유기농 가금류 턴키 공장 속의 기술
SKA srl은 유기농 방목 농장에 필요한 가금류 시스템을 제조하는 기업으로, Prima Power의 혁신적인 기술을 이용해 생산하는 제품의 맞춤화 수준을 끌어올리고 있습니다.
Fast Bend FBe 패널 벤딩기와 EP 1030 프레스 브레이크로 이루어진 로봇 벤딩 시스템과 Shear Genius가 연결된 Night Train 자동 저장 설비는 우수한 성능과 생산성을 확보하는 동시에 제품 변화에 효율적으로 대응하기 위한 유연성과 다목적성을 확보하기 위한 초석입니다.
고전적인 농장에서 닭들이 즐겁게 마당을 훑고 다니는 한편으로 수퍼마켓에서 유기농 계란을 구입할 수 있는 상황에 대해서 몇 번이나 상상해보셨습니까? 개인적으로 저는 포장지에 씌여진 문구를 볼 때마다 그런 상상을 하고는 합니다. 하지만 현실은 그런 이상적인 장면과는 거리가 멉니다. 다행히 동물 복지라는 측면에서는 가깝지만요. 이는 모두 SKA와 같이 가금류나 토끼 사육 산업 부문에서 혁신적인 최신 장비를 제조하는 기업들 덕분입니다. 이런 생산 환경은 생산제품 자체는 상대적으로 단순하지만, 아래에서 볼 수 있듯 판금 가공 면에서는 여러 까다로운 문제가 생깁니다. 집약적 농업의 개념과 약간이라도 관계가 있는 모든 것들과 거리를 두기 위한 훌륭한 박애주의적 시도가 이런 문제를 일으키는 원인이 됩니다. 이탈리아 비첸차에 위치한 Sandrigo 사에서는 이런 문제를 해결하기 위해 생산 공정을 자동화하는 방식을 택했습니다. 그렇게 해야만 다양한 제품 수요에 적절히 대응하며 우수한 품질도 유지할 수 있다고 판단했기 때문이었습니다. 이 과정을 제어하는 것은 10년 전 Sandrigo의 파트너가 된 Prima Power의 기술입니다.
가금류 턴키 공장
SKA는 1954년부터 가금류 공장을 운영하고 있습니다. 지금은 육지에서 진행되는 유기농 농업에 관련된 모든 것을 생산하고 있으며, 2011년 트레비소에 위치한 Meneghin을 인수하며 토끼 사육 장비까지 제조하게 되었습니다. SKA는 오래 전부터 유기농 공장에 한해 거래하는 모습을 보였고, 덕분에 이탈리아를 비롯해 세계적으로 권위 있는 기업 중 하나가 되었습니다. 소규모 농장들이 직접적으로 SKA를 지지하는 모습을 보이기도 합니다.
SKA 그룹의 디노 포차토 (Dino Pozzato) 회장은 이렇게 설명했습니다. “우리 회사는 설립된 이후 언제나 이 분야에서 활동하는 수많은 기업들과 다른 방향으로 향했습니다. 여기에 전통적으로 맞춤형 가금류 공장을 설립 및 공급한다는 목표로 활동하면서 다른 회사들과 다른 우리 회사만의 고유 특성을 확립할 수 있었고, 오랜 시간에 걸쳐 기술의 비중이 높은 비즈니스 구조를 구축할 수 있었습니다. 물론 언제나 사육농가의 편에 서 있었다는 점도 빼놓을 수 없습니다.”
“고객과 직접 대화하면서 유기농 농장의 관리와 농장과 관련된 문제 해결과 관련하여 검증된 경험을 쌓을 수 있었습니다. 덕분에 당사의 급여, 급수, 조명, 공기조절 시스템은 언제나 동물 복지와 현행 규정의 요구조건을 모두 충족합니다. 사용되는 소재는 모두 견고하고 위생적이며, 장비 부속은 모두 손쉽게 접근해서 깨끗하게 청소할 수 있습니다. 육계, 산란계, 칠면조와 번식 동물, 오리와 메추라기에 이르기까지 다양한 가금류에 맞는 제품군을 갖추어 농장의 모든 요구를 충족할 수 있습니다.”
