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제조 공정에 적합한 로봇 선택을 위한 Tip

코봇 vs 산업용 로봇


로봇은 곤충과 비슷한 마이크로 로봇에서부터 자동차 섀시나 비행기를 움직일 수 있을 정도로 크고 강력한 산업용 로봇에 이르기까지 다양하다. 이러한 로봇 범위의 아래쪽에는 인간 노동자와 작업 공간을 공유하도록 설계된 ‘협동 로봇(Collaborative robot)’ 또는 줄임말인 ‘코봇(Cobot)’ 이라는 이름의 로봇 종류가 있다. 제조 공정을 위해 코봇과 산업용 로봇 중 어떤 것을 선택해야하는지 고민하는 독자를 위해 팁을 준비했다.


제조 공정을 자동화 하는 것은 복잡한 문제이며, 자동화가 모든 일을 해결할 수는 없다. 이 코봇들은 많은 중소기업에게 자동화의 진입점을 확보해 이전에는 대형 제조업체만 가능하다고 여겨졌던 자동화에서 경쟁 우위를 확보할 수 있도록 지원한다. 코봇은 완전한 산업자동화의 모든 이점을 제공할 수는 없지만 효과적인 첫 발판을 만들어 주는 단계일 수 있다. 제조업체들은 자사의 모든 로봇 옵션을 살펴보고 다양한 유형의 자동화에 대한 장단점을 파악해 최선의 결정을 내려야한다. 주요 비즈니스 결정과 마찬가지로 위험이 낮고 비용이 적게 드는 장비도 예상대로 작동하지 않을 경우에는 비용이 많이 들 수 있기 때문이다.

코봇과 산업용 로봇 비교

코봇이라는 용어가 널리 유명세를 얻었지만 업계 전체가 협동 로봇 개념을 인정하지 않는다는 것을 인지하는 것이 중요하다. 대신 업계는 로봇을 이용한 협력적 응용을 정의하는 산업 안전 표준을 제정했다. 새로운 로봇 작업자들은 어떤 코봇도 사람 옆에서 사용되기에 안전하다고 가정할 수 있지만 이것은 오직 ‘위험 평가’에 의해서만 판단되기 때문이다. 이 글에서는 명확성을 위해 ‘코봇’ 이라는 용어는 이러한 소형기기를 산업용 로봇과 비교할 때 혼동을 줄이기 위해 사용될 것이다.

코봇

코봇은 인간 작업자와 함께 정해진 협업 작업 공간 내에서 사용하도록 설계됐고 일반적으로 이러한 사용을 지원하는 몇 가지 안전 방안들이 내장돼 있다. 코봇은 일반적으로 기계 조정이나 팰릿화 같은 반복적이고 사람의 부상 위험이 있는 작업을 수행하기 때문에 그 동안 작업자는 더 높은 가치의 업스트림 혹은 다운스트림 수동 작업을 수행할 수 있다. 코봇은 사람과 비슷한 페이로드와 도달거리를 가져 유사하거나 더 느린 속도로 작업을 수행하며 사람의 행동을 흉내 낸다.

산업용 로봇

산업용 로봇은 세 개 혹은 그 이상의 축으로 프로그램할 수 있고 제자리에 고정되거나 이동할 수 있으며 자동 제어, 재프로그래밍 등 다목적 조작이 가능한 로봇이다. 산업용 로봇을 도입하면 매우 넓은 범위의 프르세스가 자동화될 수 있다. 또 여러 대의 로봇을 통합하면 안전하지 않은 환경에서 작업자들을 완전히 배제하고 진행이 가능하며 대량 프로세스시 상당한 ROI 를 제공해 완전 자동화된 생산 라인에 통합할 수 있다. 안전 기술의 향상으로 산업용 로봇이 협업 운영에 사용될 수 있게 되며, 기존 자동화의 페이로드와 속도 그리고 비용 절감과 더불어 코봇과 동일하게 다양한 이점을 제공한다. 새로운 프로그래밍 인터페이스는 매우 직관적이며 학습과 사용이 간단하다.

