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[기술기고] 식품 산업의 미래를 위한 스토브리 로봇의 Man-Robot Collaboration

[기술기고] 식품 산업의 미래를 위한 스토브리 로봇의 Man-Robot Collaboration


[산업일보]
Migros Group(스위스)의 자회사인 Bischofszell Nahrungsmittel AG는 현재 신기술의 잠재력을 탐색하고 있다. 일정 기간 동안 혁신적인 MRC(Man and Robot Collaboration) 시범 프로젝트에서 경영자는 두 가지 목표, 즉 식품의 효율적인 생산과 작업장의 인간화를 달성하기 위해 착수했다

Bischofszell Nahrungsmittel AG는 St. Gallen 근처에 있는 같은 이름의 마을에 기반을 둔 회사로서 편의 식품의 생산을 전문으로 한다. 공장은 24시간 내내 최고급 요리부터 편의 식품까지 다양하게 공급하고 있다. 품질과 편의성을 갖춘 이러한 제품에 대한 고객의 요구가 지속적으로 증가하고 있다.

Bischofszell Nahrungsmittel AG의 기술 프로젝트 관리자이자 전담 자동화 전문가인 Steffen Knoll은 단순히 생산량 증가의 이유뿐만 아니라 MRC(Man-Robot Collaboration) 컨셉의 주요 지지자이다. "MRC는 완전히 새로운 가능성을 제공한다. 분명히 우리에게 생산량을 비교적 쉽게 확대 할 수 있는 기회를 제공 할뿐만 아니라 유연성과 지능 측면에서 직원의 강점을 로봇을 통해 타겟 지원함으로써 스트레스, 상해와 건강의 위험을 최소화 할 수 있다”

Knoll이 언급하는 것은 어플리케이션이 작동할 때 분명해진다. 그것은 생산 라인에서 직접 와서 금속 트레이에 여러 레이어에 그들을 쌓아 완전히 포장 된 편의 식품을 쌓은 다음 트롤리로 슬롯에 포함돼 살균 장치로 운송 됩니다. 이 공정의 단계는 수동으로 수행 할 때는 직원의 부상과 건강에 위험을 초래할 수 있다.

작업 안전 극대화 - 상해의 위험 최소화

알루미늄 트레이의 편의 식품 분배와 각 층 사이의 스페이서 배치는 포장 라인에서 무난한 작업 중 하나이지만 대형 금속 트레이를 트롤리에 스태킹하는 것은 결코 일반적인 작업이 아니다. 900밀리미터를 측정하고 5킬로그램의 무거운 무게의 트레이를 처리하는 것은 8시간의 교대 근무에 걸치는 힘든 작업이다. 트레이는 트롤리에 정확하게 장착돼야 하며, 이로 인해 손가락이 부상을 입을 위험이 있다.

"우리 직원들은 이 작업에 많은 경험이 있지만 부상 위험은 배제할 수 없다." Knoll은 덧붙여 말하길 "인간과 기계 사이의 전체 취급 과정을 분할하는 것보다 더 적절한 것은 무엇일까? 또한 안전 장벽으로 분리하지 않고도 단일 소형 작업장에서 직접 협업을 수행하면 직원에게보다 쾌적한 작업을 할당 할 수 있으며 로봇의 부상 위험을 포함하는 힘든 작업을 할당 할 수 있다. MRC가 효과적인 해결책을 제시한 것 같았다"

[기술기고] 식품 산업의 미래를 위한 스토브리 로봇의 Man-Robot Collaboration


사내에서 개발된 지능형 솔루션

하지만 제안된 시나리오를 구현하는 것은 예상보다 어려웠다. 철저한 분석을 거친 후 처음 논의 된 시스템 통합 회사는 어플리케이션의 실행 가능성에 의구심을 나타냈다. 위험성 평가, 인터페이스 정의, 구역 보호 센서, 적절한 로봇 선택 등의 이유로 신중한 플랜트 엔지니어들은 많은 우려를 표했다.

Steffen Knoll과 그의 팀은 여전히 그 장점을 확신했기 때문에 MRC 컨셉을 스스로 구현하기 위해 노력했다. 회사가 이미 다른 어플리케이션에서 다양한 로봇을 사용하고 현장에서 전문성을 입증했기 때문에 이에 대한 전제 조건은 충족됐지만 MRC 어플리케이션은 미지의 영역이었다.

