이코노미스트 임팩트는 최근 전 세계 이산화탄소 배출량의 3분의 1을 산업계가 주로 에너지 사용으로 인해 발생시킨다고 보도했다. 과거의 에너지 효율화 노력에도 불구하고, 업계 리더들 사이에서 제조업을 포함한 에너지 효율화 프로그램을 개발하여 현재의 에너지 위기와 기후 비상사태를 해결하려는 움직임이 다시 활발해지고 있다.
전 세계 에너지 부문에 대한 정책 권고, 분석 및 데이터를 제공하는 정부 간 기구인 국제에너지기구에 따르면, 지속적인 에너지 효율 프로그램을 통해 산업 부문에서 배출되는 탄소 배출량의 70%를 잠재적으로 제거할 수 있다고 한다.
제조업체의 경우 에너지 및 기후 위기를 해결하기 위해서는 환경에 미치는 영향과 자원 사용을 최소화하는 지속 가능한 관행이 필수적이다. 예를 들어 주문자 상표 부착 생산업체(OEM)는 에너지를 절약하면서 필요한 유연성과 처리량을 제공하는 '친환경' 기계를 제공함으로써 차별화할 수 있다. 로봇 공학, 머신비전, 인공지능(AI)을 포함한 자동화 기술은 이러한 노력에서 중추적인 역할을 한다.
자동화, 에너지 효율성과 지속가능성을 높인다
자동화된 제조는 본질적으로 지속 가능하다. 자동화를 통해 기업은 환경에 미치는 부정적인 영향을 줄이는 프로세스를 만들 수 있으며, 이를 통해 에너지 효율을 높이고 다양한 부문에서 지속가능성을 실천할 수 있다. 자동화 기술이 전반적인 장비 효율성을 높이고 제조 분야의 에너지 효율성과 지속가능성을 발전시키는 데 도움이 되는 5가지 방법을 살펴본다.
1. 생산 공정 최적화: 산업용 로봇은 다양한 산업 분야에서 빠르고 효율적이며 정확하게 작업을 수행할 수 있다. 이를 통해 제조 공정에서 사이클 시간을 단축하고 에너지 소비를 최소화할 수 있다. 머신비전 시스템은 정확한 품질 관리를 보장하여 에너지 집약적인 재작업이나 낭비를 초래할 수 있는 결함을 방지한다.
예를 들어 카메라, 센서, 소프트웨어와 같은 디바이스는 생산 중에 제품을 검사하고 결함이나 사양 편차를 식별할 수 있다. 결함이 감지되면 시스템이 자동 조정을 트리거하여 고품질의 제품만 생산되도록 할 수 있다. 이러한 실시간 품질 관리는 전반적인 제품 품질을 향상시킬 뿐만 아니라 낭비와 재작업의 필요성도 줄여준다.
엘립티컬 디자인(Elliptical Design)을 예로 들어보겠다. 이 영국 디자인 및 제조 회사는 산업 자동화 기술을 활용하여 정확하지 않은 기존 치즈 절단 방법을 개선하기 위해 TM Robotics와 파트너십을 맺었다. 이를 해결하기 위해 엘립티컬 디자인은 미세한 칼날 진동을 활용하여 제품을 손상시키지 않고 정밀하게 절단하는 초음파 절단 시스템을 개발했다.
혁신적인 초음파 절단 시스템과 함께 통합 로봇 시스템에는 비전 및 컨베이어 추적 기능을 갖춘 픽 앤 플레이스 애플리케이션이 포함되어 있다. 로봇은 치즈 블록을 처리하여 계량 및 절단 스테이션을 통해 원활하게 이동한다. 이러한 자동화는 기존 수작업 공정을 대체하여 생산 시간을 4~5일에서 2일로 단축하고 83%의 폐기물 감소를 달성했다. 이 성공사례는 제조 분야에서 전략적으로 자동화를 구현하면 효율성을 크게 향상하고 낭비를 줄이며 생산 프로세스를 간소화할 수 있다는 점을 잘 보여준다.
