설계 순서 총정리
“띠링”
“곰 대리님 파츠피더 견적서 및 레이아웃 요청이 왔어요”
* 파츠피더 ( 벌크 상태로 투입된 부품을 필요한 방향과 자세로 정렬하고, 일정한 조건으로 다음 공정에 공급하는 장치 )
* 벌크 ( 여러 개의 제품이 방향과 자세가 정렬되지 않은 상태로 한꺼번에 투입된 상태 )‘그래서 뭐부터 그려야 하지?’
자동화 장비 설계는 CAD를 켜는 것부터 시작하는 게 아니다.
자동화 장비 설계, CAD부터 시작하면 될까?
자동화 장비 설계 과정은 간단하게 이렇게 정리할 수 있어.
* 승인도 ( 제작에 들어가기 전 장비의 주요 사양과 구조를 고객과 확인·승인하기 위한 도면 )1. 고객 요구사항과 장비 사양 확인하기
사실 자동화 라인도 그렇지만 그 중에 특히 파츠피더 분야는
고객 요구 사항이 실현 불가능할 때가 있어.
그래서 잘 판단해야 해.
아주 작은 부분 때문에 실현이 어려워지기도 하고, 판단하기가 쉽지 않은 경우도 있어.
하지만 어떻게 하면 되는지만 알면 아주 쉽게 해결되기도 하기 때문에 경험자의 노하우도 중요해.
고객이 원하는 동작은 단순해 보여도
제품 형상이나 공간, Cycle Time 같은 조건 하나 때문에 구현하기 어려워지는 경우가 있어.
* Cycle Time ( CT, 장비가 일정 수량의 제품을 처리하는 데 걸리는 시간 )그래서 견적 단계에서는 단순히 “만들 수 있다/없다”만 보는 게 아니라
어떤 방식으로 구현할 수 있는지, 예상되는 문제가 무엇인지 같이 검토해야 해.
어떤 제품을 다루는 장비인가?
기계 분야는 생각보다 폐쇄적인 편이야.
세부 분야마다 사용하는 제품이나 조건도 많이 다르지.
그런데 자동화 라인은 조금 달라.
과장을 조금 보태면 세상 모든 제품을 다룬다고 해도 될 정도로 다양한 제품을 취급해.
그래서 여러 산업과 조금씩 연결되는 경우가 많아.
내가 경험한 프로젝트로 보면 크게 자동차 부품, 의료 및 식품, 전자 부품 등이 있었어.
목표 생산량과 Cycle Time 확인하기
내가 경험했던 장비들을 기준으로 보면, 공정 종류에 따라 요구되는 Cycle Time 차이가 꽤 컸어.
가공 공정에서는 약 10 sec/EA 정도인 장비도 있었고,
조립 공정에서는 약 1~8 sec/EA,
빠른 검사 공정에서는 300EA/min 정도까지 경험했어.
물론 이 수치는 일반적인 기준이라기보다는 내가 경험했던 장비의 예시이고,
실제 Cycle Time은 제품과 공정, 장비 구성에 따라 크게 달라질 수 있어.
신규 라인인가, 기존 라인 개조인가?
프로젝트 중에는 새로 만드는 신규 라인도 있지만, 기존 라인을 개조하는 경우가 있어.
내가 경험했던 경우에는
신규 라인은 초기 레이아웃 단계부터 장비와 작업자 동선을 고려할 수 있어서
기존 라인 개조보다 공간 제약에 대응하기가 비교적 수월했어.
📌 실제 사례
도면도 없었던 기존 라인 개조
기존 장비가 오래돼 기존 도면을 받지 못했고, 직접 현장에 가서 실측해야 했어.
이미 설치된 장비 때문에 사용할 수 있는 공간도 부족했지.
대부분 신규 라인보다 기존 자동화 라인을 개조하는 일이 더 어려웠어.
기존 라인 개조 시 확인사항
- 기존 라인 도면
- 실측
- 설치 공간
- 기존 장비 간섭
- 투입·배출 높이
- 전원·전압·위상·에어
- 작업자 동선
- 설치 가능 시간
곰 대리의 설계 메모
도면이 없으면 실측하면 되는데, 설비를 정확히 아는 담당자가 없는 게 더 힘들었어.
