로봇, 물 흐르듯 완벽한 물류자동화를 완성하라!
"좋은 로봇공급은 기본, 좋은 로봇SI 파트너社 가진 기업이 앞서가"
작년 한해 경제위기를 겪은 로봇메이커들은 그들에게 가장 큰 시장이었던 자동차산업 외의 시장을 찾기 시작했다. 도요타의 영향으로 자동차산업의 악재가 이어졌고, 추후 투자계획도 미미하기 때문이다. 그래서 찾은 다음 시장은 포장·물류산업이었다. 비교적 큰 시장에 대규모 프로젝트로 대응이 가능하다는 이유에서다. 하지만 이 시장 역시 로봇메이커들의 같은 움직임으로 치열한 경쟁을 피할 수 없게 됐는데, 올 초 들어 관련 신제품도 대거 출시되어 시장을 더욱 뜨겁게 달구고 있다. 본 내용에서는 포장·물류산업에 적용될 로봇시스템의 특징에 대해 살펴보도록 하겠다.
물류자동화의 대세는 역시 `Picking - Packing - Palletizing`
속도, 가반중량, 작업반경의 3대 요소를 만족시켜야 하는 팔레타이징 로봇이 진화에 진화를 거듭하고 있다. 그리고 그 변화 속에 찾은 또 하나의 결론은 팔레타이징 로봇과 함께 할 또 다른 전용 로봇들이 필요하다는 사실이었다.
●물류산업 신규투자 90% 이상은 로봇시스템에 관심
제조용 로봇은 용접과 도장이 대부분이라고 생각했던 고객들의 인식이 바뀌기 시작했다. 특히, 단순작업이지만 그 양은 많은 물류산업에서의 관심이 높은 편이다. `되든 안 되는 로봇시스템 견적 한번 받아보자`라는 분위기가 있다는 우스갯소리도 있을 정도다. 한 로봇 SI 업체는 "중소기업도 신규로 투자하는 경우 90%는 로봇시스템으로 간다고 본다"며 이러한 분위기를 확인시켰다. 또한 최근 투자하는 업체들 대부분은 자동화에 대한 요구가 굉장히 높게 나타난다. 식품, 제약 등 박스, 포대 등을 사용하는 현장이라면 어디든 팔레타이징 로봇을 사용할 수 있다는 점은 오래 전에 파악했고, 이를 넘어선 피킹(Picking)과 패킹(Packing) 작업까지의 적용여부를 물어오는 것이다.
로봇 메이커들 역시 고객들이 이 같은 요구를 읽고 이와 관련된 다양한 신제품을 내놓기 시작했고, 올해 국내시장에서는 이 모든 것이 갖춰진 상황에서 자동차산업에 이은 두 번째 시장선점을 위한 전초전이 시작됐다.
●"시스템 구현능력이 먼저"… 고객들의 눈이 높아졌다
로봇자동화 시스템을 구현코자 하는 고객들이 각 기업의 시스템 구현능력을 꼼꼼히 비교 분석하기 시작했다. 점점 똑똑해지는 고객들에 맞춰 로봇메이커 역시 긴장의 끈을 놓을 수 없는 상황이다. 현재로서는 탄탄한 기술력을 가진 로봇 SI 파트너사를 가진 메이커에서 먼저 웃었다. 로봇은 생산라인 전체에 있어 하나의 부품일 뿐이라고 생각하는 고객이 늘면서 로봇 시스템을 설계하고 구축하고 AS까지 책임지는 SI 업체들을 선호하고 있는 것이다. 따라서 아직 이렇다 할 대표 SI 파트너사를 찾지 못한 로봇메이커들은 물류산업에서 함께 할 수 있는 파트너사 찾기에 혈안이 되어 있다. 이는 물류산업뿐만 아니라 주·단조, 디버링 등 특수산업 모두에 해당되고 있다. 이젠 로봇메이커 단독 움직임이 아닌 파트너사와 함께 하는 트렌드가 확실히 자리 잡고 있는 것이다. 고객들을 보다 만족시키기 위해서 로봇메이커들은 좋은 로봇을 공급하는 것 외에도 좋은 파트너사를 통한 서비스 공급에도 신경써야 할 때다.
