‘수백대 로봇이 차량을 슥삭’…현대차 美 신공장 제조 엿보기

[이데일리 정병묵 기자] 현대차그룹이 26일(현지시간) 미국 조지아주 엘라벨(Ellabell)에 준공을 완료한 ‘현대차그룹 메타플랜트 아메리카(HMGMA)’는 강판 패널들이 온전한 차량의 모습으로 변모해 가는 과정을 생생하게 볼 수 있다.

HMGMA는 △프레스 △차체 △도장 △의장으로 이뤄지는 자동차 생산 공정 요소요소에 제조 혁신 기술을 적용했다. 패널 홀·크랙 감지 시스템, 도어 간격·단차 자율 보정 장착, 도어 자동 탈부착 등 세계 최초 적용 기술과 각종 첨단 시스템을 바탕으로, 효율적인 생산을 실현하는 동시에 작업자의 업무 강도를 낮추는 인간 친화적인 제조 현장으로 탄생했다.

프레스, 차체, 도장처럼 차량의 몸통으로 거듭날 강판을 성형하고 용접하는 현장에서는 수백대에 달하는 최첨단 로봇 장비들이 높은 생산성과 균일한 품질을 보장한다.

HMGMA 프레스 공장에서 강판이 패널로 제조되는 모습 (사진=현대차그룹)

HMGMA 차체 공장에서 차량 패널이 용접 공정을 거치며 자동차의 형태로 생산되는 모습 (사진=현대차그룹)

우선 프레스 공장(STAMP SHOP)에서는 최고 성능의 6800t급 초대형 고속 프레스(서보 모터에 의해 구동되는 프레스) 5대가 내려 찍고 자르는 과정을 반복하며 강판을 차량의 몸이 될 패널로 탈바꿈시킨다. 차체 패널은 91% 수준의 자동화 공정, 정밀한 성형기술, 고속 이송장치 등을 통해 생산되며, 비전 품질 검사와 AI 기반 품질 관리 시스템을 차례로 거치며 최고의 품질로 제조된다. 특히 세계 최초로 적용된 패널 홀·크랙 감지 시스템은 수십대의 카메라를 통해 촬영한 데이터를 딥러닝으로 학습하며, AI 기반 품질 관리를 뒷받침한다.

이렇게 만들어진 패널은 100% 자동화 물류 시스템을 통해 다음 공정으로 옮겨진다. 자동 적재 시스템(ASRS)은 패널을 차종 별로 분류해 수십장씩 팔레트에 싣고, 자율주행 운반 로봇(AGV)은 이 팔레트를 다음 공정으로 적시에 이동시킨다. AGV는 SLAM(동시 위치 측정 및 지도 작성) 기술을 바탕으로 구동된다.

HMGMA 의장 공장에서 조립되고 있는 차량이 자율주행 운반 로봇(AGV)에 실려 운반되는 모습 (사진=현대차그룹)

차체 공장(WELD SHOP)은 로봇들이 일사불란하게 수행하는 용접 및 조립 공정을 거쳐 강판 패널들이 자동차의 외관으로 거듭나는 곳이다. HMGMA의 차체 공장은 100% 자동화를 달성했다. 차체 공정 중 세계 최초로 적용된 기술은 도어 간격·단차 자율 보정 장착 시스템으로, 로봇과 비전, AI 기술을 바탕으로 균일한 단차 품질을 구현한다.

차체 공정의 마지막 단계인 외관 품질 검사에서는 보스턴다이나믹스의 4족 보행 로봇 ‘스팟(Spot)’이 수행하는 사양 검사와 측정된 품질 정보를 조립 로봇으로 실시간 피드백 보내 고품질 생산을 가능토록 지원하는 간격·단차 검사가 이뤄진다.

도장 공장(PAINT SHOP)은 최고의 외관 품질을 완성하기 위해 도료 도포부터 품질 검사까지 높은 수준의 자동화 시스템이 구현돼 있다. 도포 자동화 시스템은 수작업 대비 보다 균일한 도장 품질을 제공하고, 특수 도료 공급 설비는 24개 이상의 다양한 색상을 적용하는 일에 효과적인 대응을 가능하도록 한다. 아울러 도장 검사 로봇 자동화 시스템은 사람의 눈으로 알아채기 어려운 미세한 문제까지 잡아낼 수 있어 더욱 완벽한 도장 품질을 달성할 수 있게 한다.

