록히드 마틴, 차세대 전투기 생산에 ‘날개’
지멘스

AGV에 어셈블리 지그 운반장치를 실은 J470 중앙날개 무인운반 시스템

록히드 마틴(Lockheed Martin) F-35 Lightning II는 단좌식, 단발 엔진의 5세대 다목적 전투기 기종으로서 지상 공격, 정찰, 방공 임무를 수행하도록 개발되고 있으며, 스텔스 기능을 갖췄다. F-35는 JSF(3군 통합 전투기) 프로그램에서 선정된 X-35에서 발전했다. 록히드 마틴은 F-35 중앙 날개 어셈블리의 독특한 제조 요건을 충족시키기 위해 미시간 주에 있는 장비 설계 및 시스템 통합 선도업체인 포리 오토메이션(Fori Automation)에서 특수 AGV(무인 운반차)를 공급 받아 제조 성능과 효율을 높였다. 포리는 이러한 제조 목적을 달성하는 데 필요한 통합 자동화를 위해 AGV 설계의 핵심으로 지멘스 SIMATIC 컨트롤러, SCALANCE 무선 및 포터블 HMI 솔루션을 선택했다.
록히드 마틴은 텍사스 공장의 생산 능력 제약 때문에 F-35 J470 중앙 날개 어셈블리 제조를 텍사스 포트워스에서 조지아 매리에타로 이전하기로 했다. 록히드 마틴의 목표는 F-35 J470 중앙 날개 어셈블리 제조 기반의 대부분을 2011년 말까지 매리에타로 이전하는 동시에 풀가동 시 하루에 1대의 비행기를 생산할 수 있는 생산 라인을 설계하는 것이었다. 이 시나리오는 난관에 부딪쳤는데 매리에타에서는 이미 록히드 C-130 허큘리스와 F-22 랩터 기종을 생산하고 있었기 때문에 공장에서 사용할 수 있는 바닥 면적에 제한이 있었다. 또한 F-35 생산 공정이 매리에타 공장에서 사용할 수 있는 공간에 들어맞지 않아 F-35의 공정 라인이 차지하는 공간에 적합한 유연하고 자동화된 운반 시스템을 개발해야 했다.

록히드 마틴 전용의 차세대 AGV

까다로운 요구 조건을 만족 하는 AGV 시스템
AGV는 정확하게 자율 주행을 한다. 이 시스템은 5가지 필수 요건을 만족해야 했다.
1. 시스템 안전: 작업자 안전을 보장하고 충돌을 방지하는 인터록이 필요했다.
2. 두 공장 간에 장비 범용성이 확보되도록 매리에타 및 포트워스 라인에서는 같거나 비슷한  장비를 사용해야 했다.
3. 다양한 이동 시나리오를 고려한다면 운반 시스템의 유연성이 높아야 했다.
4. 유지보수 및 교육이 다른 기존 시스템의 경우와 유사하도록 시스템이 기존 시스템과 비슷해야 했다.
5. 시스템은 견고하고 신뢰성이 있어야 했다.

원래는 포트워스의 오버헤드 레일 구조를 사용하여 중앙 날개 어셈블리를 생산 공정 라인에 따라 이동시키려고 했지만 그렇게 하면 바닥 면적이 너무 많이 필요하고, 공정 라인 의도에 적합하지 않았으며, 자동 드릴을 배치할 수 있는 위치가 제한되었고, 유연성이 떨어지며, 공장의 오버헤드 크레인 시스템에 대한 접근이 제한되었다.
제어 시스템은 안전 기능이 통합된 콤팩트한 로우 프로파일 설계를 채택했다.
최종 솔루션은 자동차 산업 분야에서 찾아낸 AGV였다. 그러나 매리에타에서 필요한 AGV는  다음과 같이 극히 까다로운 요건을 충족시켜야 했다.
록히드 마틴은 이러한 요건을 내걸고 기존 AGV 기술을 변형하여 록히드 마틴 전용의 차세대 AGV를 생산하는 작업을 포리 오토메이션에 맡겼다. 포리가 개발한 12인치 너비 정밀 자기 측정 장치는 자기장의 세기를 측정하여 조립 스테이션의 차량이 ±4~5mm의 정확도로 제 위치를 파악하게 한다. 각 AGV는 너비 67인치, 길이 181인치, 높이 28인치의 크기를 갖는다. AGV는 중앙 날개 부분과 합하여 5.4톤 정도 되는 공구 무게를 지탱한다. 공구는 14개 공정 스테이션으로 운반되며 각 AGV는 이동할 때마다 이만큼의 무게를 견뎌야 한다.
각 스테이션에서 공구는 공구를 고정하기 위해 설치된 기둥에 단단히 고정되어 자동 드릴이 드릴 작업을 할 때 구멍을 정확하게 유지한다.
AGV는 공구 밑으로 들어와서 공구를 실은 다음에 한 스테이션에서 다른 스테이션으로 공구를 운반할 때까지 안전 프로토콜을 준수하며 작동한다. AGV가 공구 밑으로 들어갈 때마다 스탠천이 풀리고 단단한 결속을 위해 컵 및 콘 장치가 AGV를 고정한다. 이를 위하여 항법, 유도, 추진 시스템의 동기화뿐만 아니라 리프팅 메커니즘에 서보모터가 필요했다.

AGV 시스템에 적용된 ET200S PROFISafe 지원 시스템

성공의 열쇠는 지멘스 기술
포리는 제어 시스템 공간 축소, 제어 시스템 통신 향상, 운전 간소화 등 여러 문제를 해결하기 위해 지멘스를 찾았다. 제어 시스템이 차지하는 공간을 축소하기 위해 지멘스 SIMATIC ET200S 고장안전 CPU를 지정했다. 이 안전 기능 통합 장치는 안전 릴레이가 필요 없고, 중앙 집중적이고 유연하며 확장이 가능한 AGV 안전 시스템을 구현할 수 있었다. 또한 콤팩트한 낮은 프로파일 설계라 트레이, 서랍 및 다양한 장치를 유연하게 장착할 수 있었다.
최적의 제어 시스템 통신을 위해서는 지멘스 SCALANCE W 무선 모듈과 SCALENCE X 산업용 이더넷 스위치 사용을 지정했다. 이 컴포넌트들은 까다로운 우주항공 제조 환경에 이상적인 견고한 구조가 특징이다. 지멘스 ‘고속 로밍’ 기술 덕분에 AGV가 액세스 포인트를 변경할 때 끊김 없는 통신이 가능했다.
마지막으로 지멘스 모바일 패널 277 포터블 HMI를 사용하여 록히드 마틴 직원들의 작업을 간소화했다. 이 통합 포터블 솔루션은 운전자 인터페이스 장치들을 통합했으며 통합 안전 기능을 통해 안전 기준을 충족하면서 비용은 절감했다. 결론적으로 콤팩트한 단일 인체공학적 장치로 제어, 안전, 구성 및 진단이 구현되었다. 액티브 X 기술의 사용은 작업을 더욱 간소화했고 운전자 제어 화면에 나타나는 ‘가상 조이스틱’은 터치 방식으로 방향 및 크기 정보를 제공했다.

AGV에서 MTAV로
포리는 자사 AGV를 MTAV 즉 멀티태스킹 자율주행차라고 부른다. 이들은 AGV의 기능을 향상시켜 투자 수익을 개선하는 것을 목표로 한다. 폴 멜로체(Paul Meloche) 포리 영업 부사장은 “AGV는 라인에 부품을 내려놓는 것보다 더 다양한 작업을 해야 합니다”라고 말한다. 록히드 마틴의 매리에타 공장에서 이 말은 현실화되었다.