산업 자동화를 통한 제조 업계의 진화

June 10, 2024

최근 2년 동안 산업 자동화(Industrial Automation, IA) 기술이 혁신을 거듭하면서 빠르게 성장하고 있습니다. 전문가들은 산업 자동화 분야의 2027년에 매출 규모가 3천억 달러 이상에 이를 것으로 전망합니다. 이러한 성장을 가능하게 하는 주된 동력은 기술의 발전입니다. 자동차, 전자, 제약, 컨수머 등 대부분의 주요 제조 분야에 엄격한 안전 및 품질 요건이 적용됩니다. 산업 자동화에 로보틱스, 산업용 IoT(IIoT), 인공 지능(AI), 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC) 같은 첨단 기술이 도입되면서 이처럼 비약적인 발전이 가능해졌습니다. 이 글에서는 산업 자동화 기술 혁신이 어떻게 제조 사이클 시간을 단축하고, 일관된 품질을 달성하며, 작업자들에 대한 위험을 줄이는지 살펴보겠습니다.

산업 자동화의 유형

산업 자동화는 제조 현장에서 기계를 사용해서 반복적 작업을 수행하는 것을 말합니다. 여기에는 무거운 물건을 들어올리거나, 위험 물질을 취급하거나, 극한의 온도에서 작업하는 것과 같이 작업자에게 위험을 가할 수 있는 작업들이 포함됩니다. 다양한 산업 자동화 기술을 사용해 특정 작업을 자동화한다면, 작업자의 개입이 거의 필요 없이 로직과 프로그래밍을 통해서 기계와 로봇이 해당 작업을 더 빠르고 효율적으로 수행하게 할 수 있습니다. 그러면 다양한 제조 현장에 맞춰 산업 자동화 기술을 어떻게 구축할 수 있는지 알아보겠습니다.

로봇을 활용한 공정 자동화

로봇을 활용한 공정 자동화는 대부분의 통상적인 컴퓨터 기반 작업과 공정을 자동화할 수 있습니다. 일련의 컴퓨터 비전 기술과 머신러닝 기술을 사용해서 지루하고 단조로울 수 있는 단순반복 작업을 자동화할 수 있습니다. 그러면 사람 작업자는 로봇이 따라할 수 없는 보다 역동적인 작업들로 업무를 전환할 수 있습니다.

▶ 고정형 자동화

고정형 자동화(fixed automation)는 하드 자동화(hard automation)라고도 하는데, 반복적인 생산을 빠르게 처리하고자 할 때 적합합니다. 고정형 자동화 생산 설비는 생산 제품을 변경하고자 할 때 모든 생산 장비를 다시 프로그램하고 위치를 옮겨야 할 수도 있습니다. 대신에 고정형 자동화는 모든 것이 고정적이므로 제품을 매우 빠르게 생산할 수 있어 비용적 경제성을 높일 수 있고, 사람의 개입이 많이 필요 없어 일관된 생산을 할 수 있다는 장점이 있습니다.

▶ 프로그래머블 자동화

프로그래머블 자동화(programmable automation)는 다양한 맞춤화 생산이 필요한 경우에 적합합니다. 장비를 어떻게 프로그램하느냐에 따라서 각각의 제품 배치(batch)를 약간 다르게 혹은 많이 다르게 생산할 수 있습니다. 수치 제어 기계(numerical control machine)가 프로그래머블 자동화의 대표적인 예라고 할 수 있습니다. 컴퓨터 프로그램으로 머신 툴을 제어할 수 있으며, 프로그램 되어 있는 서로 다른 제품 스타일 중에서 작업자가 선택할 수 있습니다. 제품 스타일뿐 아니라 생산 시간을 얼마나 길게 할지도 선택할 수 있습니다.

▶ 소프트 자동화

소프트 자동화(soft automation)는 고객의 필요나 요구에 따라서 생산을 쉽고 빠르게 변경할 수 있는 유연성을 포함합니다. 맞춤화 제품을 소량 또는 중간 수량으로 생산하도록, 컴퓨터 인터페이스를 통해서 소프트 자동화 장비를 프로그램 할 수 있습니다. 유연한 소프트 자동화는 생산 전환 사이의 중단 시간을 줄일 수 있습니다. 장비나 여타 하드웨어를 변경하는 것이 아니라 컴퓨터 프로그래밍을 통해서 생산을 전환할 수 있기 때문입니다.

