[논문]혼류생산 방식을 적용한 신개념 용접조립 기술 연구

박동환; 구자준

doi:10.7735/ksmte.2014.23.6.602

[국내논문] 혼류생산 방식을 적용한 신개념 용접조립 기술 연구
Experimental Study of New Welding Assembly Technology Applied with Mixed-Model Production Method 원문보기

한국생산제조시스템학회지 = Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers, v.23 no.6, 2014년, pp.602 - 608

박동환 (Gyeongbuk Hybrid Technology Institute) , 구자준 (Iljitech Corp.)

Abstract ▼ AI-Helper

Mixed-model production lines are often used in manufacturing systems. In production lines, different product types are simultaneously manufactured by processing small batches. This paper describes a new welding assembly technology involving the development of experimental models for a mixed-model production line in an automobile company. Due to the extensive number of models, the design of a welding assembly system is complicated. Performance evaluation is an important phase in the design of welding assembly lines in a mixed-model production environment. In this study, a new welding assembly technology for a mixed-model production method was used to weld the package tray and dash panel of a vehicle.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

기존의 평면식 라인 배열에서 지상공간을 이용한 2단 셔틀 구축으로 용접 로봇의 대기 시간과 부품의 이송시간 단축 등이 가능하고, 라인 설치 면적 감소로 공장 가동률이 기존 라인대비 향상되는 효과가 있는 기술이라 할 수 있다. 그러므로 본 연구는 자동차 부품 생산을 위한 다차종 이종부품 혼류생산 기술과 로봇제어에 의한 신개념 용접조립 기술 개발로 자동차 대시 판넬(dash panel)과 패키지 트레이(package tray) 간 혼류생산 방식의 다차종 이종부품을 적용하여 혼류생산 방식의 로봇제어기술과 2단 셔틀로 구성된 자동차 차체부품 용접 조립기술을 개발하였다.
본 연구에서는 자동차 부품생산을 위한 다차종 이종부품 간 혼류 생산 방식을 적용한 신개념 용접조립 기술을 분석하였으며 이로부터 얻은 결론은 다음과 같다. (1) 자동차 차체부품을 혼류생산 하기위하여 2단 셔틀 구조의 자동차 차체 자동 용접장치를 구성하였는데, 자동차 차체 부품을 이송하여 용접할 수 있도록 하는 셔틀을 상하 2단으로 분리 구성하여 각 셔틀에 의해 이송되는 차체 부품이 용접 로봇에 의해 용접 가공될 수 있도록 설계 제작하였다.