적절한 로봇 제공 업체를 찾기 위해 Knoll은 스토브리가 참가했었던 전시회 방문을 회고했다. "로봇 컨퍼런스에서 나는 새로운 TX2 시리즈를 보았다. 스토브리는 안전한 로봇 분야에서 세계에서 가장 빠른 6축 로봇을 선보였으며, MRC 어플리케이션에 이상적으로 적합한 모듈식 PLe/SIL3 안전 기능을 갖추고 있다. 적절하게 높은 운반하중과의 직접적인 인간- 기계 상호 작용을 위한 빠르고 쉬운 프로그램 가능한 로봇. 이것이 우리의 특정 상황에서의 해답이 될 수 있음을 깨달았다"

인간 - 기계 상호 작용을 위한 완벽한 로봇

Horgen의 스토브리의 스위스 지사와 접촉이 즉각 이뤄졌으며, 그 시점부터 문제가 해결됐다. 스토브리와의 협의를 통해, 이 특별한 인간-기계 상호 작용에 적합한 로봇으로 CS9 컨트롤러와 TX2-90L을 확인했다. 기

존의 협동로봇과 달리, 이 6축 협동 로봇은 문제의 어플리케이션에 필요한 하중을 가지고 있다. 더 이상 시간을 낭비하지 않기 위해 자체 리소스에서 전체 시스템뿐만 아니라 알루미늄 트레이와 스페이서를 모두 다루기에 적합한 범용 그리퍼를 설계 및 구축했다.

이 어플리케이션은 로봇, 트레이 매거진, 스페이서 피드 벨트 및 스태킹 트롤리라는 네 가지 주요 구성 요소로 이뤄져 있다.

셀의 워크 플로우는 다음과 같다. 한 명의 직원이 알루미늄 트레이에 편의식품을 분배한 후 다음 층에 스페이서를 놓는 동안 SLS (Safe Limited Speed, 안전 제한 속도) 모드로 작동하는 스토브리 6축 로봇은 피드 벨트에서 4 개의 스페이서를 집어 올려 매거진의 알루미늄 트레이 위에 놓는다. 그런 다음 메탈 트레이와 스페이서를 매거진에서 들어 올려 스태킹 트롤리로 향한다. 직원이 편의 식품의 배열을 완성 할 때까지 지정된 위치에서 기다린 다음 버튼을 눌러 프로세스가 완료되고 작업 영역에서 철수한다.

고속으로 작동하는 로봇은 새 트레이를 다음 단계에 사용할 수 있도록 스태킹 트롤리에 삽입한다. 이것은 새로운 주기로 시작될 수 있다. 직원이 시스템의 지정된 경계로 다시 들어가자마자 로봇이 안전 제한 속도로 자동 복귀한다.

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복잡한 MRC 어플리케이션을 위한 스토브리 로봇 교육

Bischofszell의 선구적인 MRC 컨셉을 본 사람들은 위험성 평가, 구역 보호 센서, 프로그래밍 등 전체 시스템이 외부 전문가의 의견 없이 불과 4개월 만에 개발됐다고 거의 믿을 수 없었다. 스토브리는 Migros팀이 자신의 경험을 바탕으로 위험성 평가를 작성하고 관련 전문 지식을 습득해 복잡한 MRC 프로세스를 프로그래밍 할 수 있도록 집중적인 교육을 제공 했다. 특히 자동화에 대한 열정을 가진 4년 경력의 Migros 직원인 Raphael Merz가 Horgen의 스토브리에서 4일 간의 VAL3 프로그래밍 과정과 2일간의 안전성 교육을 마친 후 몇 주 내에 완전한 MRC 어플리케이션을 프로그래밍 할 수 있었다.

Steffen Knoll은 시스템을 설계 할 때 팀의 성과를 자랑스럽게 생각한다. 특히 MRC 열광자인 놀(Knoll)은 가장 엄격한 안전 표준을 철저하게 준수하고 있다. "MRC는 미래이지만 안전한 경우에만 보장됩니다. 스토브리 협업 로봇은 시장에서 이러한 높은 탑재량을 처리할 수 있는 가장 안전한 로봇입니다. 우리는 스토브리TX2의 고유한 모듈형 PLe/SIL3 안전 기능 (안전 제한 속도, 안전 정지, 안전 영역 및 안전 도구)과 2 개의 Sick 레이저 센서로 전체 범위의 보호 구역을 포괄 할 수 있었다. 결과적으로 직원들은 한 대의 스테이션에서 안전 펜스가 없어도 로봇과 나란히 작업할 수 있었다"

Bischofszell의 개발팀은 "이 파일럿 MRC 어플리케이션을 통해 Migros 그룹의 많은 생산 라인과 조립 라인에서 사람과 로봇의 상호 작용이 엄청난 잠재력을 갖고 있음을 보여줬다. 생산 환경에서 서비스의 내구성을 보장하기 위해 세부 개선 사항을 계속적으로 시스템에 도입해야 한다. 그러나 이 파일럿 시스템에서 우리의 주된 목표는 이미 완전히 달성됐다. 따라서 Migros는 곧 MRC 애플리케이션을 생산 시설에서 표준 기술로 사용하는 세계 최초의 식품 제조업체 중 하나가 될 수 있다”고 말했다.

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