벽난로 생산의 자동화 4.0: 용접 로봇을 위한 디지털 트윈

원료로의 자동 용접과 동시에 광범위한 제품 포트폴리오를 다루는 것 - 이것이 트리어에 있는 HASE Kaminofenbau GmbH의 목표입니다. 독일 남서부의 혁신적인 벽난로 제조업체는 매년 1~2개의 새로운 모델을 시장에 출시합니다. KUKA의 디지털 트윈과 용접 로봇의 최적 상호 작용 덕분에 HASE는 이제 증가하는 수요를 쉽게 충족할 수 있습니다.

편안함을 보장하는 자동화: 현대식 벽난로는 트렌드에 민감한 아이템

아늑한 따뜻함, 딱딱거리는 나무, 타오르는 불: 점점 더 많은 사람들에게 벽난로는 순수한 아늑함을 상징하며 거실에 꼭 필요한 요소입니다. 그렇기 때문에 트리어의 벽난로 제조업체 HASE에 대한 수요가 꾸준히 증가하고 있습니다. 1979년에 설립된 이 가족 사업은 현재 연간 최대 15,000개의 오븐을 생산하고 있으며, 자동화 덕분에 이전보다 더 빠르고 효율적으로 생산하고 있습니다. 그리고 무엇보다 특별한 점: HASE는 모든 벽난로를 라인란트팔츠 주에 있는 자사 공장에서 100% 생산하고 있으며, 약 200명의 직원이 근무하고 있습니다. "Made in Germany" 외에도 이 벽난로 전문업체는 매년 새로운 벽난로 모델을 출시하거나 깨끗한 연소를 위한 지능형 iQ 소프트웨어를 도입하거나 로봇을 통한 생산 자동화를 통해 프로세스를 보다 효율적으로 만드는 등 혁신적인 기술 솔루션을 활용합니다. 물리적 기계와 디지털 애플리케이션 사이의 인터페이스는 중요한 역할을 합니다.

용접 전문가가 점점 부족해지면서, 우리는 생산 자동화를 통해서만 호황을 누리는 이 시장에서 이익을 누릴 수 있습니다.

HASE의 생산 개발 책임자인 Florian Fischer

자동화된 생산을 통해 높은 수요 충족

현대적이고 깨끗한 오븐에 대한 수요가 증가하면서 지역 생산 회사는 여러 가지 과제에 직면하게 되었습니다. HASE의 생산 개발 책임자인 플로리안 피셔는 "벽난로에는 수많은 용접부가 있는데, 이를 모두 손으로 용접하려면 매우 오랜 시간이 걸린다"고 말했습니다. "용접 전문가가 점점 부족해지고 시설도 노후화되면서, 생산 자동화를 통해서만 호황을 누릴 수 있는 시장이 형성되었습니다." 원자로에서의 까다로운 용접 작업을 로봇이 맡게 되면 온도 변화로 인해 동료들은 자신의 기술에 집중할 수 있습니다. 예를 들어, 연소실 도어 용접이 여기에 포함됩니다. 이 경우 작업 영역이 용접 로봇이 들어가기에는 너무 좁습니다.

용접 시스템의 핵심인 디지털 트윈

따라서 공장의 목표는 명확했습니다: 용접 로봇을 사용하면 생산성을 높이고, 품질을 보장하고 동시에 직원의 업무 부담을 덜어줍니다. 하지만 혁신적인 벽난로 제조업체가 미래 지향적 사고방식을 갖지 않았다면 HASE는 지금의 HASE가 아니었을 것입니다. 피셔는 "우리는 설계자들이 작업을 제한하거나 생산을 중단시키지 않고도 아직 존재하지 않는 미래의 모델을 처리할 수 있는 최첨단의 유연한 로봇 시스템을 구축하고 싶었습니다."라고 설명했습니다. "그래서 디지털 트윈도 중요한 역할을 합니다."

트리어의 HASE 카미노펜바우에서는 전통적인 장인 기술과 혁신적인 자동화가 만났습니다.

