산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2023.5 반송 혁신 (p37~55)

반송 혁신
인력 부족과 다품종 소량 생산의 조력자

Part1. 왜 지금 자동 반송 시스템인가?

자동 반송(搬送) 시스템을 도입하는 공장이나 창고가 증가하고 있다. 운전자 없이도 소정의 장소까지 주행해 적재물을 운반할 수 있는 AGV(무인운반차)나 AMR(자율이동로봇) 등을 활용해 반송의 합리화를 도모하고 있다.

AGV 및 지게차 제조사 등 57개 사(2023년 4월 시점)를 회원으로 하는 일본산업차량협회가 회원 기업들을 대상으로 조사한 결과를 보면, 기업에 납품되는 AGV나 AMR 등 자동 반송 차량 대수와 시스템 도입 수는 모두 2015년경부터 급증하고 있는 것을 알 수 있다. 일본산업차량협회의 회원 제조사에 한해서 말하면, 80% 정도는 제조업계에 납품. 제조업계에 자동 반송 시스템이 보급되기 시작하고 있는 상황을 알 수 있다.

코로나19 확산으로 인한 경제 침체의 영향으로 2020년과 2021년에는 납품 대수 및 시스템 도입 수가 감소했지만, "최근에는 우리 협회가 주최하는 국제물류종합전에 AGV 등의 출품과 협회에 대한 문의가 늘고 있다. 향후, 다시 증가세로 돌아설 것으로 보인다”고 한다. (일본 산업차량협회의 다카세 전무)

해당 협회의 회원은 차량 제조사와 건설기계 제조사가 중심이지만, 최근에는 전자기기 제조사 등의 신규 참가도 눈에 띄게 늘어나고 있는 등, “AGV 등의 보급 실태를 완벽하게 파악할 수 없을 정도로 증가세가 가파르다”(다카세 전무).

-- 도입 이유는 '인력 부족 해소'가 80% --
닛케이모노즈쿠리가 2023년 2월에 실시한 ‘공장·창고의 반송 시스템’에 관한 설문조사 결과에서도 제조업계에서 자동 반송 시스템 도입이 증가하고 있는 상황을 알 수 있었다. AGV나 AMR 등의 자동 반송 시스템을 ‘도입하고 있다’라는 답변은 40%에 달했다. AGV나 AMR이 제품 및 가공 후의 공작물을 반송하는 모습을 공장 내에서 볼 수 있는 것은 이제 드물지 않다고 해도 좋을 것이다.

예를 들면, 아이신은 2022년 5월부터 도요타자동차의 전기자동차(EV) ‘bZ4X’ 전용 전동 액슬(eAxle) 3종(프론트용 150kW 제품, 프론트용 80kW 제품, 리어용 80kW 제품)을 생산하는 조립 라인에서 컨베이어와 셀을 AGV로 연결한 라인을 도입했다.

다이하츠공업이 2022년 10월에 본격적으로 가동한 교토공장의 보디 조립 공장에서는 보디 골격이나 프레스 부품을 컨베이어로 반송하는 것을 줄이고 AGV의 채택 범위를 확대했다. 아이신, 다이하츠공업 모두 반송 루트를 유연하게 변경할 수 있도록 하는 것이 도입 목적이다.

그렇다면 왜 자동 반송 시스템에 대한 인기가 높아지고 있는 것일까? 일본산업차량협회의 다카세 전무를 비롯해 많은 관계자들은 그 배경으로 ‘인력 부족 및 작업자의 고령화’와 ‘다품종 소량 생산의 진전 등 제조업 구조의 변화’를 꼽고 있다.

생산자 인구 감소에 따른 인력 부족은 제조업 현장에도 영향을 미치고 있다. 특히 젊은 층의 인력 부족으로 고령화가 진행되고 있는 현장에서는 무거운 부품을 대차에 싣거나, 입체창고의 높은 곳에 있는 선반에서 물건을 내리는 작업 부하가 문제가 되고 있다. 잘못된 부품을 반송하는 미스나, 무거운 공작물을 든 작업자가 넘어지는 사고 위험도 높다.

그렇지만 반송 작업에 비용을 들이는 것도 쉽지 않다. 가공이나 조립과는 달리 제품 부품의 부가가치를 높이는 작업이 아니기 때문이다. 따라서 수익으로 이어지지 않는 ‘반송’을 위해 무작정 작업자를 충당할 수는 없다. 부품이나 제품의 반송이라고 하는 부가가치 향상으로 직접 연결되지 않는 작업을 얼마나 자동화 및 성인화(省人化)할 수 있을까?

