무인화 공장 운영을 위해 필요한 조건 정리 가이드

목차

• 무인화 공장은 무엇이 달라져야 하나
• 소재 공급과 완성품 배출이 이어져야 한다
• 문제가 발생했을 때 어떻게 멈출지도 정해야 한다
• 소모품과 작업 준비도 무인 시간에 맞춰야 한다
• 원격 확인은 무인 운영을 보조한다
• 정지한 설비를 다시 가동하는 과정도 중요하다
• 무인화 공장에서 구동부를 살펴보는 관점
• 무인화 설비와 본시스템즈의 구동 기술
• 무인화 공장을 단계적으로 확대하는 방법
• 무인화 공장 운영을 정리하며
• FAQ
• 참고자료

무인화 공장은 작업자가 현장에 없는 시간에도 생산 설비가 정해진 작업을 이어갈 수 있도록 구성한 생산 환경입니다.

사람이 근무하는 공장에서는 소재가 부족하면 작업자가 채워 넣고, 완성품이 쌓이면 이동시키며, 설비가 멈추면 원인을 확인한 뒤 다시 가동합니다. 무인화 공장에서는 이러한 작업 가운데 어느 부분을 자동화할 것인지와 문제가 발생했을 때 설비를 어떤 상태로 둘 것인지를 미리 정해야 합니다.

따라서 무인화를 검토할 때는 자동화 설비를 추가하는 것만으로는 부족합니다. 소재가 들어와 가공되고 완성품이 나가는 전체 과정과 로봇, 이송 장비, 주변 장치가 어떻게 연결되는지를 함께 살펴봐야 합니다.

이 글에서는 무인화 공장을 운영하기 위해 어떤 조건을 확인해야 하는지 소재 공급과 배출, 설비 정지와 기록, 원격 확인, 복구 과정, 로봇과 구동부의 관점에서 정리합니다.

무인화 공장은 무엇이 달라져야 하나

무인화 공장은 사람이 전혀 필요하지 않은 공장을 의미하기보다, 작업자가 현장에 없는 시간에도 정해진 공정을 운영할 수 있도록 구성한 생산 환경으로 보는 것이 좋습니다.

일반적인 생산 현장에서는 사람이 설비 사이에서 다양한 작업을 수행합니다. 원자재를 공급하고 완성품을 이동시키는 것뿐 아니라 설비의 상태를 확인하거나 작업 조건이 달라졌을 때 대응하는 역할도 포함됩니다.

무인화를 적용하려면 이러한 작업을 먼저 구분해야 합니다.

어떤 작업은 로봇이나 자동화 장비가 수행할 수 있고, 어떤 작업은 설비의 제어 조건으로 처리할 수 있습니다. 반면 사람이 직접 해야 하는 작업이 남아 있다면 해당 작업이 필요한 시점까지 무인으로 운전할 수 있는지를 검토해야 합니다.

처음부터 공장 전체를 무인화해야 하는 것도 아닙니다. 일정 시간 동안 반복적으로 작업할 수 있는 공정이나 소재 공급과 배출이 비교적 일정한 구간부터 무인화를 검토할 수 있습니다.

이 경우에도 해당 공정만 보는 것이 아니라 앞 공정에서 소재가 어떻게 들어오고 완성된 제품이 다음 공정으로 어떻게 이동하는지를 함께 살펴봐야 합니다.

결국 무인화의 범위를 정하는 첫 단계는 사람이 현재 수행하고 있는 작업 가운데 어떤 부분을 자동화해야 하는지를 구체적으로 정리하는 것입니다.

소재 공급과 완성품 배출이 이어져야 한다

사람이 없는 상태에서 생산을 이어가려면 먼저 소재가 계속 공급될 수 있어야 합니다.

설비가 정상적으로 동작하더라도 사용할 소재가 부족하면 생산은 중단됩니다. 따라서 무인으로 운전하려는 시간과 생산량을 기준으로 필요한 소재를 어떻게 공급할지 검토해야 합니다.

소재의 형태와 공정에 따라 여러 방법을 사용할 수 있습니다. 트레이나 팔레트에 소재를 미리 배치할 수도 있고, 컨베이어를 통해 앞 공정에서 계속 공급받는 방식도 생각할 수 있습니다.

AMR이나 AGV 같은 이동 로봇을 이용해 공정 사이에서 소재를 운반하는 방식도 활용할 수 있습니다. 이 경우에는 이동 로봇이 어느 위치에서 소재를 받고 어디에서 내려놓을지, 상대 설비와 어떤 순서로 작업을 주고받을지 함께 정해야 합니다.

완성품을 배출하는 과정도 공급만큼 중요합니다.

