산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2017.6 특별리포트 (p42~47)

‘Hannover Messe 2018’ 보고
협동로봇을 보다 친근하게, 5G도 활용

‘인더스트리4.0’을 추진하는 독일 하노버에서 세계 최대의 산업기술전시회 ‘하노버 메세 2018’이 4월 23일~27일에 개최되었다. 참가기업 수는 약 5,800사로 2016년의 일본국제공작기계전시회(JIMTOF)의 약 6배다. 입장자수는 21만명. 공장의 스마트화에 관한 전시가 많았다. 인더스트리4.0이 지향하는 제조업의 디지털화가 크게 진전하고 있음을 나타냈다.

특히, 사람과 생산설비의 협조를 목표로 한 전시가 눈길을 끌었다. 협조의 상징이라고 할 수 있는 협동로봇뿐 아니라 5세대이동통신(5G) 기술을 적용한 로봇, 소리를 통해 생산 설비를 제어할 수 있는 컨트롤러용 소프트웨어 개발 등도 진전되고 있다. 케이블리스화나 목소리를 매개로 한 설비 조작 등 각 사가 사람과 함께 일하기 쉬운 생산 설비에 대해 모색하고 있었다.

-- 협동로봇을 소형화, 저가격화 --
도입 업체들이 늘어나면서 독일의 KUKA는 협동로봇의 종류를 늘릴 방침이다. 전시회장에서는 기존 제품보다 소형 협동로봇 ‘LBR iisy’를 컨셉 제품으로서 전시하였다. 이 제품은 최대 리치가 600mm, 가반질량이 3kg, 질량이 18.8kg이다. 2019년에 발매할 예정이라고 한다. LBR iisy의 용도로 기존의 협동로봇 ‘LBR iiwa’보다 경량의 워크 운반을 상정하고 있다. 전시회장에서는 전자부품이나 식료품 패키지의 운반 데먼스트레이션을 소개했다.

LBR iisy를 개발하는데 있어서 추구한 것은 생산현장에서 쉽게 도입할 수 있어야 한다는 것이다. 그 하나로서 비주얼 프로그래밍을 가능하게 했다는 점이다. 예를 들면, 화면 상에서 박스를 연결하는 듯한 조작으로 동작 스피드를 제어하는 프로그램을 작성할 수 있다. 기존의 LBR iiwa는 Java언어의 프로그래밍이 필요했다.

독일 칼스루에공과대학(KIT)은 정전용량을 이용하여 비접촉으로 사람의 접근을 감지할 수 있는 센서 ‘CTPS(Capacitive Tactile Proximity Sensor)’를 소개하였다. 협동로봇의 안전성을 높이는 것이 목적이다. 로봇팔 끝에 CTPS를 탑재한 협동로봇을 회장에 전시. 손이 로봇팔 가까이 접근하면 CTPS가 접근을 감지하여 손에서 먼 방향으로 로봇팔이 작동한다. KIT는 CTPS를 이용하여 로봇과 사람의 접촉을 피하면서 동작 속도나 범위를 제어할 수 있게 만들고 싶다고 말한다.

3D프린터에 의한 수지화로 협동로봇의 저비용화를 목표하는 기업도 나타났다. 캐나다의 Genesis Robotics다. 기존에는 금속이었던 부품을 3D프린터를 이용하여 수지부품으로 대체하였다. 관계자는 “가격은 밝힐 수 없지만 상당히 비용을 억제할 수 있었다”라고 말했다. 데먼스트레이션에서 소개한 로봇은 3D프린터로 팔의 부품을 조형한 것으로, 팔을 상하로 움직여 지면에 여러 번 부딪혀서 충분한 강도가 있다는 것을 보여주었다. 로봇의 근본 관절에 내장한 유성 기어 기구의 수지 기어도 3D프린터로 조형했다고 한다.

-- 제어 알고리즘을 디지털 공간에서 학습 --
협동로봇은 사람의 옆에서 작업을 하기 때문에 효율적으로 설비를 학습시키는 방법이 요구된다. 해결책의 하나로 물리적 공간의 사물이나 사건을 디지털 공간에서 재현하는 디지털트윈이 있다. 미국 마이크로소프트는 디지털트윈의 사례를 다수 전시하였다. 활용 사례로서 도요타자동직기그룹에서 스웨덴에 본사가 있는 Toyota Material Handling Europe(TMHE)의 자동운반차(AGV)를 소개했다.

TMHE는 공장이나 창고 등에서 AGV의 제어에 인공지능(AI)을 적용하기 위한 검증에 마이크로소프트의 시뮬레이션 툴 ‘AirSim’을 활용하고 있다. 구체적으로는 AGV나 주변 구조물 등의 3D모델로 된 디지털공간을 이용하여 제어 알고리즘을 기계학습시키고 있다.

