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| 기술 분야 | 로봇 기술,IoT 기술 |
| 기술 키워드 | 자동화, 인협, 고품질화, 고효율화, 비용 절감, 생산성 향상, IoT, 데이터 활용, 효율화, 다품종 소량 생산, i3-Mechatronics,로봇 |
2024년 1월 10일
제조의 현장에서는, 지금까지의 생산성의 향상이나 품질 개선의 요구에 응하는 것에 가세해, 최근, 다양화하는 요구나 노동력 부족의 문제에 대처하기 위해, 변종 변량 생산에 유연하게 대응할 수 있는 설비나, 종래 기술에서는 곤란해지고 있던 인수 작업의 자동화가 필요해져 왔습니다.
이 시장의 요구에 부응하기 위해 당사는 자동화에 디지털 데이터 활용을 추가한 솔루션 개념 'i3-Mechatronics(아이큐브 메카트로닉스)」를 제창해, 데이터를 기축으로 한 자율 분산형의 모노즈쿠리를 제안하고 있습니다.
2023 국제 로봇 전시회에서는 'i3-Mechatronics에 의한 데이터를 축으로 한 차세대 제조」의 모습으로서, 부품이나 생산 순서가 다른 복수 제품의 조립 데모를 실시했습니다. 변종 변량 생산에 대응한 플렉시블한 생산 설비 구성과 디지털 데이터 활용에 의한 지속적인 생산 효율·품질 향상을 양립한 솔루션을 소개했습니다. 또, 종래의 티칭 플레이백 방식의 로봇과는 일선을 획기하는, 자율성을 특징으로 하는 「미자동화 영역의 자동화」에 도전하는 로봇의 신시리즈 MOTOMAN NEXT의 3개의 어플리케이션(식기하선 작업의 자동화, 사용이 끝난 의료 기구 멸균 작업의 자동화, 야채의 상자 채우기 작업의 자동화)도 전시했습니다.
이 보고서는 이러한 전시를 통해 바카라 사이트가 목표로하는 제조의 개념과이를 실현하는 최신 제품 라인업을 소개합니다.
바카라 사이트가 목표로 하는 차세대 제조를 실현하기 위한 핵심 기술은 '자율 분산 제어', '데이터 활용', '디지털 트윈'입니다(그림 1).
그림 1 바카라 사이트가 목표로 하는 차세대 제조를 실현하기 위한 핵심 기술전통적인 고정화된 '하나의 생산 라인'이라는 생각에서 독립된 셀※1모양의 생산 설비를 구축하고 협력함으로써 품종 및 생산 절차가 다른 제품의 생산에 대응할 수 있습니다. 이와 같이 셀 단위로 자율화해 분산하는 것으로, 만드는 물건에 맞추어지는 구조를 「자율 분산 제어」라고 부릅니다. 이 자율 분산 제어를 가능하게 하고 있는 것이 「YRM-X 컨트롤러」입니다. 셀 내의 기기의 정보가 이 YRM-X 컨트롤러에 수집되어 로봇은 그 정보를 참조하면서 자신의 일을 진행해도 좋은지를 판단하여 동작하고 있습니다.
이번 데모에서는 각 기기가 데이터를 바탕으로 판단하고 자율적으로 움직임으로써 만들어지는 물건이 바뀌어도 대응할 수 있는 모습을 소개했습니다.
※1 셀이란공장 생산 라인의 단일 작업 단위
셀 데이터를 통합하는 'YRM-X 컨트롤러'와 디지털 데이터 관리 기능을 갖춘 '바카라 온라인 Cockpit'을 결합하여 시각화 및 분석이 가능합니다. 셀 내의 기기의 스테이터스 데이터(제품 ID나 검사 결과 등)나 프로세스 데이터(토크나 온도 등) 등을 시간 동기 데이터로서 수집하고, 축적한 데이터를 분석함으로써 생산 효율의 개선에 활용하고, 스테이터스 데이터에 의해 트레이서빌리티의 향상이 가능합니다. 또한 가동 시간과 작동 상태를 알면 감속기와 컨트롤러의 주요 부품의 수명을 시각화 할 수 있습니다.