가공이 완료된 제품을 쌓아 둘 공간이 부족하면 생산 설비가 계속 작업하더라도 다음 제품을 배출할 수 없습니다. 따라서 무인 운전 시간 동안 만들어지는 제품을 어느 정도 보관할 수 있는지 확인해야 합니다.

문제가 발생했을 때 어떻게 멈출지도 정해야 한다

무인화 공장에서는 설비가 계속 동작하는 것만큼 문제가 발생했을 때 적절하게 정지하는 것도 중요합니다.

사람이 있는 생산 현장에서는 작업자가 설비의 상태를 보고 필요하면 직접 멈출 수 있습니다. 사람이 없는 시간에는 설비와 자동화 시스템이 정해진 조건을 기준으로 동작을 중단할 수 있어야 합니다.

정지 조건은 설비와 작업에 따라 달라질 수 있습니다.

예를 들어 소재가 정해진 위치에 들어오지 않았거나, 로봇이 작업물을 정상적으로 잡지 못했거나, 다음 공정에서 제품을 받을 준비가 되지 않은 상황 등을 생각할 수 있습니다.

중요한 것은 실제 공정에서 발생할 수 있는 상황을 미리 정리해 두는 것입니다.

무인화에서는 모든 문제를 설비가 스스로 해결하도록 만드는 것보다, 계속 작업하면 안 되는 상황을 구분하고 안전한 상태에서 작업을 중단하도록 구성하는 것이 필요합니다.

설비가 정지했다면 어떤 상황에서 멈췄는지도 확인할 수 있어야 합니다. 정지한 시간과 해당 설비, 작업 단계, 발생한 경보 등의 정보를 남겨 두면 이후 작업자가 원인을 확인하는 데 활용할 수 있습니다.

이러한 기록은 무인 운전 이후 설비를 다시 가동할 때도 중요한 자료가 됩니다.

소모품과 작업 준비도 무인 시간에 맞춰야 한다

생산 설비에는 공정에 따라 공구나 자재처럼 사용하면서 소모되는 요소가 있을 수 있습니다.

사람이 있는 시간에는 필요한 시점에 작업자가 교체하거나 보충할 수 있지만, 무인으로 운전하는 동안에는 이러한 작업이 어렵습니다.

따라서 무인 운전을 시작하기 전에 작업에 필요한 공구와 자재가 예정된 시간 동안 사용할 수 있는 상태인지 확인할 필요가 있습니다.

사람이 직접 교체해야 하는 항목이라면 작업자가 있는 시간에 미리 준비하는 방법을 사용할 수 있습니다. 설비가 여러 종류의 공구를 자동으로 사용할 수 있도록 구성된 경우에는 해당 장비의 조건을 기준으로 운용 방법을 정할 수 있습니다.

윤활유나 작업용 자재처럼 일정량이 필요한 항목도 동일합니다. 어느 정도의 양이 필요한지는 공정과 장비에 따라 달라지므로 실제 운전 조건을 기준으로 확인해야 합니다.

이렇게 보면 무인 운전 시간을 결정하는 기준은 생산 설비의 속도만이 아닙니다. 사람이 다시 개입해야 하는 시점까지 생산에 필요한 모든 준비가 유지될 수 있는지가 함께 고려되어야 합니다.

원격 확인은 무인 운영을 보조한다

작업자가 생산 현장에 없더라도 설비가 어떤 상태인지 확인할 수 있는 구성은 무인화 공장 운영에 활용할 수 있습니다.

여러 생산 장비가 있는 경우 각 설비가 작업 중인지, 대기 중인지, 정지했는지를 한 곳에서 확인하는 방식이 사용될 수 있습니다.

설비가 정지했을 때 해당 정보를 담당자에게 전달하도록 구성할 수도 있습니다. 다만 어떤 상황에서 누구에게 알릴 것인지와 이후 어떻게 대응할 것인지는 공장의 운영 방식에 따라 별도로 정해야 합니다.

카메라를 이용해 생산 구역의 상태를 확인하는 방식도 활용할 수 있습니다. 설비가 정지했을 때 작업물이 어떤 위치에 있었는지와 주변 장비의 상태를 확인하는 데 참고할 수 있습니다.

중요한 것은 원격 확인 기능이 있다고 해서 모든 문제를 외부에서 해결할 수 있는 것은 아니라는 점입니다.

현장에 직접 접근해야 하는 문제도 있기 때문에 어떤 상황은 다음 근무 시간까지 설비를 정지 상태로 유지하고, 어떤 상황은 작업자가 현장에 확인하러 가야 하는지를 운영 기준으로 정해 두는 것이 좋습니다.

