원가 절감의 첨병, 자동차 작업셀

OEM과 시스템 통합업체, 로봇 공급업체가 의기투합해 한 자동차 공급업체에게 품질 향상과 원가 절감, 미국 내 영업 존속에 필요한 마감용 공작기계 셀을 제공했다.

글: Stephanie Neil, Contributing Writer

신뢰(Reliability)와 책임(Responsibility). 자동차 고객이 존중하게 된, 또 기대하게 된 두 단어이다. 이제 누구도 ‘R’로 시작하는 다른 단어는 입 밖에 내고 싶어 하지 않기 때문이다. 리콜(Recall)이 그것이다. 고객의 안전과 행복을 지키는 일은 자동차 제조업체의 몫이다. 그러나 품질 관리의 책임은 공급망 곳곳에 드리우고 있다. 공작기계 제조업체도 예외가 아니다.
Supfia Machine Company도 이 책임을 심각하게 받아들이고 있다. 독일에 본사, 미국 로드아일랜드 주 노스 킹스턴에 미국 공장을 두고 있는 이 회사는 고급 정밀 마감을 주업으로 하는 OEM이다. 일명 수퍼피니싱(Super-finishing)이라고 하는 이 프로세스는 표면 품질이나 평면도, 진원도, 진직도 같은 기하학적 정확도를 조정해 부착 대상 제품의 성능을 높이는 것을 목적으로 한다. Supfina의 기계를 거쳐 간 제품은 자동차의 엔진이나 트랜스미션에서 많이 볼 수 있다. 움직이는 부품의 최적 정밀도가 필요한 부분이다.
기계의 정확도가 이 회사의 핵심 차별화 요소이기는 하지만 고객은 제품 요구사항과 생산 수요에 따라 공작기계의 디자인을 조정, 변경하는 Supfina의 능력도 중시한다.
18개월 전 미국 소재 한 자동차 공급업체가 연료 분사 시스템에 들어갈 부품을 위한 수퍼피니싱 솔루션의 제작을 의뢰했을 때가 그랬다. Supfina의 기존 고객이던 이 공급업체는 새 부품 양산 계약을 따냈고 짧은 시간 안에 납품을 해야 했다.
이 업체는 미국 내에서 계속해서 제조를 하고자 했고 그러기 위해서는 제조 프로세스의 비용 대비 효율이 높아야 했다.
Supfina에게 요구한 사항은 다음과 같다. 사람의 개입 없이 18초마다 부품 하나를 생산해내는 수퍼피니싱 작업 셀을 만들라. 구체적으로, 이 업체는 기계에 부품 400개를 넣고 무인으로 운전하기를 원했다. 거기에 투입할 인력이 없었기 때문이다.
수퍼피니싱 기기 밖에서 일어나는 부품의 이동이 작업 셀의 속도를 좌우했기 때문에 흥미로운 활용사례였다. Supia Machine Company의 president 겸 CEO Andrew Corsini는 “로봇을 들이거나 몇 사람을 투입해야만 가능한 작업이었습니다”라고 말했다. Supfina는 로봇을 찾아냈다. 다음 차례는 통합과 자동화였다.

턴키 공작 기계
Supfina는 일반적으로 일체형 장비 솔루션을 고객에게 공급한다. 동시에 부품의 투입 지점과 투출 지점을 규정한다. 가드부터 그리퍼, 로봇, 트레이에 이르기까지 작업 셀 내 모든 요소가 통합되고 자동화되고 제어되어야 한다는 뜻이다.
고객은 이미 로크웰 오토메이션 Encompass Product Partner FANUC America Corp.의 로봇과 로크웰 오토메이션의 Allen- Bradley 컨트롤러로 표준화를 해 놓은 상태였다. Supfina도 이용하던 업체들이었다.
Supfina는 또 FANUC이 추천한 시스템 통합업체이자 로크웰 오토메이션 솔루션 파트너이기도 한 Elm Electrical Inc.의 도움도 받았다. 이 어플리케이션에서는 CNC 대신 Logix계열 컨트롤러로 로봇을 통합해 원가를 낮출 수 있었다.
메사추세츠 주 웨스트필드에 위치한 Elm Electrical은 머신 비전 제어 경험이 풍부한 팀을 보유하고 있어 로봇 공학에 높은 전문성을 자랑한다. Supfina도 통합 서비스를 제공할 수 있지만 이번 건에 대해서는 Elm Electrical에게 새 부품용 작업셀의 전체 설계와 통합을 맡겼다.
폐쇄형 작업셀은 6축 FANUC LR Mate 200ic과 트레이 4개(각각이 부품 100개를 담을 수 있음)로 구성되었고 Supfina의 Allen-Bradley Compact-Logix L43 동작 제어 시스템을 채용했다. 이것은 EtherNet/IP를 통해 로봇과 통신을 한다.
로봇은 부품을 들어 공작기계에 넣는다. 로봇의 듀얼 헤드 그리퍼는 기존 구성품을 내리고 수퍼피니싱할 제품을 회전하고 그것을 보호 스테이션(Protected Station)에 넣어 흠집 발생을 막는다. 그리고 뒤돌아서 새 부품을 받는다.
로크웰 오토메이션의 Allen-Bradley PanelView은 작업자가 컨트롤러에 명령어를 입력할 수 있는 인터페이스를 갖추고 있다. 로봇 작업이 끝나면 사람이 트레이를 운반하지 않는다. 작업 셀 안에서는 사람의 힘이 하나도 필요 없다.
Elm Electrical의 영업 담당 이사 Kyle Richard는 “두 트레이를 채우면 약 한 시간은 (시스템)이 혼자서 작동합니다”라고 말했다. 트레이에 부품이 떨어지거나 공작기계의 절단 휠을 교체해야 할 때에만 자동화 프로세스가 멈춘다.

