한국섬유기계융합연구원(원장 성하경) 기계로봇연구센터(센터장 이재용)는 한국로봇산업진흥원의 '2021년 지능형로봇 보급 및 확산사업’의 일환으로 4개의 섬유산업 공정모델을 대상으로 9개 기업에서 제조로봇을 실증했다고 밝혔다.

9개의 섬유기업은 삼환염공, 시마, 대방, 대영합섬, 삼우텍스텍, 삼덕섬유, 유진한일합섬, 유일코퍼레이션, 코리아 마스크 등이다. 구체적인 실증 사례는 다음과 같다.

사례 ① 유진한일합섬(도입기업) – 테크원코리아(공급기업)

경남 의령에 위치한 유진한일합섬(이인수 대표)은 아크릴 섬유를 최초로 생산하기 시작하였으며 스판본드 부직포 및 특수사의 개발생산 등 대표적인 합섬전문업체이다. 부직포 롤 포장 및 이송 공정은 부직포 비닐 포장 → 사이드 테이핑 → 이송 → 적재의 순서로 진행되며, 유진한일합섬에서는 부직포 이송, 적재 공정에 보빈 이송/적재 공정(2020년 개발 공정모델)을 도입하였다.

▲ AS IS : 유진한일합섬

공급기업 테크원코리아(대표 이시진)는 롤 실링 및 이송공정을 6축 다관절 로봇과 여러 자동화 보조 장치를 활용한 자동화 시스템을 구축했다. 또한, 부직포 롤 포장 자동화 장치 및 십자가 모양의 테이핑이 가능한 롤 테이핑기를 개발하였다. 이후, 포장이 완료된 2~80kg 부직포 이송 및 적재 작업을 로봇이 수행하도록 시스템을 구성하였다.

▲ TO BE : 유진한일합섬

부직포 롤 이송/적재 시스템에는 가반하중 200kg(현대로보틱스, HS200L)의 산업용 로봇이 1대 적용되었으며, 전용 그리퍼를 이용하여 부직포 롤을 이송 및 적재한다. 달성 성과로 인적 실수 및 다양한 요인에 의해 발생하는 불량이 0.25%에서 0.124%로 감소해 50.4%의 불량률 감소를 보였다. 또한, 롤 밀림현상이 해결되어 1일 생산량이 12.5회/hr에서 15.1회/hr로 증가하여 생산성이 20.8% 향상되었다.

제조로봇 실증사업을 마치며 유진한일합섬 정용식 상무는 “로봇의 도입으로 작업자가 근골격계 산업재해로부터 벗어나게 되어 피로도가 줄고 작업 효율이 상승되었다”고 평가하며 긍정적인 소감을 말했다.

사례 ② 유일코퍼레이션(도입기업) – 제팩(공급기업)

경북 성주군에 위치한 유일코퍼레이션(대표 이인숙)은 홈인테리어용 원단 생산 전문 업체이다. 보빈 이송 및 적재 공정은 보빈이송 → 보빈적재 → 스티로폼 제거 순으로 이루어지며, 유일코퍼레이션은 보빈 이적재 작업에 보빈 이송/적재 공정(2020년 개발 공정모델)을 도입하였다.

▲ AS IS : 유일코퍼레이션

공급기업 제팩(대표 이준제)은 협동로봇을 활용하여 보빈을 픽킹하여 크릴의 알맞은 위치에 보빈을 적재하고, 한 층의 모든 보빈이 이송 완료되면 그리퍼를 교체하여 스티로폼 패드를 제거하는 작업을 반복적으로 수행하도록 보빈 이송/적재 시스템을 구성하였다. 해당 공정에서 보빈은 비닐에 실링 되어 있어 비전 장비를 통한 픽킹점의 인식이 어려웠지만, 보빈의 상부 내경을 픽킹 포인트로 설정함으로써 비전 장비 없이도 보빈의 이송 및 적재가 가능하게 했다.

▲ TO BE : 유일코퍼레이션

보빈 이송/적재 시스템은 원사 보빈 팔레트와 크릴을 고정할 수 있는 스테이션, 팔레트 라벨러, 가반하중 20kg의 6축 다관절 협동로봇(두산로보틱스, H2017) 1대, 그리퍼를 교체하기 위한 툴 체인저 등으로 구성되어있다.