무인화 공장에서 원격 확인은 사람을 완전히 없애는 기능이라기보다 사람이 현장에 없을 때 생산 설비의 상태를 파악할 수 있도록 하는 수단으로 보는 것이 적절합니다.

정지한 설비를 다시 가동하는 과정도 중요하다

무인 운전 중 설비가 멈췄다면 다음 근무 시간에는 해당 설비를 다시 가동해야 합니다.

따라서 생산 설비를 어떻게 멈출지만 정하는 것이 아니라 정지한 뒤 어떻게 확인하고 다시 작업을 시작할지도 미리 정해 두는 것이 좋습니다.

먼저 어느 설비가 어떤 작업 단계에서 멈췄는지 확인합니다. 이후 설비 안에 남아 있는 작업물과 주변 장치의 상태를 확인하고, 필요한 조치를 마친 뒤 다시 작업할 수 있는 상태로 만들어야 합니다.

여러 장비가 연결된 자동화 라인이라면 한 장비의 정지가 앞뒤 설비에 어떤 영향을 주었는지도 살펴봐야 합니다.

예를 들어 로봇 워크셀과 컨베이어, AMR이 함께 연결되어 있다면 워크셀 안에 작업물이 남아 있는지, 컨베이어에 다음 제품이 대기하고 있는지, 이동 로봇은 어느 위치에 있는지 등을 함께 확인해야 할 수 있습니다.

복구 과정은 사용하는 설비와 공정에 따라 달라지므로 일률적인 순서를 적용하기 어렵습니다. 대신 해당 생산 라인에서 필요한 확인 항목과 다시 작업을 시작하기 위한 조건을 문서로 정리해 두는 것이 중요합니다.

담당자가 달라져도 같은 기준으로 설비 상태를 확인할 수 있어야 하기 때문입니다.

무인화 공장에서 구동부를 살펴보는 관점

무인화 공장에는 산업용 로봇과 협동로봇, AMR, 자동 이송 장치, 회전 테이블, 리프트 등 다양한 구동 장비가 사용될 수 있습니다.

각 장비는 서로 다른 동작을 수행하기 때문에 감속기와 액추에이터를 선정하는 기준도 달라집니다.

로봇 관절에서는 각 축의 움직임과 하중, 설치 공간을 확인해야 하고, AMR에서는 차체와 적재물을 이동시키는 데 필요한 구동 조건을 살펴봐야 합니다. 회전 테이블이나 리프트에서는 움직여야 하는 대상의 무게와 이동 범위, 설치 구조 등을 확인할 필요가 있습니다.

무인 운전에서는 이러한 구동 장비가 반복적으로 사용됩니다. 따라서 단일 동작의 조건뿐 아니라 실제 생산 과정에서 어떤 움직임이 어느 정도 반복되는지를 함께 살펴보는 것이 중요합니다.

점검이나 부품 교체를 위한 공간도 고려해야 합니다. 자동화 설비를 촘촘하게 배치하더라도 감속기나 모터를 분리할 공간이 부족하면 실제 유지관리 과정이 어려워질 수 있습니다.

따라서 무인화 공장의 구동부를 선정할 때는 토크와 감속비 같은 제품 사양뿐 아니라 반복되는 작업 조건, 설치 공간, 주변 장치와의 연결 구조, 점검을 위한 접근 공간까지 함께 확인하는 것이 좋습니다.

무인화 설비와 본시스템즈의 구동 기술

본시스템즈는 로봇과 자동화 장비에 적용할 수 있는 사이클로이드 감속기 BSR과 BCSA 액추에이터를 개발하고 있습니다.

무인화 공장에서는 로봇 관절뿐 아니라 이송 장치와 회전 기구, 작업물의 위치를 변경하는 장치 등 여러 곳에서 구동부가 필요할 수 있습니다. 각 장비마다 필요한 하중과 동작 범위가 다르기 때문에 실제 공정 조건을 기준으로 제품을 검토해야 합니다.

BSR은 박형 구조의 사이클로이드 감속기로, 설치 공간이 제한된 자동화 장비에서 구동부 구성을 검토할 때 활용할 수 있습니다. 장비 내부에 여러 구동 요소와 센서, 배선이 함께 들어가는 경우에는 감속기가 차지하는 공간도 전체 설계와 연결됩니다.

중공 구조가 적용된 제품에서는 중심부의 공간을 배선이나 케이블이 지나가는 경로로 활용하는 방법도 검토할 수 있습니다. 회전축을 중심으로 배선이 지나야 하는 자동화 장치에서는 장비 구조와 제품의 중공 치수를 함께 살펴볼 수 있습니다.

