자동차 생산라인에서의 자동화

자동차 생산라인에서의 자동화

이젠 선택 아닌 필수 … 기업 업무 통합추세

생산 시스템의 자동화 단계는 단위 기계의 부품 자동화, 단위 기계의 완전 자동화, 생산 라인의 자동화, 모든 공정의 자동화 등 4단계로 나누어진다. 최근에는 생산 관리를 중심으로 기업 업무를 통합하는 단계로 발전하고 있다.
 

자동화 장비 제조 기술이 발달함에 따라 업계에서는 일관된 완전 자동화보다 경제 여건의 변화에 대처할 수 있는 부분 자동화 방식을 선호하고 있다. 소수의 인원으로 완제품의 품질을 향상시키는 것과 다품종 소량 생산에 따른 빈번한 공정 변경에도 적절히 대처할 수 있는 유연성이 부각되기 때문이다. 전 세계적으로 로봇장비의 산업규모는 100억 달러 가량. 이것이 2015년에는 150억 달러에 이를 전망이다. 일본을 선두로 한 아시아 퍼시픽 지역이 빠른 속도로 성장하고 있으며, 미국에 32% 점유율로 두 번째 큰 규모를 자랑한다.

주요 세부 시장으로는 크게 부품시장, 시스템시장, 기타 등 3가지로 분류된다. 부품시장에는 카메라·조명·광학렌즈·이미징보드·소프트웨어가 포함되고, 시스템 시장에는 특수 제작된 로봇 비전 시스템을 비롯하여 스마트 카메라가 있다. 기타 시장에는 시스템 설치업체·유통업체·소매업체들의 판매제품 등이 있다.

생산라인의 종류

로봇 장비의 주요 수요처는 자동차 산업이다. 바코드 트래킹에서부터 정밀검사·계량·자동조립라인 로봇장비까지 적용되고 있다. 이 수요는 점점 증가하고 있다.

도요타 등 완성차 메이커들은 리콜사태를 겪으며 모든 부품에 바코드 트래킹을 강화하도록 하는 방침이 적용됐다. 완성차 제조업체가 티어-1 및 티어-2 부품업체에 모든 부품들을 바코드로 트래킹할 수 있도록 해 불량품에 대한 기록을 남겨두기를 요구하는 것. 각종 생산부품의 제조과정에서는 불량품을 검사하기 위해 조립 생산라인에서 이 시스템이 적용되며, 미국의 완성차 제조업체들은 차지하는 공간이 작고 가격이 높지 않으며 에너지 소모량이 크지 않은 로봇 비전 제품을 선호하고 있다.

측정해야 하는 부분이 다양하고 정밀해야 하는 경우 3D 및 스마트 카메라를 이용한다. 24시간 가동이 가능하며 기계를 새로 구입하지 않아도 재사용할 수 있어 비용을 크게 절약할 수 있기 때문이다. 로봇 가이던스(Robot Guidance) 장비는 파넬의 선택과 놓기, 틀짜기, 휠 조립 등의 조립라인에서 스마트센서를 부착해 각 부품의 조립시간과 위치를 안내해주는 장비이다.

 

미국의 자동화된 생산라인 현황

RIA(Robotic Industries Association)에 따르면 현재 미국에서 구축된 로봇 자동화 시스템은 21만 6000여 개. 이는 일본에 이어 세계에서 두 번째로 많은 수치이다. 2012년 3월까지 5000여 대의 로봇장비들이 주문 생산됐다. 1980년대에 로봇 비전이 미국 시장에 처음 선보인 이후로 30년간 관련 산업 기술이 고도로 발전했다. 이후 로봇 비전 계측장비의 필요성과 효과가 충분히 검증돼 GM과 포드 같은 완성차 제조업체들은 품질관리와 자동화 조립라인에 로봇 비전 계측장비를 설치하기 시작했다.

이러한 추세는 앞으로도 계속될 전망이어서 향후 5년 내 자동차 산업에서 로봇 비전의 시장 규모는 20%가량 증가할 것으로 전망된다. 또한 대당 4만 불을 호가하던 장비의 가격이 5000달러에서 2만 달러로 인하됨에 따라 자동화 시스템 및 로봇 비전 계측장비의 시장성은 더욱 밝다. 미국 제조업체의 생산 시스템 자동화 정도에 대한 정확한 통계는 조사된 바 없다. 세계적인 로봇 제조업체인 ABB에 따르면 생산라인 자동화를 위해서는 대규모 투자가 필요하다. 완성차 제조업체와 규모가 큰 티어-1 업체의 자동화 정도는 90% 이상이다. 그러나 중소 규모 업체들의 생산시스템 자동화율은 그 이하에 머물러 있다.
 

완성차 메이커 적용 사례

GM의 햄트래믹 공장은 디트로이트 외곽지역에 있다. 10만 평이 넘는 규모를 자랑하며 쉐보레 자동차의 생산기지이기도 하다. 특히 전기차 볼트가 이 곳에서 생산되는데, 모든 공정이 컨베이어 벨트에서 이뤄지고 주요 부품은 100% 자동화 시스템을 통해 조립·설치된다. 볼트 자동차에 배터리팩을 장착하면 작업자가 자동조임 장치로 나사를 조이는 공정에서 자동 제어 시스템이 쓰인다. 조임의 정도가 조정되는 것이다.

BMW의 스파르탄버그 공장은 자체 제작의 경우 100% 자동화되고 도료와 조립과정도 대부분 기계로 진행된다. 근로자의 수작업이 필요한 부품 조립은 극히 일부분에 불과하다. 근로자들은 각 자동차에 들어가야 할 부품과 옵션이 고객 주문에 맞게 정확히 반영됐는지 확인하고 자동화 설비를 조작하거나 부품이나 옵션이 제대로 조립됐는지 살펴보고 제작을 마무리하는 일을 한다. 도요타의 켄터키 공장은 도요타의 최대 해외 공장이다. 리콜사태 등 몇 년 간의 위기를 겪으며 더욱 엄격한 품질 관리를 하고 있다. 700대가 넘는 로봇이 투입돼 공정의 90% 이상을 자동화시켰다.

현대의 앨라바마 공장은 프레스·차체·도장·의장공정·엔진공장 등 자동차 생산설비와 부품·물류창고·출하검사장 등 부대시설을 갖춘 약 9만 1000평 규모의 자족형 완성차 공장이다. 차체라인에서는 277대의 로봇을 가동하며 차체 용접 라인 자동화율은 100%에 이른다. 생산되는 모든 차량이 로봇에 의한 실시간 정밀 검사를 받기도 한다.

기아의 조지아 공장은 6만 1000평 규모이며, 5400톤 규모의 프레스와 패널 자동적재 시스템을 갖춘 프레스 공정용 용접로봇 282대를 구비했다. 이를 통한 완전 자동화 공정으로 모든 차량은 각종 기능 검사를 통해 철저한 품질테스트 과정을 거친다.

자료참조 |코트라