협동 로봇에 대한 3가지 오해

협동 로봇은 그들의 이점들을 기본으로 업계의 주목을 받았지만 그것들은 또한 코봇을 이해하는데 중요한 일반적인 오해를 기반으로 할 수도 있다.

1. 코봇이 유일한 협동 로봇이다?

판매업체는 ‘협동 로봇’ 이라는 용어를 간절히 원하지만 로봇 자체는 협력적이지 않다. 인간과 기계가 협업할 수 있는 능력을 정의하는 것은 애플리케이션이다. 대부분의 로봇이 적절한 안전 매케니즘이 설치된 상태에서만 사람과 협업할 수 있다. 2016년 2월에는 협력 애플리케이션에서 로봇 사용에 대한 안전 지침을 제공하기 위해 기술 표준 ISO/TS 15066 이 발간됐다. 이 표준은 협업 기술을 설명하고 힘 가이드라인, 최대 허용 로봇 전원과 속도, 로봇과 로봇 도구 제조업체에 대한 설계 기준을 정의한다.

2. 코봇은 언제나 안전 케이징 없이 작동할 수 있다?

인간이 존재하는 모든 자동화 애플리케이션은 위험 평가를 받아야 하며, 협업 애플리케이션은 인간 근로자를 안전하게 보호하기 위해 다양한 안전 메커니즘을 필요로 한다. 코봇을 처음 도입하는 업체의 일부 관계자들은 애플리케이션이 안전케이지를 필요로 한다는 사실에 종종 놀라곤 한다. 안전 케이지는 추가 기능 없이 코봇의 비용을 산업용 로봇과 비슷하게 만들 수 있다. 일부 애플리케이션에는 로봇 기능과 출력을 제한하는 로봇 속도 감소 혹은 강제 제한 기능이 필요하다. 안전하게 범위를 벗어날 때 까지 로봇을 중지하거나 속도를 늦추는 안전 소프트웨어로 로봇을 다시 시작하며 사람이 로봇 작업 공간에 진입할 때 센서, 카메라 혹은 빛 커튼으로 감지한다. 이 모든 요구사항은 비용이 적게 들고 위험도가 낮은 코봇 투자를 의도했던 것에 대비되게 비용을 증가시키고 생산량을 감소시킨다. 정확한 안전 평가가 선행되면 구매자는 애플리케이션에 가장 중요한 로봇 기능을 보다 효과적으로 선택할 수 있고 자동화 요구 사항을 더 잘 충족하면서 시간과 비용을 절약할 수 있다.

3. 코봇이 인간 근로자들보다 더 빠르고 생산적이다?

코봇은 사람과 함께 안전하게 작동하도록 설계됐기 때문에 작업자와 동일하거나 더 느린 속도로 공정을 관리하도록 설계되며 처리량도 거의 동일하다. 안전을 넘어, 더 느리게 작동하는 또 다른 이유는 대부분의 로봇들이 사용하는 프로그래밍 접근 방식 때문인데, 이 접근 방식은 조작자가 로봇 팔을 사람과 유사한 동작으로 움직이며 각 정지 및 동작 지점을 입력해야 한다. 따라서 프로그래밍은 간단하지만 프로그램에 비효율적인 동작이 포함돼있을 수 있다. 이와는 대조적으로 산업용 로봇은 내부적으로 모든 움직임을 계산해 더 빠른 속도와 더 부드럽고 효율적인 움직임을 제공한다. 코봇이 수동 프로세스에서 보다 높은 생산량을 내기 위해서는 더 오랜 시간을 운영하는 것뿐이다. 하지만 이 로봇들은 협력적으로 설계됐기 때문에 작업자 없이 전동 작동에서 완전한 과정을 수행할 수 없어 산업용 로봇과 달리 추가 작업에 있어 여전히 인간 노동자를 필요로 한다.