2. 에너지 효율적인 장비 구현: 회생 제동 및 저전력 모드와 같은 기능을 갖춘 최신 로봇 시스템, 특히 자율 이동 로봇(AMR)과 같은 배터리 구동 로봇은 에너지 효율을 높이도록 설계되었다. 오늘날의 머신비전 카메라와 기술은 막대한 양의 전력을 필요로 하지 않으며 동시에 생산 공정에 대한 정확하고 상세한 정보를 제공하여 전반적인 에너지 사용량을 줄이고 품질을 개선한다.
3. 예측 유지보수 기능 활용: 많은 자동화 시스템에는 문제가 발생하거나 고장이 발생하기 전에 잠재적인 문제를 식별하여 궁극적으로 예기치 않은 다운타임을 최소화하는 예측 유지보수 기술이 탑재될 수 있다. 또한 예측 유지보수는 잘 관리된 기계가 최대 효율로 작동하기 때문에 에너지 사용량을 최적화하는 데 도움이 된다. 예측 유지보수는 프로세스, 장비 및 검사 시스템이 최고 효율로 작동하도록 보장하여 에너지 집약적인 고장의 위험을 줄인다.
4. 에너지 모니터링 시스템 통합: 첨단 로봇 공학을 스마트 센서 및 디바이스와 같은 에너지 모니터링 시스템과 통합하여 에너지 소비를 추적하고 분석할 수 있다. 데이터 분석과 결합하여 시간 경과에 따른 에너지 사용량을 모니터링하면 제조업체는 소비 패턴에 대한 인사이트를 확보하여 개선이 필요한 부분을 집중적으로 파악하고 에너지 절약 기회를 파악할 수 있다. 그런 다음 에너지 효율을 위해 운영을 최적화하는 전략을 구현할 수 있다.
5. 정밀성을 통한 낭비 감소: 로봇의 정밀한 움직임은 낭비를 줄이고, 에너지 효율적인 부품을 사용하며, 변화하는 수요에 적응하고, 예측 유지보수를 가능하게 한다. 협동 로봇의 경우, 로봇의 정밀도는 에너지 효율이 높고 협업적인 작업 환경을 조성하기도 한다. 이러한 요소들은 재작업과 관련된 자재 낭비와 에너지 소비를 총체적으로 최소화한다.
이러한 에너지 효율 및 지속 가능성 기술과 관행의 일부 또는 전부를 구현하는 것은 많은 기업에게 유익한 것으로 입증되고 있다. 슈나이더 일렉트릭은 한 예에 불과하다. 이 회사는 2017년에 자동화 및 산업용 소프트웨어 통합을 포함하여 공장의 전체 디지털 전환을 구축한 후 첫해에 운영 효율성을 12% 개선했다.
더 나은 미래를 위한 제조
제조 자동화는 기업의 지속 가능성 및 환경 규정 준수와 관련된 핵심 성과 지표(KPI)를 달성하기 위한 단순한 전략적 도구가 아니다. 이는 또한 업계의 탄소 발자국을 전반적으로 줄이기 위한 효과적이고 사회적으로 책임감 있는 방법이기도 하다.
이는 기업의 수익에도 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 에너지 효율적인 관행을 채택하면 제조업체는 상당한 비용을 절감할 수 있다. 미국 에너지부에 따르면, 산업 에너지가 제조업체 운영 비용의 10% 이상을 소비한다고 한다. 제조업체는 에너지 소비를 줄임으로써 유틸리티 요금을 낮추고 수익성을 높일 수 있다.
에너지 효율성과 지속 가능성을 위해 자동화를 활용하는 제조업체는 규제 준수와 내부 지침을 결합하여 상당한 비용 절감과 운영 효율성을 높이는 동시에 환경에 미치는 영향을 완화하고 있다.
헬로티 김진희 기자 |
