▲ 냉동 버거 포장 공정

스위스 로봇자동화 기업 ABB는 미국 냉동버거 제조기업인 화이트 캐슬(White Castle)이 자사 로봇을 도입해 생산 공정을 간소화하고, 공장 작업자들의 부상 위험을 줄이고 있다며 우수 사례로 소개했다.

패스트 푸드 체인점으로 사업을 시작한 화이트 캐슬은 현재 미국 전역의 소매점에서 냉동 미니 버거(일명 슬라이더)를 판매하고 있다.

▲ 소매점 판매대 중간에 놓인 화이트 캐슬의 냉동 버거

이 냉동버거는 화이트 캐슬이 켄터키주 루이빌에서 운영하고 있는 냉동 식품 공장에서 주로 만들어지고 있다. 이 곳에선 냉동 버거에 들어가는 햄버거 고기들이 통으로 배달되어 작은 조각의 패티로 나누어진다. 패티는 수작업으로 빵의 바닥에 놓여지며, 그 위에 구운 양파와 치즈, 그리고 빵의 윗부분이 얹어진다. 완성된 미니 버거는 두 개씩 비닐 포장된 후 송풍 냉동고로 옮겨진다.

이후 포장된 미니 버거는 3개의 포장라인으로 구성된 컨베이어로 이동한다. 2개의 포장라인에선 일반 소매점용 박스 포장 작업을 진행하고, 1개 라인에선 도매용 박스 포장 작업을 수행한다.

하지만 미니 버거 생산량이 증가함에 따라 일부 공정에서 병목 현상이 나타났다. 특히 일반 소매점용 박스 포장 작업에서 병목 현상이 심했다. 게다가 작업자들은 냉동 제품을 반복적으로 다루면서 스트레스가 쌓였다.

▲비닐에 포장된 냉동 버거를 픽킹하는 로봇

화이트 캐슬은 제조공정의 생산 속도를 높이고, 직원들의 육체적인 스트레스를 줄이기위해 지난 1998년 처음으로 각 라인에 ABB의 ‘IRB 340 플렉스픽커(FlexPicker)’ 로봇을 도입했다. 진공 그리퍼와 정교한 모션 제어 장치를 장착한 IRB 340 로봇은 한번에 6개의 팩을 픽킹한다. 또한 도매용품 포장 라인에 새로 도입된 IRB 360 플렉스픽커는 한 번에 8개의 팩을 픽킹할 수 있다. 1998년 처음으로 도입된 IRB 340 모델은 루이빌 공장에서 지금도 가동 중이라고 한다.

화이트 캐슬은 나중에 2곳의 다른 영역에 로봇 셀을 추가적으로 설치했다. 한 곳은 소매용 상자를 운송상자(shipper cases)로 포장하는 라인이고 또 다른 곳은 운송 상자를 팔레타이징하는 라인이다. 이 독창적인 로봇은 수년 동안 목적을 달성했지만, 지금은 상당히 노후화됐다.

결국 화이트 캐슬은 ABB의 공식적인 시스템 통합업체인 심시스템즈(CIM SYSTEMs)와 협력해 상자 포장과 팔레타이징 영역에 대한 대체 솔루션을 찾기로 했다. 특히 협소한 팔레타이징 영역에 2개의 풀 라인을 설치해야하는 게 도전 과제로 인식됐다. 또한 복잡한 엔드 이펙터 디자인과 로봇 동작을 수용해야 했다.

심시스템즈는 이 문제를 해결하기위해 ABB의 오프라인 프로그래밍 소프트웨어인 '로봇스튜디오(RobotStudio)'를 활용했다. 이를 통해 특수 엔드 이펙터를 포함하는 팔레타이징 셀(Palletizing Cell)을 시뮬레이션 환경에서 구현하고, 최적의 로봇 위치와 동작을 결정했다. 또한 이 소프트웨어를 활용해 병목 현상을 식별하고, 정확한 공간 요구 사항과 사이클 타임을 계산했다.

▲ 화이트 캐슬에 도입된 각종 로봇들(사진=ABB)

로봇스튜디오는 심시스템즈가 모든 변수를 수용하면서 시스템의 성능을 설계하고 증명하는 것을 도왔다. 이 시스템에 사용되는 팔레타이징 로봇은 4축 IRB 660 로봇으로, 3.15m의 작업범위와 180kg의 가반하중을 갖고 있다.

화이트 캐슬이 가장 최근 도입한 자동화 설비는 소매 상자를 12개의 운송 상자로 포장하는 2대의 ‘IRB 1200’ 로봇이다. 2대의 저하중 로봇이 진공 엔드 이펙터를 사용해 한 번에 두 개의 소매 상자를 운송 상자에 집어넣는다.

또한 각 라인에 새로 도입된 5kg 상자 포장 로봇은 효율성이 낮은 기존의 큰 로봇을 대체했다. 이에 따라 종전에 이 공정을 지원했던 작업자들은 보다 보람 있는 작업에 배치 전환됐다.