효율적인 제품 변경 대응
그렇다면 SKA과 Prima Power 사이에는 어떤 관계가 있을까요? 가금류 공장에 판금 부속이 얼마나 들어가느냐를 우선 생각해 볼 필요가 있습니다. 그러나 높아지는 맞춤형 제품의 수준에 따라 윤리적 유기농 가금업으로 전환하게 되는 과정에 가공 문제가 불거질 것이라는 점은 지극히 평범하고도 명확한 사실입니다. SKA의 공장장인 디에고 포차토 (Diego Pozzato) 씨가 이 문제에 대해서 설명했스니다. “우리는 농장에서 내부 시스템까지, 세밀한 부분까지 모두 포괄하는 완전한 턴키 서비스를 제공합니다. 농민들이 자신들의 필요와 조건에 맞는 확실한 답과 해결책을 찾을 수 있도록 농가를 효율적으로 지원할 수 있습니다. 우선 유용한 자료를 수집한 후 기술도면 구조계산을 실시합니다. 그리고 매 단계를 진행할 때마다 고객과 그 결과에 대해 논의하며 가장 적합한 장비를 추천합니다. 고객이 생각하는 기준점과 운영하려는 농장의 형태에 따라 가장 적절한 솔루션을 찾기 위해 계속해서 노력합니다. 최종 목표는 관리 과정을 더욱 실용적으로 발전시켜 생산성을 늘리는 것입니다. 당사 내부 기술진이 제품 설계에서 바로 생산으로 전환할 수 있도록 하고 있습니다.”
하지만 유기농 농장을 운영하기 위한 목적으로 특별히 설계된 공장은 집약적 농장에 비해 그 수가 적습니다. 때문에 양보다 질이 더 중요해지게 됩니다. 동물의 수도 훨씬 적으므로 순수한 경제적 이익보다 동물 복지에 더 유리한 형태가 됩니다. 결과적으로 이러한 공장에 설치할 장치나 설비도 다른 모습을 띠게 됩니다. 정리하자면 생산할 제품의 종류는 많지만 각각의 종류별로 생산하게 되는 양은 생각보다 훨씬 적어지는 셈입니다. 키우려는 닭의 품종이나 크기 같은 다양한 변수가 사용할 설비를 결정하는 데에 상당한 영향을 끼치게 됩니다. 때문에 특정한 농가에서 필요한 것을 생산하려면 융통성이 있어야 합니다. 따라서 제품의 변화에 효율적으로 대응하려면 성능과 생산성이 뛰어난 것에 더해 유연성과 다목적성까지 갖춰야 하는 셈입니다.”
갈수록 강해지는 시너지 관계
SKA는 Prima Power의 오랜 고객입니다. 이 관계는 SKA가 1998년 로딩/언로딩 기능이 탑재된 F5 펀칭 머신을 구매하는 것에서 시작되어 Shear Genius 펀칭-전단가공기로 업그레이드하고, 나아가 Night Train 자동 저장 설비를 여기에 결합할 때까지 이어졌습니다. 최근에는 저장 설비에 Fast Bend FBe 5 패널 벤딩기와 EP 1030 프레스 브레이크, 의인화 로봇으로 구성된 자동화 로봇 벤딩 아일랜드도 연결했습니다.
