자동화 조립 및 테스트 시스템: 사양 지정 방법

자동화 분야에서 발견되는 많은 회사들은 시스템을 구현하는 과정에서 한 가지 명백한 실수를 저지릅니다. 조립 구간의 자동화가 먼저 이루어지는데, 이는 눈에 쉽게 띄기 때문이며, 테스트 과정에서 또 다른 병목 현상을 만듭니다. 이 과정에서는 두 명의 작업자와 시계가 있는 작은 벤치가 생산 라인의 끝에 배치됩니다. 생산 속도는 상당히 증가하지만, 테스트 벤치가 병목 현상이 되어 제품이 포장되기 전에 제거되어야 할 결함이 지연되어 발견됩니다. 배치된 시스템의 성공은 이 시스템 내 모든 프로세스가 정확히 반대로 설계되었다는 사실에서 찾을 수 있습니다: 결함이 처음 발생하는 지점에서 테스트 단계가 수행되어야 합니다.

이 논문의 저자는 위에서 언급한 분야에서 운영되는 건설 회사이므로, 이 논문의 내용에서 이어질 정보가 바로 위에서 언급한 자동화 시스템 설계 분야의 전문성에 관한 것임이 명확해집니다.

자동화를 통한 테스트 및 조립 시스템은 조립용 테스트 스테이션을 통합하며, 이는 전송을 위해 설계된 시스템을 통해 후속 테스트 프로세스와 연결되어 자체 시스템으로 활용됩니다. 이 시스템의 목표는 인력을 절감하는 것이 아니라 결함을 제거하는 것입니다. 불행히도, 이는 조립 지점에서 결함의 자동화를 요구합니다. 저전력 장치의 경우, 시스템은 높이 750mm 범위 내에서 2~50개의 조립 스테이션을 운영하며, 동기 또는 비동기 사이클 기간은 3초에서 12초까지 지속됩니다. 모든 조립 작업은 접촉 저항, 작동 시간, 절연성 및 보정을 검사하는 작업을 포함합니다. 이러한 시스템의 가격은 자동화 수준에 따라 $80000에서 $1500000까지 다양합니다.

자동 조립 및 테스트 시스템이 실제로란 무엇인가

이 용어는 여러 기능을 결합한 장치를 의미합니다. 조립 과정의 실행은 공급, 방향 설정, 압착, 나사 조임, 리벳팅, 용접 및 마킹을 통해 다양한 부품과 부속품을 정밀하게 조립하는 조립 스테이션을 포함합니다. 테스트 과정의 실행은 완성된 조립품이 연속성, 옴 저항, 절연 강도 및 기능 테스트와 같은 다양한 유형의 검증 테스트를 통과해야 함을 필요로 합니다. 한 스테이션에서 다른 스테이션으로의 조립 이동은 전송 시스템에 의해 이루어지며, 결함 제품을 공정에서 제외하는 기능을 가진 컨트롤러에 의해 관리됩니다.

이 복합 시스템이 조립 라인과 다른 주요 차이점은 피드백 루프입니다. 일반적인 조립 라인은 제품을 생산하고 조립 주기 끝에서 품질을 검사하는 반면, 이 시스템은 조립의 각 단계에서 진행이 정당한지 확인하고 공정의 세부 사항을 기록합니다. 이 기록은 시스템의 출력물일 뿐만 아니라 제조된 하드웨어이기도 하며, 후자는 감사자와 고객의 품질 엔지니어가 정확히 찾고 있는 것입니다.

컨베이어 옵션과 스테이션 배치를 포함한 모듈식 라인의 일반 구성은 다음 개요에 나와 있습니다. 모듈식 조립 라인 플랫폼. 기계적 측면을 이해하려면 읽어보십시오. 흥미로운 결정은 테스트 위치와 무엇을 거부할 수 있는지에 관한 부분에 있습니다.

