온라인 바카라보고서 2024 No1
i³-메카트로닉스로 유연한 셀 생산 달성
~IIFES 2024 전시회 사례~

1 소개

제조 현장에서는 생산성 향상과 품질 향상에 대한 요구를 충족하는 것 외에도 최근 몇 년간 다양화되는 요구와 인력 부족 문제에 대처하기 위해 지속 가능한 사회를 실현하기 위한 가변적인 생산량과 환경 성능에 유연하게 대응할 수 있는 장비가 필요하게 되었습니다
이러한 시장 요구를 충족시키기 위해 저희 회사는 자동화와 디지털 데이터의 사용을 결합한 솔루션 개념 "i³-메카트로닉스(i-cube mechatronics)'' 데이터를 기반으로 한 자율적 분산 제조를 제안합니다(그림 1)
이 보고서는 IIFES 2024에 전시된 컨셉 데모를 예로 사용합니다i³-다양한 생산을 지원하는 메카트로닉스를 이용한 유연한 셀 생산 시스템을 도입합니다 또한, 장비 유지보수와 에너지 절약을 지원하는 다양한 데이터 활용 사례도 소개합니다

그림 1 데이터 기반 자율 분산 제조

2 핵심온라인 바카라

22 데이터 활용

셀 데이터를 통합하는 "YRM 컨트롤러"와 디지털 데이터 관리 기능을 갖춘 "YASKAWA 조종석"을 결합하면 시각화 및 데이터 분석이 가능해집니다 셀 내 장치 상태 데이터(제품 ID, 검사 결과 등)와 공정 데이터(모터 토크, 장비 내부 온도 등)를 공작물별로 동시에 수집하고, 축적된 실시간 데이터를 분석함으로써 생산 효율성 및 추적성을 향상시킬 수 있습니다 또한 모터, 로봇, 기계 부품의 열화 상태를 작동 중 파형 정보로부터 시각화할 수 있어 예측 유지 관리가 가능합니다(그림 2)

그림 2 멈출 수 없는 공장 실현

3 사례 연구

IIFES 2024에서 개념 데모 머신(그림 3) 사용, i³-메카트로닉스를 활용하여 가변 수량 생산을 지원하는 셀 생산 시스템의 예를 소개합니다
이 데모 기계는 서빙 장치, 처리 장치, 연마 장치 및 검사 장치의 네 가지 장치와 장치 내부의 세 대의 로봇으로 구성된 처리 셀이며 플라스틱 부품을 처리하도록 설계되었습니다
먼저, 서빙 장치의 SCARA 로봇이 작업물을 처리 장치로 전달합니다 공작물을 누른 후 드릴링이 수행됩니다 이후 초소형 로봇이 작업물을 연마장치로 이송하고 작업물이 슬라이더 위를 이동하면서 핸들링 로봇의 손에 부착된 공구를 이용해 작업물의 가장자리를 연마한다 마지막으로 검사 장비는 카메라와 길이 측정 센서를 이용해 물품을 검사하고, 통과한 물품은 마이크로 로봇이 벨트 컨베이어로 이송한다

그림 3 IIFES 2024의 컨셉 데모 머신

31 YRM 컨트롤러를 이용한 자율분산제어를 통한 생산성 향상

311 가변변수 제작 지원

최신 YRM 컨트롤러 모델 "YRM1010"에는 셀의 데이터를 중앙에서 관리하는 새로운 "게시판 기능(현재 개발 중)"이 있습니다 게시판 기능을 통해 순차 제어 외에도 공유된 작업 정보를 바탕으로 장비와 로봇이 자율적으로 판단하고 동작을 변경하는 제어가 가능하다

고객의 문제 중 하나는 ``우리는 사용자 요구를 충족하는 다양한 제품을 생산하고 싶지만 설정 변경, 장비 조정 및 로봇 재교육이 필요하기 때문에 기대한 만큼 생산성을 높일 수 없습니다''입니다 이러한 문제를 해결하기 위해 자율 셀은 YRM 컨트롤러로부터 드릴링 좌표, 깊이, 재료 개요와 같은 레시피 정보(자세한 작업 정보)를 얻고 게시판 기능, 장비 및 로봇으로부터 셀 내 상태 정보도 얻습니다 센서와 카메라의 환경 정보를 기반으로 자율적으로 작동합니다 이를 통해 이전에 사람의 손에 의존했던 장비와 장비를 변경할 필요가 없으며 데이터 기반 가변 변형, 가변 볼륨 생산이 가능해집니다(그림 4)

그림 4 데이터 기반에 의한 변수 변수 생성

312 수율 개선

YRM 컨트롤러는 각 장치와 각 프로세스에 대한 "상태 데이터"와 "프로세스 데이터"를 중앙에서 수집하고 관리하여 시간 축을 정렬합니다 또한, 수집된 데이터를 YASKAWA Cockpit에서 분석하여 장비나 로봇에 '모션'으로 피드백함으로써 안정적인 생산과 높은 품질을 실현합니다