작업셀은 기계에 부품 400개를 넣은 후 혼자서 가동을 한다. 그리고 어떠한 조작 없이 18초마다 부품을 하나씩 만들어낸다.

사람이 프로세스를 만든다
이 턴키 공작기계는 완공까지 약 6개월이 걸렸고 현재1년째 고객 현장에서 가동 중이다.
Supfina의 코시니(Corsini)는 “프로젝트는 정시에 시작되었고 고객은 만족했습니다”라고 말했다. 그러면서 고객의 만족은 성공의 진정한 잣대라고 덧붙였다.
무엇보다, 예산에 맞춰 높은 품질을 갖춘 솔루션을 정시에 제공하는 능력은 채택된 기술보다는 프로세스에 참여하는 사람과 더 밀접한 관계가 있다.  코시니는 ‘핵심은 먼저 경청하고 결과가 어떻게 될지 관심을 갖는 자세’라고 말했다.
Elm Electrical은 시작하기 전에 작업셀의 모습을 미리 3D CAD 그래픽을 그려봄으로써 이 같은 기대에 부응할 수 있었다. 시스템 통합이 어떻게 진행될지 눈으로 보았기 때문에 Supfina와 고객 모두 시공 전에 설치에 관해 제대로 이해할 수 있었던 것이다.
또 Richard에 따르면 이 어플리케이션에서는 CNC 대신 Logix계열 컨트롤러로 로봇을 통합해 원가를 낮출 수 있었다.
CAD 설계 승인을 받은 후, Elm Electrical은 자체 공장에서 작업셀을 만든 후 시스템을 Supfina가 있는 곳으로 옮겨 디버깅과 시험을 실시했다. 그리고 고객이 최종 승인을 하면 시스템을 설치 장소로 옮겼다.
이로써 자동차 공급업체는 ISO/TS 16949 표준에서 정한 추가 품질 관리를 준수하고 Supfina의 공작기계는 요건에 부합하게 된다.
그러나 OEM은 늘 현장에 대기하면서 기계를 수리하거나 부품을 공급하거나 질문에 답한다.  코시니의 설명대로 고객, 시스템 통합업체와의 관계는 장기적인 파트너십이기 때문이다.
코시니는 “고객이 저희를 추천하거나 다시 구매를 한다면 저희가 고객의 요구사항을 충족했다는 뜻입니다”라고 말했다.
메사추세츠주 웨스트필드에 자리한 Elm Electrical은 로크웰 오토메이션 솔루션 파트너이다. 자동화 및 전기 서비스 제공업체로 MRP/ERP 시스템과 연계된 자동화 시스템을 공급한다. 일반적으로 맞춤형 기계 시스템의 설계와 제작, 프로젝트 현장 시운전 서비스를 제공하고 장기 수선과 지원 서비스도 제공한다. PLC, HMI, VFD, 비전 시스템, 로봇공학을 이용한 첨단 솔루션도 공급한다.
미시간주 로체스터힐즈에 위치한 FANUC America Corp.는 로크웰 오토메이션 Partner Network의 Encompass Product Partner이다.
FANUC은 CNC 제품과 로봇 솔루션을 공급한다.