의료 기기 제조 분야의 새로운 지원자

Workforce 29. 8월 2018 / by Universal Robots 공유

협동로봇(혹은, 코봇)은 완전 수동 조립과 완전 자동화된 제조 라인 사이의 격차를 좁히는 새로운 종류의 로봇입니다. 중소 전문 의료 기기 제조업체들은 협동로봇을 통해 경쟁력을 갖추게 되었습니다. 또한 과거 비용 효율적으로 자동화하기 어려웠던 대형 OEM을 자동화하는데 도움이 되고 있습니다. 이 글을 통해 여러분은 기존의 산업용 로봇과 협동로봇이 어떻게 다른지 알게 될 것이며, 의료 제조업체들이 협동로봇을 이용해 어떻게 생산량을 늘리고 품질을 향상시키며 비용을 절감했는지 확인 할 수 있습니다.

대부분의 중소 의료기기 제조업체들은 산업용 로봇을 대형 공장 속 안전 펜스 없이 작동하는 로봇이나 인간의 행동을 모방하기에 급급한 미래형 사이버 로봇 정도로 생각하곤 합니다. 그러나 이 두 로봇에 대한 이미지의 간극을 좁혀줄, 실현 가능한 로봇이 있습니다. 협동로봇이라 불리는 이 새로운 종류의 로봇은 완전 수동 조립과 완전 자동화된 제조 라인 사이의 격차를 좁히고 있습니다.

기존의 산업 논리에 따르면, 로봇 사용에 드는 비용은 일반 노동자의 2년치 임금과 같아야 합니다. 하지만 협동로봇을 사용하는 데 드는 비용은 2년치 임금의 4분의 1에 지나지 않습니다. 기존의 산업용 로봇들에 소요되는 자본금은 전체 시스템 비용의 25-30%에 불과합니다. 나머지 비용은 로봇 프로그래밍, 설정 등에 드는 비용인데, 협동로봇은 이 같은 과정에 드는 비용이 거의 없습니다. 때문에 중소 제조업체들은 일반적으로 1년 이내에 ROI(투자비용회수율)를 실현할 수 있습니다.

생산성이 4배로 증가된 의료기기 제조업체 다이나믹 그룹

다이나믹 그룹(Dynamic Group)은 미국 미네소타에 본사를 둔 민간 제조업체로서 의료 및 전자 산업용 복합 사출 성형 플라스틱 부품과 조립품을 전문으로 취급합니다. 부족한 인적 자원과 높은 임금 등의 문제에 직면한 이 회사는 경쟁력을 높이기 위해 자동화로 눈을 돌렸습니다. 다이나믹 그룹이 사용하는 협동로봇은 열에 매우 민감한 의료기기를 대상으로 완전 사출 성형 기계 사이클을 수행합니다. 로봇은 사출 성형기에 몰딩할 부품을 고정하는 프레임을 선택하여 배치하고, 트리밍 장치에 옮기며, 작업자 앞에 갖다 놓습니다. 그리고 모든 과정이 완료되면 버튼을 눌러 위와 같은 과정이 반복될 수 있게 합니다.

조 맥길리브레이(Joe McGillivray) CEO는 "많은 교대 인력들이 수작업으로 작업할 때마다 기계를 달리 조정하기 때문에 효율성에 문제가 있었습니다. 이 문제를 해결하고자 우리는 유니버설로봇의 UR10 제품을 생산 공정 내에 전개했습니다. 이후 3인으로 구성된 교대조를 1인으로 줄였으며, 하루 3개조를 운영할 수 있게 되었습니다. 그 결과 생산성이 네 배로 늘었으며 불량률도 거의 0에 가까워졌습니다."

