공정모델 개선을 통해 가반하중 10kg의 협동로봇에 케이스 파지용 그리퍼를 장착해 케이스 투입 공정에 자동화 실현▶부품 투입, 조립라인에 가반하중 10kg 협동로봇을 투입해 메인 PCB와 서브 PCB 자동화 및 서브 PCB 조립장치 구현▶컨베이어벨트 이송장치를 통한 제품 이송 순으로 개선하였다. 로봇활용 공정자동화로 생산성 향상 및 품질 향상에 기여했고 단순 반복작업 대체를 통한 노동 환경 개선, 표준화를 통해 비용을 절감할 수 있었다.

▲ 한국생산기술연구원 아크용접 공정

한국생산기술연구원 아크용접 공정은 주요 공정이 피용접물 이송▶취부▶아크용접▶검사▶출하 단계였으나 표준모델에서는 피용접물 이송 및 취부▶아크용접▶검사▶출하 순으로 이송, 취부, 아크용접, 취출 공정에 용접 로봇을 도입해 공정을 개선하였다. 도입전에는 아크용접 수작업에 따른 낮은 생산성과인력 수급 및 인건비 증가 우려, 이송, 취부, 용접 수작업으로 작업자 피로 및근골격계 질환을 호소했으나 용접 로봇 도입 후 공정 시간 단축 및 품질 균일화, 생산성 향상 및 생산단가 절감 효과를 거두었다.

한국생산기술연구원 후처리 가공 공정은 주요 공정이 소형 부품 투입▶로봇 후가공(디버링,사상)▶부품 취출 순으로 모두 사람이 투입되어 공정 작업을 진행했으나 표준 모델에서는 단위공정마다 다관절 로봇 2대를 활용해 부품 투입▶로봇 후가공(디버링,트리밍,사상)▶부품 취출로 개선하였다. 로봇 자동화를 통해 작업시간을 단축하고 고중량물 투입, 취출로 낙하사고 발생 가능성이 있었으나 로봇을 이용함으로서 작업자 안전사고를 예방할 수 있게 되었다.

▲ 한국전자기술연구원 실장기판제조 검사공정

한국전자기술연구원 전자부품 실장기판제조 검사공정 주요 공정은 투입→부품삽입→자동 솔더링→코팅재 도포→검사→출하 순이었으나 표준모델에서는 제품 투입→검사→제품 취출로 단순화하였다. 기존에는 제품 투입과 취출은 수동으로 사람이 작업하였으나 가반하중 7kg 6축 다관절 로봇 1대를 도입해 제품 투입과 취출 완전 자동화를 통한 불량률 감소, 비용절감, 단순 반복작업 환경 개선 등의 효과를 거두었다.

▲ 한국식품연구원 김치 이적재 투입 공정

한국식품연구원 김치 이적재 투입 공정 주요 공정은 배추투입▶배추쏟기(수작업)▶정선(수작업)▶심제거(수작업)▶절단▶절임(수작업)▶세척,헹굼▶탈수(비연속식)▶양념혼합▶계량/포장(수작업)▶적재▶출하 순이었으나 표준모델에서는 원료 투입▶절단▶절임▶세척▶선별작업▶탈수▶양념혼합▶검사▶충진 및 포장▶적재▶출고 순으로 개선하였다. 수동 작업에 따른 노동 강도가 높았으나적재물품을 컨베이어로 이송하면서 작업환경 개선 및 근골격계 질환 발생 위험요소가 해소되었다. 생산 물량에 따라 투입량 조정 및 시간당 투입물량을 일정선으로 유지하면서 생산성도 향상되었다.

한국식품연구원 김치 양념혼합 공정은 배추투입▶배추쏟기(수작업)▶정선(수작업)▶심제거(수작업)▶절단▶절임(수작업)▶세척,헹굼▶탈수(비연속식)▶양념혼합▶계량/포장(수작업)▶적재▶출하 순이었으나 표준모델에서는 원료 투입▶절단▶절임▶세척▶선별작업▶탈수▶양념혼합▶검사▶충진 및 포장▶적재▶출고 순으로 개선하였다. 기존 공정에서는 양념 옮기는 작업으로 공정연속성이 감소하고 여러명이 한 양념통을 이용함으로서 오염 요인이 있었으나 자동 양념 보충 설비 개발과 협동로봇이 부착된 모바일 로봇을 도입해 작업환경 개선 및 수동작업 방식의 위험성 제거, 모바일 로봇을 활용한 업무 효율성 제고 및 생산성이 증가하였다.

한국섬유기계융합연구원 보빈 이송/적재 주요 공정은 보빈 이송/적재▶장착▶정경 작업 수행▶탈착▶언로딩▶검사▶포장 순이었으나 표준모델에서는 보빈 이송/적재▶장착▶정경 작업 수행▶탈착▶언로딩▶검사▶포장 순으로 같으나 보빈 이송/적재 공정에 기존 수작업으로 반복 진행되는 중량의 보빈 이송/적재 공정을 로봇이 대체함으로서 작업자의 노동 감도를 저감하였고 로봇 도입을 통한 인력난을 해결하였다.

한국로봇산업진흥원은 로보월드 기간에 2020년 표준공정모델 개발 결과물의 공동홍보관 운영을 통해 표준공정모델 데모 시연 및 수요-공급 매칭상담회를 실시해 제조로봇 실증사업 이해도를 높이고 공정모델 확산에 기여한다는 계획이다.

제조로봇 전국투어 종합 설명회

진흥원은 또한 로보월드 기간에 제조로봇 수요기업 및 로봇제조사/SI기업을 대상으로 로봇활용에 대한 이해도를 높이고 로봇 도입을 촉진하기 위해 제조로봇 종합 설명회를 10월 29일 오후 1시부터 전시장 내 메인 이벤트 무대에서개최한다. 설명회에서는 정부지원 사업 소개 (제조로봇 선도보급 실증사업 등) , 기계, 금속플라스틱, 바이오화학, 섬유, 식음료, 자동차, 전기전자, 조선, 항공 등 업종별 공정모델 개발 현황 및 계획에 대한 소개와 2020년 제조로봇 선도보급 실증사업 우수사례 발표가 열린다.