테스트가 끝이 아닌 라인 내에 있어야 하는 이유

결함이 라인을 따라 내려갈수록 결함의 비용은 증가합니다. 결함이 발생한 원천에서 발견되면 몇 초 내에 수정할 수 있지만, 최종 검사에서 발견된 결함은 제품을 풀고 분석하고 분해하고 수리하는 긴 과정을 거쳐야 하며, 이와 동시에 200개 이상의 유사 제품을 생산해야 합니다. 한편, 고객이 결함을 발견하면 반품이나 운송 클레임 견적이 필요하며 문제 원인 조사도 필요합니다.

일반적으로 이러한 상황에 대한 배수는 잘 알려져 있습니다: 비용은 스테이션에서 1, 최종 테스트에서 10, 정상 운영 중에는 100입니다. 배수는 제품에 따라 다를 수 있지만 경향은 동일합니다. 라인 테스트가 조립 스테이션보다 저렴한 이유입니다.

종종 간과되는 인라인 테스트에 대한 또 다른 강력한 주장이 있습니다. 인라인 테스트를 통해 데이터가 생성 시점에 제공되어 프레스 절단력 변경이나 기타 이유로 인한 실패를 제품이 거부되기 훨씬 전에 식별할 수 있습니다.

아키텍처: 인덱싱, 스테이션, 테스트 및 거부

기계는 다음 순서로 내려진 네 가지 결정으로 정의할 수 있습니다.

• 첫 번째 결정은 이송 모드에 관한 것입니다. 동기식 인덱싱을 선택하면 처리 중인 모든 항목이 동시에 이동되어 빠르고 간단하지만, 사이클 타이밍에서는 가장 느린 스테이션이 사이클 시간을 결정합니다. 팔레트 이송의 비동기식 옵션은 각 스테이션에서 제품을 대기시킬 수 있어 가장 느린 테스트의 영향을 받지 않지만, 이 작업의 비용은 더 높습니다. 벨트 컨베이어, 롤러 컨베이어, 슬랫 체인 컨베이어, 모듈러 플라스틱, 스피드 체인 컨베이어 등 컨베이어는 제품의 무게와 방향에 따라 다르게 작동합니다.
• 두 번째 결정은 스테이션의 수량과 분포입니다. 스테이션 수는 2개에서 50개까지 다양할 수 있으며, 이는 한 스테이션이 유휴 상태가 되지 않고 다른 스테이션이 제약받지 않도록 사이클 타임을 균형 있게 조정할 수 있는 엔지니어링 계산에 기반합니다.
• 세 번째 결정은 테스트 내용과 관련됩니다. 이는 무엇을 검사해야 하는지, 허용 오차 수준, 사용되는 기기를 의미합니다. 이 결정은 가장 비용이 많이 들고 문제를 일으키는 부분입니다.
• 마지막 결정은 불합격 품목을 어떻게 처리할지에 관한 것입니다, 따라서 불합격 품목은 양품 바구니 밖의 장소를 찾아야 하며, 최소한의 해결책으로는 실패 기록이 장치에 표시되는 잠금 격리 상자로 연결되는 분기 개구부를 구축해야 합니다. 수동 벤칭에서는 작업자가 급할 때 가장 덜 지켜지는 절차로, 이를 기계 작업으로 옮길 필요성을 입증합니다.

그만큼 ACB 자동 생산 라인 이 네 가지 결정이 더 큰 규모에서 어떻게 상호작용하는지에 대한 유용한 참고 자료입니다: 작업장 수는 하위 조립품 수에 의해 결정되고, 아크 처트 및 접점 조립품이 매우 다른 사이클 시간을 가지므로 이송은 비동기식이며, 테스트 작업장은 위에서 언급한 이유로 집중되지 않고 분산되어 있습니다.

