제조 자동화 솔루션

태국에 본사를 둔 가정용 차단기 제조업체가 연간 생산량의 거의 두 배에 달하는 200만 개 제품 주문을 받으면서, 지난 10년간 사용해 온 수동 조립 공정이 갑자기 한계에 다다랐습니다. 12명의 작업자가 각각 한 가지 반복적인 작업만 수행하는 수동 조립 라인은 과도한 초과 근무 비용과 그에 따른 불량률 증가 없이는 늘어난 주문량을 감당할 수 없었습니다. 이에 회사는 통합 조립 시스템을 도입했습니다. 제조 자동화 솔루션 이 시스템에는 조립식 차단기 메커니즘을 제작하기 위해 부품을 자동으로 공급하는 조립 라인, 열 트립 메커니즘의 교정, 모든 차단기의 철저한 테스트, 그리고 각 장치에 해당 정격을 레이저로 표시하는 작업이 포함되었습니다. 그 결과, 해당 회사의 생산량은 세 배로 증가했고, 불량품은 80% 감소했습니다. 그들은 고객이 요청한 제품을 제시간에 납품했고, 14개월 만에 제조 자동화에 대한 투자금을 완전히 회수했습니다. 이것이 바로 올바르게 적용된 자동화의 효과입니다. 생산 능력을 시장 요구 사항에 맞추고, 수작업으로는 달성할 수 없는 수준의 일관성을 유지하는 것입니다.

제조 자동화란 무엇인가요?

제조 자동화 자동화란 PLC, 산업용 로봇, 컨베이어 시스템, 머신 비전, 컴퓨터 소프트웨어 등의 기술을 활용하여 사람의 개입을 최소화하면서 생산 공정을 진행하는 것을 말합니다. 자동화는 개별 자동화 테스트 영역부터 전체 생산 시설이 하나의 중앙 제조 실행 시스템(MES)과 통신하는 통합 데이터 기반 시설에 이르기까지 다양한 규모로 이루어질 수 있습니다. 자동화의 목적은 인간을 대체하는 것이 아니라 반복적이고 정확하며 위험한 작업을 기계에 위임하여 인간이 공정을 모니터링, 최적화 및 유지 관리하는 데 집중할 수 있도록 하는 것입니다. 국제자동화협회(ISA) 자동화는 단순한 켜짐/꺼짐 제어부터 고급 공정 최적화에 이르기까지 모든 것을 포괄하는 것으로 정의되며, 해당 표준은 현대 공장을 운영하는 산업 제어 시스템의 기반이 됩니다.

자동화 솔루션의 유형 및 적용 분야

모든 공장이 동일한 수준의 자원을 필요로 하는 것은 아닙니다. 제조 자동화. 최적의 솔루션은 생산량, 제품 다양성, 그리고 해당 산업의 특정 품질 및 추적성 요구 사항에 따라 달라집니다. 고전적인 4가지 유형 분류는 다양한 옵션을 이해하기 위한 틀을 제공합니다.

실제 공장에서는 이러한 세 가지 범주의 자동화를 조합하여 사용하는 경우가 많습니다. 예를 들어, 몰드형 회로 차단기를 생산하는 회사는 대량 생산 접점 용접 스테이션에 고정 자동화 시스템을 사용하고, 다양한 암페어 정격의 교정 및 테스트에는 프로그래밍 가능한 자동화 시스템을, 셀 간 부품 이송에는 유연한 로봇 핸들링 시스템을 사용합니다. 이러한 공정들은 통합 MES(제조 실행 시스템)에 연결되어 모든 테스트 결과와 해당 일련 번호를 저장합니다.

다양한 산업 분야에 걸친 자동화 솔루션

로봇 공학, 비전, 컨베이어 및 데이터와 같은 제조 자동화 솔루션을 구축하는 데 사용되는 기본 기술은 생산되는 다양한 품목과 해당 품목이 생산되는 환경에 모두 적합한 도구입니다.