치수를 직접 재는 것도 쉬운건 아니지만 그 보다
기존 장비가 왜 이렇게 움직이는지,
어떤 조건을 반드시 유지해야 하는지는
도면만 봐서 알기 어려운 경우가 있거든.
특히
고객사에 설비의 구조와 동작을 정확하게 알고 있는 실무 담당자가 없으면 더 어려워져.
기계 제작에 필요한 정보를 확인하기 어렵고,
초기에 컨셉을 잘못 잡으면 원하는 성능이 나오지 못하거나,
공간이 부족하게 되서 설계 난이도가 크게 올라갈 수도 있어.
설치 공간과 주변 설비 확인하기
기본적으로 호퍼에 어떤 방식으로 투입 하느냐에 따라 지게차나 크레인 등의 동선이 필요할 수도 있어.
작업자의 위치에 따라 안전펜스 위치와 OP박스 위치나 전장함 위치가 결정돼.
* 호퍼 ( Hopper, 여러 개의 제품을 저장해두고 필요한 만큼 다음 장치로 공급하는 장치 )
* OP박스 ( 작업자가 장비를 조작하는 스위치 · 버튼 · 터치패널 등이 설치된 조작반 )고객 요구사항을 설계 사양으로 정리하기
요구 사항 같은 경우는 주로 레이아웃에 적어서 보냈어.
발주 전 체크사항은 어떤거였나면,
대략적으로 사이클타임, 투입높이, 배출높이, 제품 크기 같은 정보와
제품 특성이나 제품이 겸용인지? 이런 내용을 참조해서 대략적인 난이도를 뽑아서 견적서를 작성해.
견적에 세부 구성과 금액, 납기가 포함돼.
견적 단계와 발주 후 설계는 다르다
견적용 도면에는 발주 전이기 때문에 그렇게 시간을 들이지는 않아.
견적 단계에서는 장비의 가능성과 비용을 판단할 수 있을 정도로 설계하고,
발주 후에는 승인도를 통해 주요 사양을 고객과 확인한 뒤 실제 제작을 위한 상세설계로 넘어가게 돼.
| 확인 항목 | 견적 단계 | 발주 후 승인도 단계 |
|---|---|---|
| 목적 | 제작 가능성과 비용 산정 | 주요 사양 확인 및 확정 |
| Cycle Time | 목표 CT 확인 | 유닛 별 동작과 예상 CT 구체화 |
| 제품 정보 | 제품 종류 · 크기 · 형상 확인 | 도면 · 실물 · 공차 등 상세 확인 |
| 투입·배출 | 높이와 방향 등 주요 조건 확인 | 정확한 위치 · 높이 · 연결 조건 확정 |
| 장비 크기 | 설치 가능한 대략적인 크기 검토 | 실제 외형과 주요 치수 확정 |
| 장비 구성 | 필요한 주요 유닛 구성 검토 | 각 유닛의 위치와 구조 구체화 |
| 겸용 여부 | 겸용 제품 종류 확인 | 교체 · 조절부와 체인지오버 방법 검토 |
| 주변 설비 | 주요 간섭 및 인터페이스 확인 | 기존 설비와 상세 연결 조건 확인 |
| 안전 | 필요한 안전대책의 범위 검토 | 안전펜스·커버·인터록 등 구체화 |
| 납기 | 예상 제작기간 검토 | 승인·설계·제작·조립·시운전 일정 구체화 |
| 설계 수준 | 견적에 필요한 만큼 | 제작 가능한 수준으로 구체화 |
💡 핵심 정리
고객이 원하는 것을 그대로 그리는 게 설계의 시작은 아니야.
제품, Cycle Time, 설치 공간, 겸용 여부 같은 조건을 먼저 확인하고,
실제로 구현할 수 있는 사양으로 바꾸는 것부터가 설계의 시작이야.
그리고 견적 단계에서는 필요한 만큼만 검토하고,
발주 후 승인도 단계에서 세부 사양을 확정하게 돼.
2. 제품을 먼저 분석하기
내가 참여 했던 프로젝트의 제품의 종류에는
자동차 부품 쪽의 볼트, 너트, 와셔, 프레스 부품, 판금 부품, 사출 부품, 스펀지, 고무댐퍼, 기어 등등이 있고,
의료 및 식품 쪽에서도 햄버거 패티, 스틱포장 제품, 화장품 케이스, 주사기 같은 것도 있었어.