벤롱이 구축하는 곳: 저전압 기기 라인

당사의 전문 분야는 미니어처 서킷 브레이커, 몰드 케이스 브레이커, 공기 서킷 브레이커, 잔류 전류 장치, 접촉기 및 스타터와 같은 저전압 전기 장치입니다. 이는 제조의 작은 부문이지만, 품목의 품질이 전기적 매개변수로 표현되고 각 단위가 개별적으로 검사되기 때문에 여전히 도전적인 분야입니다.

생산 라인은 접점 삽입, 아크 처트 조립, 메커니즘 조립, 보정, 마킹 및 전기 테스트와 같은 작업장으로 구성되며, 일련 번호를 통한 추적 가능성을 구축할 수 있습니다. 라인의 높이는 750mm이며 20mm 조정이 가능하고, 전압은 380V, 50Hz이며, 반자동 셀부터 완전 생산 라인까지 2개에서 50개 작업장까지 포함할 수 있습니다. 표준 라인 구성의 납기는 보통 30-60일입니다.

동일 제품군에서 작업하는 이점은 동일한 공구 라이브러리를 사용할 수 있다는 것입니다. 예를 들어, 63A 서킷 브레이커용 접점 삽입을 설계하는 것은 이전에 생산된 작업장을 하나 더 만드는 것이며, 이는 첫 프로젝트에 소요되는 유일한 엔지니어링 비용입니다. 케이스 조립 작업장도 좋은 예로, 매우 단순해 보이지만 케이스를 정사각형으로 만들고 방향을 맞추며 멈추는 작업은 매우 복잡하며 사이클 시간은 다른 후속 작업과 같습니다.

테스트 작업장은 어려운 절반입니다

자체 프레스를 만드는 것은 쉽습니다. 테스트 작업장은 제품이 사양을 충족하는지 여부를 결정하는 테스트를 통과하거나 실패하는 장소 역할을 합니다.

• 접촉 저항. 설정된 전류에서 4선식 기법을 사용하여 마이크로옴 단위로 측정합니다. 여기서 중요한 것은 절대값이 아니라 통계입니다: 기준값보다 높은 값은 단지 불량한 크림핑 품질이나 접점 오염을 나타냅니다.
• 트립 시간 및 전류. 차단기 또는 RCD(잔류 전류 장치)를 의미하는 경우, 장치는 여러 테스트를 통과해야 합니다: 정격 전류의 1.05배에서 트립하지 않아야 하며, 정격 전류의 1.2배 이상에 노출되었을 때 필요한 시간 내에 트립해야 하는 등입니다. 따라서 이는 단일 측정이 아닌 실제 전류 공급을 사용하여 테스트 스테이션에서 수행해야 하는 일련의 테스트입니다.
• 절연 내력. 누설 전류를 모니터링하면서 지정된 전압으로 일정 시간 동안 사용됩니다. 여기서 핵심은 고정구 설계에 있습니다: 테스트 고정구 내 아킹으로 인해 테스트가 오해를 불러일으켜 합격 판정을 받는 것보다 테스트를 하지 않는 것이 더 낫습니다.
• 교정. 미리 정해진 값으로 조정된 조절 부품을 확인하는 과정입니다. 이 과정은 제품의 작동 성능을 결정하며, 반자동 라인에서 수동으로 수행될 가능성이 가장 높은 과정이기도 합니다.

이 작업을 위한 전용 벤치는 유연한 테스트 플랫폼과는 다른 기계이며, ACB 테스트 벤치 는 차이를 보여줍니다: 고정구는 하나의 프레임 크기에 맞게 설계되고, 전류 공급원도 해당 프레임에 맞게 크기가 정해지며, 사이클 시간은 장치가 단순히 측정되는 것이 아니라 작동되어야 하는 기계 제품임을 반영합니다.

