테크니컬 리포트 2024 No.1
i³-Mechatronics를 통한 유연한 셀 생산 실현
~IIFES 2024 출전 사례보다~

1. 소개

제조의 현장에서는, 지금까지의 생산성의 향상이나 품질 개선의 요구에 응하는 것에 더해, 최근 다양화하는 요구나 노동력 부족의 문제에 대처하기 위해, 변종 변량 생산에 유연하게 대응할 수 있는 설비나, 지속 가능한 사회의 실현을 위한 환경 성능도 필요해져 왔습니다.
이런 시장의 요구에 부응하기 위해 당사는 자동화에 디지털 데이터 활용을 추가한 솔루션 개념 'i³-Mechatronics(아이큐브 메카트로닉스)」를 제창해, 데이터를 기축으로 한 자율 분산형의 만들기를 제안하고 있습니다(그림 1).
본 보고서에서는 IIFES 2024에 출전한 컨셉 데모를 예로 들어 i³-Mechatronics에 의한 변종 변량 생산을 지원하는 유연한 셀 생산 시스템을 소개합니다. 함께 장비의 유지 보수와 에너지 절약을 지원하는 다양한 데이터 활용 사례를 소개합니다.

그림 1 데이터를 기축으로 한 자율 분산형 만들기

2. 핵심 기술

2.2 데이터 활용

셀 데이터를 통합하는 'YRM 컨트롤러'와 디지털 데이터 관리 기능을 갖춘 '바카라 온라인 Cockpit'을 결합하여 시각화 및 데이터 분석이 가능합니다. 셀 내의 기기의 스테이터스 데이터(제품 ID나 검사 결과 등)와 프로세스 데이터(모터의 토크나 장치 내 온도 등)를 워크마다 시간이 맞는 데이터를 수집하고, 축적한 살아있는 데이터를 분석하는 것으로, 생산 효율의 개선이나 트레이서빌리티의 향상이 가능합니다. 또, 동작시의 파형 정보로부터 모터나 로봇, 기구부의 열화 상황을 시각화할 수 있어 예조 보전도 가능해집니다(그림 2).

그림 2 멈추지 않는 공장 실현

3. 사례 소개

IIFES 2024의 개념 데모 기계(그림 3)를 사용하여 i³-Mechatronics에 의한 변종 변량 생산을 지원하는 셀 생산 시스템의 사례를 소개합니다.
본 데모 기계는 4개의 장치와 3개의 로봇으로 구성된 가공 셀이 되어 있으며, 플라스틱 장치의 가공을 상정하고 있습니다.
먼저 배상 장치의 스칼라 로봇이 공작물을 가공 장치에 배전합니다. 그 워크를 프레스 가공한 후 드릴 가공을 실시합니다. 그 후, 초소형 로봇이 워크를 연마 장치에 이재하고, 워크는 슬라이더상에서 이동하면서 핸들링 로봇의 핸드에 장착한 툴로 워크의 가장자리를 연마합니다. 마지막으로 검사 장치로 카메라와 측장 센서에 의한 검사를 실시해, 합격한 것을 초소형 로봇이 벨트 컨베이어에 이재하고 있습니다.

그림 3 IIFES 2024의 컨셉 데모 기계

3.1 YRM 컨트롤러를 이용한 자율 분산 제어를 통한 생산성 향상

3.1.1 변종 변량 생산 대응

YRM 컨트롤러의 최신 기종 「YRM1010」은, 셀내의 데이터를 일원 관리하는 “게시판 기능(개발중)”을 새롭게 실장. 순차적인 제어뿐만 아니라, 게시판 기능에 의해 공유된 작업의 정보에 근거해 장치나 로봇이 자율적으로 판단해 움직임으로 바꾸는 제어를 실현합니다.

고객의 과제로는 “사용자의 요구에 맞는 다양한 제품을 생산하고 싶지만, 계단 교체나 장치의 조정, 로봇의 재 티칭이 필요해, 생각대로 생산성이 오르지 않는다”라고 하는 케이스가 있습니다. 이러한 과제에 대해, 자율한 셀에 있어서는 YRM 콘트롤러로부터 드릴의 좌표나 깊이·재료의 윤곽이라고 하는 레시피 정보(작업의 상세 정보)를 입수해, 게시판 기능에 의한 셀내의 상태 정보에 가세해 센서나 카메라의 환경 정보를 기초로 장치나 로봇이 자율적으로 동작하기 때문에, 사람 손에 의지하고 있던 장치나 기기의 변경 작업이 불필요하게 되어, 데이터 드리

그림 4 데이터 구동에 의한 변종 변량 생산

3.1.2 수율 향상

YRM 컨트롤러는 장치·각 공정 단위로 「스테이터스 데이터」와 「프로세스 데이터」의 시간축을 맞추어 일원 수집 관리합니다. 게다가 수집한 데이터를 바카라 온라인 Cockpit로 분석하여 장치나 로봇에 「움직임(모션)」으로 피드백함으로써 안정적인 생산과 고품질을 실현합니다.

생산 품질 안정화

예를 들면 도장의 현장에 있어서는, 온도·습도 등의 환경 정보나, 점도·밀도·경도 등의 재료의 정보로부터, 최적의 배합이나 칠 방법을 장인의 기술로 조정하고 있습니다. 이를 자동화하기 위해서는 각종 데이터를 수집 해석하여 최적의 파라미터 값을 산출하고 장치나 로봇에 피드백을 걸어 움직임으로 바꾸어 나갈 필요가 있습니다.
데모 기계에서는, 바카라 온라인 Cockpit에서 생산품의 두께 검사의 결과를 해석해, 그 경향으로부터 프레스압의 지령치를 보정하는 것으로 생산 품질을 안정화해, 수율 향상에 공헌할 수 있는 것을 나타냈습니다(그림 5).