제안 방법

따라서 신개념 용접조립 기술은 2단 셔틀(2-step shuttle)로 구성된 자동차 차체부품 용접기술에 관한 것으로 자동차 차체 부품을 이송하여 용접할 수 있도록 셔틀을 상하 2단으로 분리 구성하였다. 기존의 평면식 라인 배열에서 지상공간을 이용한 2단 셔틀 구축으로 용접 로봇의 대기 시간과 부품의 이송시간 단축 등이 가능하고, 라인 설치 면적 감소로 공장 가동률이 기존 라인대비 향상되는 효과가 있는 기술이라 할 수 있다.
차체 부품을 이송하여 용접할 수 있도록 셔틀을 상하 2단으로 분리 구성하여 각 셔틀에 의해 이송되는 차체 부품이 용접 가공되게 하고 용접 로봇이 불필요하게 대기하지 않고 계속적으로 용접작업이 가능하도록 설계하였다. 또한, 셔틀의 상하 2단 구성으로 인해 작업 공간이 적게 할당되어 공간 활용도가 향상되도록 설계하였다.
차체 부품을 이송하여 용접할 수 있도록 셔틀을 상하 2단으로 분리 구성하여 각 셔틀에 의해 이송되는 차체 부품이 용접 가공되게 하고 용접 로봇이 불필요하게 대기하지 않고 계속적으로 용접작업이 가능하도록 설계하였다. 또한, 셔틀의 상하 2단 구성으로 인해 작업 공간이 적게 할당되어 공간 활용도가 향상되도록 설계하였다. Fig.
이로 인해 용접효율도 떨어지고 준비 동작과 불필요한 동작으로 낭비 요소가 발생되어 왔다. 이러한 점을 개선하기 위해 로봇의 용접과 부품이송 업무를 분업화시켜 용접조립 라인을 합리화시키고 효율을 극대화 한다. 둘째는 용접조립을 위한 점유면적을 최적화시킨다.
작업 공간을 2단으로 분리하여 공간 활용도를 높이는데, 지면(1층)에 셔틀라인을 구성하여 용접 조립이 이루어지고, 지상(2층)에도 셔틀라인을 추가 구성하여 순차적으로 용접조립이 이루어지도록 2단 셔틀라인으로 구성한다. 셋째는 이종부품 혼류생산이 가능하도록 설계한다. 다양한 고객 요구에 따라 소차종 대량생산 구조에서 다차종 소량생산 구조로 점차 변화되고 있어 혼류생산 라인 운영이 필수적이다.
1과 같이 A01 공정부터 A11 공정까지 이루어진다. 로봇을 이용하여 자동차용 차체 부품을 각 공정별로 부분 용접하고, 각 공정별로 부분 용접된 자동차 차체는 로봇을 이용하여 다음 공정으로 이송하는 과정을 반복하면서 자동차용 차체를 원하는 형태로 용접하여 가공할 수 있도록 하였다.
5는 2단 셔틀 랙을 보여준다. 2단 셔틀 랙은 전체 2단 셔틀 하중을 지지하는 역할을 하며 상부 부품 고정용 지그를 포함하여 셔틀 전체를 지지할 수 있도록 사각 기둥을 사용하여 제작하였다. 2단 셔틀 프레임은 베이스 플레이트 가장자리에 수직 프레임을 설치하고, 수직 프레임 상측에는 격자 형태로 형성된 수평 프레임이 연결되고, 격자 형태로 형성된 수평 프레임의 하측과 베이스 플레이트의 상측에 상하부 가이드레일이 설치되어 공정 부품의 전 후진이송이 가능하다.
2단 셔틀 내부에 아이들 지그(idle jig), 클램프 유닛(clamp unit), 부품 행거(hanger) 등을 LHD와 RHD의 Dash Panel 부품, LHD Dash Panel과 Package Tray 부품 등을 2단 셔틀 라인에서 혼류 생산이 가능하도록 제작하였다. Fig.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 자동차 차체 부품을 이송하여 용접할 수 있도록 셔틀을 상하 2단으로 분리 구성하여 각 셔틀에 의해 이송되는 차체 부품이 용접 로봇에 의해 용접 가공될 수 있도록 하였다. Table 1은 개선 전후의 비교자료를 보여준다.
본 연구에서는 자동차 부품생산을 위한 다차종 이종부품 간 혼류 생산 방식을 적용한 신개념 용접조립 기술을 분석하였으며 이로부터 얻은 결론은 다음과 같다. (1) 자동차 차체부품을 혼류생산 하기위하여 2단 셔틀 구조의 자동차 차체 자동 용접장치를 구성하였는데, 자동차 차체 부품을 이송하여 용접할 수 있도록 하는 셔틀을 상하 2단으로 분리 구성하여 각 셔틀에 의해 이송되는 차체 부품이 용접 로봇에 의해 용접 가공될 수 있도록 설계 제작하였다.
(2) 자동차 차체부품인 대시 판넬과 패키지 트레이 등 혼류생산 방식의 다차종 이종부품을 적용하여 혼류생산 방식의 로봇 제어 기술과 2단 셔틀로 구성된 자동차 차제부품의 신개념 용접기술을 개발하였다.

