Bosch Rexroth, 단기간에 맞춤형 배터리 제조 라인 구축 성공사례

스마트폰에서 전기 자동차에 이르기까지 작고 안정적이며 오래 지속되는 배터리에 대한 수요가 증가하고 있다. 이로 인해 많은 배터리 제조업체가 생산 능력을 높이기 위해 고군분투하고 있지 만, 고도로 자동화된 배터리 조립 라인은 일반적으로 개발하는 데 오랜 시간이 걸리는 것이 사실이다. 그렇다면 그 개발 시간을 단 축할 수 있는 방법은 없을까?
DWFritz Automation(www.dwfritz.com, 이하 DWFritz)은 첨단 제조를 위한 주문형 정밀 자동화, 계측 및 검사 솔루션을 제 공하는 선도적인 글로벌 공급업체이다. 최근 북미 최고의 배터리 제조업체를 위해 짧은 시간 안에 새로운 배터리를 생산하는 라인 을 제공하는데 성공했다.
프로젝트의 복잡성과 짧은 개발 시간으로 인해 DWFritz는 동 시 엔지니어링 환경에서 빠른 설계 및 프로젝트 실행 가속화가 가 능한 전략적 파트너를 찾았다. 그 파트너는 바로 ‘Bosch Rexroth’ 라는 회사였다.


성공적인 파트너십

크기나 폼 팩터에 관계없이 배터리 제조는 서로 다른 재료를 결합 하여 배터리의 음극과 양극을 형성한 다음, 도체와 결합하여 완성 된 패키지로 만드는 복잡한 다단계 프로세스다. 오늘날의 배터리 는 에너지 밀도가 높아짐에 따라 점점 작아지고 있다. DWFritz와 Bosch Rexroth가 구축한 솔루션의 핵심 요구 사항은 매우 엄격 한 조립 공차, 더 높은 처리량 및 실시간 검사, 데이터 캡처 및 기 계 및 공장 수준 제어 시스템과의 통신이었다.
DWFritz의 영업 부사장인 Chris Povich에 따르면, 몇 가지 주 요 설계 및 운영 요구 사항이 Bosch Rexroth와의 협력을 결정하 는 데 도움을 주었다.
그는 “라인은 매우 빠른 속도로 작동해야 했으며, 라인의 길이가 100피트가 넘지만 매우 좁은 공간에 맞도록 설계해야 했다. 그 리고 모션 플랫폼은 매우 강력한 모션 제어 요구 사항을 처리해야 했다”고 말했다.
DWFritz의 사장인 Mukesh Dulani는 “과거에는 여러 공급업 체를 이용했지만 협력을 시작하는 데 최소 10~15주가 걸렸다. 그 러나 이번 프로젝트의 시간은 12주, 조달 기간은 8주밖에 없었기 때문에 기술 및 엔지니어링 지원을 할 수 있는 Bosch Rexroth와 협력해야 했다”고 말했다.


다양한 기술과 시스템

 

Bosch Rexroth는 새로운 배터리 생산 라인을 만들기 위해 다양 한 기술과 시스템을 제공했다. 여기에는 △생산 셀 내부 및 생산 셀 간에 배터리를 운송하는 다중 컨베이어 시스템 △갠트리 스타 일 핸들링 시스템에 사용되는 정밀 리니어 모션 모듈 △알루미늄 구조 프레임 △ctrlX AUTOMATION 제어 플랫폼을 포함해 전체 고급 모션 제어 및 드라이브 시스템 제품군 등이 있다.
Dulani 사장은 “우리의 가장 중요한 목표 중 하나는 고객의 서버가 기계를 직접 쿼리하고 실시간 데이터를 얻을 수 있도록 개방형 기계 제어 아키텍처를 갖추는 것이었다. Rexroth ctrlX AUTOMATION 플랫폼과 ctrlX CORE 컨트롤러를 사용하여 이 프로젝트를 성공적으로 수행했을 뿐만 아니라 고객이 동일한 소 프트웨어 및 하드웨어 플랫폼을 사용하여 미래의 생산 라인을 구 축할 수 있도록 했다”고 말했다.
Rexroth의 ctrlX AUTOMATION 플랫폼은 하드웨어와 소프트 웨어를 모두 포함한다. Linux 기반 실시간 운영체제, 일관된 개방 형 아키텍처 및 웹 기반 엔지니어링을 통해 사용자는 자동화 기능 을 생성, 추가 또는 공유하거나 스마트폰을 사용하는 것처럼 쉽게 Bosch Rexroth ctrlX WORLD 앱 스토어에서 구매할 수 있다.
또 Bosch Rexroth의 컨트롤러는 결정론적 실시간 통신 플랫폼 을 통해 타사 현장 장치를 관리할 수 있으므로 고급 캐밍 솔루션 을 지원하고 동일한 실시간 제어 시계에서 생산 모듈을 동기화할 수 있다.
Rexroth 플랫폼은 독점 플랫폼에 국한되지 않고 프로그래밍 언어의 자유로운 선택을 지원한다. 웹 기반 시스템 구성을 통해 소프트웨어를 설치할 필요 없이 빠르고 간단하게 시작할 수 있다.