데먼스트레이션에서는 디지털공간의 AGV에 탑재한 카메라 영상(버추얼 카메라에 의한 버추얼한 영상)을 AI로 이미지 인식하여 물체의 종류를 식별하거나 장해물을 검출하거나 하는 모습을 보여주었다. 실제 기기를 이용한 학습에는 많은 수고와 비용이 발생하지만 AirSim을 이용하면 크게 효율화할 수 있다는 점이 이점이다. TMHE에서는 AirSim으로 학습시킨 제어 알고리즘을 실제 기기에의 시험 적용을 검토하고 있다.

-- 5G 기술로 로봇을 무선 제어 --
사람 옆에서 작업을 할 뿐 아니라 사람과 함께 기분 좋게 협조하기 위해 필요한 기술도 개발이 진행 중이다. 중국 화웨이는 AGV나 로봇을 5G기술을 이용하여 무선으로 제어하는 데먼스트레이션을 소개하였다. 지연시간은 2m초 전후로 실시간성이 요구되는 생산라인 등의 요구를 충족하는 수준을 실현하였다. 이로써 생산설비의 케이블리스화가 진행되어 사람과 작업하기 쉬운 환경을 정비하거나 유연한 공장 운영을 실현할 가능성이 있다.

데먼스트레이션은 독일 Festo의 AGV에 암형 로봇을 탑재한 시스템과, 클라우드 서버의 제어시스템을 5G로 접속하여 제어하는 것이다. 암의 끝에 터치센서 패널이 장착되어 있고 그 위에 볼을 올린다. 이 볼의 위치를 탐지하여 볼을 떨어뜨리지 않도록 로봇이나 AGV를 제어한다. 이를 위한 제어 프로그램은 클라우드 서버의 제어 시스템으로 계산하고 있다.

제4세대 이동통신(4G) 기술의 경우는 지연시간이 20m초 이상으로 실시간성이 요구되는 용도에는 적합하지 않았다. 5G기술의 이용으로 지연시간이 2m초 전후로 1자릿수로 작아져 FA(Factory Automation) 용도로 이용될 가능성을 보였다고 한다.

특히 중요한 것은 PLC(Programmable Logic Controller) 기능의 대부분을 클라우드 서버에 두고 있다는 점이다. 컨트롤러는 주변의 AGV와 로봇 측에 있지만 이들 컨트롤러를 묶어주는 PLC의 기능은 긴급정지 등 안전에 관한 기능을 제외하고 모두 클라우드 측에 있다고 한다.

-- 컨트롤러와 ‘수다’로 업무 개선 --
생산설비와의 대화를 통해 업무 효율을 향상시키고자 하는 제품도 주목을 받았다. 독일 자동화기기업체 Beckhoff Automation이 출품한 소프트웨어 ‘TwinCAT Speech’다. 작업자가 목소리로 지시를 하면 산업용PC(IPC)에서 작동하는 TwinCAT Speech를 통해 그 지시를 실행하는 것이다. 예를 들면 “생산설비를 멈추고 싶다”라는 지시를 간단히 처리할 수 있도록 하여 현장의 작업효율 향상을 목표한다.

상정하고 있는 용도 중 하나가 일지 작성이다. 공장에서는 제품 생산량이나 매일의 문제점 등을 관리하기 위해 작업자가 수기 혹은 PC작업으로 일지를 작성하고 있다. 그러나 수기나 컴퓨터를 이용하는 일지 작성은 막대한 노동력이 필요하다. 또한 작업자가 일지에 기록하는 것을 깜박할 가능성도 있다. 이를 해결하기 위해 TwinCAT Speech를 이용하여 작업자가 작업을 하면서도 일지를 기록할 수 있도록 한다.

TwinCAT Speech는 인터넷에 접속한 상태에서는 미국 아마존닷컴의 AI 어시스턴트 ‘Alexa’를 이용하여 말을 인식한다. 인터넷에 접속되지 않은 상태에서는 마이크로소프트의 윈도우 표준 음성인식 기능을 대신 사용한다.

-- 유럽 시장을 노리는 일본 기업 --
공장의 스마트화에 주력하는 유럽에서 존재감을 높이고자 일본 기업도 부스를 만들었다. 오므론은 AI를 탑재한 산업용PC(IPC)를 전시하였다. 데먼스트레이션으로 수송되고 있는 둥근 고리 모양의 볼트 하나하나에 로봇이 액체를 주입하는 생산라인을 소개하였다. 생산라인의 동력인 중앙부 전동벨트의 토크 이상을 AI로 감지하여 작업 실패를 미연에 방지하는 것이다. 데먼스트레이션 기기의 뒤에는 모니터가 설치되어 있어 정상치에서 벗어난 이상치는 붉게 표시되었다.

오므론 유럽의 CEO 우스이(臼井) 씨에 따르면 이 제품은 이미 자동차기업이나 식품기업 등 약 20~30사에서 이용되고 있다고 한다. 당분간은 제품을 전부 판매하지 않고 내부의 시스템을 유저기업의 업무에 맞게 커스터마이즈하면서 개량하여 제공할 계획이라고 한다.

