SICK와 MasterMover – 인더스트리 4.0의 안전한 도입

2020. 10. 6

아주 무거운 화물을 위한 전동 터그: MasterMover의 자동 가이드 시스템은 모든 유형의 생산 및 물류 환경에서 사용되고 있습니다. 새로운 자동 가이드 차량을 개발할 때 중점을 둔 사항은 안전이었습니다. 따라서 MasterMover는 표준에 맞는 통합형 안전 컨셉을 위해 SICK의 Safe EFI-pro System을 선택했습니다. 이 시스템은 모듈식 안전 제어기 Flexi Soft를 EFI-pro 게이트웨이 및 안전 레이저 스캐너 microScan3 EFI-pro 같은 안전 센서와 결합합니다.

MasterMover chose the heavier weight market starting at 2 tonnes as the focus for its first AGV development project.
MasterMover chose the heavier weight market starting at 2 tonnes as the focus for its first AGV development project.

이런 영어 조크가 있습니다. 어느 불운한 사람이 길을 묻자 다음과 같은 대답이 돌아옵니다. “여기에서 출발하면 보나 마나 목적지에 닿을 수 없어요.” 인더스트리 4.0 표준에 따라 워크플로를 자동화하려는 프로젝트팀은 비슷한 난제에 자주 직면합니다. 전통적인 선형 생산 공정을 개편하려 할 때 기존 설비와 건물은 굉장히 극복하기 어려운 장애물이 되는 경우가 많습니다. 그럼에도 불구하고 점차 확산되고 있는 자동 가이드 차량(AGV)은 더 유연한 자재 취급 및 운반 공정을 도입할 수 있다는 희망을 갖게 합니다. 많은 비용이 들고 별다른 부가가치를 창출하지 않는 수동 작업 단계는 많은 경우에 합리적인 비용으로 대체할 수 있습니다.

“지금 모두가 자동 가이드 시스템에 대해 말합니다.” MasterMover의 연구 매니저인 Dan Evans가 이야기합니다. “우리가 고객과 접촉할 때면 거의 매번 고객은 우리가 이 분야의 역량을 얼마나 발전시키고 있는지 묻지요.” 이것은 우연이 아닙니다. MasterMover는 안전하고 효율적인 전동 터그의 개발 및 생산에서 20년간 경험을 쌓았기 때문입니다. MasterMover 제품은 모든 유형의 생산 및 물류 환경에서 사용되고 있으며 자동 가이드 시스템의 개발과 관련하여 고객 지향적 솔루션을 제공합니다.

 

지능을 탑재한 자동 가이드 차량 기술의 도입

“우리는 무거운 화물을 이동시키고 제어하는 많은 기계를 개발, 생산, 정비하며 경험을 축적해 왔습니다. 그것은 당연한 일이지요.” Evans가 말합니다. "우리는 개발 프로세스에서 고객의 생산 환경과 워크플로를 이해하고 해석하는 법을 수십 년에 걸쳐 배워 왔습니다. 따라서 우리는 예를 들어 소프트웨어 개발자들로 구성된 팀과는 전혀 다른 방식으로 과제에 접근하지요. 소프트웨어 개발자들이라면 Automated Guided Vehicle(AGV)을 완전히 다른 관점에서 설계할 겁니다." 그동안의 경험을 바탕으로 MasterMover는 사내 최초의 AGV 개발 프로젝트에서 2톤 하중 이상 시장을 목표로 삼기로 결정했습니다. 고객들이 원하는 것처럼 자동 모드와 수동 모드를 전환 가능한 자동 가이드 차량이 개발되었습니다.

“우리가 생산한 모든 기계는 수동 조작 터그로 설계되었습니다.” Evans의 설명입니다. “우리가 개발한 첫 자동 가이드 차량은 이 성공적인 원칙을 유지합니다. 표준 기계를 업그레이드한 옵션 제품이라고 할 수 있죠. 고객이 예를 들어 개조 작업을 위해 단 며칠 동안만 자동 가이드 차량의 경로를 일시적으로 바꾸고 싶을 수 있습니다. 이때 고객은 우리 서비스 기술자를 부르지 않아도 됩니다. 자동 가이드 차량을 프로그래밍하는 법을 익힐 필요도 없고요. 그냥 작업 인력을 투입하여 터그를 며칠간 수동으로 조종하면 그만입니다. 그리고 여건이 허락하는 즉시 다시 AGV 모드로 전환할 수 있습니다.”

“All of our machines are built as pedestrian-operated tugs.,” Evans continues. “Our first AGV is no different – it’s almost like an optional upgrade to a standard machine.
“All of our machines are built as pedestrian-operated tugs.,” Evans continues. “Our first AGV is no different – it’s almost like an optional upgrade to a standard machine.