이 모델에 적합한 산업과 그렇지 않은 산업

이 접근법은 커넥터, 센서, 소형 액추에이터가 테스트 대상인 자동차 부품 조립과 같은 응용 분야에 효과적으로 적합합니다. 의료 장비에서도 테스트 보고서가 필수 요구 사항이며, 소비자 전자 공장에서는 프로세스가 빠르고 기능 테스트에 의존합니다. 이 원칙의 다른 성공적인 적용 사례로는 전압, 저항, 열 테스트가 필요한 배터리 모듈이 있으며, 이로 인해 모든 오작동이 안전 문제로 간주됩니다.

이 방법은 소량 생산에는 권장되지 않습니다. 이는 20개 스테이션과 사전 고정된 공구를 가진 시스템이 변경이 자주 발생할 때 작동하지 않으며, 매번 노동 집약적인 과정을 거쳐야 함을 의미합니다. 대신, 이러한 경우에는 자동화된 컨베이어 솔루션보다 잘 적응된 공구를 갖춘 우수한 셀과 수동 테스트 벤치를 선호해야 하며, 그렇지 않으면 조달 비용을 낭비하고 기계가 무용지물이 될 수 있습니다.

일반적으로 일일 생산량 5,000대가 분기점이며, 많은 경우 반자동 시스템이 더 효율적입니다.

공장이 실제로 얻는 것

인력의 완전한 제거보다는 재배치가 선호됩니다. 예를 들어, 15개 스테이션이 있는 생산 라인은 일반적으로 필요한 인원 수가 25% 감소합니다. 인원이 줄어들면 작업자는 기계 작동을 감독할 수 있어 상당한 비용 절감이 가능합니다. 그러나 실제 비용 절감은 재작업량 감소에서 비롯됩니다.

처리량 예측 가능성. 조립 라인의 출력은 주로 고용된 인력에 달려 있습니다. 반대로, 고정 사이클 타임을 가진 라인의 생산량은 동일하므로 다른 생산 단계의 일정 계획 전체 과정이 훨씬 쉬워집니다.

품질 기록. 생산되는 각 단위는 고유한 일련 번호와 테스트 결과를 가지고 있습니다. 이를 통해 고객 불만에 몇 분 내에 대응할 수 있으며, 감사자에게 필요한 증거를 즉시 제공합니다.

전환 비용은 숨겨진 비용입니다. 생산 라인이 다른 유형의 생산으로 전환하는 데 40분이 걸린다면, 해당 라인은 한 가지 유형만 생산하며 특정 제품의 다른 브랜드에는 사용되지 않습니다. 사양에는 전환 시간과 이 기계로 처리할 변형 수가 포함되어야 하며, 이를 바탕으로 조립 라인의 효율성에 대한 추정이 이루어집니다.

예산 범위와 그 동인

인라인 테스트가 없는 반자동 조립 시스템은 약 $80,000부터 시작합니다. 장비의 복잡성에 따라, 특수 고정구와 기본 테스트가 포함된 단일 이동 작업 영역은 $40,000에서 $120,000 사이입니다. 인라인 전기 테스트, 자동 불량품 제거 및 제품 추적성을 포함하는 12~20개 작업 스테이션으로 구성된 완전한 공장 및 조립 시스템은 주로 테스트 기능에 따라 $250,000에서 $150만 사이입니다.

이 수치에 가장 큰 영향을 미치는 세 가지는 다음과 같습니다. 1,000A 이상의 전류를 일정 시간 동안 생성하는 과정이 매우 비용이 많이 드는 트립 테스트용 전류원 장비 유형, 추적성 소프트웨어는 하드웨어에 비해 상대적으로 저렴하지만 검증은 그렇지 않다는 점, 그리고 모든 유형의 고정구가 고유해야 하므로 제품 범위 내 6가지 유형의 총 제품 수에 곱해져 공장 내 고정구 총 수가 결정된다는 점입니다.

노화 및 내구성 테스트는 별도의 구매와 별도의 논리를 가집니다. 전환 스위치를 만 번 무인으로 사이클하는 벤치는 검사 도구가 아니라 신뢰성 도구입니다. ATS 노화 테스트 벤치 이 두 작업은 보통 함께 지정되지만 별도로 구매되어야 하며, 서로 다른 승인 기준과 투자 회수 계산이 필요하기 때문에 존재합니다.