디에고 포차토 씨가 설명을 이었습니다. “1998년 이후로는 언제나 Prima Power의 설비만 사용합니다. F5 펀칭 머신을 구입하면서 관계가 시작되었고, 2011년에는 이를 현재 사용 중인 SGe6로 교체했습니다. 2017년에는 여기에 Night Train 자동 저장 설비를 추가했고, 2019년에는 통합형 로봇 벤딩 시스템을 더했지요. 우리는 현재 Prima Power와의 시너지 속에서 구축되어 끊임없이 발전과 최적화를 거친 효율적 작업흐름을 갖추고 있습니다. 그래도 우리의 유연생산시스템 (Flexible Manufacturing System)에 판금 가공 작업에 큰 도움이 될 레이저 절단 시스템을 추가하기 위한 평가를 진행하고 있습니다. 대표적인 예는 2020년 초에 새로 설치한 로봇 벤딩 셀입니다. 처음에는 자동화 패널 가공 머신을 구매하려 했지만 평가 과정에서 우리 작업에 가장 적절한 솔루션이 아니라는 결론을 내렸습니다. 때문에 우리는 효율적인 서보-일렉트릭 패널 벤딩기와 현대식 전기 벤딩기의 잠재력이 결합된 이 솔루션을 선택했습니다. 양쪽 기술이 합쳐져 모든 공정을 최대한 짧은 시간 내에, 가장 효율적인 방식으로 진행할 수 있게 되었지요.”
공정 효율성의 극대화
SKA는 맞춤형에 대한 높은 요구에 효과적으로 대응할 수 있는 유일한 방법으로 생산공정의 자동화에 굳은 믿음을 가지고 있었습니다. 실제로 생산해야 하는 제품의 종류는 다양했지만 각 종류의 생산량을 많지 않았습니다. 디에고 포차토 씨는 “15개도, 10만 개도 아닙니다. 어느 쪽에도 속하지 않습니다”라고 말했습니다. 때문에 Night Train 저장 설비와 결합된 Shear Genius의 뛰어난 다목적성과 생산성이 부속의 후속 절단 및 펀칭 공정에 일종의 병목을 형성하여 벤딩 공정을 상당한 수준으로 자동화할 필요성이 나타나게 되었습니다.
디에고 포차토 씨가 설명했습니다. “기존에 사용하던 시스템으로는 쉽게 벤딩할 수 있는 양이 생산량의 60% 수준으로 병목 현사잉 발생하게 되었습니다. 우리의 최종 목표는 앞서 말했던 끊김 없이 이어지는 효율적인 생산 흐름을 형성하는 것이었기 때문에 이런 시스템을 이용해 나머지 40%를 생산하는 것으로 간극으로 인해 생겨난 병목 현상을 없애기로 결정했습니다. 두 종류의 벤딩 기술을 최선의 방식으로 결합하여 우리 벤딩 작업 수요의 100%를 충족할 수 있게 되어 전례 없이 높은 생산성을 달성할 수 있게 되었습니다. 서로 다른 두 벤딩 시스템이 부속 생산 과정에 함께 투입된다는 점에서 놀라울 정도로 효과적이면서 흥미로운 솔루션입니다. 패널 벤딩기와 일반 벤딩기는 서로 할 수 없는 작업을 대신 진행합니다. 덕분에 다양한 부속을 모두 생산할 수 있게 되었습니다. 가장 큰 장점은 전체 시스템을 오프라인으로 관리할 수 있다는 점입니다. 다시 말해 셀이 생산 공정을 지속하는 동안 기술진이 마스킹된 시간에 생산 예약을 추가할 수 있습니다. 간단히 말하면 조업 중단 시간이 최소화되고 공정 효율성은 극대화된다는 뜻입니다.