BCSA는 얇고 컴팩트한 구조로 설계되어 로봇 관절이나 자동화 장비처럼 구동부가 들어갈 공간이 제한된 곳에서 적용 가능성을 검토할 수 있습니다.

또한 본시스템즈 제품에는 Pinless 구조가 적용된 제품이 있습니다. Pinless 구조는 기존 핀 구성에서 필요했던 일부 결합 요소를 줄여 감속기 내부 구조를 보다 단순하게 구성한 것이 특징입니다. 이를 통해 사이클로이드 제품의 조립 편의성을 높이고 제품 생산과 양산 대응을 고려할 수 있습니다.

무인화 공장에서 어떤 BSR이나 BCSA를 적용할지는 무인 운전 여부만으로 결정되지 않습니다. 실제 장비가 수행하는 동작과 하중, 감속비, 설치 공간과 연결 구조 등을 먼저 정리하고 각 제품의 공식 사양을 기준으로 검토해야 합니다.

무인화 공장을 단계적으로 확대하는 방법

무인화는 처음부터 전체 생산 라인에 적용하기보다 자동화하기 쉬운 구간부터 범위를 넓혀 가는 방식으로 검토할 수 있습니다.

먼저 작업 조건이 일정하고 소재 공급과 완성품 배출을 비교적 명확하게 구성할 수 있는 공정을 대상으로 삼을 수 있습니다.

해당 구간에서 사람이 어떤 작업을 수행하고 있는지 정리한 뒤 자동화할 수 있는 부분과 사람이 있어야 하는 부분을 구분합니다.

이후 사람이 없는 시간을 짧게 설정해 운전하면서 어떤 상황에서 설비가 멈추는지와 어느 작업에 추가적인 대응이 필요한지를 확인할 수 있습니다.

조건이 정리되면 무인 운전 시간을 점차 늘리거나 앞뒤 공정과 연결하는 방식을 검토할 수 있습니다.

이 과정에서 중요한 것은 무인화의 단계를 이름으로 구분하는 것보다 현재 생산 과정에서 어느 범위까지 사람 없이 작업을 이어갈 수 있는지를 명확하게 파악하는 것입니다.

공정이 추가되거나 새로운 자동화 장비가 연결되면 소재 공급과 배출, 설비 간 연동 조건도 다시 확인해야 합니다. 무인화 범위가 넓어질수록 개별 설비보다 전체 생산 흐름을 기준으로 설계하는 관점이 중요해집니다.

무인화 공장 운영을 정리하며

무인화 공장은 작업자를 없애는 것보다 사람이 현장에 없는 동안에도 생산 과정이 이어질 수 있도록 공정을 구성하는 것이 핵심입니다.

이를 위해서는 먼저 소재와 작업물이 어떻게 이동하는지를 살펴봐야 합니다. 생산에 필요한 소재가 계속 공급되고 완성품이 빠져나갈 수 있어야 설비가 작업을 이어갈 수 있습니다.

문제가 발생했을 때의 정지 조건과 설비 상태를 확인하는 방법도 필요합니다. 현장에 사람이 없기 때문에 문제가 발생한 상태로 생산을 계속하기보다 정해진 조건에서 작업을 중단하고 이후 상태를 확인할 수 있도록 구성하는 것이 중요합니다.

공구와 작업 자재처럼 사람이 보충해야 하는 요소도 무인 운전 시간과 함께 검토해야 합니다. 원격 확인과 정지 후 복구 방법도 같은 운영 체계 안에서 살펴볼 수 있습니다.

여러 로봇과 자동화 장비를 사용하는 공장이라면 각 설비를 개별적으로 보는 것보다 소재 공급부터 작업, 이송, 배출까지 하나의 생산 흐름으로 연결하는 것이 중요합니다.

결국 무인화 공장은 특정한 설비 하나로 완성되는 것이 아닙니다. 공정의 흐름과 자동화 장비, 작업 규칙, 구동부와 주변 장치를 함께 구성하고 사람이 없는 시간에 발생할 수 있는 상황을 미리 정리하는 과정이 필요합니다.

FAQ

참고자료

1. 한국로봇산업협회(KAR) – https://www.korearobot.or.kr

2. 한국로봇산업진흥원(KIRIA) – https://www.kiria.org

3. 한국기계연구원 – https://www.kimm.re.kr

4. 산업통상자원부 – https://www.motie.go.kr

5. 국제표준화기구(ISO) – https://www.iso.org

6. 국제로봇연맹(IFR) – https://ifr.org

7. 본시스템즈 공식 홈페이지 – https://www.bonsystems.co.kr

태그: 무인화 공장, 스마트팩토리, 사이클로이드 감속기, AMR, 자동화 설비