달성 성과로 작업자의 실수로 보빈이 크릴 봉에 부딪히거나 손에서 놓쳐 발생하는 오염 또는 손상 등의 불량이 10%에서 7.7%로 줄어 23%의 불량률 감소를 보여주었다. 또한, 인건비 절감을 통해 원가를 월 700만원에서 월 350만원으로 50% 감소시켜 가격 경쟁력을 얻었다.

유일코퍼레이션 류준상 이사는 “로봇 투입을 통해 인력을 줄이고 근로환경의 개선이 있어 근로자들의 만족도가 높아졌다”고 말했다.

사례 ③ 시마(도입기업) – 포원시스템(공급기업)

경북 영천시에 위치한 시마(대표 김지미)는 복합방적사 및 아라미드와 같은 특수섬유를 수요처의 요구에 따라 생산하는 업체이다. 시마에서 수행하는 목관 교체 공정은 목관제거 → 목관적재 → 새 목관 장착 순으로 진행되며, 시마는 목관 이송/교체 공정에 보빈 이송/적재 공정(2020년 개발 공정모델)을 도입하였다.

▲ AS IS : 시마

공급기업 포원시스템(대표 권오대)은 인력의 고령화로 인한 작업성 저하 및 과로의 문제를 해결하고자 레일과 6축 다관절 로봇을 이용한 목관 자동 교체 시스템을 시마에 도입하였다. 정방작업 완료 후 목관을 완제품 적재부로 이송/적재하고, 새 목관을 정방기에 투입하는 작업을 반복적으로 수행한다. 정방기는 약 20m이며 216개의 목관이 장착된 장거리의 작업 경로를 가지고 있으므로 로봇이 작업하기 용이하게 하도록 레일을 설치했다. 이 레일을 따라 6축 다관절 로봇이 이동하면서 작업하는 7축 제어시스템을 구축했다.

▲ TO BE : 시마

목관 이송/적재 시스템은 가반하중 20kg의 6축 다관절 로봇(현대로보틱스, HH020) 1대 및 그리퍼, 투입 목관 대차, 완제품 대차, 로봇 이송 레일 등으로 구성되어 있다. 목관 파지용 그리퍼는 4개의 목관을 동시에 교체가 가능하도록 자체 개발했다.

달성 성과로 1일 생산량이 7020kg에서 8757kg으로 증가하여 생산성이 24% 향상되었고, 제품의 원가는 월 1500만원에서 월 750만원으로 감소하여 원가를 50%가량 절감하는 효과를 얻었다.

시마 김지미 대표는 “제조로봇 도입을 통하여 3교대의 작업을 1명이 수행 가능하게 되었으며 기존 인력의 효율적인 업무 배치를 통해 근무만족도가 향상되었다”고 설명하면서 로봇 도입에 대한 긍정적인 반응을 보였다.

사례 ④ 삼환염공(도입기업) - 포원시스템(공급기업)

대구광역시에 위치한 삼환염공(대표 안훈주)은 나일론 및 폴리에스터 직물의 염색, 가공 및 코팅을 전문으로 생산하는 업체이다. 일반적인 염색공정은 염료 준비 → 염료 이송 → 염료 투입 순으로 진행되며, 삼환염공은 염료이송 및 투입 작업에 용액 공급/투입공정(2020년 개발 공정모델)을 도입하였다.

▲ AS IS : 삼환염공

공급기업 포원시스템(대표 권오대)은 작업자의 노동력을 중심으로 이루어진 공정에 다관절 로봇을 도입하여 용기 투입부터 거치, 로딩 및 배출까지의 전 과정을 자동화 시켰다. 계량된 염료는 용액 공급/투입 시스템의 컨베이어를 통해 투입부로 이송된다. 이송된 용기는 센서를 통해 인식되고, 자체 개발한 전용 그리퍼로 파지 후 거치대에 거치된다. 이송을 위해 호출된 로봇은 염료를 용해기로 이송 및 투입하며, 작업 완료 후 빈 용기는 컨베이어를 통해 배출되고 작업이 마무리된다.