셀에 통합된 두 설비는 직렬로, 혹은 병렬로 작업을 수행할 수 있습니다. 의인화 로봇이 두 설비를 동시에 제어하여 패널 벤딩기로 성형한 부속을 벤딩기로 마무리하거나, 두 설비 중 하나만 제어하고 다른 하나는 수동 모드로 병렬 작업을 진행하는 식입니다. 이처럼 반제품이 저장되는 Night Train 저장 설비의 왜건을 이용한 출력 스테이션의 투입을 바탕으로 작동하는 대단히 유연한 솔루션입니다. 즉 Shear Genius에서 직접 피드가 이루어지는 것이 아니라 항상 저장 설비를 통해 피드가 이루어지므로, 결과적으로 작업흐름 관리 유연성이 극대화됩니다. 소위 말하는 블랭킹 과정과 후속 벤딩 공정의 균형을 정밀하게 조정할 필요도 없습니다. 중간에 작업장 내의 다른 설비에서 만들어지는 부속을 수집 및 저장하면서 버퍼의 역할을 수행하는 저장 설비가 있기 때문입니다.
통합형 로봇 벤딩 시스템
Prima Power의 판금 비즈니스 개발 담당 시니어 매니저인 로베르토 데 로시 (Roberto De Rossi) 씨는 “SKA에서 도입한 Prima Power 통합형 로봇 벤딩 시스템의 우수한 효율성은 셀에 포함된 설비와 로봇의 간편하고 빠른 오프라인 프로그래밍 능력에서 기인합니다. 2018년에 처음 발표되었을 때 업계의 파격적인 전환점이 되었습니다.” 라고 설명했습니다. “투자 효율성을 극대화할 수 있는 솔루션입니다. 소량 생산이든 대량 생산이든, 시스템의 생산 효율성이 그대로 유지되기 때문이지요. 최적화된 이중 생산 코어 관리처럼 SKA에서 제시한 또 다른 과제도 어느 정도 해결해줍니다. 이들의 생산은 정기 주간 일정에 따라 매년 대량 생산되는 반복 가능한 요소나 편리하고 반복 가능한 생산 배치를 시작하는 것으로 연중에 계획되는 다른 형식의 생산이라는 특성을 보여줍니다. 반면 개별 고객의 생산 현실에 알맞은 소량 생산을 위한 배치를 시행해야 하는 생산 활동도 일부 포함됩니다.”
“그래서 우리는 공장의 유연성을 극대화하기 위해 설비를 기존 방식으로 활용할 가능성 또한 예측하여 로봇이 반복 가능한 부속을 제작할 수 있게 하고, 설비를 독립 모드로 가동하여 수동 가공을 시행할 수 있게 했습니다. 로봇이 두 설비를 모두 제어하는 상황에서 셀에 독립적으로 접근할 수 있도록 해야 한다는 점에서 또 다른 까다로운 작업이 되었습니다.
설비가 병렬로 연결된다는 점을 이용해 로봇이 바닥에 설치된 19 m 길이의 트랙 (로봇의 7번째 축)을 따라 움직일 수 있는 상당 부분이 자동화된 솔루션을 구축하게 되었습니다. 즉, 필요할 때에는 로봇이 이동하는 구간을 폐쇄하여 생산 중 긴급 상황이 발생했을 때 사용자가 양쪽 설비 중 한 쪽에 접근할 수 있다는 뜻입니다. 로봇이 부가가치를 생산하지 않는 대단히 적은 수량을 생산하는 상황을 의미하는 것입니다. 흥미로운 점은 필요할 때에 로봇이 직접 준비 작업을 실시한 후 자동으로 트랙 피트를 맨홀로 덮어 폐쇄한다는 사실입니다. 로봇이 더 작은 부속을 대량으로 생산할 수 있는 eP 1030을 자동으로 제어하는 동안 FBe 5 패널 벤딩기를 수동으로 가동시킬 수 있다는 점과 통합형 부속 인식을 위한 영상 시스템이 존재한다는 점 또한 유연성을 높이는 요인으로 작용합니다.
