자동화는 제조 시설에서 가장 눈에 띄는 지점에서부터 시작되는 것은 아닙니다. 대부분의 경우, 가장 큰 잠재력은 수년간 안정적으로 작동해 왔지만 수작업이 많이 필요한 영역, 즉 부품 적재 및 하역, 마킹, 조립, 검사, 윤활 또는 포장과 같은 영역에 있습니다. 그러한 활동들은 필요하지만, 추가적인 가치를 창출하는 데에는 한계가 있습니다. 동시에, 이전 처리 단계들이 이미 생산성이 높고 상당 부분 자동화되어 있다면 병목 현상이 발생할 수도 있습니다.
SCHUNK는 라우펜 암 네카르에 있는 자사 툴홀더 생산 시설에서 이러한 상황에 직면했습니다. 그곳에서는 높은 정밀도, 다양한 변형, 그리고 높은 제조 전문성을 바탕으로 툴홀더가 제조됩니다. 149대의 기계, 34대의 로봇, 그리고 약 400명의 직원을 보유한 이 시설은 이미 고도로 자동화되어 있습니다. 하지만 최종 공정에는 균형 맞추기, 레이저 마킹, 윤활, 포장 등 여러 수작업 단계가 포함되었습니다. 특히 레이저 마킹이 병목 요소가 되었습니다.
SCHUNK의 마감 전문가인 마틴 슈튀르믈링거는 이전의 작업 흐름을 다음과 같이 설명합니다. "자동화 이전의 공정은 사실상 수동 로딩 기계의 공정과 동일했습니다. 각 부품을 개별적으로 로드한 다음 레이저 마킹했습니다. 우리는 10초마다 부품을 바꿔야 했습니다." 따라서 각 툴홀더는 제품 카트에서 개별적으로 꺼내어 장착하고, 마킹 후 다시 꺼내어 필요에 따라 추가 마킹 지점을 위해 재배치했습니다.
문제는 마킹 자체에만 있는 것이 아니었습니다. 수백 가지에 달하는 다양한 툴홀더 변형 제품들이 마무리 공정을 거치며, 보통 100개 정도의 소량씩 생산됩니다. 또한 고객별 표시, 일련번호, 데이터 매트릭스 코드 및 여러 위치에 대한 마킹이 필요합니다. 툴홀더의 무게는 최대 5kg까지 나갈 수 있습니다. 교대 근무 시간 동안 이 작업은 단조롭고 육체적으로 힘든 일입니다.
라우펜의 툴홀더 및 척 죠 생산 관리자인 스테펜 괴츠만은 다음과 같이 말합니다. "우리는 가치 사슬의 마지막 단계에서 병목 현상을 겪었습니다. 이 문제를 해결하기 위해 우리는 작업 생산성을 높일 수 있는 솔루션을 찾고자 했습니다. 수동으로 진행되는 공정을 살펴본 결과, 마무리 작업이 개선이 필요한 부분임을 빠르게 파악했습니다. SCHUNK가 자체적으로 구축하고 있는 자동화 시스템에 완벽하게 적합합니다."
핵심 요구 사항은 기존 물류 시스템을 유지하는 것이었습니다. 라우펜에서는 툴홀더가 제품 카트에 실려 공정 간에 이동합니다. 제품을 특수 자동화 트레이에 다시 포장하려면 추가적인 수작업이 필요했기 때문에 현실적으로 불가능했습니다. 이러한 이유로 GROW 자동화 셀은 기존 공정에 맞춰 설계되었습니다. 카트는 물류 모듈로 밀어 넣어 고정시킨 다음 생산 주문을 통해 식별됩니다. 해당 셀은 바코드를 통해 가공물의 종류, 마킹 및 해당 프로그램에 대한 모든 관련 정보를 수신합니다.
일단 과정이 시작되면 로봇이 모든 것을 처리합니다. 카메라 시스템은 먼저 카트에서 툴홀더의 위치를 감지합니다. 이는 카트와 부품 위치가 자동화용으로 특별히 설계된 트레이만큼 정밀도를 제공하지 못하기 때문에 필요합니다. 이미지 처리는 이러한 편차를 보정하여 세포를 더욱 견고하게 만듭니다. 로봇은 툴홀더를 잡고 셀 안으로 유도한 다음, 다른 카메라를 사용하여 부품의 방향을 확인합니다.
툴홀더에는 구멍이나 윤곽선과 같은 정의된 특징이 있고, 표시를 특정 위치에 배치해야 하므로 이러한 방향 설정은 매우 중요합니다. 위치가 명확하게 결정된 후에야 비로소 부품을 레이저에 정확하게 정렬할 수 있습니다. 로봇은 작업 도중 툴 홀더를 회전시킬 수 있으므로 여러 마킹 위치에 접근할 수 있습니다. 카메라는 데이터 매트릭스 코드를 확인합니다. 코드가 읽을 수 있는 형식인지, 그리고 저장된 정보가 해당 툴홀더와 일치하는지 확인합니다. 이를 통해 수동 처리 공정이 품질 관리가 통합된 재현 가능한 일련의 과정으로 전환됩니다.
