전기차 생산을 간소화해주는 스마트 머신

전기차 생산을 간소화해주는 스마트 머신

보다 연결된 데이터 중심의 접근방식을 통한 전기 자동차 제조 간소화

전기 자동차(EV)는 자동차 제조에 혁신을 불러 오고 있습니다. 2017년 대체연료를 이용하는 차량은 전체 자동차 판매의 4%에 불과했습니다. 그러나 기술 투자에 대한 증가로 인해, 2023년에는 내연기관 자동차와 비슷한 수준에 도달하고, 2040년이 되면 모든 새로운 자동차 판매 중 54%가 배터리 구동 자동차가 될 것으로 예상됩니다. 이러한 폭발적인 증가는 자동차 제조업체들에게 전기차 제조 운영을 혁신해 줄 파트너를 찾을 수 있는 기회를 제공합니다.

 전기차에 대한 수요 증가는 기존의 자동차 제조업체와 신생 기업들이 새로운 공장을 구축하거나 기존 운영과 인프라스트럭처를 그 어느 때보다 빠르고 유연하게 전환해야 함을 의미합니다. 새로운 배출 및 환경 규제, 자동차 추세, 정부 지원금, 차량 공유 서비스 등은 모두 자동차 제조업체들이 경쟁력 있고 리콜의 위험이 적은 올바른 전기차 전략을 수립해야 함을 의미합니다.

 늘어나는 생산 수요를 충족하기 위해, 자동차 제조업체들은 공급망 전반에서 공급업체들에게 혁신적인 솔루션을 요구하고 있습니다. 전기차 제조업체를 위한 장비제조업체, 리튬 배터리 제조업체, 특수 배터리 권선 장비 제조업체 등, 모든 기업은 전기차 공급망 전반에서 새로운 기술을 통합하고 생산성을 향상시킬 여지가 있습니다.  

 차세대 운송 기술 혁명은 이미 시작되었습니다. 실시간 데이터 공유, 자체 인식 장비, 독립형 카트 기술 등은 제품의 시장 출시 시간을 단축할 수 있는 일부 방법일 뿐입니다.

이미 시작된 자동차 제조의 미래

자동차 제조업체와 장비제조업체들은 수익성을 향상시켜 주는 새로운 기술을 활용해 다양한 혜택을 누릴 수 있습니다. 국내의 한 선두적인 배터리 제조업체는 최근 배터리 셀의 에너지 용량과 품질을 향상시키기 위해 새로운 제조 기술에 대한 투자를 단행했습니다.

 이 기업은 생산 역량을 향상시키고 불량률을 줄이기 위해 높은 속도와 정밀도가 필요했지만, 기존 컨베이어 시스템으로는 역부족이었습니다. 이 배터리 제조기업은 현재는 물론 미래의 요구조건을 충족해줄 새로운 솔루션을 모색하고 있었습니다.

 세부적인 개념 증명(PoC)을 통해, 유연하고 확장 가능한 로크웰 오토메이션 자동화 플랫폼의 가치와 역량이 입증되었습니다. 마그네모션(MagneMotion) Quick Stick 지능형 컨베이어 시스템은 생산량을 향상시키고 소유비용을 감소시킴으로써 엔드유저의 요구를 충족해주는 솔루션을 제공해주었습니다.

자동차 제조업체들은 앞으로 몇 년 동안 출시될 수백 가지의 새로운 전기 자동차 모델들을 위해, 제조 비용을 절감하고 배터리 수명을 극대화하는데 주력하고 있습니다. 자동차 제조업체의 효율성과 수익성을 향상시킬 수 있는 기회는 배터리 셀 제조업체에서 자동차 조립업체까지, 공급망 전체에 존재합니다.

전기 자동차로 인해 자동차 제조가 신속하게 변화하고 있습니다. 기존 자동차 제조업체와 신생 기업들은 이제 새로운 공장을 구축하거나 기존 운영과 인프라스트럭처를 그 어느 때보다 빠르고 유연하게 전환할 수 있어야 합니다. 자동차 제조업체는 경쟁력 있고 고도로 유연하며 데이터 중심의 연결된 제조 환경으로 이동하는 것을 골자로 하는 전기차 전략을 구축해야 합니다.

선두기업들은 보다 연결된 데이터 중심의 접근방식을 도입하고 커넥티드 엔터프라이즈(Connected Enterprise) 같은 솔루션을 활용해 전기차 제조를 간소화하고 있습니다. 커넥티드 엔터프라이즈 접근방식은 많은 글로벌 자동차 제조업체들이 유연한 제조를 통해 수익성을 유지할 수 있도록 해주었습니다.

스마트 장치를 사용하는 MES 시스템 및 분석은 비즈니스 성과를 향상시키고 안전과 관련된 다운타임을 70% 감소시켜 주었습니다

증가하는 전기차 배터리 수요에 효과적으로 대응하고 있는 히라타

히라타(Hirata)는 자동차 제조업차들에게 생산 장비와 엔지니어링 서비스를 제공하는 업체로 자동차 업계에서 널리 인정 받는 기업입니다.

