SuperTrak(수퍼트랙)은 커브 구간에서도 동기제어가 돼

·B&R 코리아 김세훈 차장

-스마트 팩토리나 Industry 4.0이라는 제조트렌드와 맞물려 리니어 이송 시스템의 수요가 확대되고 있다. 그 이유는 무엇인가?

▲현재 B&R을 포함해 몇몇 업체들이 시장 확대에 나서고 있는 새로운 리니어 이송 시스템은 스마트 팩토리로 가기 위해 필요한 하나의 수순이다.

스마트 팩토리에서 강조되는 내용 가운데 IT 쪽에는 빅데이터가 있지만, 생산 현장(Shop Floor)쪽에서는 실제로 변화가 많이 없다. 빅데이터를 잘 분석해서 의미 있는 정보로 활용하는 것은 상위부분에 해당하는 작업이고, 생산 현장 쪽에서는 스마트 팩토리로 가기 위해 이송에 초점이 맞춰져야 한다. 독일 메르켈(Angela Merkel) 총리는 인더스트리 4.0을 기구제조기술의 산업혁명이라고 했고, 미국은 IT를 강조하고 있다. 4차산업혁명에서는 다품종 개별생산이 가능해야 하기 때문에, 독일은 기구적인 부분에서 배치 사이즈 원(Batch Size One)을 강조하고 있으며, 이를 위해서는 생산라인의 유연성이 필요하다. 이것을 가능하게 하는 것 가운데 하나가 차세대 이송 시스템인 SuperTrak(수퍼트랙)이다.

수퍼트랙으로 컨베이어를 대체하는 것이 아니라, 수퍼트랙과 컨베이어와의 협업을 통해 유연성을 확대하는 것, 이것이 우리 B&R의 방향이다. 따라서 수퍼트랙은 스마트 팩토리 콘셉트에 맞는 기술이다. 스마트 팩토리의 수요가 확대되는 것과 맞물려, 앞으로 새로운 이송 시스템에 대한 이슈는 계속 불거질 것이다.

-B&R에서 공급하고 있는 SuperTrak이란 어떤 시스템인가?

▲수퍼트랙은 리니어 모터를 기반으로 한, 견고하면서 운영자 친화적인 새로운 스마트 컨베이어 시스템이다. 셔틀(Shuttle)은 영구자석이 장착되어 있으며, 스테이터(Stator 고정자)는 연속코일로 구성이 되어 있고, 고정자 코일 안의 이송 전류가 추력을 발생시키는 원리에 의해 구동이 된다. 트랙이 개별로 움직이기 때문에, 생산성을 높이고, 다운타임을 줄일 수 있다는 이점이 있다.

수퍼트랙은 리니어 모터를 기반으로 한, 견고하면서 운영자 친화적인 새로운 스마트 컨베이어 시스템이다.

곡면 부분에 여러 개의 셔틀이 장착되어 있다.

-수퍼트랙의 장점은 무엇인가?

▲수퍼트랙의 최대 장점은 대량으로 생산된 주문제작 제품, 즉 커스터마이즈드 제품(맞춤화된 제품)의 이송을 가능하게 한다는 점이다. 또, 로봇과 CNC 시스템을 원활하게 통합함으로써 통합 생산라인을 구현할 수 있으며, 리니어 모터기술과 독립적인 셔틀로, 어떤 배치사이즈로도 정밀하고 효율적인 생산을 가능 하게 한다. 이외에도 유지보수 비용을 절감시킨다는 것도 장점 가운데 하나다.

-어떻게 맞춤화된 제품을 대량생산할 수 있나?

▲수퍼트랙은 긴 리니어 모터와 여러 개의 셔틀, 메카니컬 가이드, 포지션 센서, 각 모터 코일의 전류를 컨트롤하는 파워 및 신호장치, 소프트웨어로 구성이 된다. 이 가운데 영구자석이 장착된 여러 개의 셔틀이 트랙 위에서 개별적으로 컨트롤이 되기 때문에, 각 셔틀 별로 맞춤화된 제품을 생산할 수 있다.

-타 경쟁사 시스템과 수퍼트랙은 어떤 점에서 다른가?

▲타사에서는 비슷한 형태의 이송시스템을 컨베이어 벨트라고 소개를 하지만, B&R에서는 수퍼트랙을 LLM(Long Linear Motor) 즉 리니어 모터라고 소개를 한다. 로터리 모터는 AC모터와 서보모터가 있고, 이 두 가지는 모터 자체에 속도와 힘의 차이가 있다. 기존의 컨베이어는 서보모터나 AC모터로 제어가 되는데, 로터리 모터와 리니어 모터는 성능에서도 차이가 나고 가격적인 면에서도 차이가 있다.