의장 공장(ASSEMBLY SHOP)은 도장 공정까지 마친 차체에 2만~3만여 가지에 달하는 각종 자동차 부품을 조립해 완벽한 차량의 형태로 완성하는 마무리 생산 단계다. 자동차 내부를 각종 부품들로 채워야 하는 미세 업무가 많아 차량 생산 전체 과정 중 작업자(사람)의 손이 가장 많이 필요한 공정이라고 할 수 있다. 현대차그룹은 이곳에 인간 중심 근무 환경을 조성했다.

자연 채광이 환하게 들어오고 작업자 휴식 공간이 별도 마련된 HMGMA의 모습 (사진=현대차그룹)

전통적으로 의장 공장은 컨베이어 벨트 위에서 차체가 이동하고 수십, 수백 명의 작업자가 각 위치에 대기하며 부품을 조립하는 ‘컨베이어 벨트 시스템’으로 익히 알려져 있다. 하지만 HMGMA는 소수의 상품을 대량으로 생산하는 데 적합했던 기존 방식을 새로운 형태로 극복하고자 했다. 수요에 맞춰 다양한 모델을 유연하게 생산할 수 있도록 새롭게 의장 공장 구축을 시도한 것이다.

HMGMA 의장 공장에는 컨베이어 벨트가 여전히 존재하지만, 일부 구간에서는 컨베이어 벨트 대신에 차체가 자율주행 운반 로봇(AGV)을 타고 운반된다. 향후에는 모델, 옵션(세부 사양)과 무관하게 동일한 조립 순서를 거쳐야만 했던 컨베이어 벨트 방식을 극복해 경로를 지정할 수 있는 AGV의 도움을 받아 필요하지 않은 공정은 생략하고 필요 공정에 바로 투입되는 식으로 생산 방식이 진화해 나갈 것으로 기대된다.

HMGMA 의장 공장에 세계 최초 적용된 도어(차문) 자동 탈거 및 장착 시스템은 과거 작업자들에게 의존해야 했던 도어 단차 품질 개선과 관리를 자동화해 세계 최고의 외관 품질을 달성하도록 한다. 도장 공장에서 넘어온 차체의 도어를 열고, 고정 볼트를 풀어 차량에서 떼어내는 과정 모두를 비전 시스템의 도움을 받은 로봇이 수행한다. 도어를 다시 붙이는 작업에서는 14대의 로봇이 협동 제어를 통해 한 치의 오차 없이 도어 장착을 마무리한다.

차체와 결합될 각종 자동차 부품은 200여대의 자율이동로봇(AMR)에 실려 각 공정에 적시에 투입된다. AMR은 SLAM(동시 위치 측정 및 지도 작성) 기술을 바탕으로, 물류 창고에서 각 공정으로 원하는 위치까지 경로를 생성하며 부품을 배달시킬 수 있다. 현대차그룹은 싱가포르 글로벌 혁신센터(HMGICS)에서 양산성 검증을 완료한 AMR 관제 시스템(H-ACS)을 HMGMA에 적용해 최적의 물류 시스템을 구축했다.

이후 완성된 차량은 주차로봇 위에 올라타 자동화된 무인 품질 검사를 거쳐 지정된 최종 목적지까지 이동한 뒤 고객을 만나러 가는 여정을 본격적으로 시작하게 된다. 주차로봇은 얇고 넓은 형태의 로봇 한 쌍이 차량 하부에 들어가 바퀴를 들어올려 이동시키는 방식으로 구동된다. 과거에는 작업자가 직접 운전해 차량을 옮겨야 했다.

HMGMA는 AI 기반 각종 시스템과 자율로봇 등을 완벽히 통제하고, 공장의 생산 데이터를 디지털화해 운영에 활용하는 소프트웨어(SW) 중심의 공장으로 구축되는 동시에 인간친화적인 생산 현장을 지향했다.

기존 공장에서 작업자들이 무거운 부품을 들거나 윗보기 작업을 반복해야 했던 고전압 배터리, 전·후방 샤시 모듈 조립과 같은 공정은 작업자의 신체 부담은 줄이고 부상은 예방하는 인간친화적 형태로 구성됐다. 현장 작업자가 고중량의 부품을 들어 반복적으로 볼트를 체결해야 했던 공정은 체결 위치 조정을 포함해 실제 볼트 체결까지 모든 작업이 자동화됐다. 윗보기 작업을 배제한 것은 근골격계 부상 예방 효과를 기대하게 한다.