식품물류 가장 기본적인, 그리고 가장 큰 시장 갖는 매력덩어리
최근 식품분야에 안전성이나 위생 등과 관련된 큰 사회문제가 발생하여 이에 대한 대책으로 식품생산 현장에 로봇도입 등의 기계화와 자동화가 추진되고 있다. 사람과 식품과의 접촉기회를 줄여 장래에는 완전 무인화를 통해 안전성과 위생관리를 하는 것을 이상적인 목표로 하고 있는 것이다.
●Picking - Packing - Palletizing 로봇적용의 정석
로봇에 의한 자동화로 제품의 짧은 라이프 사이클, 새로운 포장 디자인, 다양한 제품 등에 유연하게 대처할 수 있다. 또한 편의점으로부터 소매상의 짧은 납기, 가격인하 요구가 증가하여, 식품제조업체에서는 원가압력 외에 가동시간과 생산량의 유연성, 최단시간의 배달 등에 대응하기위해 자동화와 로봇화가 급선무이다. 이 같은 식품제조 라인에서 로봇은 일반적으로 「Picking」, 「Parking」, 「Palletizing」 3분야에서 활용된다. 전용기를 사용하는 자동화에 비해 로봇화된 제조라인은 보다 짧고 공장면적을 유효하게 사용할 수 있고, 제품 변경에 유연하게 대응할 수 있는 이점이 있다. Picking은 냉동식품, 제빵, 제과, 아이스크림, 정육, 유제품 등 사람의 입에 들어가는 음식에서부터 애완동물용 먹이까지 많은 분야에 이용된다. 따라서 위생개념이 포함되어 있어야 하며, 로봇 메이커에서는 세정가능사양과 스테인리스 사양을 선택할 수 있도록 폭을 넓히고 있다. 특히, 스테인리스 사양은 지금까지 불가능했던 정육이나 생선 등의 미포장식품 운반도 적용되고 있다. Packing 공정을 로봇화하면 제조라인의 통일이 용이하고 유연성과 높은 신뢰성을 얻을 수 있다. Packing용으로 설계된 로봇은 제품의 상자포장, 트레이의 핸들링 등 포장작업에 필요한 기능을 전부 내장하고 있다. 간결한 포장작업이나 소형 포장이 가능하며, 기종에 따라 천장에 달수도 있어 좁은 작업 현장에도 설치가 가능하다. 상자, 트레이, 자루 등의 상품을 팔레트 위에 쌓는 것은 어렵지 않으나 복수의 컨베이어가 나열된 라인에서의 작업이나 상자 쌓기, 패턴 변경에 민첩하게 대응하고, 생산성을 높이기 위해서는 Palletizing 로봇이 적당하다.
일반적으로 식품공장 제조라인에서는 가능한 한 현재의 레이아웃을 변경하지 않고 로봇을 배치하는 것이 요망되고, 로봇공정 전에 위치를 결정하는 장치추가가 불가능하여 불규칙하게 흐르고 있는 제품의 위치와 방향을 수시로 인식하는 영상처리기술과 제품흐름을 멈추지 않고 작업을 진행시킬 수 있는 추적 기능이 필요하다. 식품공장에서 자동화를 검토할 때 로봇장치를 하면 단지 인원감축 뿐만 아니라 작업능률 향상과 불량률 저감, 에너지 소비 삭감, 위생 품질수준 향상 등을 기대할 수 있다.
공장물류 더 완벽한 로봇자동화를 위해 AGV가 필요해!
자동화된 유연한 제조 시스템(FMS)의 콘셉트 상에서 AGV는 유연성에 있어서 중요한 부분을 차지해오고 있다.
●로봇수행 운전 형태
초기에 AGV는 동작 지시를 위해 설치된 전선 또는 자석과 같은 바닥 내 설치가 필요했다. 여전히 시스템의 상당한 부분이 FlexiLANE와 같은 사전의 환경 설정에 의존해 박스, 팔레트 및 기타 패키지 등과 같은 물체를 운반하거나 들어올리기 위해 바닥에 적용되어 온 테이프를 따라 방향을 인식한다. 또한 자유롭게 방향을 인식하는 AGV가 대형 제조 및 물류에서 사용되고 있다. 이들은 대개 레이저 스캐너를 통해 방향을 인지하는데 이는 자기 위치설정 및 장애물 처리를 위한 실질적 환경의 정확한 2차원적 지도를 제공한다. 한편 반도체 산업 내 선적 및 적하 절차와 같은 일부 선택적 환경에서는 모바일 암을 통해 가능성도 높이고 있다.