패널 가공기에 의존하는 벤딩기, 벤딩기에 의존하지 않는 패널 가공기
이제 다시 살펴보면 SKA가 항상 최적화된 생산 관리를 할 수 있는 이유가 Night Train 저장 설비의 다양한 기능 덕분임을 명백히 알 수 있습니다. 이는 다양한 Prima Power 아일랜드와 자동화 셀, 작업장 내에 존재하는 다른 모든 부서로 구성된 전체 FMS의 진정한 생산 핵심을 구성합니다. 로봇 벤딩 셀 작업과 관련하여, 시스템, 혹은 시스템을 프로그래밍하는 사람의 기준에서 벤딩기와 패널 벤딩기 중 무엇을 사용해 어떤 부속을 만들 것인지, 혹은 나아가 형상을 최종적으로 마감하기 위해 두 설비를 모두 사용할 필요가 있는 부속은 무엇인지를 구분하는 가장 명확한 요인은 무엇일까요? 디에고 포차토 씨가 이 질문에 답했습니다. “두 설비 중에서는 패널 벤딩기가 더 편리합니다. 벤딩 속도가 가장 빠르기 때문입니다. 하지만 테두리가 특히 높은 C형과 같은 특정한 프로파일로 가공해야 할 때에는 벤딩기만 쓸 수 있습니다. 따라서 만들려는 형상과 수치에 따라 달라진다고 할 수 있습니다. 우리 기술진은 패널 벤딩기를 주로 사용하는 방향으로 다양한 프로젝트 ‘재설계’하고 있습니다. 혹은 최소한 eP 1030 벤딩기의 작업은 패널 가공기의 작업에 연계되며, 그 반대도 마찬가지라는 점을 염두에 두고 두 설비의 작업 시너지 효과를 극대화할 수 있는 형상에 대해서 연구를 거듭하고 있습니다. 물론 Fast Bend 패널 벤딩기가 생산성과 유연성 측면에서는 가장 뛰어납니다. 초기에 지금과 같은 통합형 로봇 벤딩 셀 대신 단일 자동화 패널 벤딩기만 사용할 생각이 있었다는 점도 놀라운 일은 아닌 셈이지요. Prima Power와 함께 장기간 상세히 탐구한 결과 지금과 같은 결론을 내리게 되었습니다. 최종적으로 패널 벤딩기만으로는 우리 공정 수요를 모두 충족할 수 없다는 점을 확인했습니다. 일부 부속은 형상과 관련된 문제로 인해 Fast Bend로 끝까지 가공하는 것이 불가능했습니다. 그래서 전기식 벤딩기의 잠재력과 다목적성을 더하기로 결정했습니다.” 벤딩기와 패널 벤딩기 모두 서보 일렉트릭 방식으로 작동합니다. 전력 소비량이 적고, 가공 중 정밀도와 반복성이 극히 뛰어나다는 두 가지 측면에서 대단히 중요한 점입니다.
로딩/언로딩 로봇이 탑재된 수동 패널 벤딩기
“Fast Bend FBe 5 패널 벤딩기가 선택된 것은 우리와 SKA 사이의 시너지 효과 덕분입니다.” Prima Power 남유럽 국가 담당 매니저 크리스티아노 포라티 (Cristiano Porrati)가 설명했습니다. “일반적으로 생산되는 부속 대부분의 형상이 좁은 형태라 그리퍼 매니퓰레이터를 사용하는 “고전적인” 형태의 패널 벤딩기로는 가공하기가 어려웠고, 때문에 무언가 다른 것이 필요한 상황이었습니다. 한편 우리는 이 기술 분야에서 흡착 컵 매니퓰레이터를 사용한다는 점에서 가장 유연하고 독특한 기술적 특성을 갖추고 있었습니다. 그리고 이 기술적 특성이 SKA에 반드시 필요한 것이었지요. 분석 및 연구 초기 단계에서 Fast Bend 제품이 SKA 제품을 생산하기에 가장 적합한 설비라는 점이 명확해졌지만, 수동 연동 측면에서는 “제한된” 측면이 있었습니다. 실제로 Fast Bend는 부속을 이동시키기만 할 뿐 회전시키지는 않기 때문에 자동화가 크게 제한됩니다. 때문에 이번에는 사람이 수행하던 로딩/언로딩 작업을 의인화 로봇이 대신 수행하도록 만들었습니다. 즉, Fast Bend가 완전자동화되었다는 뜻입니다. 로봇은 19 m 길이의 트랙을 따라 기기 전면을 자유롭게 오갑니다. 때문에 벤딩 가공이 끝난 소재를 보관하는 언로딩 베이 3개와 부속별로 구분하여 보관하기 위한 여러 개의 팔레트 저장 구역 사이를 이동하며 벤딩기와 패널 벤딩기를 모두 운영할 수 있습니다.