우리가 제조하지 않는 부품에 대해 알아둘 만한 브랜드

우리는 전기 장치용 라인과 벤치를 모두 제조합니다. 다른 분야나 우리가 제조하지 않을 수 있는 목적을 위해서는 다음 회사들이 언급할 가치가 있습니다.

ATS 코퍼레이션은 2025 회계연도에 약 C$2.7조의 수익을 창출하고 65개 공장에서 약 7,500명의 직원을 고용하는 가장 큰 맞춤형 자동화 생산업체입니다. 이 회사의 전문 분야는 의료 및 운송 분야에서 매우 복잡한 조립 및 테스트입니다. JR 오토메이션은 거의 같은 수준으로 북미에서 강력한 입지를 가지고 있으며 다양한 산업 분야에서 특정 전문성을 보유하고 있습니다.

부품에 대해 말하자면, 모션 컨트롤과 데이터 기록을 고려할 때 Beckhoff는 PC 기반 제어 및 EtherCAT I/O의 표준 선택이며, Keyence는 비전 및 측정 센서에 대해 다른 공급업체와 비교해봐야 합니다. 로보틱스의 경우, 우리는 일반적으로 협동로봇 대신 잘 알려진 산업용 로봇 암을 적용합니다.

대형 통합업체가 전문업체에 비해 가지는 주요 장점은 서비스 범위와 신규 공장 프로젝트 관리 능력입니다. 전문업체의 경험은 표준 방식으로 유사한 작업을 수행하는 데 있으며, 이는 엔지니어링에 소요되는 시간을 줄여줍니다.

선택 방법: 선택 표

그만큼 구매자를 위한 자동화 생산 라인 옵션 비교 구매 측면에서 동일한 결정을 거치며, 계약서에 작성할 가치가 있는 수락 기준을 포함합니다. 이 문서를 사양이 최종 확정되기 전에 검토하는 것이 중요합니다. 주문에서 주로 누락되는 두 가지 주요 측면은 교체 시간과 공장 수락 테스트 계획이며, 이들은 해당 단계에서 비용이 비교적 저렴하지만 나중에 추가해야 할 경우 비용이 많이 듭니다.

자주 묻는 질문

조립 라인과 조립 및 테스트 시스템의 차이점은 무엇인가요?

전통적인 조립 라인은 후속 품질 관리를 통해 제품을 제조합니다. 조립 및 테스트 시스템은 제조 공정의 각 단계에서 제품을 계속 만들지 여부를 평가합니다. 결함이 발생하는 곳에서 테스트가 이루어지며, 결함이 있는 제품은 이유와 함께 옆으로 보내집니다. 하드웨어는 동일해 보일 수 있지만, 차이를 만드는 것은 피드백 루프와 데이터입니다. 두 번째 프로세스 변형은 보통 15-30% 더 비용이 들며, 이 추가 비용은 재작업 감소와 지속적인 품질 인증으로 보상됩니다.

자동화된 조립 및 테스트 시스템의 비용은 얼마입니까?

예산 범위는 인라인 테스트가 없는 반자동 라인의 경우 80,000달러부터 시작합니다. 12개에서 20개의 작업 스테이션이 있는 완전한 제조 라인의 경우 가격은 250,000달러에서 150만 달러까지 상승할 수 있으며, 규제 산업에서는 검증된 소프트웨어와 상당한 추적 비용이 40만 달러 이상 발생할 수 있습니다. 지불 금액은 트립 테스트에 사용되는 전류의 출처, 추적 소프트웨어 및 그 검증 프로세스, 그리고 생산 라인에서 사용되는 고정 장치 수의 세 가지 측면에 따라 달라집니다.

라인에는 몇 개의 스테이션이 필요합니까?