개발이 완료되어 출시된 MasterMover (AGV) 300 Tow는 최대 3,000kg의 화물을 운송할 수 있습니다. 이 제품은 키팅 트롤리를 조립 라인으로 견인하는 데 이상적입니다. 이로써 비싼 고정 설치물 없이도 화물 운송을 자동화할 수 있습니다. MasterMover AGV 모델로 고객은 지능을 탑재한 자동 가이드 차량 기술을 쉽게 도입할 수 있습니다. 필요한 경우 여러 자동 가이드 차량을 중앙식 차량군 관리 솔루션으로 확장하여 중앙에서 WiFi로 관리할 수 있습니다. MasterMover는 사내 연구 및 개발을 유지하는 데 늘 가치를 두어 왔습니다. 헌신적인 팀이 영국 애쉬본의 생산 본부에서 연구개발에 매진하고 있습니다. 많은 솔루션이 개별 고객 사양에 따라 설계되고 제작됩니다.

 

안전제일

연구개발팀에서 새로운 자동 가이드 차량을 개발할 때 최우선 사항이 안전이었다고 Evans는 강조합니다. MasterMover는 표준에 맞는 통합형 안전 컨셉을 위한 기반으로 SICK의 Safe EFI-pro System을 선택했습니다. 이 시스템은 모듈식 안전 제어기 Flexi Soft를 EFI-pro 게이트웨이 및 안전 레이저 스캐너 microScan3 EFI-pro(EtherNet/IP™ CIP Safety™ 기반) 같은 안전 센서와 결합합니다. 모듈식 안전 제어기인 Flexi Soft는 다양한 요구사항과 복잡도를 가진 애플리케이션을 개발할 수 있게 해줍니다. Flexi Soft EFI-pro 게이트웨이는 Ethernet/IP 표준 버스 시스템에서 안전한 프로토콜을 사용합니다. 이 게이트웨이는 PLe(EN ISO 13849)/SIL3(EN 62061)까지 애플리케이션에서 사용 가능합니다.

 “We come across the SICK name in almost every industry we work,” Evans continues. “So, we knew our customers would recognise industry-leading safety components onboard.
 “We come across the SICK name in almost every industry we work,” Evans continues. “So, we knew our customers would recognise industry-leading safety components onboard.

“우리는 우리 회사와 관련된 거의 모든 산업 분야에서 SICK라는 이름과 마주칩니다.” Evans가 이야기합니다. "그래서 우리는 시장을 선도하는 SICK의 내장 안전 부품을 고객들이 알아보리란 것을 알았습니다. 무엇보다 자동 가이드 차량은 안전을 중시하는 제품으로 보아야 합니다. 안전이 완벽히 이행되지 않으면 원하는 기능 또한 대개 구현할 수 없습니다." Evans와 그의 연구개발팀은 안전 제어기 Flexi Soft와 구성 소프트웨어 Safety Designer로 자체적인 통합형 안전 시스템을 구축할 수 있었습니다. MasterMover의 모든 AGV 표준 모델에 두 대의 microScan3 스캐너가 사용되며 이 스캐너는 EFI-pro를 통해 Flexi Soft 제어기와 통신합니다. SICK DFS60 안전 엔코더Flexi Soft 모션 컨트롤 모듈 FX3-MOC1과 함께 이 모든 제품은 PLd(EN ISO 13849)/SIL2(EN 62061) 애플리케이션에 통합됩니다.

SICK UK의 기계 안전 제품 매니저인 Martin Kidman 박사는 설명합니다. "MasterMover의 모든 자동 가이드 시스템은 안전 레이저 스캐너 기술로 PLd/SIL2를 달성합니다. microScan3 스캐너는 275°의 굉장히 넓은 주사각과 최대 9미터의 필드 스캔 범위를 제공합니다. AGV는 차량 경로에 따라 커브 주행과 방향 전환을 수행하는데 이렇듯 변화하는 차량 경로에 맞춰 필드 세트를 구성할 수 있습니다."

EFI-pro는 산업 자동화를 위한 SICK의 안전 네트워크로서 CIP-Safety™ 안전 프로토콜을 기반으로 합니다. Flexi Soft 모션 컨트롤 모듈 FX3-MOC 및 EFI-pro 게이트웨이는 SICK의 안전 장치를 시스템 솔루션에 통합하는 데 필요한 연결을 구축합니다. "Flexi Soft 모션 컨트롤 모듈에 연결된 SICK의 안전 엔코더 두 대가 자동 가이드 시스템의 두 구동장치를 확실하게 모니터링합니다. 수집된 정보를 이용하여 EFI-pro 통신으로 안전 레이저 스캐너의 필드 크기를 속도와 방향에 맞춰 동적으로 조정하지요."

"안전 제어기 Flexi Soft 덕분에 복잡한 알고리즘과 논리로 자동 가이드 시스템의 완전한 자율 작동을 구성할 수 있습니다. 안전 레이저 스캐너가 경고 필드 내에서 장애물을 감지하면 안전 제어기가 차량 제어기에 감속 지시를 보냅니다. 필드가 비면 동일한 경로에서 속도를 높이라고 지시합니다. 이로써 더 효율적이고 생산적인 작동이 보장됩니다."

