[칼럼] 산업용 로봇에서 기대되는 3대 기술 트렌드

전통적으로 산업용 로봇은 사전 프로그래밍된 태스크를 수행하는 자동화 시스템의 일부분을 구성해 왔다. 또한 주변 환경에 대한  자율 인지 능력이 없기에 작업자 및 자산에 대한 안전 사고를 막기 위한 안전 펜스 솔루션이 필수적으로 요구되었다.

이제 이러한 산업용 로봇이 협동로봇과 자율 기술로 변화해 로봇에 대한 새로운 방향을 제시하고 있다. 자율기술로의 발전을 통해 스스로 작업환경을 인지하고 작업 수행을 스스로 결정하기에 이르렀다. 또한 5G 기반의 클라우드와 OT 기술, 현장 자율 시스템의 통합으로 스마트 공장의 컨셉이 변화했다. 산업용 로봇의 운영 최적화에 나선 것이다. 여기에 5G 통신 기술을 접목한 IT/OT 기술의 융합은 새로운 비즈니스 기회를 창출하거나 향상 시키는 원동력이 될 것이다.

이러한 산업용 로봇의 기술적 변화에 따른 새로운 3대 기술 트렌드를 정리하면 다음과 같다.

트렌드 1.
전통적인 ‘자동화 시스템’에서 ‘자율 기술’로의 발전

종전에 산업 분야에서 사용돼 온 로봇은 ‘자동화 시스템(Automated Systems)’의 일부였다. 사전 프로그래밍된 작업을 24시간 반복 수행하며, 작업 환경을 인지할 수 있는 기술을 탑재하고 있지 않아 안전사고 및 피해 예방을 위한 안전 프레임이 필수적이었다. 고정된 작업 환경에서 장기간 단순 반복 작업을 수행함으로써 효율성을 높일 수 있다는 장점이 있었다.

이보다 진화한 현재는 인간의 개입 없이도 상황에 맞춰 ‘유연한 작업 실행’을 하는 로봇의 ‘자율 기술(Autonomous Technologies)’이 다양화 및 고도화되고 실제 산업용 로봇에 적용되고 있다. 또한, 이러한 자율 기술은 작업 수행을 스스로 결정하는 ‘고급 알고리즘’ 및 인간과의 상호작용을 지원하는 ‘협동 로봇’을 포함한다.

특히, 협동로봇은 변화하는 작업 환경에 신속 적응하는 민첩성(Agility) 덕분에 개발 및 채택이 가속화되고 있다. 교세라(Kyocera)는 ‘협동 로봇’용 파지(Grasping) 및 동작(Motion) 계획 애플리케이션을 개발했다. M사 모델링을 통해 ‘로봇 팔’의 물리적 모델 구축 후, 모델링 및 시뮬레이션을 거쳐 자율적인 동작수행을 성공적으로 훈련시켰다.

적극적인 연구개발이 추진되고 있는 ‘자율 시스템(Autonomous Systems)’이 미래 제조 현장에서 보다 크고 중요한 비중을 차지하게 될 것이다. 복잡한 환경에서도 적응 민첩성이 더욱 향상되고, 지금보다 더 복잡한 ‘모바일 매니퓰레이터’ 또는 ‘휴머노이드’ 같은 고도화된 자율 로봇의 역할이 더욱 중요해질 것이기 때문이다. 이러한 자율 시스템 로봇은 광범위한 작업을 자율 수행할 뿐만 아니라, 인간 및 다른 기계 시스템과 협동 작업을 수행하고, 최적화 및 목표 달성을 위해 데이터를 통신하는 인텔리전스 기능으로 발전할 것이다.

트렌드 2.
스마트 공장의 핵심 컨셉: 산업용 로봇 운영 최적화

스마트 공장은 5G 기반으로 클라우드, OT(운영기술) 시스템 및 현장 자율 시스템을 통합한 환경으로 운영된다. 여기에서는 자율 시스템에 속하는 각종 로봇 및 기계에 부착된 센서를 통해 수집된 데이터를 분석하여 운영 최적화에 활용한다. 이러한 스마트 팩토리 운영 데이터는 AI를 접목한 분석 모델을 통해 공정 관리, 품질 향상 및 예측적 유지보수에 활용되며, OT 담당자의 공장 모니터링에도 유용하게 쓰인다.

전세계에 흩어진 다수의 공장을 운영하는 제조기업에게 스마트 팩토리 컨셉은 더욱 빛을 발한다. 여러 곳에 있는 스마트 공장들을 하나의 네트워크로 연결해 더 많은 데이터를 수집, 효율성 제고의 가능성을 더 높일 수 있게 된 것이다.

몬디(Mondi)는 공장운영 모니터링 및 예측적 유지보수 소프트웨어를 개발했다. 이 솔루션은 머신러닝(ML) 기반으로 공장설비에 고장이 발생하기 전에 이를 미리 예측해 인사이트를 알려준다. 1년 365일 24시간 구동되는 이 솔루션만으로 연간 5만 유로 상당의 비용 절감 효과를 경험하고 있다. 크로네(Krones)는 자동화된 포장 패키지 취급 로봇의 디지털 트윈을 개발했다. 이를 설계 최적화, 결함 테스트 및 예측적 유지보수에 사용하고 있다.

트렌드 3.
IT/OT, 5G 기술 접목으로 비즈니스 운영 향상

에너지 생산 프로젝트의 재무적 현실성 평가를 위해 에너지 생산 시스템의 데이터를 분산 에너지 시스템 계획 및 설계 플랫폼 알고리즘(IT)과 결합 상하이 일렉트릭(Shanghai Electric)은 분산 에너지 계획 및 설계 플랫폼을 위한 투자 수익 산출 알고리즘을 개발했다. 이를 곧바로 운영 IT 시스템에 배포했다. 엔지니어들은 분산 에너지 시스템의 그리드, 배터리 및 발전부품 등 다양한 구성요소에 대한 새로운 모델을 구축하고 있다.

쉘 인디아(Shell India)는 자사 석유화학 플랜트 전체의 운영(OT) 대시보드를 대상으로 한 실시간 운영 최적화 애플리케이션(IT)을 구현하는데 성공했다. 또한, 레카 와이어리스(Lekha Wireless)는 LTE보다 10배 빠른 데이터 전송 성능을 제공하는 5G NR(New Radio) 기술을 개발해 군사 및 항공, 산업 분야에 적용중이다.