산업 자동화: 일관성, 신뢰성, 안전성

산업 자동화의 중요한 장점 중의 하나는 제품 품질의 일관성을 달성할 수 있다는 것입니다. 로봇이나 기계가 반복적 작업을 정밀하게 수행하고 일관된 품질을 달성할 수 있습니다. 뿐만 아니라 자동화된 공장은 주기적으로 장비 모니터링과 검사를 실시하고 예방 정비를 할 수 있으므로 가동 중단 시간을 줄이고, 생산성을 높이며, 제품 사이클 시간을 향상시키고, 사고 위험성을 낮추는 등의 이점을 거둘 수 있습니다. 이를 통해 작업자는 품질 검사와 설비가 잘 돌아가는지 확인하는 데 좀더 많은 시간을 할애할 수 있습니다. 이러한 수준의 산업 자동화를 위해서는 많은 양의 인터커넥트가 필요합니다. TE 커넥티비티(TE Connectivity)의 AMPMODU 1.0mm 및 2.00mm 센터라인 인터커넥트 시스템(그림 1)은 듀얼 빔 컨택트 제품으로서, 충격과 진동이 심한 환경에서 안정적이고 확실한 전기적 접속을 제공합니다. 이들 커넥터 제품은 PLC, 제어 패널, 로보틱스, 계측기, 테스트 장비 같은 다양한 산업용 애플리케이션에 적합합니다.

그림 1: TE 커넥티비티의 AMPMODU 1.0mm 센터라인 인터커넥트 시스템은 듀얼 빔 컨택트 제품으로서, 충격과 진동이 심한 환경에서 안정적이고 확실한 전기적 접속을 제공합니다.

인더스트리4.0 협업 로봇(코봇)은 지정된 공간 안에서 작업자와 협력해서 동작하도록 설계됩니다. 코봇이 제조 공정 상에서 작업자를 보조해서 원자재를 절단하거나 운반하는 것과 같은 작업을 대신함으로써 단순반복 작업으로 인한 작업자의 피로를 덜 수 있습니다. 이처럼 로봇과 사람이 협업함으로써 작업자의 근골격계 질환을 방지할 수 있습니다. 로봇이 협업하고 있다는 것을 작업자에게 알려주기 위해, 코봇에 시각적 지시 기능을 포함할 필요가 있습니다. 또한 동작 시의 속도 및 거리 모니터링을 실시하고, 작업자 안전을 위해서 동력과 힘을 제한하는 기능도 구현해야 합니다.

이와 같이 안전하게 보호되는 작업 공간을 구축하기 위해서는 견고하고 신뢰할 수 있으며 컴팩트하고 설계 유연성을 보장하는 인터커넥트가 필요합니다. 바로 그러한 인터커넥트 제품이 TE 커넥티비티의 D-2970 다이나믹 시리즈 PCB 커넥터(그림 2)입니다. 이들 커넥터 제품은 센터 로킹 레버(center-locking lever)를 포함하고 소리와 촉감으로 메이팅 피드백을 제공하므로 더 적은 삽입력으로 안전하게 메이팅할 수 있습니다. 또한 IP20 ‘핑거 세이프(finger-safe)’ 하우징은 작업자가 작동 중인 부품을 실수로 건드리지 않도록 해줍니다. 이들 커넥터 제품은 대부분의 산업 자동화 애플리케이션에 사용할 수 있습니다.

그림 2: TE 커넥티비티의 D-2970 다이나믹 시리즈 PCB 커넥터는 디바이스를 끼우거나 뺄 때 작업자를 보호하기 위한 안전 기능을 포함합니다.

맺음말

IIoT, 로보틱스, AI 같은 첨단 기술을 도입해서 산업 자동화가 빠르게 진화함으로써 다양한 산업 분야에서 제조 생산성을 크게 높일 수 있게 되었고, 이는 제조 기업의 수익성 제고로 이어집니다. 고도의 산업 자동화는 가동률을 높이고, 제품 품질을 높이고, 작업자 안전을 높입니다. 뿐만 아니라 제조 기업들이 제품 품질을 떨어트리지 않으면서 소량 맞춤화 생산을 할 수 있는 유연성을 갖게 합니다. 신뢰할 수 있으며 안전한 산업 자동화는 고객 요구에 민첩하게 대응하고 일관된 품질의 제품을 생산할 수 있도록 하므로 궁극적으로 고객 만족도를 높입니다.