성능/효과

용접 시에 차체 부품을 고정시키는 용접 지그를 제어할 수 있도록 함으로써 로봇에 의한 용접이 원활해져 기존 18대에서 12대로 용접 로봇이 줄어들고 로봇 대기시간이 줄어든다. 이로 인해 전체적인 사이클 타임을 기존 85초에서 78초로 줄어들므로 로봇 효율이 기존 90%에서 95%까지 향상할 수 있었다. 또한, 로봇 용접 작업의 공간 활용도가 기존 평면 배치(399 m²)에서 2단 배치(263 m²)로 34% 정도의 공간 점유면적을 감소할 수 있었다.
이로 인해 전체적인 사이클 타임을 기존 85초에서 78초로 줄어들므로 로봇 효율이 기존 90%에서 95%까지 향상할 수 있었다. 또한, 로봇 용접 작업의 공간 활용도가 기존 평면 배치(399 m²)에서 2단 배치(263 m²)로 34% 정도의 공간 점유면적을 감소할 수 있었다.
16은 2단 셔틀 용접조립 라인에서 생산한 Package Tray 부품을 보여준다. 기존의 평면식 라인 배열에서 지상공간을 활용한 2단 셔틀라인 구축으로 용접 로봇의 대기 시간과 부품의 이송시간 제거 등이 가능하고, 라인 설치 면적 34% 감소로 공간 활용률 향상 효과가 나타났다. Fig.
18은 Package Tray 부품의 용접부 강도시험 샘플을 보여준다. 2단 셔틀 용접조립 라인에서 생산한 Dash Panel 부품과 Package Tray 부품의 용접부 강도시험 결과 기존 용접과 비교하여 양호한 강도가 나타났다. 따라서 2단 셔틀 용접조립 라인에서 생산한 Dash Panel 부품과 Package Tray 부품의 용접부 강도시험에서 기존보다 양호하게 나타나므로 향후 2단 셔틀 용접조립 라인의 적용 확대가 기대된다.
(3) 2단 셔틀로 구성된 신개념 용접조립 기술은 자동차 차체 부품을 이송하여 용접할 수 있도록 셔틀을 상하 2단으로 분리 구성하여 각 셔틀에 의해 이송되는 차체 부품이 용접 로봇에 의해 용접 가공 될 수 있도록 구성하여 다차종 이종부품을 혼류생산 할 수 있었다.
(4) 2단 셔틀 구조는 용접 로봇이 불필요하게 대기하지 않으면서 연속적으로 용접작업이 가능하게 하여 로봇 효율 향상과 셔틀의 상하 구성으로 인해 작업 공간이 작게 할당되어 공간 활용률을 30% 이상 향상할 수 있었다.

후속연구

2단 셔틀 용접조립 라인에서 생산한 Dash Panel 부품과 Package Tray 부품의 용접부 강도시험 결과 기존 용접과 비교하여 양호한 강도가 나타났다. 따라서 2단 셔틀 용접조립 라인에서 생산한 Dash Panel 부품과 Package Tray 부품의 용접부 강도시험에서 기존보다 양호하게 나타나므로 향후 2단 셔틀 용접조립 라인의 적용 확대가 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	혼류생산을 공정에 도입할 때 필요한 것은 무엇인가?	인력낭비도 줄이고 시장흐름에 맞춰가기 위해서는 혼류생산이 필수적이다[1,2]. 하지만 혼류생산을 위해서는 생산하는 제품의 사양과 순서를 정확하게 제어하는 시스템이 필요하고, 원활한 부품 공급과 작업자의 숙련 등이 필요하다. 또한 현장에서의 낭비는 “일을진행하는 가운데 전혀 불필요한 것이며, 제품의 원가를 높일 뿐 아 니라 반드시 없애야만 하는 것으로” 이러한 낭비는 과잉생산의 낭비, 대기의 낭비, 운반의 낭비, 가공의 낭비, 재고의 낭비, 동작의낭비, 불량의 낭비 등으로 구분된다.
	2단 셔틀 시스템 기술을 이용하여 용접 로봇의 활용도를 극대화 시키기 위해 어떻게 할 수 있는가?	이로 인해 용접효율도 떨어지고 준비 동작과 불필요한 동작으로 낭비 요소가 발생되어 왔다. 이러한 점을 개선하기 위해 로봇의 용접과 부품이송 업무를 분업화시켜 용접 조립 라인을 합리화시키고 효율을 극대화 한다. 둘째는 용접조립을 위한 점유면적을 최적화시킨다.
	다차종 혼류 생산방식이란 무엇인가?	다차종 혼류 생산방식은 일본 도요타 자동차사가 도입한 생산시스템이며 하나의 생산 프로세스, 생산라인으로 복수의 제품을 생산하는 방식이다. 즉, 혼류생산은 시장수요에 따라 차종별 생산량을 바꾸는 유연한 생산체제라고 할 수 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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