로봇의 레이아웃에는 설비를 운영하는 기술진이 원격으로 생선하는 부속 생산 목록에 따라 부속을 집어드는 역할을 하는 그립 파트를 완전 자율적으로 교체할 수 있도록 하는 매거진도 포함되어 있습니다. 이 생산 대기 목록을 최신 IT 인프라와 플랜트 관리 소프트웨어를 이용해 패널 가공기에 직접 입력해 Night Train 저장 장치에서 특정 생산 배치에 필요한 반제품을 적재한 왜건을 호출한 후, 로봇을 통해 프로그램을 실행 및 관리하여 패널 벤딩기나 프레스 브레이크 등을 통해 부속을 최종적으로 가공한 후 스택으로 적층하는 과정을 진행하게 됩니다.
순환을 완성하는 레이저 커팅
SKA는 언제나 혁신의 선두주자였습니다. 때문에 몇 년 이내에 인더스트리 4.0 프로토콜의 모든 요구조건을 충족하는 스마트 제조기업으로 발전할 계획이 이미 존재한다는 점도 놀랄 일은 아닙니다. 디에고 포차토 씨가 이에 대해 설명했습니다. “우리는 이미 전체 생산 과정을 하드웨어, 소프트웨어 수준에서 관리하기 위해 여러 준비 작업을 진행하고 있습니다. 이에 관해서, 저는 지금 우리 회사에 설치된 모든 Prima Power 시스템이 “인더스트리 4.0 완전 대비” 시스템이며, 앞서 말씀드렸던 것처럼 Night Train 저장 설비에 레이저 커팅 시스템까지 결합하려 하고 있습니다. 그렇게 된다면 일반적이지 않은 형상의 스테인리스 스틸까지 SG와 동일한 정밀도로 가공할 수 있게 되어 모든 작업을 직접 진행할 수 있게 됩니다. 지금은 이런 일반적이지 않은 형상의 부속은 우리 협력업체에 맡기고 있는 상황입니다. Shear Genius는 일반적인 사각형 형태의 반제품을 생산할 때에 가장 효율이 뛰어난 통합형 각형 전단 가공기가 결합된 펀칭 머신입니다. 우리 목표는 이후에도 전체 생산체계의 핵심 역할을 수행할 저장 설비에서 시작하여 가장 먼저 Shear Genius를 이용한 판금 가공으로 부속에 필요한 모든 천공 및 성형 작업을 진행하고, 만들어진 반제품을 차후 레이저 커팅 가공을 위해 분류하여 Night Train 저장 설비에 저장했다가 절단가공 후 통합형 벤딩 셀로 보내 가공하기 전까지 다시 저장하는 전체 과정을 완성하는 것입니다. 그 후에는 두 기술을 모두 가능한 최대한 활용하여 마무리합니다. 우리는 Prima Power가 다양한 판금 가공 제품군과 자동화 솔루션, 그리고 강력한 경쟁력과 경험을 무기로 삼아 다시 한 번 우리 요청에 적절히 대응하고, 우리 기술진의 기대를 완벽히 충족하여 전처럼 협력의 시너지 효과를 극대화하게 될 것이라 믿고 있습니다.”
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