용액 공급/투입 시스템은 가반하중 220kg의 6축 다관절 로봇(현대로보틱스, HS220)이 1대 적용되었으며, 이 시스템을 이용하면 최대 30개의 염료용기를 거치부에 저장할 수 있다.

▲ TO BE : 삼환염공

달성 성과로 1일 생산량은 4만 3760개에서 6만 9310개로 증가하여 생산성이 58.3% 향상되었고, 불량은 5%에서 1.4%로 감소하여 도입 전 대비 불량률이 72% 감소하였다.

삼환염공 안훈주 대표는 “고령의 노동자들에게 고중량의 염료이송을 통해 생기는 근골격계 질환 및 염료비산을 통한 호흡기 질환 등의 문제점을 실증사업의 로봇시스템을 통하여 작업자의 노동환경 개선에 탁월한 효과를 가져왔고 쾌적한 작업환경 구축에 큰 도움이 되었다”고 말하며 기대를 나타냈다.

사례 ⑤ 코리아마스크(도입기업) – 로엔(공급기업)

경기도 파주시에 위치한 코리아마스크(대표 안현)는 일상의 유해 물질로부터 사람을 보호하는 보건/방역 마스크 개발 및 생산업체이다. 마스크 포장 공정은 마스크 파우치 이송 및 실링 → 파우치 카운팅 → 박스 포장 → 컨베이어벨트 이송 순으로 진행되며, 코리아마스크는 마스크를 이송하여 포장하는 공정에 제품 포장 공정(2020년 개발 공정모델)을 도입하였다.

▲ AS IS : 코리아 마스크

공급기업 로엔(대표 김상락)은 수작업으로 이루어지는 마스크 파우치 카운팅 및 박스 내 인케이싱 공정에서 작업자의 숙련도 차이와 실수로 인해 발생하는 불안정성을 해결하고자 6축 다관절 로봇을 이용한 자동화 시스템을 코리아마스크에 도입했다. 해당 시스템은 2열로 이송되는 마스크 파우치를 50개씩 카운팅 하여 매거진에 적재 후 50개의 마스크를 로봇이 클램핑하여 미리 공급된 종이박스에 인케이싱 한다. 인케이싱 작업이 완료된 박스는 이송 컨베이어를 통해 중량선별기로 이동하여 검수 후 중량이 맞는 제품만을 최종적으로 배출한다.

▲ TO BE : 코리아마스크

마스크 포장 시스템은 제품을 이송하는 이송 컨베이어, 제품 수량을 카운팅 하여 적재하는 파우치 매거진, 박스 이송 및 박스 오프너라인 그리고 가반하중 20kg의 6축 다관절 로봇(현대로보틱스, HH020) 1대로 구성되어있다.

달성 성과로 작업자의 카운팅 실수로 발생하는 공정 불량은 3%에서 0.5%로 줄어 불량률이 83.3% 감소했다. 또한, 작업자의 숙련도 편차에 의한 생산량 불균형이 제거되어 1일 생산 데이터의 확보 및 생산량이 1040개에서 1215개로 증가하여 생산성이 16.8% 향상되는 결과를 가져왔다.

코리아마스크 안현 대표는 “생산량 데이터의 확보에 따라 계획 및 일정을 수립할 수 있게 되었으며, 수량 오류에 의한 고객 클레임이 제거되었다”고 말했다.

사례 ⑥ 대방(도입기업) - 대동정공(공급기업)

경남 양산에 위치한 대방(대표 김명선)은 열가소성 핫멜트(hot melt) 및 습기 경화형 hot melt로 자동차 내장재 및 산업용 자재를 생산 공급하는 업체이다. 가죽 접착 공정은 표면 코팅기에 스펀지를 투입 → 코팅 된 스펀지 수거 → 가죽 이송 및 접착의 순서로 진행되며, 대방은 스펀지와 가죽을 이송하고 접착하는 공정에 제품 픽업 이송(2021년 개발 공정모델)과 가죽 이적재 공정(2019년 개발 공정모델)을 도입하였다.