정밀한 움직임과 높은 처리량

DWFritz는 혁신적인 DWFritz Flexible Platform DFP5000 조립 셀을 중심으로 배터리 라인용 생산 셀을 구축했다. 특정 프로세스 를 위한 컨트롤, 서보 드라이브 및 운송 인피드를 사용하여 맞춤 구성할 수 있는 유연한 모듈식 플랫폼이다.
DWFritz의 스태프 엔지니어인 Martin Bamberger에 따르면 정밀 기구학 도구는 광범위한 조립 및 검사 작업을 수행하기 위한 여러 생산 셀의 필수 요소였다. 그는 “배터리가 높은 처리 속도로 조립되고 처리되기 때문에 배터리에서 20~50미크론의 공차로 모든 구성 요소를 올바르게 정렬하려면 정밀 구성 요소가 필요하 다”고 말했다.
이러한 기구학에 필요한 정밀도와 기능적 효율성을 제공하기 위해 Rexroth CKK 소형 선형 모듈을 선택했다. Rexroth 영업 관 리자인 Mike Ziencina는 “당사의 모듈은 매우 콤팩트하고 5미크 론 범위의 반복성과 함께 높은 정확도를 제공한다”고 말했다. 모 듈을 결합하여 DFP5000 셀에 통합된 데카르트 로봇 픽 앤 플레 이스 시스템과 같은 다양한 기구학 솔루션을 만들었다.

Bosch Rexroth의 또 다른 핵심 기술은 소형 IndraDrive Mi 모 터 통합 서보 시스템으로, 초기 배터리 생산 단계가 이루어지는 웹 처리 스테이션에서 사용되었다. IndraDrive Mi는 서보 드라이 브와 모터를 단일 패키지에 결합하고 애플리케이션 요구 사항에 따라 연결 유연성을 제공하는 캐비닛 없는 시스템이다. 이를 통해 팀은 모든 전기 드라이브 구성 요소를 기계에 직접 통합하여 설치 공간과 설정 시간을 절약할 수 있었다.
이 생산 라인의 속도와 복잡성으로 인해 안전도 중요한 고 려 사항이었다. Bosch Rexroth는 자동화 컨트롤러가 포함된 통합 Safety PLC, 서보 드라이브 및 Safety I/O에 내장된 고급 SafeMotion 안전 기술, PROFIsafe를 통한 통합 안전 통신 지원 을 포함하여 완전한 첨단 기계 안전 솔루션 제품군을 제공했다.
제품 취급의 경우 Bosch Rexroth 컨베이어가 프로젝트 성공 의 핵심이었다. 사용하기에 가장 적합한 컨베이어 제품을 결정하 기 위해 팀은 다른 기준 중에서 제조 중인 제품의 크기, 무게, 처 리 속도 및 필요한 정지 정확도를 고려했다. 결국 팔레트 기반 솔 루션으로 구성된 Rexroth VarioFlow plus 컨베이어가 최고의 플 랫폼을 제공했다.
VarioFlow plus는 유연한 모듈식 플라스틱 체인 컨베이어 로, 대용량 제품을 가로, 세로, 장애물 주변 또는 기타 구성으 로 이동할 수 있는 설계 다용성을 갖추고 있다. 공작물 팔레트는 VarioFlow plus와 함께 사용하여 포지셔닝 또는 더 높은 정밀도 가 필요한 응용 분야에서 제품을 운반할 수 있다.
조립 셀은 자동화 구성 요소로 매우 조밀하게 채워져 있기 때문 에 VarioFlow plus 시스템은 각 도구를 통해 컨베이어 시스템에서 팔레트 위치를 계속 유지하면서 많은 프로세스가 발생할 수 있 도록 했다. 또 VarioFlow plus를 사용하면 빈 팔레트를 처음으로 되돌리고 프로세스를 다시 시작하는 재순환 시스템을 쉽게 만들 수 있어 귀중한 바닥 공간을 절약할 수 있다.

“설계 파트너십은 자동화의 미래”

이 프로젝트에서 확립된 엔지니어링 프로세스 및 개발 파트너십 (시스템 설계, 프로그래밍, 구성 요소 획득 및 단시간의 통합)은 앞 으로 복잡한 자동화 프로젝트를 위한 표준 접근 방식이 될 것이다.
Bosch Rexroth에게 이 프로젝트의 성공은 DWFritz와의 추 가 프로젝트를 위한 토대를 마련했을 뿐만 아니라 제조 분야의 Industry 4.0 자동화에 대한 비전이 어떻게 현실이 될 수 있는지 에 대한 모델을 제시했다.
Rexroth의 Dave Hull은 “이 파트너십은 이를 달성하기 위한 실질적이고 구체적인 단계를 보여주었다. 우리는 DWFritz와 같 은 회사와 협력하여 리드 타임을 단축하고 고객을 성공으로 이끌 고 현재와 미래의 요구 사항을 충족하는 솔루션을 제공할 수 있는 방법을 보여줄 수 있어 기쁘다”라고 말했다.

자료제공: Bosch Rexroth(www.boschrexroth-us.com)