활용 예시 샘플: 사출 성형

사출 성형 기계는 로봇 공학의 일반적인 응용 분야이다. 이 예로, 협력 로봇은 반복적인 프로세스에서 사출 성형 기계를 로드하거나 언로드하는 것과 매우 비슷하게 사용된다. 로봇은 반복 작업을 관리하므로 작업자는 검사와 같은 복잡한 작업 부분을 처리할 수 있다. 로봇의 기능은 심지어 기계 문을 열고 사람이 조작하는 것과 동일한 버튼을 누르는 지점까지 사람화됐다. 작은 부피, 변화가 가능한 부품의 제조업체의 경우 코봇은 생산량이 적은 소형 사출 성형 기계를 사용해 분당 생산 부품 수가 적은 낮은 생산용 애플리케이션에 이상적인 자동화 솔루션이 될 수 있다. 상당히 낮은 비용으로 제조자는 매 반복적인 프로세스와 일관된 출력의 이점을 얻을 수 있다. 그리고 저속에서는 위험 평가를 통해 값 비싼 안전 감시 없이 업스트림 혹은 다운스트림 공정에서 인간 노동자와 긴밀한 협업이 가능하다. ROI는 얼마나 많은 인간 작업자의 프로세스가 코봇에 의해 수행될 수 있는지에 따라 달라진다. 코봇이 두 명의 작업자들을 통해 한 명의 작업자가 처리할 수 있는 일의 절반을 대체하는 것은 흔한 일이다. 제조업체의 당면과제는 생산 라인을 성공적으로 구축해 생산량이 증가할 때, 속도와 정확도가 크게 향상되고 다른 자동화 프로세스와 잠재적으로 상호 작용해야 하는 경우 혹은 보다 무거운 페이로드와 같이 높은 강성이 요구되는 경우이다. 대량 생산의 경우 산업용 로봇은 생산성과 비용 효율성에 중점을 두고 사출 성형 라인에 통합될 것이다. 중간 크기의 6축 혹은 직교 로봇은 몰딩 기계를 컨베이어 혹은 단일 축 직교에 언로드해 부품을 SCARA 혹은 6축 로봇으로 전달해 품질 제어나 다른 기능을 수행한다. 완전 보호 시스템은 대부분 무인 변속 3개를 실행하는 연간 6천 3백만 개 이상의 부품 출력을 위해 분당 120개까지 사이클 시간을 대폭 늘릴 수 있다. 이 경우에는 안전 작업 환경과 최종 제품의 품질과 일관성을 고려하기 전에 ROI가 훨씬 더 명확해진다.

옵션 검토 및 작업에 적합한 로봇 선택

제조업체의 경우 코봇은 자동화된 공정을 향한 이상적인 첫 단계일 수 있다. 안전 보장이 필요하지 않은 경우 초기 투자비용은 낮고 직원들은 로봇 시스템에 대한 경험과 친숙함을 얻게 된다. 그러나 접근법은 애플리케이션이 코봇의 능력을 넘어 성장할 가능성을 고려해야 한다. 여러 개의 코봇이 필요한 경우 속도와 무인 생산의 추가적인 장점 없이 장비 비용(그리고 추가 사람 작업자들)이 산업용 로봇의 비용을 빠르게 초과할 것이다. 코봇이 저렴한 진입 비용을 필요로 하기 때문에 제조업체들이 잘못된 결정을 내리더라도 큰 문제가 없을 것처럼 느껴지지만 사실 코봇에 대해 제대로 알지 못하면 값비싼 실수가 발생할 수도 있다.

자동화를 도입하기 전에 확인해야할 질문

•자동화 목표는 무엇인가(생산라인에서 사람 작업자들을 줄이는 것, 아웃풋을 늘리는 것, 질을 높이는 것)?
•작업 환경이 사람 작업자들에게 안전하고 바람직한 공간인가?
•프로세스는 고정돼있는가 혹은 가변적인가?
•수동 프로세스를 서포트 하고 싶은가 혹은 제작 라인이 완전히 자동화된 것을 원하는가?
•자동화 기구를 위한 공간이 얼마나 마련돼 있는가?
•장기적인 성장을 지원하기 위한 확장 요구사항은 무엇인가?
•페이로드, 정확도, 사이클 시간 요구사항은 무엇인가?

  기자 : 편집부 
  관련 URL :
  날짜 : 2018-12

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