수퍼트랙의 중요한 장점 가운데 하나는 고속의 동기제어가 가능하다는 점이다. 타사의 시스템도 물론 고속으로 돌릴 수는 있다. 그러나 어느 정도의 고속이냐 하는 점이 문제이고, 동기제어에 있어서도 컨베이어 벨트에 엔코더를 장착해서 할 수는 있지만, 정밀도에서 차이가 난다. 수퍼트랙은 동기작업을 하는 부분에서 정밀도가 타사 시스템에 비해 뛰어나다. 타사 시스템이 몇 축 이상 동기제어를 못하는데 비해, 수퍼트랙은 소프트웨어적인 제한이 거의 없이 여러 모터의 동기제어가 가능한 것이 차이다.

또, 스피드 점프라는 것이 있다. 타사 시스템은 대부분 커브 구간에서 회전을 하면 물리적인 힘에 의해 커브구간에서 속도가 변화하기 때문에, 동기제어가 어렵다. 그러나 수퍼트랙은 커브구간에서도 속도 변화 없이 동기제어가 가능하다. 지난 3월에 개최된 ‘오토메이션월드 2017’ 데모에서 이것을 보여 주기 위해 로봇을 커브구간에 위치를 시켰다. 스피드 커브, 이것이 수퍼트랙의 큰 장점이라고 할 수 있다.

또 레일을 구성하는 볼베어링은 수명이 있어서 일정한 시간이 지나면 교체를 해야 한다. 타사 제품에 비해 볼베어링이나 가이드(Guide) 제한 수명이 월등히 높다.

또, 소음 측면에서도 타사 제품과 차별화된다. 수퍼트랙은 구동 부분과 슬라이딩 및 표면마찰의 수, 고체음의 여기 (Excitation)를 최소화함으로써, 타 경쟁사 시스템 대비 소음이 월등히 낮다.

SuperTrak Shuttle

-그렇다면 수퍼트랙은 어떤 방식 으로 동기제어를 하나?

▲B&R은 ‘오토메이션월드 2017’에서 수퍼트랙과 COMAU (코마우) 로봇을 연결한 통합 생산라인 데모를 선보였다. 전체 4미터의 프레임으로 구성된 이 데모에서는 최대 4m/s의 고속으로 이송되는 성능과, 액체 이송에서 정지 시에 액체의 흘림을 방지할 수 있는 Anti-Sloshing 기술을 탑재해 최대 이송 속도에서 안전하게 이송되는 것을 보여줬다. 또한, 스카라 로봇(4축)과 6축 다관절 로봇의 콜라보레이션으로 Pick and Place는 물론, 레이저 포인터로 셔틀의 구멍을 투과하여, 완벽한 동기 작업을 하는 것을 보여 줬다. 모터와 드라이브는 산업용 PC인 APC 910으로, 총 10축의 로봇은 서보드라이브인 ACOPOS P3로 제어가 되는 데모였다.

-수퍼트랙은 인더스트리 4.0이 추구 하는 목표와 어떻게 맥을 같이 하나?

▲컨베이어와 수퍼트랙을 같이 사용하면 공간을 크게 절감할 수 있다. 보통 이송시스템에 하이레벨의 통합이 필요하게 되면, 라인이 바뀌거나 2개의 라인이 필요하게 된다. 그러나 수퍼 트랙은 라인을 바꾸지 않고도 하이레벨의 통합이 가능하고, 내부 트랙 공간에 디바이스를 추가할 수 있을 뿐 아니라, 코너에서도 작업이 가능하기 때문에, 하나의 수퍼트랙 으로 두 개의 시스템이 있는 경우에 비해 공간을 1.5배 절감할 수 있다.

또, 연속공정과 배치공정이 쉽게 연결이 되기 때문에, 기존 시스템이 변화에 의해 최악의 경우 라인을 다 뜯어내고 다시 설치해야 하지만, 수퍼트랙을 컨베이어와 같이 사용하면 최소한의 수정으로 라인에 최대한의 변화를 구현할 수 있다. 즉, 생산장비나 검사장비라인에 수퍼트랙을 도입하면 공간을 줄일 수 있고, 변화가 생길 때 유연하게 대처할 수 있다. 이것은 인더스트리 4.0이 추구하는 방향과 일치한다.

-스마트 팩토리에 대한 관심이 높아지고 있는 분위기에서, 수퍼트랙의 수요를 어떻게 예상하나?

