Hirata, '업계 최초' 전기자동차 대량 생산라인 구축
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Hirata, '업계 최초' 전기자동차 대량 생산라인 구축
  • 신현성 기자
  • 승인 2019.07.30 09:36
  • 댓글 0
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특수한 설계 방법론 'ACS(Assembly Cell System)' 활용

Hirata는 자동차 산업에서 제조업체들에게 생산 장비와 엔지니어링 서비스를 제공하는 업체이다. 맞춤형 생산 시스템을 지원하기 위해 Hirata의 엔지니어들은 제조 단계에 대해 풍부한 지식을 갖추고, 설계에서 어셈블리·테스트 및 구현에 이르는 완전한 통합 제조 솔루션을 제공하고 있다.

더불어 Hirata는 넓은 어셈블리 시운전 공간과 청정실에서 대규모 생산 시스템을 시뮬레이션하고, 엔드 유저가 다양한 지역에서 변화하는 시장 수요를 충족할 수 있도록 유연한 프로세스도 개발하고 있다.

설명에 의하면 Hirata의 고객들은 고품질의 생산적인 시스템을 개발하는 엔지니어링 역량에 익숙해져 있다. 이러한 기대를 충족하기 위해 Hirata는 특수한 설계 방법론인 ACS(Assembly Cell System)를 이용하고 있다.

ACS는 기존 시스템보다 우수한 성능과 낮은 비용으로 생산 시스템을 더욱 빨리 구현할 수 있는 어셈블리 라인 시스템이다. ACS는 고도로 표준화된 모듈을 통해 각 장치·장비 및 구성 요소의 동작과 기능을 분석하여 생산 가동을 가속화할 수 있다.
 

도전과제
Hirata가 고객을 위해 개발하는 맞춤형 전기 자동차 배터리 생산 장비는 동일 규모의 생산에서 필요한 일반적인 장비 설치 면적보다 30%나 작아야 했다. 짧은 납기를 준수하고 설치 면적을 줄이기 위해 Hirata는 시운전 시간을 단축할 수 있도록 로컬 지원을 제공할 수 있는 단일 업체와 파트너가 되기를 원했다.

급성장 중인 전기자동차 시장으로 인해, 기업들은 최대한 빨리 대량 생산 체제를 구축하기 위해 경쟁하고 있다. 일반적으로 Hirata는 장비를 설계하고 제조한 다음 테스트한다. 그러나 이 프로젝트는 납기가 매우 짧았기 때문에 Hirata는 장비 기능을 세분화한 후 팀을 구성했다.

또한 Hirata는 로크웰 오토메이션 시스템 통합업체(SI : Rockwell Automation system integrator)의 추가 리소스를 이용했다.

매우 짧은 납기로 업계 최초의 장비를 개발하는 프로젝트였기 때문에 프로젝트를 담당한 팀은 실시간으로 과제를 계획하고 관리하여 해외 엔드 유저 위치에서 전체 시스템을 디버깅(debugging)해야 했다.

솔루션
Hirata가 로크웰 오토메이션을 선택한 이유 중 하나는 로크웰 오토메이션의 글로벌 지원 능력 때문. 새로운 카테고리인 '모노즈쿠리'(제조) 능력을 다루는 Hirata의 사내 생산 엔지니어링 역량과 능력은 전기 자동차 배터리를 위한 업계 최초의 대량 생산 라인을 탄생시켰다

Hirata의 ACS 개념을 통해 다음이 가능했다.
①설치 및 장비 검증 시간을 단축해 생산 가동을 가속화했다.
②설치 면적을 줄이고 유지보수를 간소화하기 위해 부품을 표준화함으로써 어셈블리 라인을 단순화했다.
③어셈블리 라인을 줄이고 공정 중 재고를 감소시켰다.
④제품 변경이나 미래의 어셈블리 라인 변경에 맞춰 조정했다.
⑤장비 수량이나 레이아웃을 수정해 생산량 변화를 지원했다.

ACS는 또한 다음에도 영향을 주었다.
①통합: 제조 공정의 각 작업에서 사용되는 장비와 부품이 표준화되고 '표준화된 모듈'에 통합된다.
②유연성: 각 모듈에 제조 공정에 따라 조정 가능한 다양한 기능을 장착한다.
③품질: 표준화를 통해 제품 품질을 개선하고 장비 오류를 최소화한다
④원래 Hirata는 ACS의 표준 셀을 사용해 장비 설계를 시작했다. 그러나 장비 설치 면적을 줄여야 했기 때문에 Hirata는 여러 작업에 하나의 ACS를 사용해야 했다.

이를 위해 Hirata는 각 장비의 작동을 분석하고 최대 4개의 작업을 하나의 스테이션으로 통합하는 새로운 접근법을 따랐다. 이 개념을 구현하기 위해 Hirata는 하나의 ACS에 최대 3개의 갠트리를 구축했다.

갠트리는 최대 23개의 축을 지원하는 Kinetix 5700 서보 드라이브에 의해 제어되었다. 각 축은 고속으로 동시에 작동하고 간섭 없이 3차원으로 이동해야 했다.

Hirata는 로크웰 오토메이션으로부터 지원을 받아 최적화된 축 아키텍처와 프로그래밍을 설계했고 새로운 ACS 개념을 이용해 설치 면적이 감소한 대규모의 고속 고정밀 첨단 생산 장비를 성공적으로 개발할 수 있었다.

이 장비는 EtherNet을 통해 엔드 유저의 제조 실행 시스템(MES)에 연결되기 때문에 장비 데이터를 이용해 실시간 원격 진단과 유지보수를 지원할 수 있다. Hirata는 전 세계 어디서나 장비 데이터에 액세스할 수 있어 이동 비용을 최소화할 수 있다. 현장 유지보수가 필요한 경우 엔지니어가 정보에 액세스할 수 있어 문제 해결 시간이 단축된다.

로크웰 오토메이션 ControlLogix 제어 시스템은 공통된 개발 환경에서 공통된 제어 엔진을 사용하여 사용이 편리한 환경에서 높은 성능을 제공한다.

이 장비의 경우 각 셀에 장착된 ControlLogix 컨트롤러가 서보 모터를 제어하여 배터리 자재를 이동하고 조립했다. 높은 성능과 안전 제어를 위해 Hirata는 ControlLogix L8 및 GuardLogix L7S 컨트롤러를 사용했다.

세이프 토크 오프(Safe Torque Off) 기능과 안전 Ethernet(CIP Safety)을 지원하는 Kinetix 5700 서보 드라이브는 EtherNet/IP 통합 모션의 가치를 확장시킨다.

뿐만 아니라, 이 서보 드라이브는 시운전 시간을 단축하고 장비 성능을 향상시켜 Hirata가 더 빨리 장비를 가동하기 위해 필요로 했던 배선 단순성과 공간 절약을 구현할 수 있다.

셀 간의 컨베이어 이동을 위해 Hirata는 혁신적인 모듈형 설계 방식의 PowerFlex 525 AC 인버터를 사용해 쉽고 빠른 설치와 구성을 지원했다. 이 인버터는 여러 모터를 제어하는 데 사용되었다(하나의 인버터가 두 대의 모터를 제어).



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