자동차 제조업체들을 위한 혁신 기술

자동차 업계는 빠르게 진화하고, 소비자들은 최신 기능과 스타일을 원합니다. 자동차들은 이러한 시장의 요구에 부합하기 위해 더 진보되고 더 나은 연결성을 제공하고, 더 스마트해지고 있습니다. 이는 정기적인 개선을 통해 첨단 안전 기능, 연료 효율성, 퍼포먼스, 디자인 및 옵션을 지속적으로 반영할 필요가 있음을 의미합니다.

 변화하는 소비자 요구를 충족할 수 있도록, 자동차 제조업체는 다양한 모델과 변종을 생산하는데 필요한 유연성과 속도를 확보해야 합니다. 이러한 요구를 충족하기위해, 자동차 제조업체들은 최신 스마트 자동화 기술을 구현하고 있습니다.

 독일에 본사를 둔 KUKA AG의 북미 법인 KUKA 시스템즈 노스 아메리카(KUKA Systems North America)는 자동차, 항공, 에너지 및 산업 솔루션 분야에서 유연한 자동화 시스템과 엔지니어링 서비스를 공급하는 글로벌 기업입니다. KUKA는 차체 접합 및 조립에 필요한 모든 제조 자동화 제품들을 자동차업계에 공급합니다.

자동화 수준이 낮은 생산 시설에서 유연성이 높은 제조 시스템, 그리고 개별적인 하위 조립품 제조와 완전한 바디쉘 및 애드온 부품의 조립에 이르기까지, KUKA는 자동화 및 반자동화 차체 생산의 전문기업으로 자부심을 갖고 있습니다.

 KUKA의 수석 엔지니어들은 여러 자동차 제조 시설에서 일반적으로 사용되고 있는 자동화 시스템들에 대한 평가를 수행했습니다. 그 결과, 대부분의 시스템이 도입된지 25년이 넘었고 주요 개선이 이루어진지 15년 이상 되었다는 사실을 발견했습니다. 이는 획기적으로 개선된 자동차 제조 시스템을 구축할 수 있는 기회였습니다. KUKA는 산업 표준에 대한 대안으로 유연하고 효율적이며 비용 효율적인 솔루션을 찾고 있었습니다.

비전의 실현

KUKA는 자동차 제조에 획기적인 변화를 가져오고, 레거시 시스템들보다 훨씬 더 많은 혜택을 제공하는 시스템을 개발하길 원했습니다. KUKA의 엔지니어들은 시장의 판도를 획기적으로 바꿔놓을 수 있는 혁신적인 기술을 개발하고자 했습니다. 그러한 비전을 현실화하기 위해, KUKA는 마그네모션(MagneMotion)의 QuickStick HT 독립형 카트 기술을 적용하기로 했습니다.

 KUKA의 PULSE 사업부 디렉터인 케빈 로렌스(Kevin Laurence)는 마그네모션의 QuickStick HT 독립형 카트 기술을 보고 "처음으로 빌딩 블록으로 사용할 수 있는 제품을 발견"했다고 합니다. "이전에 검토했던 다른 제품들은 필요한 역량을 제공하지 못하거나, 너무 비용이 높거나, 유연성이 부족했다”고 그는 설명합니다.

그러한 제품들은 프로젝트가 1년 이내에 완료되어야 하는 자동차 업계에서 적절한 옵션이 될 수 없었습니다. QuickStick HT의 간단한 사용과 유연성 덕분에, KUKA는 그들의 요구사항과 일정에 맞게 솔루션을 구성할 수 있었습니다.

간단함의 미학

선형 모터와 별도의 드라이브로 구성된 QuickStick HT는 통합된 위치 감지 기능을 사용해 트랙에서 각 캐리어들을 독립적으로 제어합니다. 가속, 감속, 속도 및 위치 모두 프로그래밍이 가능합니다. 고정된 속도로 계속 이동하는 것이 아니라, 공장 단계가 완료되면 운반 차체 부분은 로봇 워크스테이션을 통해 빠르게 지나갈 수 있습니다.

 산업용 애플리케이션에서는 간단한 게 최고입니다. 시스템 부품이 적을수록 디자인도 간단해지고 성능이 더 좋으며 유지관리도 수월하기 때문입니다. 기존의 롤러 기반 베드와 트롤리 시스템과 비교해, 1세대 KS PULSE 시스템은 고유한 부품 수가 200개에서 14개로 줄었습니다. 성능도 대폭 향상되었습니다.

 앞으로 대역폭과 통신 프로토콜이 더 발전해나가면, 네트워크 아키텍처와 통신 프로토콜을 시작으로, 최신 릴리즈에는 향상된 QuickStick HT 기능으로 지원되는 획기적인 개선사항들이 포함될 수 있습니다.

 초기 시스템은 직접 배선되었으며 RS-422 직렬 통신을 사용하는 노드 컨트롤러에 기반했습니다. 업데이트된 제품에는 이더넷과 호환되는 노드 컨트롤러가 포함되며 네트워크 대역폭이 더 높습니다.

로렌스는 “직접 배선된 RS-422 통신은 한계가 있었고, 자동차 업계에서는 잘 사용하지 않는 방식이었다”며 “EtherNet/IP에 기반해 구축된 최신 KS PULSE 시스템은 용량도 더 크고 시스템 통합업체들이 잘 아는 프로토콜을 사용한다”고 설명합니다.