HASE는 20년 동안 KUKA 로봇의 성능에 의존해 왔고, 지능형 로봇 기술의 선도적 공급업체가 최신 프로젝트를 위해 선택되었습니다. 협업에서 특히 매력적이었던 점은 2대의 KUKA KR CYBERTECH nano ARC HW, 리니어 유닛 KUKA KL250-3 및 포지셔너 형태의 KUKA 하드웨어를 사용할 수 있다는 가능성뿐만이 아니었습니다. HASE의 판도를 바꾼 것은 소프트웨어 KUKA.Sim과 디지털 트윈의 상호 작용이었습니다. 시스템을 가동하기 전에 이미 이 시뮬레이션 소프트웨어는 로봇 어플리케이션에 가상으로 작동시킵니다. 오프라인으로 프로그래밍된 로봇 모션 시퀀스는 실시간으로 시각화되고 그 사이클 타임의 분석 및 최적화가 이루어집니다. 또한, KUKA.Sim ArcWelding AddOn은 자동 용접 애플리케이션을 시뮬레이션합니다. 이런 방식으로 이 기능을 이용해 예를 들어 용접 공정에서 로봇의 접근 위치 또는 최적의 정렬 위치를 정의할 수 있습니다.

오븐 모델을 오프라인으로 더 빠르게 프로그래밍

HASE 프로그래머인 Martin Altmeier는 "우리는 실제 시스템과 완전히 분리된 KUKA.Sim을 사용하여 선형 장치에서 두 로봇의 모든 용접 순서와 이동 프로세스를 미리 시뮬레이션한다"고 말했습니다. "오프라인에서는 디지털 트윈을 사용하여 2시간 안에 오븐 프로그램을 프로그래밍할 수 있습니다. 온라인에서는 2주 동안 시스템 운영을 중단해야 했습니다. 이것은 시뮬레이션 소프트웨어를 통한 오프라인 프로그래밍이 없었다면 새로운 모델의 생산 및 개발이 이렇게 빠르고 쉽게 이루어질 수 없었다는 것을 의미합니다."

2대의 KR CYBERTECH nano ARC 용접 로봇은 리니어 레일의 구성품 이음부를 용접합니다.

디자이너의 새로운 오븐 모델에 대한 아이디어는 KUKA.Sim을 통해 프로토타입 단계에서 아주 초기부터 실제 모델과 비교할 수 있습니다. Hase는 디지털 트윈의 도움으로 용접 공정을 일대일로 시뮬레이션할 수 있으며, 설계자는 후속 생산 공정에 대한 동일한 이미지를 받게 됩니다. HASE는 디지털 트윈을 사용하여 새로운 오분에 대한 용접 공정을 테스트하고 궁극적으로 이를 기반으로 로봇 셀에 대한 해당 용접 프로그램을 만들 수 있습니다.

자동화와 유연성의 조합

오븐 모델에 대한 프로그램이 완성되면 로봇은 바로 작업을 시작할 수 있습니다. 기계 운전자는 리프팅 장치를 사용하여 오븐을 시스템에 넣고, 프로그램을 시작하고, 포지셔너는 모델에 따라 무게가 20~100 kg인 미리 고정된 미가공 오븐을 원하는 위치로 들어올립니다. 리니어 레일에서 2대의 용접 로봇 KR CYBERTECH nano ARC는 2개의 TPS 500i Fronius 전원에 연결되어 지정된 순서로 구성 요소의 이음매를 자동으로 용접합니다. 프로그래머인 알트마이어는 "이전에는 각 로봇이 각 용접 작업을 가장 잘 수행할 수 있는 정확한 시점을 파악하기 위해 시뮬레이션을 사용했다"고 설명하며, "이를 통해 지연이 발생하지 않고, 이음새가 단단하며, 최적의 사이클 시간을 달성할 수 있다"고 덧붙였습니다.

디지털 트윈 덕분에 설계자는 프로토타입 단계부터 생산 과정의 동일한 이미지를 얻을 수 있습니다.

고장 위험이 최소화됩니다

다른 장점: 운영자와 같은 명확한 역할 프로필을 가진 다양한 사용자 수준을 사용함으로써 HASE는 운영 오류로 인한 고장 위험을 거의 제로로 줄였습니다. 또한, 모든 현재 프로그램은 KUKA 소프트웨어에 백업되어 있으므로 오류가 발생하더라도 모든 데이터를 즉시 복구할 수 있습니다. "우리는 가상 세계와 현실 세계를 최적으로 연결하고 싶었습니다." 오랜 KUKA 시스템 파트너인 Paul von der Bank GmbH의 Bernd von der Bank는 이 프로젝트에 대한 의도를 설명했습니다. "시스템이나 시뮬레이션에서 무엇을 변경하더라도 아무런 문제가 없습니다. 두 시스템 모두에서 똑같은 일이 일어나기 때문입니다. 온라인과 현실 세계가 이렇게 잘 조화를 이룬다는 사실은 시장에서 독보적입니다."

HASE의 벽난로 전문가, KUKA의 자동화 전문가, 시스템 파트너인 Paul von der Bank GmbH가 긴밀히 협력했습니다.

