일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2023.3.30

다관절 로봇으로 500kg의 공작물 탈착을 자동화
증원 없이 생산 능력 60% 증가

건설기계 부품 등을 생산하는 중소기업 코마텍(KOMATEC, 이시카와 현)은 약 500kg의 공작물을 공작 기계에 탈착하는 작업을 자동화했다. 대형 다관절 로봇이 공작기계 위로 공작물을 운반하면 로봇과 연계된 지그(Jig)가 자동으로 공작물을 고정한다.

기존에는 사람이 크레인으로 공작물을 운반하고 수작업으로 지그에 공작물을 고정해왔다. 코마텍은 늘어난 주문 및 거래, 인력 부족 등을 배경으로 자동화 시스템을 도입. 증원하지 않고 설비 증강만으로 생산 능력을 60% 늘릴 수 있었다고 한다.

코마텍은 대형 건설기계업체의 굴착기를 구성하는 부품 중 '트렉 프레임'이라고 불리는 하부주행체용 골격 부품에서 높은 시장 점유율을 자랑하고 있다. 이 부품은 X자에 가까운 형태로, 중심부에는 로봇암이나 조종석과 같은 상부 기구를 선회시키는 장치를 장착하기 위한 크고 둥근 구멍이 뚫려 있다.

금속 부품을 용접한 후에 둥근 구멍 주변을 문형(門型)의 5면 가공기로 절삭가공해 만든다. 크기는 2m 정도, 무게는 약 500kg으로 중량급이다.

코마텍의 트렉 프레임 거래는 과거 10년 간 상승하고 있으며, 최근에는 연간 10% 정도 수요가 증가했다고 한다. 이로 인해 생산 능력 증강이 요구되는 한편, 인력 부족도 과제였다. 이것을 해결하기 위해 코마텍은 니혼덴산(日本電産)머신툴(시가 현)이 제공하는 자동화 시스템을 2022년 가을, 자사의 누카미(額見)공장(이시카와 현)에 도입했다.

이 자동화 시스템은 공작물을 최대 5개까지 쌓을 수 있는 수납 공간과 화낙(FANUC)의 대형 다관절 로봇 ‘FANUC Robot M-900iB/700’, 5면 가공기 위에 세팅된 지그 등으로 구성된다. 가공 시에는 우선 사람이 공장 내 다른 구역에서 용접한 공작물을 지게차로 운반해 로봇 옆 수납 공간에 쌓아 올린다.

그 다음, 5면 가공기에 구비되어 있는 패널 등을 조작해 자동화 시스템을 기동. 다관절 로봇이 수납 공간에 쌓여 있는 공작물을 집어 5면 가공기 위로 운반한다. 로봇에는 카메라가 달려 있어 공작물의 화상(畵像) 인식이 가능하다. 이 때문에 용접의 정도에 따라 공작물의 형상에 약간의 편차가 있거나, 지게차로 공작물을 놓는 위치가 조금 벗어나도 로봇은 집을 수 있다고 한다.

로봇이 5면 가공기에 탑재된 지그 위로 공작물을 운반하면 지그로 신호가 보내져 클램프가 공작물을 자동으로 고정한다. 고정이 끝나면 절삭 가공이 시작된다. 가공 종료 후에는 다시 로봇이 공작물을 집어 가공된 공작물을 쌓아올리는 수납 공간으로 운반한다.

-- 자동화 투자는 3년 안에 회수 가능 --
기존에는 사람이 크레인을 사용하여 가공기에 연결된 팔레트 체인저 위로 공작물을 운반, 수작업으로 지그에 고정했다. 공작물의 형상에 맞게 지그의 위치를 바꾸는 번거로움도 있었다. 또한 기존의 가공기는 수 십 년 간 사용되어온 것으로, 탑재하고 있는 기능이 한정되어 있었다. 가공 도중에 인력으로 에어블로우 작업을 하거나 기름칠을 해야 할 필요도 있어, 가공기 한 대에 작업자 한 명이 붙어 있어야 생산이 가능했다.

새로 도입한 자동화 시스템을 사용한 결과, 용접한 공작물을 지게차로 운반하는 작업 이외의 모든 것을 자동화할 수 있었다. 지게차를 이용한 운반 작업은 약 2시간 반 간격으로 회당 5분 정도밖에 걸리지 않는다.

지그는 공작물의 형상에 관계없이 공통적으로 사용할 수 있는 설계로 했기 때문에 지그의 위치를 바꾸는 작업도 발생하지 않았다. 기존에 필요했던 에어블로우 등의 작업도 새로 도입한 가공기의 기능으로 자동화할 수 있게 되었다.

코마텍은 증원하지 않고 생산 능력의 60%를 증가하는 데 성공했다. 구체적으로는 하루(22시간 가동) 32개의 생산 능력을 가진 기존 가공기 2대에, 하루(22시간 가동) 38개의 생산능력을 가진 니혼덴산머신툴의 5면 가공기 1대를 추가했다.

5면 가공기와 자동화 시스템에 대한 투자액은 약 1억 3,000만엔. 자동화 시스템을 도입하지 않고 동등한 생산능력을 확보하려면, 가공기 도입뿐 아니라 일근과 야근 작업자를 최소 2명 고용할 필요가 있다. 또한 성수기에는 직원이 잔업을 해야 한다. 이러한 기회 비용을 고려하면, 자동화 시스템에 대한 투자는 약 3년 안에 회수할 수 있을 전망이라고 한다.

이와 같이 공작물을 가공기까지 운반하는 공정은 대형 자동차업체 등의 경우 이전부터 자동화된 경우가 많다. 반면, 소량 다품종을 취급하는 중소 건설기계업체들은 여전히 인력 운반 작업이 적지 않다. 코마텍은 용접 작업을 자동화하는 로봇을 이전부터 도입했지만, 운반 공정의 자동화는 우선도가 낮아 착수하지 못했다.

그러나 인력 부족이 심화되는 가운데 생산 변동에 유연하게 대응할 수 있는 체제를 구축할 필요성이 높아져 이번 자동화를 단행했다. 코마텍의 요시다(吉田) 대표이사는 “500kg급의 공작물 운반을 핸들링 로봇으로 자동화한 중소기업은 아직 많지 않다”라며 자신감을 보였다.

이번 자동화 시스템은 공장 출입문 부근에 있기 때문에 적설 시 눈에 반사된 강한 빛이 들어오면 카메라가 공작물을 제대로 인식할 수 없게 되는 과제가 남아 있다. 하지만, “이 과제는 해결할 수 있을 전망이다”(코마텍 제조부의 미나미데(南出) 설비과장)라고 한다. 향후에는 “자동반송장치(AGV)등을 사용해 지게차로 용접이 끝난 공작물을 운반하는 작업까지 자동화하고 싶다”고 요시다 사장은 말한다.

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