부품 수를 감소시켜주는 통합 안전

이외에도, 기존 QuickStick HT는 잘 알려지지 않은 드라이브에 의존했습니다. 새로운 제품에는 이제 Allen-Bradley Kinetix 5700 서보 드라이브 기술이 포함되었습니다.

 로렌스는 “잘 알려진 표준 서보 드라이브를 사용함으로써 업계의 통합업체들이 제품에 보다 쉽게 액세스할 수 있게 되었다”며 “사용자들도 쉽게 시스템에 익숙해질 수 있었다”고 말했습니다.

 Kinetix 5700 서보에는 또한 안전 토크 차단(Safe Torque-Off, STO) 등의 고급 안전 기능이 내장되어 있습니다. STO 기능은 전체 장비의 전원을 차단하지 않고 선형 모터의 회전력을 제거하기 때문에 장비가 보다 안전하게 중단될 수 있으며 더 신속하게 재기동될 수 있습니다.

 로렌스는 “기존 솔루션에서 안전 기능을 확보하려면 안전 등급 릴레이와 전자접촉기 등 광범위한 안전 컴포넌트를 추가해야 했고 이는 추가적인 배선을 의미했다”며 “내장된 안전 기능 덕분에, 전체 시스템의 복잡성과 잠재적인 고장점을 감소할 수 있게 되었다”고 말했습니다.

현대적인 전원 공급 장치

KUKA 시스템은 또한 전원 공급장치와 연결 시스템에 대한 현대적인 접근방식으로부터 많은 혜택을 누리고 있습니다. Kinetix 5700 드라이브와 함께, QuickStick HT 업데이트에는 Kinetix와 호환 가능한 전원 공급장치가 통합되었습니다. 

 로렌스는 “이전의 KS PULSE 제품의 경우 세계적인 전원 표준과의 호환성을 확보하기 위해 여러 다른 변압기에 의존했고, 각 변압기마다, 고유한 부품 번호와 배선도가 있었다”고 설명했습니다.

 전원 공급장치에 대한 새로운 접근방식으로, KUKA 시스템은 더 이상 유입 전압의 변동을 조절하기 위한 변압기가 필요하지 않게 되었습니다. 다수의 부품과 배선도 대신에, 이제 KUKA는 단일한 표준 버전을 사용합니다.

 로렌스는 “패널에 배선된 단자대 덕분에 케이블 교환이 훨씬 쉬워졌다”며 “커넥터가 외부에 있기 때문에, 고객이 케이블을 교환하기 위해 박스를 열 필요가 없다”고 덧붙였습니다.

모듈형 시스템의 장점

 KS PULSE의 업데이트된 소프트웨어 시스템에도 하드웨어에서 사용된 접근방식이 적용되었습니다.

“소프트웨어와 새로운 사용자 인터페이스에도 하드웨어에 대한 간소화된 접근방식이 반영되어, 쉽게 설정될 수 있도록 설계되었다”고 로렌스는 말했습니다.

첨단 기술과 장비 요구사항을 줄임으로써, KUKA 시스템은 모든 단계에서 통합의 복잡성을 감소했습니다.

로렌스는 “KS PULSE 이송 시스템을 보다 '플러그 앤 플레이' 방식으로 만들고 더 모듈 형식으로 만드는 것을 목표로 했다”며 “이 최신 버전은 그 목표가 달성되어 미래 개선을 위한 기반이 되어준다”고 말했습니다.

고객을 위한 추가적인 가치 제공

“QuickStick은 KUKA가 고객에게 측정 가능한 모든 기준을 향상시켜 주는 혁신적이고 완전한 솔루션을 제공할 수 있도록 해주었다”고 로렌스는 말했습니다. 그는 “더 유연한 동시에, 두 배 더 빠르고, 부품 수는 1/10에 불과하다. 외부에 위치하는 장치는 전혀 없으며 전력 소모도 적을 뿐만 아니라 평균고장간격(MTBF)은 훨씬 더 향상되었고 평균고장수리시간(MTTR)은 대폭 감소되었다"며  "이러한 기준으로 고객들이 공급업체를 평가하기 때문에, 모든 면에서 홈런을 쏘아 올렸다”고 설명했습니다.

최신 업그레이드를 통해 QuickStick 지능형 컨베이어는 KUKA가 그동안 바래왔던 획기적인 턴키 솔루션을 자동차 업계에 제공할 수 있도록 해주었습니다.

EtherNet/IP를 활용하는 향상된 통신, 간단한 안전 설정, 전원 공급장치 및 연결 시스템에 대한 간소화된 접근방식, 그리고 사용자 친화적인 소프트웨어와 인터페이스를 통해 손쉬운 설정을 지원하는 KUKA PULSE는 변화하는 소비자의 요구에 부합해 다양한 모델과 변종을 생산하는데 필요한 유연성과 속도를 자동차 제조업체들에게 제공합니다.

미래에 대한 비전에 대해 로렌스는 “마그네모션의 QuickStick 기술이 적용된 KUKA PULSE는 전자동 차체 조립 시설을 지원하게 될 것”이라며 “기존 장비 대비, PULSE는 정말 많은 혜택들은 제공한다. 공장 현장에 처음 로봇이 등장한 이후, 자동차 제조 분야에서 이보다 더 큰 혁신은 없었다고 생각한다”고 덧붙였습니다.