●유통 수준
많은 공급업체가 있음에도 불구하고 자유방향인지 AGV(바닥 특수 설비가 필요 없는)는 단 소수만이 출시되어 있다. 그러나 지질학적 환경 인식을 위한 레이저 스캐너 또는 유사센서 기반의 향상된 방향 인지력을 통합하려는 방향으로 혁신이 이루어지고 있다. AGV 공급업체의 조사는 온라인 카달로그 또는 질문지 조사를 통해 찾아볼 수 있다. 또한 일부 AGV는 창고로 물체를 나르는 데에 포크 트럭을 사용한다. Transbotic Corp.(미국), MLR Systme(독일), dpm(독일), Egemin(벨기에), Weissenburg(독일) 및 Esatroll(이태리)의 Paquito와 같은 많은 AGV 제조업체에서 자동 포크트럭을 판매하고 있는데, 이는 BlueBotics 자동 방향인식 기술인 ANT를 적용하고 있다. KUKA(독일)의 omniRob은 전문적 분야 내 임무의 유도 및 실행을 위해 제조업 내 물류용 모바일 조종자 설계이다. 경량의 암이 단방향 모바일 플랫폼에 설치되어, 2개의 레이저 스캐너 기반 상에서 자유롭게 방향을 인지한다. 중량이 무거운 경우에 대해서는 전형적인 제조 내 유도 및 실행 임무를 자동화하기 위한 모바일 조종자가 폭넓게 인식을 받아들인다. GPS/Neobotix(독일)의 Mobile Manipulator MM-KR16은 일부 10h에 대해 자동 독립성을 부여하는 모바일 플랫폼에 설치된 6축 KUKA 산업용 로봇 암을 포함한다. KIVA Systems는 재고가 반드시 물리적 위치 조건에서 자유로워야 한다는 물류에 대한 다른 접근법을 제시해왔다. 팔레트, 나무틀 및 주문이 모바일 로봇 드라이브 개체로 수집 및 이동되는 재고 창고에 저장된다. 결과적으로 제품은 언제나 작업자에게 전달될 수 있게 된다. 로봇 드라이브 개체는 바닥면 상의 격자무늬를 읽어 방향을 인식하고 조합을 위해 서버와의 통신을 유지하며, 배터리가 방전되기 시작할 때 드라이브 개체는 바닥면 상의 스테이션에 스스로 충전된다.
●비용대비 이익 고려 요소 및 주요 장애요소
공장 물류를 위한 로봇 솔루션의 주요 이점은 작업자 수의 감소, 특히 트럭, 포크 트럭 등의 운전사를 줄여준다는 데에 있다. AGV는 임무 통제 및 환경 설계를 위한 디지털 데이터에 의존하는데, 많은 경우 특히 소형회사의 경우, 이것은 난점이 되어 왔다. AGV가 예상된 수준에 도달하지 못한 반면, 자동 트럭적하 시스템과 같은 안전하고 새로운 향상성을 보였다. 많은 공급업체들은 물류와 같은 비부가가치 프로세스에 대한 기업의 투자를 절감하고 임무 관리를 위한 복합적 데이터에 대한 의존도를 줄이기 위한 사항들을 제공하며, AGV의 단가를 최소화함으로써 비용문제를 해결하기 시작했고, AGV 설치를 위한 시스템 계획 및 비용분석을 해결하기 시작했다. AGV 설치를 위한 시스템 계획 및 비용분석을 위한 툴 구성은 VDI 4450을 통해 가능하다(독일).
화물처리 및 야외물류 로봇 무인차량은 옵션?
항구 환경에서의 ISO 표준 화물 컨테이너의 운반을 위한 자동차량이 오래 전부터 제시되어 왔다. 대형 섀시의 컨트롤이 기본 요건에 포함되어 있으며, 이는 대개 디젤-수력 구성으로 조절된다. 또, 차량은 최대 6m/s의 속도로 설비되지 않은 도면을 공압 휠로 운전하며, 일반적으로 표준임무에 특히, 자동차량의 선박은 최대 산출량을 위해 선박 관리 시스템으로 통제되어야 한다. 기타 로봇 야외 물류 어플리케이션은 Euro 팔레트 또는 폐기물 운반을 위한 트럭 자동 통제를 포함한다. 또, 기타의 관련 야외 방향 인식 솔루션으로 `전자 연결봉`이 있는데, 운전자가 자동으로 따르는 차량의 호송을 이끈다.