이러한 문제를 해결하는 데 필요한 ‘조력자’가 자동 반송 시스템인 것이다. 생산현장 상황에 맞게 도입하면 가공이 완료된 공작물을 AMR을 이용해 다음 가공현장으로 반송하거나 입체창고의 높은 곳에 있는 부품을 AGF(자동지게차)로 꺼낼 수 있는 등, 작업자의 부하를 줄여 운반 미스나 높은 곳에서의 작업 시 사고도 줄일 수 있다.

앞서 기술한 설문조사 결과에서도 자동 반송 시스템을 '도입했다' 또는 '도입을 예정하고 있다'라고 답한 응답자의 80%가 '인력 부족 해소'를 도입 이유로 들었다. 제품의 부가가치 향상으로 이어지지는 않지만, 필수적인 작업을 담당하는 조력자로서 AGV 등을 활용한 자동 반송 시스템에 대한 니즈가 높아지고 있다.

또 한 가지 중요한 것은 제조업계에서 추진되고 있는 다품종 소량 생산과 제품 라이프사이클의 단기화이다. 고객 니즈의 다양화에 대응한 다품종 소량 생산에서는 생산 품목이 단기적으로 바뀌기 때문에 생산라인의 레이아웃을 변경하는 빈도가 높아진다. AGV/AMR 등을 이용한 자동 반송 시스템이라면, 이러한 레이아웃 변경에 용이하게 대응할 수 있다. 컨베이어 벨트나 케이블의 부설 및 고정이 불필요하기 때문이다.

특히 반송의 성인화 및 자동화와 잦은 레이아웃 변경에 대응할 수 있어 최근 주목 받고 있는 것이 자율주행이 가능한 AMR이다. 기존 AGV와 같은 유도용 자기테이프의 부설 없이 소프트웨어만으로 유연하게 주행 경로를 변경할 수 있다.

-- 경로가 고정된 AGV, 경로가 자유로운 AMR --
AGV와 AMR, AGF가 무엇인지 지금부터 다시 한번 정리해보자. 일본산업규격(JIS)의 정의에 따르면, AGV란 공공도로가 아니라 공장 내부나 창고 내부 등 한정된 범위를 무인 상태에서 자율주행으로, 사람이 아닌 제품이나 부품 등 물품을 반송하는 차량이다. AGV와 AMR의 차이점은 자율주행 시 가이드가 필요한지 여부이다. 즉 코스가 고정되어 있는지, 고정되지 않고 자유롭게 주행할 수 있는지의 차이이다.

AGV는 바닥에 부설된 자기테이프나 광반사테이프, 마커(QR코드 등)와 같은 가이드(유도체)를 읽어 그 가이드에 따라 주행한다. 경로는 미리 고정되어 있다. 그 대신 자차의 위치를 판단하기 위한 센서나 카메라가 필요 없어 구조를 심플하게 할 수 있다. 가격은 AMR 등에 비해 상대적으로 저렴하다.

이에 반해 AMR은 자기테이프 등 유도용 가이드가 필요 없다. LiDAR나 LAM(Simultaneous Localization and Mapping, 자기 위치 추정과 환경 지도 작성) 등의 기능이 탑재되어 있어 자신의 위치를 실시간으로 파악하거나 주변 지도를 자동 생성한다.

경로상 장애물을 피하거나 일시 정지하면서 소정의 장소까지 자율적으로 주행할 수 있다. 상황에 맞게 유연하게 대응할 수 있고 경로 변경도 쉽지만, 센서와 카메라 등이 탑재되어 고기능인 만큼 일반적으로 AGV보다 가격이 비싸다.

어느 쪽을 선택할지는 유저의 목적이나 사용 환경에 따라 다르다. 반드시 고기능 및 고성능인 AMR이 좋다고는 할 수 없다. 가동 범위가 한정되어 있고 반송 경로도 심플하다면 비용 대비 효과를 고려해 AGV를 도입하는 사례도 있다.