이 기업은 어셈블리 셀 시스템(Assembly Cell System, ACS)이라는 고유한 설계 방식을 사용합니다. ACS는 기존 시스템보다 성능이 좋고 안정적인 생산 시스템을 보다 낮은 비용으로 더 신속하게 구축해주는 조립 라인 시스템입니다. ACS는 고도로 표준화된 모듈들로 구성되며, 각 장치, 장비 및 부품의 가동 상태와 기능을 분석함으로써, 보다 신속하게 생산을 개시할 수 있도록 지원합니다.

 히라타가 직면한 도전과제들은 맞춤형 전기 자동차 배터리를 생산하는 장비의 크기와 관련된 것이었습니다. 장비가 기존 장비보다 작아야 했습니다. 장비 점유 면적이 동일한 생산 규모에서 일반적으로 요구되는 것보다 30%나 적을 필요가 있었습니다.

 히라타는 로크웰 오토메이션을 전체 솔루션을 위한 단일 공급업체로 선정했습니다. 대단히 타이트한 일정이고 업계 최초로 구축되는 장비였기 때문에 팀은 실시간으로 계획하고 문제를 해결해 나가야 했으며, 해외에 위치한 엔드유저의 시설에서 전체 시스템의 오류 검출 및 시정 작업을 수행했습니다.

최초의 전기차 배터리 양산 라인

히라타의 ACS 시스템은 장비를 설치 및 인증하는 시간을 단축함으로써 생산을 보다 신속하게 개시하는데 도움을 주었습니다. 또한 공간과 유지보수 작업을 감소시키기 위해 표준화된 부품을 사용함으로써 조립 라인을 간소화했습니다. 이 시스템은 히라타에게 제품 변경이나 향후의 조립 라인 변경에 신속하게 대처할 수 있는 유연성을 제공해주었습니다.

 각 ACS 모듈에는 다양한 제조 프로세스에 맞게 조정할 수 있는 다양한 기능이 포함되었습니다. 히라타는 처음에 ACS의 표준 셀을 사용해 장비를 설계하기 시작했습니다. 그러나 장비 면적을 감소시킬 필요가 있었기 때문에, 여러 운영에 한 대의 ACS를 사용하기로 했습니다.

 이를 가능하게 만들기 위해, 각 장비의 운영을 분석하고 하나의 스테이션에 최대 4가지 운영을 통합하는 새로운 접근방식을 취했습니다. 이러한 개념을 실현하기 위해, 히라타는 단일한 ACS에 다수(최대 3대)의 갠트리를 구현했습니다. 이 갠트리들은 최대 23개 축을 지원하는 Kinetix® 5700 서보 드라이브로 제어되었습니다.

히라타는 로크웰 오토메이션의 지원을 받아 최적화된 축 아키텍처와 프로그래밍을 설계하고, 새로운 ACS 개념을 사용해 더 작은 점유면적으로 대규모의 정교한 고속・고정밀 생산 장비를 구축했습니다.

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장비가 이더넷을 통해 엔드유저의 생산 관리 시스템(MES)에 연결되기 때문에, 장비 데이터를 활용해 실시간 원격 진단과 유지보수를 지원할 수 있습니다. 히라타는 세계 어디에서나 장비 데이터에 액세스할 수 있기 때문에 출장비가 들지 않게 되었습니다.

로크웰 오토메이션 ControlLogix® 컨트롤러는 각 셀에 부착되어 배터리 원료를 이동 및 조립하는 서보 모터를 제어합니다. 높은 성능과 안전한 제어를 위해, 히라타는 ControlLogix L8과 GuardLogix® L7S 컨트롤러를 사용했습니다.

안전 토크 차단(Safe Torque Off) 기능과 안전 이더넷(CIP safety)이 탑재된 Kinetix 5700 서보 드라이브는 EtherNet/IP에서 통합 모션의 가치를 확장시켜 줍니다. 이외에도, 이 서보 드라이브는 시운전 시간을 줄이고 장비 성능을 향상시키는데 도움을 주었으며, 간단한 배선과 공간 절약을 통해 히라타가 장비를 보다 신속하게 기동할 수 있도록 해주었습니다.

히라타는 셀 간에 컨베이어를 이동하는데 PowerFlex® 525 인버터를 사용했습니다. 혁신적인 모듈형 설계의 이 인버터는 신속하고 손쉬운 설치와 설정을 지원합니다.

증가하는 전기차 배터리 수요에 효과적으로 대응

히라타에게 보통 중요한 지표는 주기 시간, 가동률, 수율입니다. 이번 프로젝트의 경우, 히라타는 점유면적 감소도 고려 대상이었습니다.

로크웰 오토메이션 제품으로 표준화한 덕분에 총 효율성이 향상되었습니다. 내장된 애드온 명령어(AOI) 역량은 프로그래밍 시간을 약 30% 감소시켜 주었습니다. 이외에도, 로크웰 오토메이션의 표준화된 제품으로 인해 장비의 면적도 30% 감소되었습니다.

일본 로크웰 오토메이션의 지원을 통해, 팀은 신속하게 현지 지원을 제공하고 기동 시간을 10% 감소시켰습니다. 히라타는 엔드유저가 요구한 기간 내에 전기 자동차 배터리 양산을 실현할 수 있었습니다.

위에 언급된 결과는 히라타가 로크웰 오토메이션의 특정 제품과 서비스를 기타 제품과 병용했을 경우를 나타냅니다. 다른 고객의 환경에서 얻어진 결과와는 다를 수 있습니다.

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