생산 품질 안정화

예를 들어 도장 현장에서는 온도, 습도 등의 환경 정보와 점도, 밀도, 경도 등의 재료 정보를 바탕으로 장인의 온라인 바카라을 사용해 최적의 배합과 도포 방법을 조정합니다 이를 자동화하기 위해서는 다양한 데이터를 수집, 분석하여 최적의 매개변수 값을 산출한 후, 이를 장비와 로봇에 피드백하여 움직임으로 변환시키는 과정이 필요합니다
실증기에서는 YASKAWA Cockpit을 사용하여 제조된 제품의 두께 검사 결과를 분석했으며, 추세에 따라 프레스 압력 명령값을 수정하면 생산 품질이 안정되고 수율 향상에 기여할 수 있음을 보여주었습니다(그림 5)

그림 5 프레스 압력 명령 값을 수정하여 생산 품질 안정화 및 수율 향상

재처리를 통한 생산 목표 달성

``검사에 실패한 제품은 통과 조건을 충족시키기 위해 재처리됩니다'' 일반적으로 인간은 재처리 결정을 내리고 필요한 조치를 취하며 장비와 로봇을 작동하여 작업을 수행합니다 반면, 이 자율 셀에서는 YRM 컨트롤러와 YASKAWA Cockpit이 공작물과 관련된 데이터를 기반으로 자체적으로 재작업 결정을 내리고 특별한 레시피를 발행하여 자동으로 재작업을 실행할 수 있습니다(그림 6) 본 데모의 경우, 검사 과정에서 공작물별 카메라를 이용한 이미지 검사와 길이 측정 센서를 이용한 측정 결과, 가공 공정의 실제 데이터를 바탕으로 이러한 판단이 내려지고 실행됩니다 이를 통해 사람의 개입 없이 재처리를 수행하고 MES에서 생산 계획을 완료할 수 있습니다(그림 7)

그림 6 자율 재처리 작업

그림 7 생산 계획 완료

32 YASKAWA Cockpit을 이용한 데이터 활용 예시

유지보수 최적화

일반적으로 로봇 및 볼 나사와 같은 메커니즘은 정기적인 유지 관리가 필요합니다 하지만 잦은 유지보수는 낭비가 될 수 있고, 주기가 너무 길면 고장의 위험이 있습니다 이상적으로는 장비와 로봇이 자가 진단을 하고 유지 관리를 수행하기에 가장 좋은 시기를 알려줄 수 있어야 합니다
로봇의 관절과 메커니즘을 움직이는 서보 모터는 그 자체로 센서 역할을 할 수 있습니다 소정의 동작을 수행하기 위한 토크 값, 추정된 외력 값 등의 데이터를 이용하면 장비와 로봇의 열화 상태를 이해할 수 있다(그림 8) 실제로 장치와 로봇이 매일 건강 상태를 모니터링하고 최적의 유지 관리 시기를 조언하는 시스템을 구축하는 것이 가능합니다
시연기의 연마 장비는 공작물을 연마하고 배송 전에 마무리 처리를 수행합니다 이 연마 도구는 사용함에 따라 마모되므로 정기적인 유지 관리(교체)가 필요합니다 YRM 컨트롤러와 YASKAWA Cockpit을 ​​사용하여 MT법(Maharanobis-Taguchi System)이라는 방법으로 정상 작동 파형과 일일 작동 파형을 분석함으로써 열화 정도를 판단할 수 있어 유지 관리 시기의 최적화와 예측 유지 관리에 기여합니다
이 기능은 서보 모터 "Σ-X (Ten) 시리즈"에 표준 기능으로 포함되어 있으며 YASKAWA Cockpit에도 추가 기능이 제공되어 구현하기가 더 쉽습니다

그림 8 데이터 시각화

제품별 전기에너지 측정

CO₂저감 등 환경 대책을 위해서는 먼저 전력 소비량을 시각화하는 것이 필요합니다 그러나 전통적인 '공장별' 또는 '생산라인별' 접근 방식으로는 구체적인 조치를 취하기 어렵고, 보다 세부적인 수준의 시각화가 필요합니다 예를 들어, 제품별 생산 시 전력 소모량을 알면 다양한 분석에 활용할 수 있습니다
이번 전시회에서는 각 장치에 전력계가 설치되고 YRM 컨트롤러는 제품 생산 중 각 공정에서 소비되는 전력량을 수집합니다 이 데이터를 YASKAWA Cockpit에서 제품 ID를 기준으로 정리하면 생산 중 소비되는 전력량을 시각화할 수 있으며(그림 9), 이를 통해 운전 패턴 등을 검토하여 효율성을 높이고 피크 전력 사용량을 줄이는 방법을 고려할 수 있습니다
또한 전력 소비는 CO입니다₂또한 수량으로 변환할 수 있으며 이는 탄소 중립과 SDG를 지원하는 저영향 제조와 수요를 충족하는 생산에 도움이 됩니다
저희 로봇, 서보, 인버터 제품은 모두 전력 소비 모니터링 기능을 갖추고 있습니다 또한 다양한 방법으로 에너지 절약을 지원하는 전력 회생 변환기 등의 장비도 보유하고 있습니다

그림 9 전력량 모니터링

4 결론

i³-메카트로닉스를 활용한 스마트 제조를 구현하기 위한 솔루션으로 IIFES 2024에 전시된 컨셉 데모 머신과 YASKAWA Cockpit을 활용한 데이터 활용 사례를 소개했습니다
미래에는 나는³-메카트로닉스 개념을 기반으로 제품의 응용을 진화 및 확대함으로써 제조 다각화에 대응하고, 생산 효율성 및 품질 향상을 촉진하며, 사회 문제 해결과 지속 가능한 사회 실현에 기여하겠습니다