로봇 활용 사례 - 제조·물류 자동화 혁신 견인

일본 신에너지 산업기술 종합개발기구에 따르면 일본 로봇 시장은 2015년에 1조6,000억엔,
2020년에 2조9,000억엔, 2025년에 5조3,000억엔으로 확대되어, 2035년에는 9조7,000억엔까지 성장할 것으로
추정하고 있다. 2015년 이후에는 가전, 주택설비, 자동차, 선박, 철도, 건설기계 등에 로봇 기술이 도입되고
또한 농수산 분야, 서비스 분야에서도 로봇이 활약할 것으로 보인다.

임근난 기자 (fa@hellot.net)

 

 

이노베이션과 로봇의 보급

1. 새로운 노동력으로서 기대

 

일본은 인구 감소가 시작되고 있다. 일본 국립사회보장인 구문제연구소 통계를 보면 2005년 약 1억2,800만 명을 정점 으로 감소 경향을 보이고 있다. 노동력 인구(15세∼64세)도 2005년 6,800여만 명에서 정점을 맞아 그 후 감소로 돌아서 고 있다. 이렇게 감소하는 노동력의 대체나 작업자 고령화에 의한 작업 능력 저하를 지원하는 역할로서 로봇이 기대를 받 고 있다.
일본은 해외생산 비율이 낮은 경향이어서 자국 내에 생산 거점이 많다. 언뜻 글로벌화가 진행되고 있는 것처럼 생각될 수 있지만, 그것을 자동차를 중심으로 한 수송기계, PC 및 휴 대전화 등의 정보통신 기계 비율이 두드러지기 때문이다. 이 두 분야를 제외한 기타 업종에서는 아직 낮은 상황이다. 또한 일본은 해외 주요 국가와 비교해 수출 의존도가 낮아 내수 중 심이다. 일본 경제는 자유무역이 충분히 활용되고 있지 않다 고 할 수 있다.
세계 시장에서 일본 제품의 경쟁력을 높이려면 제조나 작 업 현장에서 이노베이션이 불가결하다. 이노베이션을 일으키 려면 다양한 산업 현장에서 활약하는 로봇의 개발, 추진이 불 가결하다.

 

2. 해외 환경

 

일본 국내 시장 축소에 대응해 해외 진출이 추진되고 있는 것은 당연할 것이다. 현지법인의 지역별 분포에 따르면 시장 으로서 유망시 되고 있는 중국에서의 거점 수가 대폭 증가하 고 있다.
한편에서 중국에서는 철수하는 기업 수도 증가하고 있다. 「제조 백서(2009년 판)」에서는 아시아 현지법인 철수에 관한 조사가 기재되어 있다. 이에 따르면 아시아 진출 기업의 거점통폐합을 이유로 한 축소 및 철수가 2000년 이후 급속히 증 가하고 있는 경향을 보이고 있다. 그 이유로 판매 부진·수익 악화와 인건비 상승을 많이 들고 있다. 중국의 경우 인건비 상승이 촉발제가 되어 생산 거점 재검토가 모색되고 있다.
이제 해외에서도 저렴한 인건비에 의존할 수 없게 될 것이 다. 따라서 새로운 노동력으로서 로봇의 개발과 추진이 중요 해지고 있다.

 

로봇 시장 예측

 

일본 신에너지 산업기술 종합개발기구(NEDO)에 따르면 일본 로봇 시장은 2015년에 1조6,000억엔, 2020년에 2조 9,000억엔, 2025년에 5조3,000억엔으로 확대되어, 2035년 에는 9조7,000억엔까지 성장할 것으로 추정하고 있다.
분야별 내역을 보면, 2010년 시점에는 제조 분야가 대부분 을 차지하고 있다. 이른바 자동차와 전자부품 생산 공장에서 사용되고 있는 산업용 로봇에 해당된다. 2015년 이후에는 가 전, 주택설비, 자동차, 선박, 철도, 건설기계 등에 로봇 기술 이 도입되고 또한 농수산 분야, 서비스 분야에서도 로봇이 활 약할 것으로 보인다.
특히 서비스 분야에서 현저한 성장이 예측된다. 그중에는 가정이나 공공장소에서 이용이 기대되는 로봇과 공장이나 창 고 등에서 이용될 것으로 기대되는 로봇 모두가 포함된다. 특 히 서비스 분야는 2020년에는 접수·안내 9억엔, 감시·커 뮤니케이션 11억엔으로 예상되고 있는 데 비해 식품산업은 980억엔, 물류 1,466억엔으로 예상된다.

 

제조 분야에서 활약하는 로봇

1. 기존 작업 환경

 

일본이 로봇 선진국이라고 하는 최대 이유는 전 세계 산업용 로봇의 약 70%에 해당하는 연간 약 10만 대를 생산하고 있다는 데 기인한다. 산업용 로봇이 불가결한 존재가 된 자동차 산업의 경우 자동차 제조 라인에서 용접용, 도장용, 운반용으로 배치되어 서로 다른 역할을 하고 있다.