이 셀은 형태에 꼭 맞는 그립을 위해 교체 가능한 그리퍼 핑거를 사용합니다. 약 50가지 종류의 그리퍼-핑거 세트만 있으면 약 650가지 변형을 자동으로 생성할 수 있습니다. 교체 작업은 SCHUNK BSWS-R 퀵 죠 체인지 시스템을 그리퍼에 직접 사용하여 수행하며 몇 분밖에 걸리지 않습니다. 작업자들은 새로운 변형 기능을 직접 프로그래밍할 수도 있습니다. 슈튀르믈링거는 처음부터 참여했습니다. "저는 사실상 처음부터 그곳에 있었고, 셀을 계획하고 개발하는 데 도움을 주었습니다. 우리는 개발팀과 긴밀히 협력하여 요구사항을 전달했습니다."
그만한 가치가 있을까요? 유휴 시간을 살펴보면 도움이 됩니다. 괴츠만은 이렇게 설명합니다. "물론 우리는 스스로에게 물었습니다. 레이저 마킹처럼 비교적 간단한 공정 단계에서 자동화가 투자 비용을 상쇄할 수 있을까? 자동화 덕분에 이제 직원이 다른 작업을 수행하는 동안 유휴 시간에 부품 가공이 이루어집니다. 결과적으로 이 셀은 대형 자동화 시스템처럼 빠르게 투자 비용을 회수할 수 있습니다."
이는 직원들의 역할에도 변화를 가져옵니다. 10초마다 부품을 교체하는 대신, 셀을 설치하고 공정을 모니터링하며 설정 또는 검사 작업에만 개입합니다. 마무리 부서 직원의 3분의 2는 로봇 공학에 대한 사전 경험 없이 새로운 변형 제품을 작동하고 프로그래밍할 수 있도록 교육을 받았습니다. 따라서 사용 편의성은 성공의 핵심 요소였습니다. 자동화는 기술적인 관점에서만 작동하는 것이 아니라 일상적인 생산 과정에서도 관리가 용이해야 합니다.
SCHUNK는 레이저 마킹에 이어 이전에는 수작업으로 진행되었던 오일 주입 및 포장과 같은 후속 공정까지 자동화했습니다. 바로 이 부분에서 GROW 셀의 모듈식 설계의 장점이 특히 두드러집니다. 하나의 세포로는 두 가지 작업을 모두 수행하기에 충분하지 않았기 때문에 두 개의 세포를 결합하여 더 큰 용액을 만들었습니다. 한쪽에서는 툴홀더에 오일을 바르고, 다른 쪽에서는 포장 및 라벨링 작업을 합니다.
로봇은 제품 카트에서 부품을 꺼내 밀폐된 윤활 스테이션에 투입합니다. 이는 공구 홀더의 부식을 방지하기 위해 오일 막을 도포하는 것입니다. 동시에 두 번째 로봇이 포장 부품을 공급합니다. 또한, 팀은 라벨 부착 공정도 통합했습니다. 라벨 프린터가 적절한 라벨을 출력하면 진공 그리퍼가 이를 집어 패키지의 곡면 표면에 부착합니다. 그런 다음 포장이 닫히고 회전식 보관 장치라고 불리는 곳으로 이송됩니다. 직원은 나중에 완성된 제품들을 한꺼번에 모아서 보관을 위해 상자에 옮길 수 있습니다.
SCHUNK는 이 프로젝트에서 공급업체이자 사용자 역할을 모두 수행했습니다. "SCHUNK의 모든 것은 최초 아이디어부터 실제 구현에 이르기까지 전적으로 사내에서 개발되었습니다."라고 괴츠만은 말합니다. 이로써 해당 회사의 자체 제조 시설이 GROW 자동화 셀의 첫 번째 고객이 되었습니다. 현재 레이저 마킹 셀 2개와 오일 주입 및 포장 셀 2개가 가동 중입니다. 수백 가지의 툴홀더 변형에 대해 자동 레이저 마킹이 가능하며, 배치당 설정 시간은 약 5분입니다. 24개월 동안 총 135,000개의 툴홀더에 자동으로 마킹이 이루어졌습니다.
하지만 진정한 이점은 단순히 생산량 증가에만 있는 것이 아닙니다. 생산 셀은 병목 현상을 해소하고, 공정 체인을 안정화하며, 직원들이 단조롭고 육체적으로 힘든 작업에서 벗어날 수 있도록 해줍니다. 다음과 같이 라고 괴츠만은 요약했습니다. "이러한 자동화 시스템 덕분에 작업 현장이 훨씬 더 차분한 환경으로 바뀌고 있습니다. 직원들이 시스템이 자동으로 실행되는 동안 다른 일을 할 수 있다는 점은 큰 장점이며, 이러한 자동화 시스템을 구축하는 데 있어 비용 효율성을 크게 높여줍니다."
이 예시는 기존 제조 공정을 자동화할 때 가장 중요한 점을 보여줍니다. 즉, 솔루션은 실제 생산 환경에 적응해야 한다는 것입니다. 이 시스템은 다양한 변형을 처리할 수 있어야 하고, 기존 물류 시스템을 통합할 수 있어야 하며, 설치가 빠르고, 운영 담당자의 수용을 받을 수 있어야 합니다. 이를 통해 오랫동안 너무 세분화되어 있거나, 변형이 너무 많거나, 부가가치가 충분하지 않다고 여겨졌던 프로세스를 자동화할 수 있게 됩니다.