건설 자동화 현황 (1)
산업자동화 Industrial Automation
*2021년 ABB에서 밝힌 보고서에 따르면 유럽, 미국, 중국의 1,900개 크고 작은 건설 기업을 대상으로 의뢰한 글로벌 설문 조사에서 91%는 향후 10년 동안 기술 위기에 직면할 것이라고 답했으며 44%는 건설 일자리를 구하는 데 어려움을 겪고 있다고 합니다.
건설 현장의 건강과 안전을 개선하는 것이 42%의 우선순위였으며 같은 비율은 환경이 산업 변화의 핵심 동인이라는 의미일 것입니다.
건설 기업의 81%는 향후 10년 동안 로봇 공학 및 자동화의 사용을 도입하거나 늘릴 것이라고 말했지만, 설문조사에서 건설 회사의 55%만이 로봇을 사용한다고 답한 반면 자동차는 84%, 제조는 79%였습니다.
산업자동화 Industrial Automation
Image from https://new.abb.com/현황
산업 자동화는 컴퓨터, 로봇 및 정보 기술과 같은 제어 시스템을 통해 사람의 조작 없이도 업계의 여러 기계 및 프로세스를 자동으로 작동할 수 있도록 하는 기술입니다.
인간의 의사 결정과 명령 응답의 수동 활동을 기계화된 장비와 논리적 프로그래밍 명령의 사용으로 대체하는 것이 궁극적인 목적으로 이해되고 있습니다. 과거 자동화의 목적은 인적 운영자와 관련된 비용을 줄이고 생산성을 높이는 것이었습니다.
이러한 자동화는 기계식, 유압식, 공압식, 전기식, 전자식 및 컴퓨터 장치와 같은 다양한 수단으로 이루어지며 서로 결합되는 형태로 발전하고 있습니다.
역사
산업혁명
제조분야에 있어 자동화는 18세기 산업혁명의 시대로 거슬러 올라갑니다. 1771년 최초의 완전 자동화된 스핀 밀이 유압동력(증기기관)에 의해 개발되었고, 1785년 자동 제분소가 개발되어 최초의 자동화된 사업공정이 시작되었습니다.
포드모터
물론 실제로 제대로 된 제조업계의 선구적인 자동화 유형은 1913년 Ford Motor Company의 자동차 산업을 위한 조립 라인입니다.
그전에는 숙련되고 비숙련 된 근로자로 구성된 팀이 자동차를 만들었습니다. 생산 자동화로 포드 생산 속도가 개선되고 수익이 증가했습니다. 조립 라인과 자동차 대량 생산은 전 세계적으로 최초의 제품이었습니다. 자동차 조립 시간을 자동차 당 12시간에서 약 1시간 반으로 단축했습니다.
20세기의 진보
제어실은 1920 년대에 일반적으로 사용되었습니다. 1930 년대 초까지는 공정 제어가 켜기 / 끄기 만이었습니다. 1930 년대에 제어 장치의 편차에 대한 응답으로 계산된 변경을 수행할 수 있는 제어기가 도입되기 시작했습니다.
1930 년대 일본은 부품 개발의 선두주자 였습니다. 첫 번째 마이크로 스위치, 보호 릴레이 및 고정밀 전기 타이머가 개발되었습니다.
일본은 산업 자동화 분야의 세계적인 선두 주자가 되었습니다. Honda, Toyota 및 Nissan과 같은 자동차 회사는 수많은 신뢰할 수 있는 고품질 자동차를 생산했습니다.
Image from https://enterprisetalk.com/특징
기계화는 자동화된 기계를 사용하는 작업의 수동 작업이지만 인간의 의사 결정에 따라 달라집니다.
자동화는 논리 프로그래밍 명령과 강력한 기계를 사용하여 인간의 참여를 대체하기 때문에 기계화에 대한 추가 단계를 나타냅니다.
낮은 운영 비용
산업 자동화를 통해 인적 운영자와 관련된 휴가, 의료 및 보너스 비용이 제거됩니다. 마찬가지로, 연금 보험료, 상여금 등과 같이 사원을 유지하는데 필요한 다른 혜택도 필요하지 않습니다.
높은 초기 비용과 관련이 있지만 직원의 월급을 절약할 수 있으므로 회사의 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 산업 자동화에 사용되는 장비와 관련된 유지 보수 비용은 일반적으로 고장률이 낮기 때문에 컴퓨터 관리 및 유지 보수 비용만 필요합니다.