▲ AS IS : 대방

공급기업 대동정공(대표 이상환)은 소재공급 지그, 6축 다관절 로봇 및 비전 검사 직교로봇 유닛을 이용하여 가죽 이적재 및 접착 자동화 시스템을 구축했다. 수작업 스펀지 투입 공정에 소재공급 지그 및 6축 다관절 로봇을 이용하여 소재가 자동으로 공급되고 이송되도록 하고, 접착공정에는 비전 검사 직교로봇 유닛을 이용하여 소재 간 좌우 편차를 3mm 이내로 자동 보정하여 6축 다관절 로봇이 가죽을 픽업하여 코팅된 스펀지에 접착하도록 구현했다. 완성된 결과물에 큰 불량을 일으키는 요소로는 소재 적재 시 발생하는 처짐 및 꼬임현상이 있었으며, 이에 대동정공은 비전 얼라인 장치에 대용량 에어블로워를 설치하여 소재가 지그에 정확히 밀착하여 비전검사가 이루어지도록 했다.

▲ TO BE : 대방

공정별로 가죽 이적재 시스템은 가반하중 20kg(현대로보틱스, HH020)의 6축 다관절 로봇 1대와 가반하중 8kg(LS메카피온, MS200-1250)의 직교로봇 1대, 스펀지 제품 입고 지그, 제품 이송 컨베이어로 구성되어 있고, 제품 픽업 이송 시스템은 가반하중 20kg(현대로보틱스, HH020)의 6축 다관절 로봇 1대와 가반하중 8kg(LS메카피온, MS200-1250)의 직교로봇 1대, 제품 배출 컨베이어로 구성되어 있다.

달성 성과로 작업자가 접착을 위해 장시간 같은 자세를 유지함에 따라 발생하는 근골격계 질환 발생을 예방할 수 있게 되었고, 1일 생산량은 1인 기준 1.04개/min에서 6개/min으로 증가하여 생산성이 477% 향상되었고, 불량 또한 3%에서 0.82%로 감소하여 불량률이 72.6% 감소했다.

대방 강성원 이사는 “작업자의 노동 강도 감소, 불량률 최소화, 일정량의 제품 생산을 통해 품질관리에 집중할 수 있어 고객사의 신뢰도가 향상될 것으로 기대된다”고 하면서 실증사업에 대해 긍정적인 기대를 가지고 말했다.

사례 ⑦ 대영합섬, 삼덕섬유, 삼우텍스텍(도입기업) – 하이젠모터(공급기업)

대영합섬(대표 이민수), 삼우텍스텍(대표 박철우), 삼덕섬유(대표 최만식 대표)는 폴리에스터 복합사를 고객 맞춤 가공방식으로 생산하는 업체이다. 일반적으로 원사 가공 후 원사 이송 → 원사 비닐 포장 → 원사 적재 → 원사 팔레트 래핑 포장 → 포장 완료 원사 배출의 순으로 진행되며, 위 3개 기업은 이송/비닐 포장/적재 및 래핑 포장/배출에 제품 픽업 이송(2020년 개발 공정모델)과 제품 포장 공정(2020년 개발 공정모델)을 도입하였다.

▲ AS IS : 대영합섬/삼우텍스텍/삼덕섬유

공급기업 하이젠모터(대표 김재학)는 6축 다관절 로봇과 주변 장비들로 원스톱 라인을 구현했다. 제품 픽업 이송 라인에 원사 개별 무게 측정 장치와 개별 비닐 포장 장치를 개발 및 설치하여 무게 오측정과 비닐 포장 실수 불량을 줄였고, 제품 포장 라인에 멀티 그리퍼를 개발하여 다수의 원사를 한 번에 그리핑이 가능하게 하였다.

공정별로 원사 픽업 이송 시스템에 가반하중 20kg의 6축 다관절 로봇(현대로보틱스, HH020) 2대와 주변장치, 원사 포장 시스템에 가반하중 220kg의 6축 다관절 로봇(현대로보틱스, HS-220) 1대 및 주변장치를 도입했다. 원스톱 라인 도입으로 원사 투입, 품질검사(중량), 적재, 포장 및 배출 작업을 모두 자동화했다.

▲ TO BE : 대영합섬/삼우텍스텍/삼덕섬유

달성 성과로 대영합섬의 생산량은 23만 1314kg/월에서 28만 9154kg/월로 증가하여 생산성이 25% 향상되었다. 또한 원가가 7463만원에서 4975만 3000원으로 줄어들어 33.3% 원가가 절감되었다.