-- 레벨 4의 자율주행 EV로 반송하는 사례도 --
이러한 자율주행 방식 외에도 형태나 기능의 차이도 있다. 일본산업차량협회는 반송 차량을 적재형, 견인형, 지게차형 등 3가지로 분류하고 있다. 적재형은 차량 위에 제품이나 부품 등을 실을 수 있다. 견인형은 적재물을 실은 대차나 트레일러를 견인한다.

이 두 가지 모두 적재물을 수평으로만 옮길 수 있지만, 지게차형은 수직 방향으로 옮길 수 있다. 공장의 생산 라인보다 반송이 복잡한 창고에서는 AGF나 AGV를 피킹까지 포함해 연계시켜 자동 반송에 의한 효율화를 도모하고 있는 사례도 나오고 있다.

이것은 어디까지나 기본적인 분류이다. 최근에는 세밀한 부품을 피킹하는 산업용 로봇이 탑재된 타입이나 자율주행이 가능한 EV를 활용하는 타입 등, 다양한 자동 반송 차량들이 현장에서 활약하기 시작했다.

일반적인 AGV/AMR가 반송할 수 없는 중량이나 크기의 적재물을 반송하기 위해 기존 차량에 후부착 유닛을 장착해 자동 반송을 실현하는 움직임도 나오고 있다.

예를 들어 JFE스틸은 동일본제철소 게이힌(京浜)지구 오기시마(扇島)에리어(가와사키 시)의 부지 내에서 2023년 2월부터 IHI가 개발 중인 후부착 유닛을 장착해 기존 트랙터를 자율주행할 수 있도록 했다. 현재는 길이가 길거나 중량인 제품에 대한 무인 반송 실증실험을 진행하고 있다. 구내 반송의 자동화를 조속히 추진해 트럭 운전자 부족이 심화될 것으로 예상되는 '2024년의 문제'에 대비하고 있다.

JFE스틸 동일본제철소 공정부 생산관리기술실의 오카(岡) 부부장은 “트럭 운전사가 급감할 시기를 고려하면 지금이라도 자동 반송 실적을 쌓아가야 한다는 위기감을 가지고 있다”라고 말한다. 실증실험 단계이긴 하지만 공장 내에서의 자동 반송을 실현해 심각해질 것으로 예상되는 트럭 운전사 부족 해결을 목표로 하고 있다.

-- 도입 전에 현장 체제 확인 --
이와 같은 자동 반송 시스템 도입에 있어 AGV나 AMR 등 반송 차량 이상으로 중요한 것이 시스템을 도입하는 생산 현장 체제이다.

자동 반송의 장점을 활용하기 위해서는 합리적인 생산 체제를 확립하고 있는 것이 전제가 된다. 전(前)공정에서 후(後)공정으로의 스케줄링이나 재고 관리, 건물 내 통행 룰 등을 정비하지 않고 무턱대고 AGV나 AMR을 도입해도 기대한 효과를 얻을 수 없다. 자동 반송 시스템을 도입하는 전제 하에 생산 체제를 정비해야만 인력 부족 해소, 잦은 레이아웃 변경에 대한 대응이라는 장점을 충분히 누릴 수 있다.

AMR을 제공하고 있는 오므론은 고객 측의 생산 체제 관련 정보를 파악하는 데 시간을 들인다고 한다. 오므론 로봇사업본부 모바일로봇사업부의 다나카(田中) 부장은 “공장의 레이아웃이나 통신 환경을 확인하거나 실제 현장에서 1대를 시용(試用)하도록 하고 있다. 상담 후 실제로 구입하기까지 반년 정도 걸리는 사례도 많다고 말했다.

닛케이모노즈쿠리가 실시한 설문조사에서도 ‘레이아웃을 정류화(整流化)하는 등 반송 시스템을 도입할 수 있는 체제 구축이 중요하다’, ‘사전에 모든 공정에서 발생하는 중간 스톡(설치품)을 어떻게 후공정으로 전달하는가와 같은 흐름을 체계화하지 않으면 AGV를 도입해도 의미가 없다’ 등, 유저 측의 생산 체제에 대해 언급한 답변이 눈에 띄었다.

운송 기기 제조업체의 생산기술·생산관리 부문에 소속된 한 응답자는 닛케이모노즈쿠리의 취재에 다음과 같이 말했다.