높은 생산성
많은 기업들이 24 시간 동안 공장을 3 교대로 운영하기 위해 수 백명의 제조 인력을 고용하고 있지만, 휴일 및 유지 보수를 위해 여전히 공정이 중단되어야 합니다. 산업 자동화는 제조 공장이 하루 24 시간, 주 7 일, 연중무휴로 운영될 수 있도록 회사의 목표를 충족시킵니다. 이는 조직의 생산성을 크게 향상합니다.
높은 유연성
새로운 작업이 조립 라인에 추가되면, 이는 작업자가 훈련을 받는데 필요합니다. 반면에 로봇은 모든 종류의 작업을 수행하도록 프로그래밍할 수 있습니다. 이것은 제조 공정을 더 유연하게 만듭니다..
정보의 높은 정확성
수집된 자동화된 데이터를 사용하면, 기존 데이터의 정확성을 높이고 주요 제조 정보를 분석하고 편집하는데 필요한 비용을 줄일 수 있습니다. 이를 통해 프로세스를 개선하고 낭비를 줄이며 올바른 결정을 내릴 수 있습니다
높은 초기 비용
인적 운영을 통한 생산 라인에서 자동 생산 라인으로의 변경과 관련된 초기 투자는 매우 높습니다. 또한 이 정교한 새 장비를 다루는 직원 교육에는 많은 비용이 소요됩니다.
The In-situ Fabricator putting another brick in the wall (photo via dfab.ch)유형
고정자동화
높은 생산 속도를 달성하기 위해 반복적이고 고정된 작업을 실행하는 데 사용됩니다. 고정된 시퀀스 프로세스 또는 어셈블리 작업을 자동화하기 위해 특정 목적 장비를 사용합니다. 작동 순서는 장비 구성에 따라 결정됩니다.
프로그래밍된 명령은 기어, 배선 및 다른 하드웨어로 쉽게 변경될 수 없는 형태로 기계에 포함되어 있습니다.
이러한 형태의 자동화는 높은 초기 투자와 높은 생산 속도를 특징으로 합니다. 따라서 대량 생산되는 제품에 적합합니다.
프로그래밍 가능한 자동화
이는 일괄적으로 제품을 제조하는 자동화의 한 형태입니다. 제품은 한 번에 수십에서 수천 개 단위의 배치로 제조됩니다.
각각의 새로운 배치에 대해 생산 장비는 새로운 유형의 제품에 맞게 재프로그래밍해야 합니다. 이 재 프로그래밍은 시간을 필요로 하며 비생산적인 시간이 있고 각 배치마다 생산이 진행됩니다.
생산 속도는 고정된 자동화보다 일반적으로 낮습니다. 왜냐하면 장비가 제품의 전문화가 아닌 제품 변경을 촉진하도록 설계되었기 때문입니다.
이 자동화 시스템의 예로는 수치 제어 기계, 산업용 로봇, 제철소 등이 있습니다.
유연한 자동화
시스템을 통해 자동 제어 장비가 제공되어 각 제품에 대한 변경 작업에 큰 유연성을 제공합니다. 이것은 프로그램 가능한 자동화의 연장입니다.
프로그램 가능한 자동화의 단점은 새로운 제품 배치마다 생산 장비를 다시 프로그래밍하는 데 필요한 시간입니다. 이것은 생산 시간을 잃어버리게 되며 비용발생을 초래합니다.
유연한 자동화에서 재 프로그래밍은 생산 장비를 그대로 사용하면서 컴퓨터 단말기에서 신속하고 자동으로 수행됩니다.
이러한 변화는 인간 조작원에 의한 코드 형태로 주어져 지시를 통해 이루어집니다. 따라서 일괄적으로 제품을 그룹화할 필요가 없으며 서로 다른 제품의 혼합물을 생산할 수 있습니다.
응용 프로그램
산업 4.0
산업 자동화의 부상은 산업 4.0으로 더 잘 알려진 "제4의 산업 혁명"과 직접 관련이 있습니다. 원래 독일에서 온 Industry 4.0은 수많은 장치, 개념 및 기계를 포괄하는 개념입니다.
Industry 4.0은 인터넷상의 다양한 물리적 객체를 완벽하게 통합하고, 가상현실을 통해 완벽하게 통합되며, 제조 프로세스의 개선을 추가하기 위해 소프트웨어/하드웨어를 연결하는 산업 Internet of Things와 함께 작동합니다.
이러한 새로운 기술을 사용하면 더 똑똑하고 안전하며 고급 제조가 가능합니다. 이전보다 더욱 안정적이고 일관되고 효율적인 제조 플랫폼을 열 것으로 기대하고 있습니다.
산업용 로봇
산업용 로봇 공학은 기계 가공, 용접, 도장, 조립 및 재료 취급과 같은 여러 제조 공정에서 도움이 되는 산업 자동화 분야입니다.