삼덕섬유의 생산량은 29만 1902kg/월에서 34만 3636kg/월로 증가하여 17.72% 생산성이 상승했다. 또한 불량이 0.5%에서 0.4% 미만으로 줄어 불량률이 20% 감소했다.

삼우텍스텍은 생산량이 259ton/월에서 320ton/월로 증가하여 22.4%의 생산성이 상승했다. 원가는 7463만원에서 4975만 3000원으로 33%의 원가가 절감되었으며 더불어 고객 납기 준수율이 기존보다 15.4% 증가하여 97%의 상승률을 보였다.

대영합섬 문영주 소장은 “제조 로봇의 도입으로 근로환경 개선과 인력 재배치를 통하여 제품의 원가절감이 있어 가격경쟁력이 강화되었다”라고 말하며 섬유산업의 첨단화에 한발 더 나아가는 계기가 되었다고 평가했다.

삼덕섬유 최만식 대표는 “수작업을 로봇으로 대체하여 근로자들의 노동 강도가 줄고, 생산성이 향상 되었다. 무엇보다도 품질관리 향상으로 인한 기업 이미지 상승효과가 있어 인재 채용의 한계를 해결하는데 큰 도움이 되었다”라고 말했다.

삼우텍스텍 박철우 대표는 “기존의 노동집약적인 작업을 로봇이 대체함으로써 노동 강도 감소, 근로 환경개선, 원가 절감을 할 수 있었다. 또한 인력 재배치와 체계적인 관리로 인하여 품질이 향상되어 가격 경쟁력이 강화되었다”라고 말했다.

[공정모델 소개]

보빈 이송/적재 공정

보빈 이송/적재 공정은 보빈 장착의 준비 공정으로 반복적으로 작업자가 개별 포장된 보빈의 비닐을 해체 및 이송 대차에 투입하는 공정이다. 수작업의 문제점으로 작업시간 내내 제품에 대한 포장과 반복적인 적재로 인해 작업자가 근골격계 산업재해 노출을 들 수 있다. 또한 고강도 반복 작업으로 인해 작업 효율 저하 및 인적 실수로 인한 불량률 상승이 일어난다.

▲ 보빈 이송/적재 공정

▲ 보빈 이송/적재 공정 테스트베드

용액 공급/투입 공정

용액 공급/투입 공정은 날염 공정에서 염료 소모 후 추가 공급을 위해 작업자가 염료 통에서 일정량의 염료를 들어 날염기에 공급하는 단순 반복 공정이다. 수작업의 문제점으로 고령의 작업자가 20~30kg의 염료를 직접 반복적으로 이송하면서 근골격계 질환 및 염료 비산에 의한 호흡기 질환을 들 수 있다. 또한 염료 작업의 자동화 수준이 낮아 청년 인력이 기피하는 경향이 있어, 신규 인력의 유입이 부족한 상황이다.

▲ 용액 공급/투입 공정

▲ 용액 공급/투입 공정 테스트베드

제품 픽업 이송 공정

제품 픽업 이송 공정은 소포장(패키징) 된 섬유제품을 밴드 실러와 같은 전용기에 이송하는 공정이다. 수작업의 문제점으로 작업자가 목과 허리를 숙여 같은 자세로 작업하여 근골격계 질환이 유발 및 접착제 오염으로 인한 불량률 상승을 들 수 있다. 또한 장시간 작업으로 인해 근로자의 컨디션이 저하되어 생산성 감소로 이어진다.

▲ 제품 픽업 이송 공정

▲ 제품 픽업 이송 공정 테스트베드

제품 포장 공정

제품 포장 공정은 소포장(패키징) 된 섬유제품을 작업자가 소형 박스에 공급하여 포장하는 공정이다. 수작업의 문제점으로 박스에 가공품을 넣어 포장하는 반복적인 공정으로 인해 근무자의 피로도 상승과 근골격계 질환 발생을 들 수 있다. 또한 육안 판정에 의한 제품 관리로 인한 균일 품질 관리 및 효율성 저하의 우려가 있다.

▲ 제품 포장 공정

▲ 제품 포장 공정 테스트베드