"내부 보호 필드가 침범되는 즉시 Flexi Soft가 모든 구동장치를 즉각 정지시킵니다. 다시 안전한 상황이 되어야 비로소 시동이 승인됩니다. 모션 컨트롤 모듈 FX3-MOC는 안전 정지도 감지하고 감시할 수 있습니다. 이로써 완전한 비상 정지가 방지됩니다. 위험 평가 결과 허용되는 경우 자동 재시작을 활성화할 수 있습니다. 따라서 자동 가이드 차량이 몇 시간이고 수동 시작을 기다릴 필요가 없습니다."

One standard Ethernet cable is needed per scanner for the EFI Pro Interface and, by creating safe communication between encoders, controller and scanners, one holistic design was possible.
One standard Ethernet cable is needed per scanner for the EFI Pro Interface and, by creating safe communication between encoders, controller and scanners, one holistic design was possible.

총체적인 디자인

MasterMover는 차량의 안전한 통신을 위한 기반인 EFI-pro 게이트웨이를 갖춘 안전 제어기 Flexi Soft를 사용함으로써 구성 요소 간 여러 개별 연결부를 개발하는 부담을 피할 수 있었습니다. 스캐너마다 단 하나의 EFI-pro 인터페이스용 표준 Ethernet 케이블만 있으면 됩니다. 엔코더, 안전 제어기, 스캐너 간 안전한 통신을 기반으로 총체적인 디자인을 구현할 수 있었습니다. 그렇지 않았다면 여러 별도 연결부, 필드 스위칭 신호, 안전 릴레이를 사용해야 했을 테고 이를 위해 많은 케이블과 매우 많은 공간이 필요했을 것입니다.

 

자동 가이드 시스템 내비게이션

Evans는 말합니다. “우리는 자동 가이드 차량을 위한 내비게이션 옵션을 전부 제공하며, 레이저 스캐너를 이용한 이른바 '자연스러운 내비게이션'을 고객이 사용하게끔 유도하고 있습니다. 그러면 신뢰성을 해칠 수 있는 RFID 트랜스폰더, 접착 테이프나 바코드 같은 고정 설치물이 필요 없으므로 유연성이 높아집니다.”

“우리가 사용하는 AGV 내비게이션은 주변의 온갖 변화에도 영향을 받지 않습니다. 예를 들어 자동 가이드 차량 주위에 사람이 다니거나 유인 지게차가 이동해도 문제가 되지 않습니다. 유통 센터에서는 수많은 팔레트가 움직이고 계속 위치를 바꾸며 또한 다른 예측할 수 없는 다양한 물체가 주행로에 들어옵니다. 우리의 기술을 사용하면 이러한 모든 장애물을 우회할 수 있습니다.” MasterMover는 모든 고객 환경에 대해 완전한 위험 평가를 지원합니다.

“생산 라인에 자재를 공급하기 위한 자동 가이드 차량을 MasterMover PS AGV와 함께 투입할 수도 있습니다. 적재 중량이 최대 30,000kg인 PS AGV는 사이클에 따라 작동하는 생산 라인에서 벨트 대신 사용할 수 있습니다. 두 자동 가이드 시스템의 조합은 전통적인 방식의 고정 설치된 선형 생산 라인을 완전히 대체합니다. “Evans의 말입니다. ”컨베이어 시스템과 비교했을 때 비용이 대폭 절감되고 생산의 유연성이 확연히 높아집니다. 이와 동시에 부가가치를 창출하지 않는 작업에서 인력을 뺄 수 있고 각 자동 가이드 차량이 더 많은 중량을 운반할 수 있으므로 빠른 투자 비용 회수를 기대할 수 있습니다. 따라서 대부분의 수요자에게 무엇보다 중요한 문제는 새로운 기술을 어떻게 도입할 것인가입니다. 고객은 우리와 함께 일단 몇몇 핵심 프로세스만 바꿀 수 있습니다. 설비를 아주 조금만 변경하면 시스템을 구현할 수 있으므로 확장성이 아주 좋습니다.

 

전망: 옥외에서도 안전 보장

옥외에서 자동 가이드 차량의 안전을 보장하는 것은 MasterMover와 SICK에게 마찬가지로 중요한 개발 목표입니다. 기본적으로 적합한 자동 가이드 차량에 SICK의 새로운 안전 레이저 스캐너 outdoorScan3를 장착하는 것은 필요한 업그레이드 작업 중 하나입니다. outdoorScan3는 IEC TS 62998(옥외 기술 장비를 위한 새로운 기술 규격)에 따른 등급 D의 장치입니다.

“MasterMover 같은 기계 제작자 및 통합 설계자에게 Flexi Soft는 굉장히 유용한 생태계입니다.” Evans가 요약해서 말합니다. "microScan3의 모듈식 구조와 간단한 설정은 개발 프로세스를 단축하는 데 기여했습니다. 스캐너, 제어기, 소프트웨어가 모두 SICK 제품이기 때문에 우리는 다양한 제조사의 구성품을 조합하여 안전 시스템을 만들 필요가 없었습니다. 우리는 첫 번째 AGV 디자인을 완성했고 전 제품에 이를 적용하기 위해 명확한 로드맵을 구상했습니다."

 

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