다이나믹 그룹은 정교한 부품을 운반하고 검사하기 위해 2대의 협동로봇을 추가로 설치했습니다.추가된 로봇은 디게팅(degating) 및 육안 검사가 필요한 부품의 운반, 살균된 부품을 집고 놓기 위한 키팅(kitting) 어플리케이션, 포장 용기에 식염수를 놓고 컨베이어 벨트에 적재하기 등의 작업을 수행합니다. 이 과정들은 협동로봇 사용 이전엔 6-7명이 직원들이 수행하던 작업이었습니다. 맥길리브레이 CEO는 "과거엔 많은 양의 작업을 빠른 속도로 처리하긴 어려웠습니다. 이제 우리는 두 사람 만으로도 생산 공정을 운영할 수 있습니다."라고 말했습니다. 또한 그는 "우리는 매우 놀랐습니다. 이와 같은 결과를 우리의 성공적인 사례로 처음 언급하게 될 것이라고는 전혀 예상하지도 못했기 때문이죠. 투자비용회수율은 2개월도 채 안 됐고, 이와 같은 사례를 다른 제품 생산에도 적용할 수 있었기 때문에 우리는 한 단계 더 나아갈 수도 있습니다”라고 말했습니다.

At Tegra Medical, the UR cobot is deployed in a unique mixed-model cell

테그라 메디컬에서는 UR의 협동로봇이 독특한 혼합형 셀에 배치되어 있습니다. 로봇은 세 개의 제품 중 두 개를 그라인더에 넣고, 남은 세 번째 제품은 내부 절삭 툴에 의해 수리 장치의 가장자리를 다듬는 공정에 넣습니다.

With human collaboration in mind, cobots incorporate lightweight materials, rounded joints, back-drivable and motors

인간과 협업을 목표로 하는 협동로봇은 가벼운 소재로 설계되어 있으며, 원형으로 자유롭게 움직일 수 있고, 역추진 모터 또한 내장하고 있습니다. 뿐만 아니라 협동로봇은 로봇 팔의 이동 경로에 장애물(특히 인간)이 있으면 자동으로 즉시 움직임을 멈출 수 있게 하는 혁신적인 포스-센서 기술을 갖추고 있습니다.

At Dynamic Group a UR cobot tends a complete injection molding machine cycle for a medical device

다이나믹 그룹에서 쓰이고 있는 UR 협동로봇은 열에 매우 민감한 의료기기를 대상으로 사출 성형 기계 사이클을 완벽하게 수행합니다. 대상 부품을 고정하는 프레임을 선택하여 사출 성형기에 배치하며 장치를 옮깁니다. 모든 사이클이 완료되면 다음 사이클 진행하기 위해 자동으로 버튼을 누릅니다.

프로세스 변경 검증 없이 생산을 두 배로 늘린 테그라 메디컬

메사추세츠 소재 의료기기 제조업체인 테그라 메디컬(Tegra Medical)은 의료 및 전자 산업에 쓰이는 복합 사출 성형 플라스틱 구성 요소 및 조립품을 전문적으로 생산합니다. 이 회사는 생산 비용 증가, 수요 감소 등의 문제에 직면하였고 그 결과 이윤이 감소했습니다. 문제를 해결하기 위해 테그라 메디컬은 협동로봇을 활용하여 의료 기기를 제조하기로 결심했습니다. 협동로봇 도입 이후 테그라 메디컬의 생산량은 두 배로 늘었으며, 11명의 직원이 반복적인 수작업에서 벗어나 더 가치 있는 업무에 집중할 수 있게 되었습니다.

엔지니어링 책임자인 할 블렌코른(Hal Blenkhorn)은 협동로봇 도입에 대해 이렇게 말합니다. “우리는 의료 산업의 공정 변경 통제에 맞섰습니다. 어떤 공정도 고객에게 충분한 정보가 제공되지 않거나, 검증을 거치지 않고서는 변경될 수 없습니다. 하지만 우리는 로봇을 통해 공정의 본질은 유지한 채로 변화에 성공했습니다. 우리는 단지 공정들 사이에 있는 구성 요소들을 바꾸었을 뿐입니다. 이후 우리는 가격이 낮아진 제품을 고객에게 제공할 수 있었고, 생산 수요를 유지하게 되었으며, 추가 자격 및 검증에 부담을 느끼지 않습니다.”