▲스마트 팩토리에 대한 관심이 높아지고 있는 것이 사실이지만, 고객들은 어떻게 내 공장을 스마트 공장으로 만들지 알지 못한다. 통신만 주고 데이터만 있으면 스마트 팩토리가 구축이 된다고 생각하는 고객도 있고, 공장 전체를 바꿔야 한다고 생각하는 고객도 있다. 수퍼트랙은 시장 니즈에 변화가 생겼을 때 유연 하게 변화를 줄 수 있고, 생산된 제품과 로봇 사이에서 물리적인 가교역할을 할 수 있기 때문에, 앞으로 시장성이 클 것으로 예상이 된다.

-수퍼트랙은 클린룸 등급에서 사용할 수 있나?

▲수퍼트랙은 Class 1000 기준에 만족한다. 플라스틱 베어링은 닳게 되면 분진이 생기는데, 수퍼트랙은 레일 가이드 베어링이 알루미늄으로 되어 있어서 분진이 덜 발생하고, 팬 등을 추가적으로 붙이면 Class 10등급에서도 사용할 수 있다.

컨베이어 벨트는 제품마다 다른 라인을 가지고 있고, 제품이 바뀌면 라인을 뜯어내야 한다. 현재 LCD나 반도체라인은 컨베이어를 서보모터로 제어한다. 그러나 분진이 발생되면 안 되는 LCD나 반도체라인은 리니어 서보를 사용하는 것이 효율적이다.

수퍼트랙을 사용하면 제품이 달라질 때마다 라인을 다 뜯어내지 않아도 되고, 분진이나 소음, 유연성이라는 모든 요구를 만족시키기 때문에, 장기적으로 수퍼트랙으로 가야 한다는 인식이 확산되고 있다.

배치 사이즈 원(Batch Size One), 유연성, 정밀도를 모두 원하는 고객을 만족시키는 이송시스템은 수퍼트랙이 답이다.

-배치 사이즈 원이란 무엇인가?

▲배치 사이즈 원 생산시스템은 로봇이나 3D 프린팅 기술을 기반으로 한 자동화된 프로세스 구현을 통해 개인화된 수요에 유연하게 대응하는 것을 말한다. 인더스트리 4.0이라는 트렌드의 부상과 함께, 개인화에 대한 요구가 증가하고 있고, 이에 대응하기 위해 기존의 대량생산체계의 변화가 불가피 해졌다. 높은 수준의 개인 맞춤형 생산체계의 구축이 필요하게 되면서, 1인 배치사이즈 생산이 중요해지고 있다.

-수퍼트랙은 실제로 글로벌 시장에서 수요가 있나?

▲물론이다. Autix라는 고객사의 예를 들면, 이 고객사는 고정밀 측정 디바이스의 대량생산을 위해 F시리즈 머신 프레임워크를 만들었는데, 여기에 수퍼트랙이 도입이 되어 있다. 수퍼트랙을 도입함으로써 여러 종류의 제품을 조금씩 생산할 수 있어서 비용효율 측면에서의 이점을 얻을 수 있었고, 유연성이라는 측면에서도 큰 이점을 얻은 사례에 해당한다. 이 고객사 외에도, 수퍼트랙이 도입된 레퍼런스가 많이 있지만, 공개하기가 어려워서 밝힐 수가 없다.

-기존 컨베이어 벨트에 비해 생산성 측면에서는 어떠한가?

▲조립라인이나 세척라인이 있다고 가정할 때, 수퍼트랙을 도입하면 로봇과 같이 붙였다 뗐다하는 장비를 모듈화 시켜서 사용을 할 수 있어서 어떤 문제가 생겼을 때 유연하게 대비할 수 있다. 컨베이어 벨트는 어떤 작업이 끝나야 다음 작업으로 진행이 되기 때문에, 라인에 어떤 문제가 생겼을 때 레일 가이드를 교체하고 다음 작업으로 진행이 되기 때문에 시간이 소요되지만, 수퍼트랙을 도입하면 레일 가이드 일부분은 교체하고 나머지 부분은 그대로 작업이 진행될 수 있어서 유연하면서 생산성이 높은 라인을 확보할 수 있게 된다. 즉, 수퍼트랙의 가장 큰 장점 가운데 하나는 간편한 유지보수다.

-수퍼트랙은 전장 캐비닛 공간을 절감할 수 있는 부분이 있나?

▲수퍼트랙을 도입해서 얻을 수 있는 이점 가운데 하나가 전장 캐비닛 공간의 절감이다. 앞서 얘기했듯이 ‘오토메이션월드 2017’ 데모에서는 모터와 드라이브는 산업용 PC인 APC 910으로, 총 10축의 로봇은 서보드라이브인 ACOPOS P3로 제어가 되면서 전용 로봇 컨트롤러나 PLC를 사용하는 경우에 비해 전장 캐비닛 공간이 대폭 줄어든 것을 보여줬다.