이번 데모에서는 모듈 세트의 나사 조임 토크 파형 데이터를 활용하여 볼트 조임 검사와 검사 공정에서 AI를 활용한 상처 검사 자동화를 소개했습니다.
우리의 '디지털 트윈'은 계획을 세우는 가상 환경과 실행되는 실제 환경을 데이터로 연결하고 상호 작용하는 점을 특징으로 합니다. 설비를 도입・변경하는 엔지니어링 페이즈에서는, 사전에 현장과 동등한 환경에서 설비를 만들어, 현장에 있어서의 실기 기동 시간을 대폭 단축할 수 있습니다. 그리고 생산 단계에서는 현장의 가동 데이터를 가상으로 다시 피드백하고 비교함으로써, 계획과 실행의 갭을 분석하고, 다음의 계획에의 피드백이 가능하게 됩니다. 또한 생산 시 트러블이 발생한 경우에도 가상상에서 현장 상황을 재현할 수 있어 조기에 트러블을 해결할 수 있습니다.
이번 데모에서는 당사 제품 '바카라 온라인 Cell Simulator'로 가상에 현장 환경을 구축하여 디지털 트윈을 실현했습니다.
제품의 모양과 크기, 조립하는 모듈이 모두 다른 3종류의 제품(제품 A, 제품 B, 제품 C(그림 2))을 조립하여 완성하는 변종 변량의 생산 라인을 재현했습니다(그림 3).
조립할 모듈이 적은 제품 A는 "모듈 세트(서브)"의 공정이 필요하지 않습니다. 지금까지의 고정화된 “1개의 생산 라인”이라는 어프로치로부터 전환해, 품종이나 생산 순서가 다른 변종 변량 생산에 적응하기 위해, 독립한”셀 단위의 생산 설비”를 구축했습니다.
이번 데모는 표 1에 나와 있는 5개의 셀로 구성되어 있으며, 각 셀에는 여러 로봇과 장치가 배치되어 협력하여 작업을 수행합니다. 또, 셀간은 AMR(자율 주행 반송 로봇) 반송에 의해 플렉시블에 연결되어 있습니다.
그림 2 생산할 제품 및 절차
그림 3 전시의 전체 이미지
표 1 셀 구성
이번에 i3-Mechatronics의 구현을 위한 핵심 구성요소 중 하나로 MOTOMAN NEXT를 출전했습니다. MOTOMAN NEXT는, 「미자동화 영역」의 자동화를 목적으로 한 신시리즈입니다. 산업용 로봇 업계에서 처음이 된다※2, 주변 환경에 따라 스스로 판단·계획을 실행해, 지시된 작업을 자율적으로 완결시키는 능력을 가진 로봇입니다.
이하에서는 MOTOMAN NEXT의 특징과 적용 사례를 소개합니다.
※2 당사 조사 대형 로봇 메이커 대상
MOTOMAN NEXT는 자신의 상황을 파악하고 스스로 판단하고 계획하면서 최적의 방법으로 작업을 완료합니다. 티칭 플레이백 방식에서 벗어나 작업 지시를 주는 것만으로 로봇의 동작을 자동 생성하게 됩니다.
또한 고객과 파트너의 노하우와 지식을 활용하여 로봇 애플리케이션을 구축할 수 있도록 개발 환경을 개방하고 있습니다.
물건 만들기 현장에서는 불확실한 물건의 상태와 모양, 크기의 불균형, 작업 순서의 변경이나 인터럽트 등 사람의 판단이 필요한 '미자동화 영역'은 여전히 많이 존재합니다. 「미자동화 영역」의 작업의 자동화를 진행시키기 위해서는, 다양한 플레이어가 자랑으로 하는 영역의 기술이나 노하우・지견을 가져와 협창하는 것이 중요하다고 생각하고 있습니다. 이 때문에, 고객이나 파트너님과 제휴해, 「미자동화 영역」의 자동화에 도전하는 로봇 「MOTOMAN NEXT 시리즈」를 제품화했습니다.