이렇게 제품이 다양해지면 공급 방식, 센싱 방식, 파지 방식, 정렬 방식이 전부 달라져.
예를 들어 볼트같은 금속 제품은 근접센서를 사용할 수 있지만
투명 제품, 검은 제품, 미세 제품 등은 센서의 종류부터 고민해야 하잖아.
그리고 자동화 라인에서는 같은 제품이라도
- 어떻게 잡을 것인가?
- 어떻게 센싱하고 적재할 것인가?
- 가장 중요한 어떻게 정렬할 것인가?
이런 조건에 따라 난이도가 차이가 많이 나. 결국 난이도는 설계 시간과 제작 비용으로 이어져.
📌 실제 사례
같은 볼트인데 방향만 바뀌면 어떻게 될까?
피더에서 볼트는 흔히 ‘목을 걸어 간다’ 고 표현해.
이 방식은 머리가 위를 향하도록 정렬하는 방식으로 비교적 쉬운 편이야.
그런데 고객이 볼트 머리가 아래를 향하도록 공급해 달라고 한다면 이야기가 달라져.
같은 볼트라도 최종 공급 자세 하나가 바뀌면
공급부터 자세를 잡는 과정까지 훨씬 예민해져.
결국 제품이 무엇인지뿐만 아니라
어떤 방향으로 공급해야 하는지도 알아야 난이도를 판단할 수 있어.
제품 크기와 무게
제품의 크기와 무게는 생각보다 설계 전체에 영향을 많이 준다.
일반적인 크기 이상 커지면 가공이나 운송을 일반 장비로 처리하기 어려워지기도 해.
반대로 너무 작으면 센서 감지가 불안정해지기도 해.
무게에 의한 변화는 제품이 무거워지면 프레임이나 플레이트의 강성도 높여야 하고,
실린더·모터·가이드 같은 구동 및 지지 부품도 더 큰 용량이 필요해.
반대로 너무 가벼운 제품은 공압이나 주변 기류에 영향을 받거나,
재질에 따라 정전기 때문에 이송이 불안정해질 수도 있지.
재질과 표면 상태
제품 특성 별 표
| 제품 종류 | 체크 사항 |
|---|---|
| 고무나 실리콘 제품 | 잘 흘러내리지 않음 |
| 도금·도장 제품 | 스크래치 고려 |
| 기름이 많은 제품 | 진동 이송 효과 저하 |
| 식품 | 위생과 세척을 고려 |
고무나 실리콘처럼 마찰이 큰 제품은 다른 제품에 비해 슈트에서 잘 미끄러지지 않아.
그래서, 이런 경우 경사를 더 크게 잡거나 자연 낙하 대신 별도의 구동 장치를 추가해야 해.
도금이나 도장 제품인 경우에는 스크래치가 생기지 않도록 해달라는 요청이 많았어.
기름이 많은 제품은 피더의 진동으로 진행이 잘 안되서 표면에 벨트를 부착해서 효과를 올리기도 해.
식품 같은 경우에는 식품과 접촉하는 부분은 위생 요구 조건에 따라 소재를 검토해야 해.
물 세척이 필요한 경우에는 방수 타입에 물받이와 물 빠짐 구조를 추가하기도 했어.
제품 형상과 최종 공급 자세
파츠피더에서는 제품의 형상보다도 ‘어떤 자세로 몇 개를 내보내야 하는가’가 굉장히 중요해.
조립기 설계에서 파츠피더가 맡은 부분은
호퍼에 벌크로 공급해주면, 컨베어로 소분해서 공급하고,
피더에서 정렬해서 이스케이프로 공급하는게 대부분이야.
* 이스케이프 ( Escape, 제품을 한 개 또는 필요한 수량만 분리해 후공정에 넘기는 장치 )이 중에 가장 중요한 부분이 피더에서 정렬하는 부분인데 여러 가지 방식이 있어. 나중에 따로 정리해볼게.
내가 경험했던 업무에서는 피더 내부의 세부적인 정렬 구조는 주로 피더 제작 기술자가 담당했어.
그래서 설계 단계에서는
원하는 방향으로 원하는 시간 안에 공급이 가능한지를 검토해서 구매품 구매 하듯이 사용했어.
제품 공차와 변형 가능성
실물 크기 제품으로 제작할 때는 주의해야 하는 게 있어.