산업용 로봇은 다양한 기계적, 전기적 및 소프트웨어 시스템을 사용하여 높은 정밀도와 속도를 제공하며 인적 운영자의 능력을 훨씬 능가합니다.
이 시스템은 하나의 로봇이 하루 24 시간 동안 유지 보수가 거의 필요 없거나, 전혀 작동하지 않아도 될 만큼 개선되었습니다. 1997년에는 70만 대의 산업용 로봇이 사용되었고 2017년에는 180만 개로 증가했습니다.
프로그래머블 로직 컨트롤러
산업 자동화는 PLC (Programmable Logic Controller)를 제조 프로세스에 통합하였습니다. PLC 즉 기계 및 장치를 자동제어하는 프로그램화된 컴퓨터는 간단한 프로그래밍을 통해 입력 및 출력 제어를 변경할 수 있는 처리 시스템을 사용합니다.
PLC는 다양한 입력을 수신하고 다양한 로직 출력을 변환할 수 있습니다. 입력 장치는 센서이고 출력 장치는 모터, 밸브 등입니다.
PLC는 컴퓨터와 유사합니다. 그러나 컴퓨터가 계산을 위해 최적화되어 있지만 PLC는 제어 작업에 최적화되어 있으며 산업 환경에서 사용됩니다.
진동, 고온, 습도 및 소음을 처리하기 위해 논리를 기반으로 한 프로그래밍에 대한 기본 지식만 필요합니다.
PLC가 제공하는 가장 큰 장점은 유연성입니다. 그들은 다양한 제어 시스템을 운영할 수 있습니다. 그들은 제어 시스템을 변경하기 위해 시스템을 재배선할 필요가 없습니다. 이러한 유연성으로 인해 복잡하고 다양한 시스템에서 수익을 올릴 수 있습니다..
Audi Site Ingolstadt. Production of the Audi Q2: Assembly - Fitting the The Door예시
Audi의 자동화
자동차 산업은 인적 운영자를 통해 제조된 엔진의 피스톤 1~1.6%의 오류율을 줄이기 위해 자동화를 도입했고, 현재 이 같은 작업은 오류율이 0.0001%인 자동화된 기계로 수행되고 있습니다.
AI (Artificial Intelligence)는 자동 레이블 부착을 위해 로봇과 함께 사용되며, 자동 팔레타이징(화물적재/운반) 장치로 로봇 팔을 사용하고, 레이블을 지정할 제품을 AI로 감지합니다.
독일의 Audi 공장에서는 로봇 종류가 800여 개에 달합니다. 지루한 반복 테스트와 마찬가지로 대부분의 무거운 작업과 잠재적으로 위험한 용접 작업을 수행합니다.
Audi의 자동화의 장점 중 하나는 교육 없이도 훨씬 높은 생산성을 확보하며, 휴가나 초과근무수당/위험수당 등의 비용을 요구하지 않는다는 점입니다.
Audi에서 사용된 로봇은 훈련받지 않은 직원이 이전에 했던 위험한 작업을 대신할 뿐 아니라, 공장 운영을 개선하기 위해 분석되고, 사용될 수 있는 많은 양의 데이터를 수집합니다.
물론 로봇이 수행할 수 없는 작업과 인적 운영자가 더 잘 처리할 수 있는 작업이 존재합니다.
다만 가장 위험한 작업을 수행하고 이러한 작업의 효율성과 생산성을 향상함으로써, Audi는 고도로 숙련된 전문 인력을 유치하여 인간을 중심에 둔 작업을 수행할 수 있습니다.
자동 생산 라인
자동 생산 라인은 스테이션과 스테이션 사이에서 부품을 이동시키는 전송 시스템으로 연결된, 일련의 워크 스테이션으로 구성됩니다.
이 라인은 일반적으로 긴 생산 가동을 위해 구성되기 때문에 고정 자동화의 예입니다.
각 스테이션은 특정 가공 작업을 수행하도록 설계되어 부품 또는 제품이 라인을 따라 움직일 때마다 단계적으로 만들어집니다.
많은 부품들이 동시에 처리되도록 라인에서 발생하는 다양한 작업은 순서가 정해져 있어야 하며, 라인이 효율적으로 작동하도록 적절하게 조정되어야 합니다.
현대 자동화 라인은 프로그래머블 로직 컨트롤러에 의해 제어됩니다. 이들은 작동에 필요한 타이밍 및 시퀀싱 기능 유형을 수행할 수 있습니다.
참고 문헌
테리 M. Brei (2018). 산업 자동화 란 무엇입니까? Sure Controls Inc. surecontrols.com.
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