그림 4 MOTOMAN NEXT의 동작
그림 5 미자동화 영역
그림 6 식기 하전 작업의 자동화
그림 6은 MOTOMAN NEXT에 표준 탑재된 각종 기능(AI)※3/이미지 처리/경로 계획)을 조합하여 실현한 하선 자동화 솔루션입니다. 밥솥에 실린 식기는 형상이 변동하고 위치도 고정되어 있지 않기 때문에, 먹어 남은 것을 분별하는 등 작업을 포함한 세정 프로세스의 자동화는 어려운 영역입니다.
MOTOMAN NEXT는 독자적으로 식기의 모양과 위치와 같은 환경을 인식하고 그 환경에 따라 동작을 결정합니다. 식기를 집어 올리거나 놓는 로직은 스킬이라는 작업 명령으로 미리 구현할 수 있습니다. 스킬의 조합에 의해 로봇의 태스크를 지시해, 나머지 패스를 자동 생성하는 것으로, 식기 수집으로부터 잔반 분별, 세정 선반으로의 이송 등 복잡한 태스크를 간단하게 실현할 수 있습니다.
또한 먹고 싶은 음식의 종류와 양을 AI로 판별하고 데이터베이스에 기록하고 분석하여 잔식 추세를 파악하고 푸드 손실 감소에 기여합니다.
※3 AI 생성 개발 환경은 별도 필요
그림 7 사용된 의료 기기 멸균 작업 자동화
의료 기구의 멸균 작업은 우선순위가 자주 바뀌는 등의 상황 변화가 많기 때문에 주로 사람의 손에 의한 작업이 이루어지고 있습니다.
이 사례에서는 MOTOMAN NEXT의 자율 유닛에 「비헤이비어 트리」를 도입함으로써, 작업의 내용·순위를, 상황의 변화에 대해 유연하게 판단해, 그 실행 상황의 시각화를 실현하고 있습니다(그림 7).
이와 같이 MOTOMAN NEXT는 고객, 파트너가 보유한 독자적인 소프트웨어 자산과 각종 오픈 소스 소프트웨어 자산을 활용할 수 있는 오픈 플랫폼을 가지고 있어 판단력, 작업력을 더욱 높일 수 있습니다.
그림 8 야채 상자 포장 작업 자동화
불규칙하고 불확실한 요소가 많은 야채 상자 포장 작업을 로봇으로 자동화하기 위해서는 고급 프로그래밍 및 조정이 필요했고, 다품종에는 대응할 수 없어 자동화가 곤란했습니다.
MOTOMAN NEXT는 인식·판단 등의 자율 기능을 각종 서비스로서 표준 장비하고 있어, 이 사례의 경우, 비전 서비스를 이용하여 부정한 야채의 위치나 사이즈를 인식해, AI 서비스를 이용해 상처의 양부 판단, 두어 위치의 판단을 자율적으로 실시해, 상자 포장 작업을 완결시킵니다(그림 8).
MOTOMAN NEXT는 표준 장비된 기능(서비스)의 조합으로, 고도의 판단·작업을 실행할 수 있기 때문에, 다품종 대응이 용이합니다. 이것이 MOTOMAN NEXT의 신규성이며 특징입니다.
2023 국제 로봇 전시회에서 출전한 i3-Mechatronics에 의한 스마트한 제조를 실현하는 솔루션으로서, 차세대의 제조의 모습과, 「미자동화 영역」의 자동화를 향한 로봇의 새로운 시리즈 MOTOMAN NEXT를 소개했습니다.
앞으로도 i3-Mechatronics 컨셉을 실현하고, 변종 변량 생산에 대한 대응과 생산 효율화·품질 향상을 추진함과 동시에, 새롭게 발표한 MOTOMAN NEXT를 이용해 「미자동화 영역」의 자동화를 진행시켜, 노동력 부족에 기인하는 사회 과제의 해결과 지속 가능한 사회의 실현에 공헌합니다.