KUKA 애플리케이션은 일관된 가상 및 실제 제어를 보장합니다

KUKA.Sim 및 용접 로봇이 최적으로 함께 작동할 때까지 HASE, 통합자 Paul von der Bank GmbH 및 KUKA 고객 서비스는 소프트웨어와 프로그램을 더욱 발전시켜 맞춤형 솔루션을 개발하기 위해 협력했습니다. HASE의 전문성은 성공적인 최종 결과를 얻는 데 특히 중요한 역할을 했습니다. Paul von der Bank GmbH는 "전기 용접의 문제는 가상 세계에서는 허용 오차가 없다는 점"이라며 "하지만 실제 접합 기술은 그렇지 않습니다. 조금도 다르지 않다"고 부언합니다.

HASE의 맞춤형 자동화 솔루션을 통해 다양한 종류의 오븐 모델을 생산할 수 있습니다.

소프트웨어의 모듈식 제품 아키텍처는 고객의 요구를 구현합니다

용접 이음새 시뮬레이션과 용접 파라미터가 로봇 컨트롤러의 작동과 최적으로 일치하고 "교육 후 비용"이 최소화되도록 모든 관계자가 HASE의 요구 사항에 따라 KUKA.Sim을 수정하기 위해 협력했습니다. 소프트웨어의 모듈식 제품 아키텍처 덕분에 이것이 가능해졌습니다! 중요한 장점: 데이터는 100% 완벽한 일관성을 유지하며 실제 컨트롤러는 이와 동일한 데이터로 작동합니다. 이러한 방식으로 KUKA.Sim은 가상 시운전을 위한 기반을 제공합니다.

모듈식 제품 아키텍처 덕분에 소프트웨어는 HASE의 요구 사항에 정확하게 맞춰져 있습니다.

하이 엔드 로봇 시스템 덕분에 개선된 생산성

디지털 트윈과 로봇의 뛰어난 상호작용 덕분에 HASE는 오븐당 용접 시간을 45분에서 15분으로 줄일 수 있었습니다. HASE는 이 시스템에 대한 긍정적인 경험을 바탕으로 이제 첫 번째 시스템과 완전히 동일한 두 번째 시스템을 구축했습니다. 이는 프로그래밍 및 컨트롤러에 대한 작업 비용이 낮다는 것을 의미합니다. 새로운 아 2가지 시스템은 기존의 5개 시스템을 대체하여 생산 공간을 엄청나게 확보할 수 있습니다!

정밀성 및 효율성: 디지털 트윈과 로봇의 뛰어난 상호작용 오븐당 용접 시간이 45분에서 15분으로 절감되었습니다.

오프라인에서는 디지털 트윈을 사용하여 2시간 안에 오븐 프로그램을 프로그래밍할 수 있지만, 온라인에서는 2주 동안 시스템 운영을 중단해야 했습니다.

HASE Kaminofenbau GmbH의 프로그래머 Martin Altmeier

이 벽난로 제조업체는 이제 연간 최대 25,000개의 벽난로를 생산할 수 있는데, 이전에는 최대 15,000개에 불과했습니다. Fischer는 "우리에게 있어서 2기의 하이 엔드 로봇 시스템은 지금까지 우리가 경험한 가장 큰 용접 혁신"이라고 요약했습니다. "자동화에 있어서 가장 어려운 점은 광범위한 제품 포트폴리오를 동시에 다룰 수 있는 방법을 찾는 것입니다. 우리는 KUKA와 Paul von der Bank GmbH와 함께 이 과제를 성공적으로 해결했습니다." 프로젝트 성공의 비결도 다음과 같은 협력 작업에 있습니다: KUKA는 HASE에 전반적인 패키지를 제안하고 고객과 현지 시스템 파트너와 함께 맞춤형 솔루션을 개발했습니다.

기회로서의 자동화

숙련된 근로자의 부족이 심화되는 상황에서 HASE의 직원들은 자동화 솔루션을 자신의 일자리에 대한 위협으로 보지 않고 오히려 고용주의 존립을 보장하는 수단으로 간주합니다. HASE는 꾸준히 실용적인 장인정신과 혁신적인 자동화라는 중간 경로를 추구하는 것을 목표로 하고 있으며 이미 KUKA와 협력하여 자동 에징 및 페인팅, 조립품 용접에 대한 개념을 개발하고 있습니다. 훨씬 더 현대적이고 세련된 벽난로와 더욱 강화된 아늑함을 거실에서 만나보세요.