전기 장비 및 회로 보호

소형 회로 차단기(MCB), 몰드 케이스 회로 차단기(MCCB), 접촉기 및 누전 차단기(RCD)는 모두 국제 안전 표준에 따라 개별적으로 교정 및 테스트를 거쳐야 한다는 공통점을 가지고 있습니다. 수동 교정 과정은 시간이 오래 걸리고 작업자의 숙련도에 따라 결과가 달라지며, 시간이 지남에 따라 오차가 발생할 수 있습니다. 벤롱 오토메이션(Benlong Automation)에서 설계 및 제작한 것과 같은 자동 교정 및 테스트 라인은 각 차단기에 알려진 과부하 또는 단락 전류를 인가하고, 차단기의 트립 시간을 측정하고, 교정 메커니즘을 조정하여 작업자가 부품을 직접 만지지 않고도 합격 또는 불합격 여부를 결정합니다. 이러한 접근 방식을 통해 공장에서 출고되는 모든 회로 차단기는 공표된 시간/전류 곡선을 준수하게 되며, 이는 대량 생산 시 발생하는 비용 때문에 기존의 수동 교정 방식으로는 경제적으로 실현 불가능합니다.

벤롱은 MCB, MCCB 및 AC 접촉기를 위한 다양한 완전 자동화 조립 및 테스트 라인을 보유하고 있습니다. MCB 자동 조립 라인 부품 공급, 조립, 교정, 테스트, 마킹 및 분류를 하나의 연속적인 흐름으로 통합하여 몇 초마다 테스트 및 인증을 거친 차단기를 제공합니다. 서지 보호 장치(SPD) 제조업체에게 있어, SPD 자동 생산 라인 조립, 고전압 테스트 및 추적성을 단일 스테이션에서 통합합니다.

자동차 및 전기 자동차

자동차 산업은 수년 동안 다양한 형태로 자동화를 도입해 왔습니다. 이러한 자동화 기술은 로봇을 활용하여 자동차 차체 용접, 도장, 조립과 같은 복잡한 작업을 수행합니다. 최근 몇 년 동안 전기 자동차로의 전환은 자동차 제조업체들이 생산 공정을 변경하는 데 있어 새로운 과제를 안겨주었습니다. 이러한 과제에는 배터리 모듈 조립, 전기 모터용 헤어핀 스테이터 권선, 고전압 케이블 하네스 제작 등이 포함되며, 각 공정은 전체 제조 공정에 걸쳐 정밀한 측정과 추적성을 요구합니다. FANUC과 KUKA는 이러한 새로운 자동차 자동화 작업의 기반이 되는 로봇을 제조합니다.

의료기기 및 의약품

의료기기 제조 분야에서는 검증된 공정, 클린룸과의 호환성, 제조 공정의 모든 측면에 대한 추적 가능한 기록 등 여러 가지 핵심 요소가 필요합니다. 자동 주사기 조립 생산 라인, 흡입기 충전 및 압착 라인, 진단 키트 포장 장비는 정밀한 기계적 작동과 완벽한 육안 검사 기능을 결합하여 개발되었으며, 고유한 일련 번호를 통해 환자 이력의 모든 단계에서 모든 매개변수가 어떻게 처리되었는지 정확하게 기록합니다. 이러한 자동화는 공정 검증의 증거가 됩니다.

식품 및 음료 가공

자동 충전, 캡핑, 라벨링 및 팔레타이징 라인은 사람의 접촉을 최소화하면서 고속으로 작동하여 오염 위험을 줄입니다. 로봇과 컨베이어는 세척이 가능하여 CIP(현장 세척)로 라인을 청소할 수 있으며, 비전 시스템은 생산 속도에 맞춰 충전량, 라벨 부착 위치 및 밀봉 상태를 모니터링합니다.

제조 자동화가 제공하는 이점: 측정 가능한 장점

제조 분야의 자동화 솔루션은 분석 결과를 바탕으로 타당성을 입증할 수 있습니다. 맥킨지앤컴퍼니의 디지털 제조 분석에 따르면 자동화 및 통합은 처리량을 25~50% 향상시키고, 불량률을 50~80% 감소시키며, 유지보수 비용을 20~40% 절감하는 효과를 가져옵니다. 이러한 수치는 다양한 산업 분야의 제조업체들의 경험에서도 뒷받침됩니다.