도면상 같은 제품이라도 실제 생산품은 치수가 조금씩 다르기 때문에,
피더 트랙이나 가이드를 제품 크기에 딱 맞춰서 제작하면 안돼.
실제로 샘플 제품만 생각하고 제작하면 정상 제품인데도 걸릴 수 있지.
다음은 제품 특성 때문에 생기는 다양한 문제들이야.
제품 별 예상 문제 표
| 제품 | 설계할 때 생긴 문제 |
|---|---|
| 모터 코어 | 충격을 받으면 적층된 부분이 벌어지거나 떨어져 나감 |
| 자석 | 충격에 의해 깨질 수 있음 |
| 더스트 카바(고무) | 진동을 흡수함 |
| 실리콘 마개 | 이송 시 틈새에 끼임 |
| 진공포장된 식품 | 마찰로 포장에 구멍이 생김 |
| 식용 얼음 | 실내 온도가 낮아도 금속과는 접촉 순간 녹아버림 |
| 스프링 | 벌크 공급 시 서로 엉켜 풀리지 않음 |
📌 실제 사례
서로 엉켜버리는 스프링
스프링은 형상에 따라 호퍼 안에서 서로 엉키는 경우가 있어.
이런 제품은 일반적인 벌크 공급 자체가 어려워질 수 있지.
정도가 심하면 제품의 스프링 형상 자체를 변경해야 하는 경우도 있고,
비교적 분리가 가능하다면 스프링 분리기를 추가해서 하나씩 풀어준 뒤 공급하기도 해.
이런 경우를 보면
파츠피더 설계는 장비만 바꿔서 해결하는 게 아니라 제품 형상변경까지 함께 검토해야 할 때도 있어.
결국 피더는 기준 제품 하나가 아니라 실제 제품의 공차와 상태까지 받아줄 수 있어야 해.
한 종류인가, 여러 제품을 겸용하는가?
예를 들어 A/B 제품을 하나의 장비에서 처리하면,
- 지그 교체
- 가이드 조절
- 센서 위치
- 파츠피더
- 툴 교환
- 레시피
- 체인지오버 시간
등이 전부 영향을 받을 수 있어.
* 체인지오버 ( Changeover, 생산 제품을 변경하기 위해 장비의 세팅이나 부품을 교체하는 작업 )그리고 피더에 남은 잔량부품 배출이나 포카요케 관점도 생각해야 해.
A제품을 세팅했는데 B제품이 들어오면 어떻게 할 것인가?
센서로 구분할 것인지, 애초에 투입되지 않게 할 것인지 같은 요청이 추가될 수도 있지.
* 포카요케 ( Poka-Yoke, 작업 실수나 오투입을 방지하는 구조 )특히 파츠피더에서는
제품 몇 종류를 하나의 피더에서 처리하는가?가 난이도에 영향을 크게 줄 수 있고,
피더 제작의 경우에는 테스트가 필수인데
겸용 제품이 많아질수록 각 제품 별 공급 상태와 전환 조건을 확인해야 하기 때문에
테스트해야 할 경우의 수도 자연스럽게 많아져.
💡 핵심 정리
자동화 장비에서 제품은 단순히 크기와 무게만 확인하면 끝나는 게 아니야.
어떻게 공급하고, 정렬하고, 감지하고, 잡고, 원하는 자세로 내보낼 것인지까지 같이 봐야 해.
같은 제품이라도
최종 공급 자세나 겸용 조건 하나가 달라지면 설계 난이도와 비용이 크게 달라질 수 있어.
📌 자동화 장비를 설계할 때 계속 하게 되는 질문
공급
어떻게 넣을까?
↓
정렬
어떻게 원하는 자세를 만들까?
↓
감지
제품이 제대로 들어왔는지 어떻게 알까?
↓
파지·이송
어떻게 잡고 움직일까?
↓
작업
조립·체결·가공 등을 어떻게 할까?
↓
검사
제대로 작업 됐는지 어떻게 확인할까?
↓
배출
정상/NG 제품을 어디로 보낼까?
* NG ( No Good, 검사 조건을 만족하지 못해 정상 흐름에서 제외된 제품 )결국 자동화 장비 설계는
이 질문들에 하나씩 답을 찾아가면서 제품의 전체 흐름을 만들어가는 과정이라고 생각해.