무버(Mover)가 늘어나면 타사 시스템은 PLC가 늘어나게 되는 경우가 있는데, 수퍼트랙은 B&R의 소프트웨어 기술로 유연하게 대응할 수 있다. 지난 전시회에서 수퍼트랙 아래 부분의 전장 캐비닛을 오픈한 이유가 이것을 보여주기 위해서다. B&R 부스를 방문한 참관객들은 로봇 2대와 이송시스템이 있는데도 불구하고, 전장 캐비닛 크기가 대폭 줄어든 것을 직접 확인할 수 있었을 것이다.

-수퍼트랙은 어떤 어플리케이션에 사용하면 좋은가?

▲물류 이송 장비가 가장 좋은 어플리케이션이다. 컨베이어 벨트와 로봇, 장치가 협업하는 부분에서 활용도가 높다. 예를 들어 로터리 포장기처럼 회전하는 것을 타원형 레일로 바꾸면 효과적이다. 무엇을 붙이느냐에 따라 어플리케이션은 얼마든지 달라진다.

수퍼트랙은 컨베이어 시스템이 복잡한 어플리케이션이나 사람이 여러 명 투입돼야 하는 어플리케이션에 도입되어 인력을 줄이고 다운타임을 줄임으로써, OEE를 높일 뿐 아니라, 메인터넌스 상의 이점을 제공한다.

컨베이어에 비해 유연하기 때문에, 공간 활용이 필요한 고객이 수퍼트랙을 많이 찾는다. 실제로 일본의 제약 및 식품과 관련된 기계설비에서 SuperTrak을 많이 사용하고 있다.

-수퍼트랙이 초점을 맞추고 있는 시장은 어디인가?

▲앞서 얘기했듯이, 수퍼트랙은 모터다. 따라서 어떤 어플리케 이션에서나 사용할 수 있다.

현재 B&R은 반도체 및 포장, 식음료 산업 등의 물류 어플리케이션에 초점을 맞춘 사업을 전개하고 있다. 이들 분야는 우리 B&R의 장점을 살려서 할 수 있는 수요처다.

-앞으로 수퍼트랙은 어떤 기술이 업데이트될 계획인가?

▲속도가 현재는 4m/s인데, 내년에 5m/s로 향상이 될 예정이다. 초당 4m, 5m 이송이라는 속도는 LLM에서 낮은 것이 아니다.

-리니어 이송 시스템의 향후 기술전개 방향을 어떻게 예상하나?

▲스마트 팩토리는 현장에서 일하는 사람을 줄이고 자동화를 하는 것이 목적이다. 따라서 로봇과의 협업이 중요해진다. B&R이 수퍼트랙을 시장에 소개하고 있는 이유도 이 때문이다.

특히, 예지보전의 측면에서 진단과 시뮬레이션이 과거에 비해 중요해지고 있다. 컨베이어는 진단부분에서 제한적이다. 그러나 수퍼트랙은 진단 툴이 있어서 문제가 생기면 빠르게 대응이 가능하다.

또, B&R은 설계하는 단계에서 시스템이 어떻게 라인업이 된다는 것을 시뮬레이션으로 보여줄 수 있다. 시뮬레이션 프로그램과 연동해서 로봇 팔에 명령을 내리는 상황을 프로그램으로 화면에 같이 보여줄 수 있다. 무버가 어느 위치에 있는지 보여줄 수 있고, 로봇의 위치 및 각도까지 보여줄 수 있을 뿐 아니라, 실질적으로 간섭이 생길지, 충돌이 정말로 되는지 사전에 시뮬레이션으로 보여줄 수 있다.

또, 기존의 컨베이어는 사람이 추가적으로 수작업 해야 하는 부분이 있는데, 수퍼트랙은 사람이 수기로 하던 리포트 작업을 자동화해서 IT 쪽으로 넘겨주고, 로봇과의 협업을 통해 생산 현장(Sop Floor)의 사람이 빠지는 부분에서 가교역할을 할 수 있다.

앞으로 스마트 팩토리에서 이러한 지능형 이송시스템이 핵심 역할을 하게 될 것이다.

-시뮬레이션 기능은 어떤 툴에서 제공이 되나?

▲B&R 오토메이션 스튜디오의 로봇 비주얼라이제이션에서 제공이 된다. B&R의 PLC와 수퍼트랙을 연동해서 보여준다.

SuperTrak은 B&R의 mapp 기술로 운영이 된다.