• 일관된 처리량. 자동화 라인은 정해진 주기 시간에 맞춰 설계되었으며, 새벽 4시든 점심 식사 후든 상관없이 동일한 방식으로 작동합니다.
• 내재된 품질. 모든 자동화 스테이션은 검사 스테이션 역할을 합니다. 토크 측정값이 허용 범위를 벗어나면 생산 라인이 멈추고, 마찬가지로 부품이 누락되면 불량품으로 판정됩니다. 즉, 품질은 검사를 통해 확보되는 것이 아니라, 생산 과정 자체에 내재되어 있습니다.
• 추적성과 데이터. 자동 시스템에서 수행되는 모든 작업은 전자 기록을 생성합니다. 전력 부문에서는 이러한 기록에 차단기용 보정 곡선이 모두 포함되며, 이러한 곡선은 필요에 따라 검색하여 보증 청구에 사용할 수 있습니다.
• 노동 안정. 자동화를 통해 제조업체는 인건비가 비싸거나 인력이 부족한 지역에서 숙련된 조립 작업자에 대한 의존도를 줄일 수 있습니다. 유지되는 작업자는 생산 라인을 모니터링하고 유지 관리하는 데 숙련된 인력입니다.
• 안전. 자재 운송 자동화 시스템에는 컨베이어, 자율 이동 로봇(AMR), 로봇 팔레타이저 등이 있으며, 이러한 시스템은 작업장 근골격계 질환(WMS) 부상 발생률을 높이는 요인인 자재를 반복적으로 들어 올리고 운반할 필요성을 없애줍니다.

제조 자동화를 형성할 미래 트렌드

기술의 여러 발전은 제조 자동화 솔루션의 개발 및 활용 방식에 영향을 미치기 시작했습니다.

• 인공지능과 머신러닝. 진동 센서와 모터 전류를 활용하는 예측 유지보수 알고리즘은 비전 시스템에서 생성된 데이터를 분석하여 규칙 기반 알고리즘으로는 감지할 수 없는 결함을 식별함으로써 생산에 영향을 미치기 며칠 전에 베어링 고장을 감지할 수 있습니다.
• 디지털 트윈. 제조 또는 생산 라인의 디지털 복제본을 통해 제조업체는 신제품 출시를 시험하고, 최적의 레이아웃을 설계하며, 첫 번째 실제 기계 조립을 완료하기 전에 작업자를 교육할 수 있습니다. 또한 디지털 복제본은 정상 생산 중에 실제 라인에 연결되어 생산 성능에 대한 실시간 대시보드를 제공합니다.
• 협동 로봇(코봇). 협동 로봇은 작업자와 함께 작업하며 반복적인 물건 집기 및 놓기 작업을 수행할 수 있습니다. 협동 로봇 작업자는 추가적인 기술이 필요한 조립 작업을 담당하게 됩니다. 협동 로봇은 반자동 생산 셀에서 효과적으로 작동합니다.
• 지속가능성과 에너지 모니터링. 자동화 라인은 생산 단위당 에너지 사용량을 측정하기 위해 더 많은 센서를 사용하므로 두 회사 모두 비용을 절감하고 주주에게 지속 가능성 성과를 보고하기가 더 쉬워집니다.

적합한 자동화 파트너를 선택하는 방법

제조 자동화 솔루션 공급업체를 선정하는 것은 전략적인 결정이 될 수 있습니다. 다음 요소들은 적합한 장기 파트너와 계약 작업만 수행하는 기계 제작업체를 구분하는 데 도움이 될 수 있습니다.

• 해당 분야 경험. 시스템 통합업체가 귀사의 제품이나 산업 분야에 맞는 생산 라인을 설계해 본 경험이 없을 수도 있습니다. 하지만 만약 해당 업체가 이전에 열 자기 트립 장치 교정이나 은 접점 용접과 같은 어려운 작업을 귀사의 비용을 들이지 않고 해결해 왔다면, 그들은 해당 분야에 대한 학습 과정을 밟아왔을 것입니다.
• 통합 기능. 이 협력업체는 기계, 전기, 제어 및 소프트웨어를 포함한 전체 솔루션을 제공할 수 있습니까, 아니면 주요 분야만 하청업체로 제공합니까? 모든 엔지니어링 분야를 자체적으로 처리하는 협력업체라면 문제가 발생했을 때 책임을 전가하지 않을 것입니다.
• 판매 후 지원. 24시간 내내 가동되는 기계는 신속한 부품 공급과 서비스가 필수적입니다. 주문하기 전에 협력업체의 수리 및 부품 공급 능력을 반드시 확인하십시오.
• 데이터 및 인더스트리 4.0 준비 상태. 자동화 라인은 표준 프로토콜을 통해 MES 시스템과 통신하고 모든 공정 데이터를 데이터베이스에 저장할 수 있어야 합니다. 또한 인터넷이나 인트라넷 연결을 통해 원격으로 진단할 수 있어야 합니다. 통합 파트너가 이러한 기능을 제공하지 못할 경우, 연결된 시스템과 기존/추론 시스템 사이에 고립된 자동화 라인이 운영될 수 있습니다.

