산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2017. 9. 특집2 (p65~71)

VR·MR이 생산현장과 설계를 연결
현장 업무방식의 개혁을 촉구

설계 데이터의 3D화(化)는 지금은 당연한 것이 되었지만, 완성된 3D데이터를 활용할 수 있는 부문은 한정되어있다. 이 활용의 폭을 넓히는 도구로서 기대를 받고 있는 것이 VR(가상현실)과 MR(복합현실)기술이다. 3D-CAD를 사용해 숙련된 설계자가 아니더라도 마치 실제인 것처럼 3D데이터를 구사할 수 있기 때문이다. VR/MR기술이 생산 현장과 설계의 거리를 좁혀, 개발의 프론트로딩(Frontloading: 초기단계의 안정)을 가속화 시킨다.

「MR(복합현실)이 현장과 3D데이터을 잇는 인터페이스가 될 수 있다」. 도요타자동차에서 생산설비의 검토에 MR을 도입하고 있는 당사 엔지니어링 IT부 제3엔지니어링시스템실 주임인 사카키바라(榊原) 씨는 이렇게 말한다.

당사에서는 설계의 3D-CAD 데이터를 변환한 경량의 XVL형식의 데이터를 사용하여 캐논의 MR시스템「MREAL」에 의한 디자인 리뷰(DR)을 실시. 생산준비 및 제조 단계에서의 생산설비의 조립성 및 보수성, 작업 할당량 등의 평가에 활용하고 있다.

MR은 가상 3D모델 등을 현실의 물체나 배경에 융합하여 표시하는 기술이다. 헤드 마운트 디스플레이(HMD)를 장착하면 DMU(Digital Mock Up) 등의 3D모델이 마치 현실공간 속에 있는 것처럼 보인다. 공간의 안 길이를 재현할 수 있다는 점이 AR(확장현실)과는 크게 다르며, 시야에 들어오는 자신의 손 등도 3D모델과의 위치관계가 표현된다. 즉, 손이 3D모델의 바로 앞에 있을 때는 보이며, 3D모델의 뒤쪽에 있을 때는 가려져 보이지 않게 된다.

-- 설계의 주변을 돌아다닌다 --
MR이 효과를 발휘하는 것이 신 설비의 도입에 있어서의 DR(디자인 리뷰)이다. DR의 취지에 따른 간단한 설명 뒤에 바로 작업 담당자가 MREAL용 HMD를 장착하고 신 설비의 개요 및 작업 내용을 MR로「체험」한다.

먼저 신 설비의 형태 및 구조, 작업개소의 위치 및 거리를 파악하여 작업개소 및 작업의 시인성(視認性), 작업개소에 손이 들어갈 지 여부, 작업 가능 여부 등을 평가. 볼트를 체결하거나 커플러를 끼우는 작업일 경우에는 볼트의 위치가 보이는지, 손이 들어가는지 여부를 체크한다. 이것에 따라 실물 및 시작품이 없는 단계에서도 설비 사용의 편리성 및 작업 자세, 작업 할당량을 실물처럼「체험」할 수 있다. 스스로 설비 주위를 돌아다닐 수 있기 때문에 설비의 전체 모양이나 크기, 거리를 파악하기 쉽다.

-- 거리 및 크기를 체험할 수 있다 --
그렇다면 왜 VR이 아니고 MR일까? 그것은「MR이라면 현실의 연장선 상에 3D모델이 있기 때문에 시선뿐만 아니라 손을 뻗어 자신의 체감 거리를 파악하여 작업이 가능한지 여부를 직접 실감할 수 있기 때문이다」(사카키바라 씨).

실제로「3D데이터는 누구나 사용할 수 있는 것이 아니다」. 도요타에는 3D-CAD 및 뷰어의 교육과 실무 이용 과정을 거쳐 사내시험을 치르는 시스템이 있으나, 시험에 통과해서 3D를 완벽하게 구사할 수 있는 사람은 일부 설계자나 전임자뿐이라고 한다. 그런 상황에서 도움이 되는 것이 MR이라고 할 수 있다. MR의 도입으로 공정설계 및 설비설계에서 현장 작업자들이 3D데이터를 활용할 수 있게 되는 것이다.   

-- 현 시점에서는 MR이 베스트 --
MR의 도입에 의해 작업 자세 및 시선, 조립의 방향 등을 보다 폭 넓고 손쉽게 사전 검토를 할 수 있게 되었다. 조기에 문제를 찾아 내어 대책을 세운다는 프론트로딩이 가속화됨으로써, 재작업이 줄었을 뿐 아니라 DR의 회의시간도 크게 단축되었다고 한다.

또한 MR용 HMD가 2대 있을 경우, 같은 가상공간에 들어가 작업자를 객관적으로 볼 수 있게 된다. 지적하고 싶은 곳을 가리키기만 해도 알 수 있는 등, 소통이 쉬워진다. 대형 화면의 프로젝터만으로는 알 수 없었던 것을 바로 알 수 있게 되었다고 한다. 이런 성과 때문에 사카키바라 씨는「작업성 평가에 대해서는 현 시점에서 MR이 베스트」라고 높게 평가하고 있다.