●유통수준
다른 업체들 중에서도 Australian Center for Field Robotics가 상업화되어 온 컨테이너 운반 차량, 크레인 및 리프팅 기어 및 화물처리 어플리케이션을 위한 자동로봇 개발에 많은 경험을 갖고 있다. 그 기술전달의 한 예로 Brisban SutoStrad 터미널이 있는데, 이는 무인작업을 위해 14개의 로봇화 된 Kalmar E-drive 운반 장치를 포함하고 있다. 65톤 안전 작업 용적(SWL) 기계는 실질적으로 기상 조건에 관계없이 언제나 작업이 가능한 동작 컨트롤 및 방향 인식 시스템에 적합하다. Gotting and Fox(독일)은 커스터마이징된 개발에 있어서 다양한 잠재적 야외 물류 어플리케이션을 선보였다. ▲팔레트 운반을 위해 제조라인 간의 통신이 가능하도록 했으며, ▲방향 인식 시스템은 지면 내 자동무선에 의하게 된다. 이는 5kgm/h의 속도로 ±1cm의 정확도를 달성하는 것으로 보고되고 있다. 이외에도 ▲분배된 혼합물 더미 사이에서 혼합물을 유도하기 위한 휠 로더의 자동 제어 ▲운반 지점 내 철강 코일을 운반하기 위한 중장비 차량 등에 적용된다고 알려졌다.
●비용대비 이익 고려 요소 및 주요 장애요소
최상의 안전 및 신뢰도를 위해 자동 차량이 설계되어 결과적으로 사고의 위험을 감소시키며 작업 시간을 증강시킨다. 비교적 높은 설치비용에도 불구하고 활용의 수익성은 야외 로봇의 3단계 전환 작업에서 이점을 얻을 수 있다. 전체적인 시스템 비용에 비해, 자동 방향인식성능은 비교적 빠르게 비용을 상환해야 하는 세부적 비용 항목이다. 또한 운전자의 필요성이 줄어, 효과적으로 인건비를 절감시킨다. 추가적인 이점은 운전자로서 반복적인 직무의 권태로움을 해결해준다는 점이다.
무궁무진한 물류시장 넓어진 로봇의 적용범위…
새로운 시장으로 눈을 돌려라
박스나 포대가 주를 이뤘던 팔레타이징 시장에서 그나마 자동차 휠 정도가 특수한 적용시장으로 봤던 때가 엊그제 같은데, 고객들은 이미 우편물, 택배로의 적용을 검토하고 있다. 특히 지금은 정부의 에너지 정책과 맞물려 태양광 기술과 관련한 솔라 셀이 새로운 시장으로 떠오르고 있다. 한국에서는 솔라 셀이 붐을 일으키고 있지 않지만 세계적으로 큰 관심의 대상이 되고 있고, 국내에도 한 두 기업이 시작했다. 고유가 시대에 이 같은 시스템은 상당히 발전할 것으로 예상되며, 여기에 적용되는 팔레타이징 로봇자동화도 기대가 높은 편이다. 또한 냉동 창고에서의 로봇사용도 새로운 시장으로 이야기된다. 냉동 창고에도 박스와 팔레트를 사용하기 때문에 로봇이 필요하며, 실제로 외국의 냉동 창고에는 로봇자동화가 진행된 곳도 있다. 이처럼 단순한 흐름을 위해 로봇을 적용하고자 하는 이들보다는 주로 다품종 소량생산 시스템을 구축하려는 기업에서 유연한 생산을 가능케 하기 위해 로봇자동화를 고민하게 된다. 따라서 기술적으로 없던 기능을 요구하는 경우가 많다. 예를 들면 농수산물 시장 등에서 선별기능을 추가하여 전체 시스템을 관리할 수 있도록 하는 CIMS(Computer Integrated Manufacturing System) 기능을 갖게 하는 것이다. 앞으로도 이런 기능을 갖는 자동화시스템은 계속 유지될 듯한 분위기 속에 포장 ·물류 관련 로봇의 시장은 점차 확대될 전망이다. 결국 시장은 좀 더 많은 어플리케이션 사례를 만들어가는 이들에게 열릴 것으로 보인다.