자주 묻는 질문

제조 자동화란 무엇인가요?

제조 자동화란 생산 공정을 사람이 아닌 기술 도구를 사용하여 운영하는 것을 의미합니다. 자동화에 사용되는 도구로는 PLC, 산업용 로봇, 컨베이어, 비전 시스템, 소프트웨어 등이 있으며, 이러한 도구들은 모두 함께 사용되어 제품을 생산, 테스트, 검사 및 포장합니다.

자동화에는 어떤 네 가지 유형이 있나요?

자동화에는 크게 고정(하드) 자동화, 프로그래밍 가능 자동화, 유연(소프트) 자동화, 통합 자동화의 네 가지 방식이 있습니다. 고정(하드) 자동화는 단일 제품의 대량 생산에 적합하고, 프로그래밍 가능 자동화는 배치 생산(즉, 주문 접수 시에만 생산)에, 유연(소프트) 자동화와 통합 자동화는 공장 전체에서 다양한 제품을 생산하는 데(예: 여러 시설에서 여러 제품 라인을 생산하는 데) 적용할 수 있습니다.

가장 인기 있는 자동화 도구 5가지는 무엇인가요?

프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC), 산업용 로봇, 머신 비전 시스템, 자동 유도 차량(AGV) 및 자율 이동 로봇(AMR)은 물론, 이러한 모든 구성 요소를 데이터로 연결하는 제조 실행 시스템(MES)은 제조 분야에서 가장 일반적으로 사용되는 자동화 도구입니다.

제조업에서 자동화의 예는 무엇인가요?

완전 자동화 시스템이 그 예입니다. 부품 공급, 차단기 조립, 교정, 열 트립 시험, 자기 트립 시험, 정격 라벨 인쇄 및 차단기의 합격/불합격 여부 분류는 공정의 어느 단계에서도 작업자의 개입 없이 이루어집니다. 이는 해당 조립/시험 라인에서 생산되는 제품 간의 일관성을 보장하고, 모든 제품의 제조 이력을 문서화(추적성)할 수 있도록 하며, 모든 제품이 국제 안전 표준을 준수하도록 합니다.

참고 자료

• 국제자동화협회(ISA) — 산업 자동화 및 제어 시스템에 대한 표준, 교육 및 자료.
• 맥킨지앤컴퍼니 - 디지털 제조 및 인더스트리 4.0 — 제조업 자동화가 생산성과 품질에 미치는 영향에 대한 연구.
• FANUC Corporation - 산업용 로봇 및 공장 자동화 — 로봇, CNC 시스템 및 자동화 솔루션 분야의 세계적인 선도 제조업체.
• KUKA Robotics — 자동화 제조 솔루션 — 산업용 로봇 및 자동화 생산 셀을 제조하는 독일 기업.
• 자재 취급 협회(MHI) - 연례 산업 보고서 — 자재 취급 및 물류 분야 자동화 도입 관련 데이터 및 동향.

제조 자동화 솔루션 자동화는 사람을 기계로 대체하는 것이 아닙니다. 기계가 가장 잘하는 작업, 즉 반복, 측정, 기록 작업을 기계에 맡겨 사람들이 가장 잘하는 일, 즉 문제 해결, 공정 개선, 차세대 제품 개발에 집중할 수 있도록 하는 것입니다. 소형 회로 차단기용 자동 교정 라인, 자동차 차체용 로봇 용접 셀, 제약 클린룸의 비전 유도형 피킹 스테이션 등 어떤 시스템이든 목표는 동일합니다. 일관된 품질, 예측 가능한 생산량, 그리고 이를 입증하는 데이터입니다. 벤롱 오토메이션은 전기 제조 분야를 위한 통합 자동화 솔루션을 구축합니다. 절대 고장 나서는 안 되는 보호 장치는 오직 자동화되고 검증된 공정만이 제공할 수 있는 정밀도로 제작되어야 하기 때문입니다.