 

2. 로봇의 특징

 

야스카와전기의 소형 쌍완 로봇‘MOTOMAN-SDA'는 이 회사가 출시해온 MOTOMAN 시리즈 중에서 제품 콘셉트 전 환이 이루어진 기종이라고 해도 과언이 아니다. 이 로봇은 자 동차 산업에서 많이 이용되고 있으며 특히 도어 내장 조립이 나 미니밴 등에 사용되는 선루프 설치 등에 이용되고 있다. 이러한 작업은 자세를 유지하면서 하는 경우가 많아 자동화 가 필요했던 분야이다.
자동차 산업 이외에도 물류 반송 작업이나 식품 가공, 농장 등에 이르기까지 다양한 분야에서 도입이 시작되고 있다. MOTOMAN-SDA는 사람에게 부하를 주는 작업을 대체 하거나 1대로 여러 개의 작업을 할 수 있는 것이 특징이다. 기 존 단기능형 산업용 로봇으로는 불가능한 영역에서 자동화의 폭을 넓혀줄 가능성을 갖고 있다.
MOTOMAN-SDA는 기존 산업용 로봇을 보디와 암 모두 슬림화하는 데 성공했다. 보디에 관해서는 허리를 가늘게 함 으로써 어깨의 가동 범위를 넓힘과 동시에 암을 뺐을 때 본 체에 부딪히는 것을 억제할 수 있으며 동작 범위의 최대화가 구현됐다. 또한 어깨 폭을 작게 하여 설치 바닥 면적도 A4 크기 1장 정도면 되기 때문에 한정된 작업 공간에도 설치할 수 있다.
암에 관해서는 기존 산업용 로봇을 설치하면 관절 부분이 커져 한정된 공간에서 필요한 동작 범위를 실현할 수 없었다. 슬림화를 꾀하기 위해 모터, 감속기, 인코더, 브레이크를 일 체화한 소형 동력기구를 개발했다. 또한 중심 부분에 안이 빈 관을 설치해 배선을 팔 속으로 통과시키는 데 성공, 외관도 인간 팔에 가까워졌다.
가반 중량이 작은 대신에 세밀한 작업에 적응시키기 위해 로봇각축의동작속도를최대54% 상승시켜위치결정정밀도를 향상시켰다. 고속이면서 고정밀 작업을 함과 동시에 각 종 공구를 잡을 수 있도록 핸드 부분을 설정하면 사람 손과 마찬가지로 각각을 다룰 수 있게 된다.

 

3. 미래 전망

 

MOTOMAN-SDA는 자동차 산업 이외 분야에서도 활약 할 것으로 기대하고 있다. 산업용 로봇에 익숙한 자동차 산업 에서는 MOTONAN-SDA도 충분히 사용할 수 있는 노하우 가 축적되어 있지만, 그 이외의 분야에서는 아직 로봇에 대한 지식이 부족하다. 이를 위해 앞으로 어떻게 하면 현장을 자동 화해 나갈 것인가를 제안해 나갈 필요가 있다. 동시에 프로그 램 설정의 간이화 등 로봇에 익숙하지 않은 사람도 조작할 수 있도록 사용 편의성을 추구해야 할 것이다.
미래의 MOTOMAN-SDA는 개호, 복지 로봇 등으로 활약 이 기대된다. 단, 이 경우 기술적 관점보다도 안전 대책을 어 떻게 강구할 것인가에 초점이 맞춰질 것이다.

 

물류에서 활약하는 로봇

1. 기존 작업 환경

 

 물류 업계, 특히 영업창고는 고객의 제품, 상품, 원료 등을 각사의 생산물을 보관 혹은 운송하는 업무를 맡고 있지만, 이러한 작업은 기계화가 진행되지 않아 인적 작업이 중심이다. 취급하는 대상의 종류가 많고 하물 크기와 무게도 제각각이기 때문에 작업 공정을 자동화하는 환경에 적합하지 않다. 
최신 전문 분야에 특화한 물류 창고에서는 자동창고 등 자동화가 진행된 경우가 많지만, 물류 창고에서는 도입 사례가 한정되어 있다. 기본적으로는 기존 물류 기기를 사용해 작업할 수밖에 없는 실정이다. 생산성을 높이기 위해서는 기계화가 아니라 종업원 교육이 중시되고 있다.
전체 작업시간 중에서는 일부이기는 하지만 중요한 작업으로서 재고조사 작업이 있다. 고객의 재산인 물품의 보관업무를 위탁받은 경우 결산 절차상 최저 1년에 1회는 재고조사가 필요하다. 실제로 고객의 의뢰로 월 단위, 주 단위로 이루어지는 물품도 많다. 특히 고가의 상품일수록 그러한 경향이 높다.
이 재고조사 작업에서는 제품을 세는 수밖에 없다. 평범한 일이지만 상당히 부하가 걸리는 작업이기도 하다.
일반적인 재고조사 작업에서는 골판지 상자의 바코드를 핸디터미널로 판독한다. 그러나 실제로 1개의 펠릿에 수십 개의 박스가 쌓여 있기 때문에 숨어 있는 바코드를 판독하려면 그대로는 진행할 수 없다.
재고조사 작업은 정확성을 요구하므로 반복 확인이 요구된다. 또한 재고조사할 수 있는 시간은 한정되어 있어 창고 가동 시간 외에 해야 한다.