일반적인 원칙에 따라 개수는 2개에서 50개 사이이며, 개수는 특정 목표보다는 서로 다른 조립 작업의 수를 나타냅니다. 개수보다 더 중요한 것은 작업 방식입니다. 가장 느린 작업 스테이션이 사이클 타임을 결정합니다; 따라서 20개의 작업 스테이션이 있는 전체 조립 라인은 다른 19개의 작업 스테이션 성능과 관계없이 한 작업 스테이션이 작업을 완료하는 데 12초가 걸립니다. 밸런싱은 보통 작업을 나누거나 병렬로 작동하는 두 번째 테스트 스테이션을 추가하는 것을 의미합니다.

기존 수동 라인을 단계적으로 자동화할 수 있습니까?

확실히, 단계별 전환 방식이 더 수익성이 높은 경향이 있습니다. 이 방법은 먼저 제약 스테이션을 자동화하고, 그 다음 인라인 테스트를 추가하며, 마지막으로 두 스테이션 간의 이송을 자동화하는 것입니다. 각 단계는 고유한 위험과 수익을 가지고 있으며, 공장은 완전한 라인을 설치하기 전에 자동화 프로세스가 어떻게 작동하는지 알게 됩니다. 만약 누군가가 먼저 이송을 계획했다면, 제약 조건을 알지 못한 채 레이아웃이 이미 결정된 것입니다.

계약서에 어떤 수락 테스트를 작성해야 합니까?

특히 다섯 가지에 관하여. 정격 속도에서 최소 500 사이클 이상 측정된 연속 사이클 타임, 세 개 부품에 대한 스톱워치 검사 아님. 72시간 동안 수행된 수율 및 OEE 측정, 결함 카테고리 정의 포함. 지정된 방법과 기기를 사용한 도구에서의 반복 가능한 테스트. ISO 13849 및 관련 성능 수준에 따른 안전 검증. 수정이 가능한 설계 도면 및 PLC 소스 코드를 포함한 문서 패키지, 리드 타임이 명시된 예비 부품 목록, 그리고 교육 과정 제공.

제품 설계가 변경되면 어떻게 되는가?

모두 라인 설계 방식에 달려 있다. 빠른 교체 고정구와 순차 테스트 프로그램이 갖춰진 라인은 몇 시간 내에 변형을 처리할 수 있다. 고정 공구와 하드코딩된 한계가 있는 라인은 새로운 고정구와 소프트웨어 수정을 필요로 한다. 사양서에는 5년 내에 라인이 처리해야 할 다양한 변형 수와 교체 시간에 대해 명시해야 한다. 이 수치는 고정구 전략을 결정하지만, 구매자가 명확히 명시하지 않는 한 문서화되어 있는 경우는 드물다.

참고 자료

• ATS Corporation — 맞춤형 자동화 제조 및 테스트 시스템
• JR Automation — 자동화 조립 및 테스트 통합
• Beckhoff Automation — 생산 라인을 위한 PC 기반 제어
• A3 — 자동화 진전, 산업 자원
• International Federation of Robotics — 세계 로봇 데이터

결론

생산 기계를 구매하기 전에 테스트 장비를 먼저 구매하라. 쉽게 조립할 수 있지만 테스트가 부실한 생산 라인은 재작업과 비용 낭비를 초래하는 조립 라인이다. 새 조립 라인에 쓴 돈은 공급원과 기타 중요한 기계 부품에 쓸 수 있었을 것이다.

그 후, 기계 사용에 영향을 미치는 세 가지 요소—교체 시간, 변형 수, 최대 속도에서의 사이클 타임—를 기록하라. 이 세 가지 요소는 구매 주문서에 거의 언급되지 않지만 생산 중 대부분의 실패 원인이다. 자동화 또는 수동 조작 기계 구축 가능성을 파악하고 전체 조립 라인 비용을 이해하기 위해 제품, 일일 생산량, 필요한 테스트를 알려 달라.