유럽에서의 제조업용 솔루션 전개에 주력하는 코니카미놀타는 부스 중앙에 2017년에 발표한 산업용IoT(IIoT) 플랫폼 ‘Workplace Hub’를 배치하였다. Workplace Hub에서는 코니카미놀타가 제휴하고 있는 독일 AXOOM의 어플리케이션을 실행하는 등 제조 현장에서의 활용 사례를 선보였다. AXOOM와의 제휴에서는 인더스트리4.0의 실현에 필요한 하드웨어, 소프트웨어, 서비스 등을 패키지 ‘SmartStart Kit’로서 제공한다. 특히, 초기 투자를 줄이고 싶은 중소기업용으로 제안한다.

코니카미놀타는 이 외에도 2017년부터 고베시와 추진하고 있는 고베항공기 클러스터에 대한 IoT도입 지원 시스템도 출품. 이는 현장의 모습을 촬영한 이미지를 해석하여 업무 효율화 등을 추구하는 것이다. 단, 전시회를 찾은 고객들은 작업자의 모습을 실시간으로 촬영하는 것에 대해 강한 저항을 보였다고 한다. 코니카미놀타는 다양한 유럽기업과 협력하고 있으며 감시용 카메라나 전자회로를 인쇄할 수 있는 프린터 등의 IIoT에 필요한 요소 기술도 출품. 현지의 반응을 보면서 유럽 사업을 확대한다고 한다.

이번에 하노버 메세에 처음으로 참가한 기업은 야마하발동기다. 야마하발동기는 복수의 기기를 가동하는 통합제어형 로봇시스템 ‘Advanced Robotics Automation Platform’을 출품하였다. 이 플랫폼은 하나의 컨트롤러로 로봇은 물론 주변기기를 포함하여 통합적으로 제어하는 것이다. 전시회장에서는 자동차용 리튬이온 2차전지의 생산라인을 상정하여 기존 제품과 개발 중인 제품을 조합하여 수송을 자동화하였다.

워크의 수송은 리니어 컨베이어 모듈 ‘LCM-X’가 담당, 5㎛의 정밀도로 워크를 다룬다. 이를 통해 로봇 앞에서 정확하게 워크를 멈출 수 있다. 일반적인 컨베이어벨트와는 달리 워크가 상하로 진동하지 않는다. 그 때문에 로봇이 워크를 제대로 파지할 수 있어 작업을 로봇으로 대체할 수 있다고 한다. Advanced Robotics Automation Platform을 사용하면 수송 과정의 불필요한 부분을 삭감할 수 있어, 수송 시간을 단축할 수 있다. 이번 하노버 메세에 출품한 것을 계기로 유럽 진출에 보다 주력해 나갈 것 같다.

‘하노버 메세 2018’에 참가한 일본 기업은 위에서 언급한 기업 외에 미쓰비시전기, 제이텍트(JTEKT), THK, 일본전기공업회(JEMA), 산업용IoT 추진단체인 Industrial Value Chain Initiative(IVI) 등 82개의 조직이다. JEMA와 IVI는 국제표준화 활동이나 연구 교류 등에 관한 연계∙협력의 일환으로서 공동 출품하였다.

-- 3D 프린터와 위상 최적화의 활용도 확산 --
3D프린터의 활용과 위상 최적화(토폴로지 최적화) 등의 Computational Design도 많은 부스에서 볼 수 있었다. 3D프린터는 생산 현장의 디지털화와 궁합이 좋고 다품종 소량생산 방법으로서도 주목을 받았다. 복잡한 모양을 쉽게 실현할 수 있다는 이점을 최대한으로 활용하는 하나의 방법으로서 강도 향상과 경량화를 실현하는 등 모양을 자동 생성하는 Computational Design이 있다.

예를 들면, 독일 부스에서는 프랑스 하이퍼카 브랜드 부가티(Bugatti)의 최신 차종에 탑재되는 브레이크 캘리퍼가 전시되어 있었다. 이 브레이크 캘리퍼는 독일의 프라운호퍼 연구기구가 부가티의 의뢰를 받아 설계∙시작(試作)하였다. 설계에는 위상 최적화 기술을 적용하여 기존의 알루미늄제 캘리퍼(4.9kg)에서 2.9kg으로 대폭 경량화되었다. 재료는 티탄합금(Ti6A14V)으로, 분말상용융결합(Power Bed Fusion, PBF) 방식의 3D프린터로 조형하고 일부분을 기계가공으로 마무리한다.

이 브레이크 캘리퍼는 부가티의 ‘시론’에 탑재된다. 제품용 부품은 프라운호퍼 연구기구의 스핀아웃 기업인 바이오닉 프로덕션이 담당한다고 한다. 프라운호퍼 연구기구는 비용은 기존 공법보다 비싸지지만 경량화의 이점이 크다고 강조한다.

  -- 끝 --