2. 로봇의 특징

 

물류 대기업인 일본 후지물류는 창고 내의 재고조사 작업 을 자동으로 하는 재고조사 로봇을 개발해 사내 창고에서 본 격적으로 활용하기 위해 준비중이다. 이미 신도쿄물류센터에 서는 시험 운용되고 있으며 현장에서 실측 수치에도 반영되 고 있다.
이 거리를 두고 IC 태그를 모아 판독하는 안테나를 갖추고 있어 컴퓨터에서 지정하는 대로 창고 내의 선반을 순회하며 각 상자에 부착된 IC 태그를 안테나로 읽고 재고조사를 실행 한다.
미리 컴퓨터에 선반 배치를 입력하고 각 선반에 번호 입체 마크를 배치해 둠으로써 로봇이 컴퓨터상의 배치도와 번호를 맞춰 자신의 위치를 확인한다. 이로써 로봇을 조작하지 않고 도 자동으로 이동한다. 레이아웃 변경도 기본적으로는 컴퓨 터 측 설정만 변경하면 되므로 즉시 대응이 가능하다.
정확하게 IC 태그를 읽는 데 있어 중요한 점은 박스의 IC 태그를 판독하는 안테나의 위치이다. 실제로 재고조사 로봇 은 처음에 선반 전면에 기둥과의 거리를 계측하고 일단 선반 좌측으로 되돌아가 선반 면과 평행 보정을 한 후에 다시 선반앞으로 이동하는 신중한 대응을 취하고 있다. 그 후 안테나가 자동 오르내려 낮은 단부터 높은 단을 향해 판독해 나간다. 이 로봇은 식품 등을 보관하는 저온 창고 내에서도 사용 할 수 있다. 또한 배터리 1회 충전으로 7시간 풀 가동시킬 수 있다.

 

3. 로봇 도입 효과

 

로봇 움직임이 거의 정지하지 않고 실시되며 또한 로봇이 IC 태그를 한번 판독하면 바로 처리하기 때문에 작업 속도가 빠르다. 또한 팰릿이나 상자를 이동시키지 않고 재고조사 작 업을 할 수 있게 됨으로써 작업 자체도 대폭 간소화되었다. 이로써 기존에 3명이 약 50시간 걸렸던 작업을 1/10인 5시간 으로 단축할 수 있게 되었다.
재고조사 작업은 한번에 하지 않으면 실수를 범할 가능성 이 있다. 따라서 기존에 재고조사 작업은 토요일에 실시되었 다. 그러나 작업 시간이 단축되고 로봇이 하기 때문에 야간작 업도 가능하다.
상자 내에 액체나 금속이 들어 있는 경우는 그 영향으로 전 파를 판독하기 어렵다는 과제가 있지만, 후지물류가 시험 운 용하고 있는 문서 트렁크에서는 99%의 판독률을 자랑하고 있다.

 

4. 미래 전망

 

재고조사 작업은 로봇화되고 있지만, IC 태그용에 관해서 는 재고조사 작업에 한정되지 않고 널리 연구 개발이 진행되 고 있다. 입고에서 출고에 이르는 과정에서 IC 태그를 일원 관리하는 것이 후지물류의 최종 목표이다.
다행히 최근 IC 태그의 가격이 대폭 하락했다. 3년 전에는 1개당 약 100엔 했던 것이 2010년에는 1개당 약 25엔이다. 단, 저렴할 뿐만 아니라 성능도 대폭 향상되었다. 최신 IC 태 그로 교체하면 판독률이 향상되는 것은 확실하다.

 

 로봇 보급을 위해

 

공장 내에서는 새로운 로봇이 기존 산업용 로봇이나 식품가공 기계를 대체하면서 공존이 이루어지고 있다. 기존 공장 레이아웃을 유지하면서 현재 배치되어 있는 작업원을 그대로 로봇으로 대체할 수 있다.
농업이나 창고, 공사 현장 등 기계화가 진행되고 있지 않은 영역에서는 패턴화하기 어렵고 다양한 상황에 놓여 있는 대상물을 어떻게 인식할 수 있을지가 중요하다. 로봇을 이용하기 쉽도록 현장 환경을 정비하는 것도 필요하지만, 기본적으로는 공장과 마찬가지로 기존 환경을 살린 상태에서 로봇을 배치하는 것이 바람직하다. 따라서 로봇의 화상 인식력을 높이고 대상물의 상황을 정확하게 파악하는 것이 요구된다.
일본 국내에서는 다수의 로봇 벤처가 존재하지만, 대부분은 로봇 개발 자체에 포커스가 맞춰져 있기 때문에 로봇에 의한 비즈니스 모델을 구축하는 것은 어려운 상황이다. 일상 사회에서 생활 지원용 로봇을 보급시키는 데에는 기술 측면 이상으로 실증실험의 축적과 법적 정비가 충분하지 않아 신중할 수밖에 없다.