-- 사용방식도 현장에서 독자적으로 진화 --
실은 도요타에서는 2013년경부터 사내에서 MR을 전개하고 있다. 사내의 전시회 및 현장의 입소문을 계기로 이미 7,000명이 MR을 체험. 조립 및 설비보전, 생산준비, 공장을 중심으로 MR의 활용이 확대되고 있다. 사내에서는 MR용 룸이 여러 개 있을 뿐 아니라, 이동이 가능한 시스템도 갖춰져 있다고 한다.

또한, 사카키바라 씨는 네덜란드 Xsens사 제품인 모션 캡쳐 수트와의 겸용을 시작하고 있다. 실제의 설비가 없어도 수트를 입고 MR상에서 작업을 하면, 작업자의 자세 및 중심을 간단하게 정량평가를 할 수 있어, 보다 신속하게 설비 및 작업 내용의 개선을 도모할 수 있다.

-- 보기 좋은 검토만으로는 아깝다 --
MR에서는 현실과 DMU의 융합에 의해 작업을 리얼하게 체험할 수 있다는 이점이 있으나, 그런 첨단 시스템이 아니어도 생산현장에 있어서 3D데이터의 활용이 가능하다. 혼다 기술연구소의 스즈카(鈴鹿) 분실에서는 대형 화면 스크린을 사용한 전통적인 VR시스템을 이용하여 신기종 개발에서의 개발부문과 생산부문의 연계를 시도하고 있다.

-- 대형 스크린으로 일체감 --
최초로 시험 도입한 것은 차체 조립 부문(AF)이다. 최신 차량의 조립공장을 3D데이터로 표현함으로써 작업을 실제 담당하는 멤버에게 작업내용을 설명함과 동시에, 개선 점 등의 피드백을 얻으려는 시도이다. 기존에는 시작(試作)차량을 해체하거나 조립하면서 검증을 시행했었다.

혼다기술연구소 사륜R&D센터의 니시카와(西川) 주임연구원은 가장 먼저, 제품개발부문에서 작성한 3D모델의 부품 표(이하, DPM)를 생산부분용의 조립 공정 순으로 변환. 3D모델에 의한 조립 공정을 대형 스크린 상에서 입체시(立體視) 에니메이션으로 표시해 작업성을 검증할 수 있도록 한다.

-- 생산 라인도 모델화 --
예전에는 기존 차종을 대상으로 VR활용을 시험적용을 하고 있었으나, 신 차종에 대해서도 VR에 의한 작업성을 평가하기로 했다. 거기에서 새로운 조립 라인의 설명에 활용될 수 있게 다시 조립 라인의 3D모델을 제작. 그 시점에서 지금까지의 지견을 활용하여 배경이 되는 라인의 3D데이터 작성의 시스템을 개선할 수 있다고 한다. 예를 들어, AF에서는 공간의 크기가 30X30X10m였던 배경 데이터를 30X30X10로 축소하여 광원이 되는 형광등보다 윗부분은 만들어 넣지 않는 간략화를 시도, 리얼리티를 높이기 위한 3D모델화를 실행한다.

-- VR에 의한 확인∙검증 공수를 확보 --

● 현장의 업무방식 개혁을 촉구
도요타자동차가 생산준비 단계에서 MR을 사용해 작업 부하를 평가하는 것은 노동안전위생의 취지이기도 하다. 당사에서는 노동안전위생법에 준한 안전위생관리의 사내규칙을 노동안전위생 매니지먼트 시스템(OSHMS)의 최상위로 자리매김하여 사내활동의 모든 작업에 적용하고 있다.

OSHMS에서는 각 작업의 리스크를 수치화하여, 작업내용을 개선하여 리스크를 낮추지 않으면 안 된다. 일반적으로 생산 현장에서는 작업을 촬영한 영상 등을 보면서 작업 부하 및 작업 자세를 정량 평가. 그것을 기반으로 작업표준을 정비하거나 재검토하는 활동을 반복해 왔다. 그럼에도 불구하고 노동 골절 및 손목 관절을 삐는 것과 같은 질병이 전혀 발생하지 않는다고는 할 수 없다.

MR을 활용하는 것은 작업 부하를 사전에 정량 평가∙개선함으로써 처음부터 좀더 좋은 작업환경을 구축하여 질병을 줄이기 위함이다. 「생산기술이 설비를 평가한 다음, 실제로 일하는 작업자의 시점에서도 평가함으로써 더욱 깊이 있는 리뷰가 가능해진다. 그런 의미에서 MR은 현장의 업무방식 개혁에 크게 기여한다고 말할 수 있다」(도요타자동차의 사카키바라 씨).

그러나, VR 및 MR의 입체시(立體視) 시스템에는 그 자체에 영상 멀미나 체감 불일치와 같은 건강 리스크의 우려가 있다. 여기서 도요타자동차에서는 MREAL용 사내규정으로「HMD의 안전∙건강에 관한 규정」을 발행. 산업의학과 의사의 건강진단을 받으며 연속 사용은 30분 이내로 한다는 규칙을 정해 HMD를 사용하고 있다. 그 밖에 이용 부서마다 작업 요령서도 작성하고 있다고 한다.

 -- 끝 --