그림 5 프레스압의 지령치 보정으로 생산 품질을 안정화, 수율 향상

재가공으로 생산 목표 달성

"검사 결과, 불합격이 된 제품을 재가공함으로써 합격 조건을 만족", 보통으로 생각하면 인간이 재가공의 판단을 하고, 이를 위한 셋업을 실시해, 장치, 로봇을 움직여 작업을 합니다. 이에 대해, 이 자율한 셀에 있어서는, YRM 컨트롤러와 바카라 온라인 Cockpit가, 워크에 끈 데이터를 기초로, 스스로 재가공의 판단을 해, 전용의 레시피를 발행하는 것으로, 자동적으로 재가공을 실행할 수 있습니다(그림 6). 본 데모의 경우, 검사 공정에 있어서의 워크마다의 카메라에 의한 화상 검사, 측장 센서에 의한 측정 결과와, 가공 공정의 실적 데이터로부터, 이들을 판단·실행합니다. 이것에 의해, 사람 손을 들이지 않고 재가공을 실시해, MES로부터의 생산 계획을 완수할 수 있습니다(그림 7).

그림 6 자율적인 재가공 작업

그림 7 생산 계획 완료

3.2 바카라 온라인 Cockpit에 의한 데이터 활용 사례

유지 관리 최적화

일반적으로 로봇과 볼 나사와 같은 메커니즘은 정기적으로 유지 보수가 필요합니다. 그러나 자주 유지 보수를 수행하면 낭비가 많고 간격이 너무 길면 도중에 고장날 위험이 있습니다. 이상은 장치나 로봇이 자기 진단에 의해 유지보수의 최적 타이밍을 가르쳐 주는 것입니다.
로봇의 관절과 기구를 움직이는 서보 모터는 자체적으로 센서 역할을 할 수 있습니다. 소정의 동작을 하기 위한 토크값이나 외력 추정값 등의 데이터를 활용함으로써 장치나 로봇의 열화 상황을 알 수 있습니다(그림 8). 확실히, 장치나 로봇이 매일 건강 관찰을 실시해, 메인터넌스의 최적의 타이밍을 가르쳐 주는, 같은 시스템을 구축할 수 있습니다.
시위 기계의 연마 장치는 공작물을 연마하고 선적하기 전에 마무리 가공을 수행합니다. 이 연마 도구는 사용 중 마모되므로 정기적인 유지 보수 (교환)가 필요합니다. YRM 컨트롤러와 바카라 온라인 Cockpit을 ​​활용하여 정상시의 동작 파형과 일상적인 동작 파형을 MT법(Maharanobis-Taguchi System)이라고 하는 수법을 이용해 해석을 실시함으로써, 얼마나 열화하고 있는지를 판단할 수 있어, 메인터넌스 타이밍의 최적화나 예조 보전에 공헌합니다.
본 기능은 서보 모터 「Σ-X(텐) 시리즈」에 표준 기능으로서 탑재, 바카라 온라인 Cockpit에서도 애드온을 준비해, 도입하기 쉽게 하고 있습니다.

그림 8 데이터 시각화

제품 단위 전력량 측정

CO₂감소 등 환경 대책을 위해서도, 우선은 소비 전력량의 시각화가 필요합니다. 그러나, 종래와 같은 「공장 단위」나 「생산 라인 단위」에서는 구체적인 방책이 어려워, 보다 세세한 단위로의 시각화가 필요합니다. 예를 들어 제품 단위로 생산시의 소비 전력을 알면 다양한 해석에 사용할 수 있습니다.
본 전시에서는 각 장치에 전력계를 설치하고 제품 생산시 각 공정에서 사용한 소비 전력량을 YRM 컨트롤러에서 수집하고 있습니다. 그 데이터를 바카라 온라인 Cockpit에서 제품 ID를 기준으로 정렬함으로써, 생산시에 사용한 소비 전력량을 시각화할 수 있고(그림 9), 동작 패턴의 재검토 등에 의한 효율화나 전력 사용량의 피크 컷 등의 검토에 활용할 수 있습니다.
또한 전력 소비량은 CO₂양으로 환산할 수도 있으므로, 카본 뉴트럴이나 SDGs에 대응한 환경 저부하 제조나 수요 사정에 맞춘 생산의 도움이 됩니다.
우리의 로봇, 서보 및 인버터 제품은 모두 전력 소비 모니터링 기능을 갖추고 있습니다. 또한 전원 회생 컨버터 등의 기기도 갖추고 있으며 다양한 방법으로 에너지 절약을 지원합니다.

그림 9 전력량 모니터링

4. 결론

i³-Mechatronics에 의한 스마트한 제조를 실현하는 솔루션으로서 IIFES 2024에서 출전한 컨셉 데모기와 바카라 온라인 Cockpit에 의한 데이터 활용 사례를 소개했습니다.
앞으로도 i³-Mechatronics 컨셉의 제품의 진화와 적용의 확대에 의해, 다양화하는 제조에의 대응이나 생산 효율화·품질 향상을 추진하는 것과 동시에, 사회 과제의 해결과 지속 가능한 사회의 실현에 공헌해 가겠습니다.