“재고 관리가 제대로 안 된 현장에서는 셋업이 번거롭다는 이유로 반제품을 통로에 두거나, 통로 라인을 넘지 말라는 규칙도 무시한다. 이러면 AGV나 AMR을 도입해도 적절하게 운용할 수 있을 리 없다. 도입을 통해 성인화나 비용 절감을 꾀하려면 우선 생산 체제의 재검토와 반송 시스템을 운용하기 위한 확실한 룰 마련이 필요하다”.

자동 반송 시스템 도입이라고 하는 ‘혁신’을 도모한다면, 생산 현장이 안고 있는 과제 도출과 그 해결이 필요하다. 그러기 위해서는 도입하는 측의 상황 인식과 도입 목적의 명확화가 요구된다.

자동차산업차량협회는 AGV와 AMR를 도입하기 전 확인해야 할 항목을 정리한 체크시트를 제공하고 있다. 체크 항목은 AGV 등을 도입하는 장소의 레이아웃과 주행 장소 상황, 다른 설비와의 연결 여부, 반송하는 화물의 사용 등이다.

인력 부족 등 제조업의 구조 변화에 대비하려면 자동 반송 시스템 도입은 유효할 것이다. 도입 전에 일단 반송 시스템을 포함해 전체적으로 현장의 생산 체제를 재검토해 어떻게 혁신을 꾀할 것인지를 명확히 하는 것이 중요하다.

Part2. 도입 사례

(1) 야마자키마작 (미노카모제작소(美濃加茂製作所) 제2공장)
자동 지게차에 MES가 지시, 심야 및 휴일 가동으로 인력부족에 대응

최근 인력 부족 해소와 생산성 향상을 위해 AGV나 AMR을 이용한 무인 반송 시스템을 도입하는 공장이나 창고가 늘어나고 있다. 그러나 그 대부분은 운반 화물을 수평으로 옮기는 데 그친다.

(2) 산토리프로덕츠 (산토리천연수 북알프스시나노모리공장)
효율을 우선으로 한정된 작업과 범위에 적용, 이점과 비용의 균형을 고려해 AGV 채택.

DX의 일환으로 북알프스시나노모리공장에 도입한 AGV는 총 5대. 병 음료는 여과와 충진, 라벨 부착 등 공산품 등에 비해 공정이 적고 병의 이동 경로도 단순하다. 쓰레기나 품질 샘플의 반송 경로도 한정되어 있어 자율적으로 원하는 장소까지 주행하는 AMR이 아닌 규정 경로를 주행하는 AGV를 채택했다.

(3) 야마하발동기(하마키타(浜北)공장 등)
레벨4 자율주행 EV를 활용, 다른 차량이 왕래하는 구내를 이동

야마하발동기는 하마키타공장 등 3개 공장에서 자동 반송 시스템에 EV를 채택하고 있다. 일정 범위의 부지 내에서 주변 환경을 인식해 운전자 운전이 불필요한 '레벨4'로 자율주행할 수 있는 EV이다.

Part3. 신기술

(1) JFE스틸(자율주행 트랙터)
대형차 운전자 부족에 대응, 후부착 유닛으로 기존 차량을 자율주행차량으로

자율주행 트랙터 트럭(이하 트랙터)에 의한 무인 반송 실현을 추진하고 있는 곳이 JFE스틸이다. 슬래브나 빌렛 등 중량이고 길이가 긴 제품을 반송하는 실증실험을 올 2월부터 동일본제철소 게이힌 지구 오기시마에리어의 부지 내에서 실시하고 있다.

(2) 미쓰비시후소트럭∙버스 (자율주행 EV)
공항용 카트를 개량해 무인화, 원격 조작 병용

미쓰비시후소트럭∙버스는 기존의 소형 전동트랙터에 차량용 컴퓨터 등을 부착해 자동 반송할 수 있는 시스템 도입에 주력하고 있다.

(3) 미쓰비시중공업(하역 작업 연계 시스템)
팔레타이저와 조합한 최적화 기능으로 작업 효율 향상

미쓰비시중공업과 자회사인 미쓰비시로지스넥스트는 2022년 9월부터 자동지게차(AGF)와 AGV, 팔레트에 적재물을 싣는 팔레타이저 등을 연계한 자동 피킹 솔루션을 제공하고 있다. 팔레트의 출고부터 적재물의 적재, 적재물을 실은 팔레트의 반송 및 입고까지를 자동화해 일련의 하역 작업의 효율화를 도모하고 있다.

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