블렌코른은 협동로봇을 큰 재정적 성공을 이끈 ‘세포’라고 표현합니다. 그는 "이 세포(협동로봇)들과 함께한 이후, 우리는 투자비용회수율을 최소 3개월에서 최대 6개월 사이로 줄일 수 있었습니다. 과거엔 프로젝트를 진행할 때, 1년 반 내지 2년 정도의 투자비용회수율 예상하고 있었기 때문에, 협동로봇이 가져다 준 이러한 결과에 우리는 매우 만족하고 있습니다." 라고 말합니다.

10%의 생산성 증가효과를 본 가족 경영 치과 기기 제조업체 니크로미녹스

프랑스 리옹에 위치한 니크로미녹스(Nichrominox)는 가족 경영 회사로, 40년 동안 치과 의사용 살균 장비를 생산해오고 있습니다. 최근까지 이 회사는 인건비가 낮은 나라와 치열하게 경쟁해 왔습니다. 니크로미녹스는 기존의 산업용 로봇을 이용하여 금속 접이식 애플리케이션을 자동화하려고 했지만, 구현에 필요한 자원과 비용이 부족하다는 사실을 깨달았습니다.

현재 니크로미녹스는 3개의 개별 생산 라인에서 4대의 협동로봇을 사용하고 있으며, 이를 통해 벤딩 셀을 자동화하였고 이를 CNC 기계에 적용합니다. 또한 협동로봇 바로 옆에 작업자가 위치하여 제품을 조립합니다. 니크로미녹스의 한 협동로봇은 한 프레스 당 한 번의 펀칭 작업을 수행합니다. 이후 운반 테이블에 구성품을 옮겨 놓고 바로 다음 작업을 수행합니다. CNC 기계와 완벽하게 통합된 다른 협동로봇은 시간을 절약하고 작업 효율을 개선하며 반복 작업에 따른 제품 변형 가능성을 줄여줍니다. 세 번째 로봇은 추가적인 안전 펜스가 필요 없이 작업자 바로 옆에서 움직입니다. 또한 이러한 협동로봇은 단순히 작업자가 로봇에 힘을 가하는 것 만으로도(로봇은 그리퍼의 통합 포스 센서를 통해 감지) 협동로봇을 활성화 시킬 수 있을 정도로 사용하기 쉽습니다.

이 회사의 협동로봇은 사내 직원인 세드릭 레프랑크 루미에르(Cédric Lefrancq-lumiere)에 의해 프로그래밍되었습니다. 그는 "저는 프로그래밍 지식이 없었지만, 단 이틀간의 훈련을 통해 로봇을 이해하고 프로그래밍할 수 있었습니다. 오늘 저는 새로운 작업을 프로그래밍하는 데 한두 시간 정도 밖에 걸리지 않습니다. 그리고 더 나은 품질과 정확성을 얻기 위해 프로그램을 지속적으로 개선하고 있습니다."라고 말했습니다. 니크로미녹스는 14개월 만에 협동로봇 비용에 대한 ROI를 달성했으며, 협동로봇을 추가하여 생산 라인을 계속 개선시킬 계획을 가지고 있습니다.

의료 제조업체를 위한 자동화 격차 해소

협동로봇 또는 "코봇"은 완전 수동 조립체와 완전 자동화된 제조 라인 사이의 격차를 좁히는 새로운 종류의 로봇입니다. 중소 전문 의료 기기 제조업체들은 협동로봇을 통해 경쟁력을 갖추게 되었습니다. 협동로봇의 주요 이점으로는 유연한 배치, 사람과 함께 작업할 수 있을 정도의 안전성, 쉬운 프로그래밍 및 구현, 빠른 투자비용회수율 등이 있습니다.

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