독일, 생산성 향상으로 자동차산업의 혁신을 선도한다

- Audi, 다운사이징, 생산 기기의 경량화, 신세대 로봇, 스마트형 조명 등 에너지 효율화 솔루션 성공적 도입 –

- 국내 기업, 생산효율성 강화에 역량 집중 필요 -

□ Audi, 생산 효율성 확대 추진

 ○ 독일 및 유럽 최대의 완성차 기업 폴크스바겐(Volkswagen)의 자회사인 Audi의 자동화 공정계획부 부장인 니마이어(Dr. Michael Niemeyer) 박사에 따르면, 아우디의 넥카스울름(Neckarsulm) 공장 내 차체 생산에 필요한 전기의 약 60%는 생산공정에서 소비되는데, 이 중 대다수가 로봇과 열 접합 공정에서 소요된다고 함.

  - 현재 이 공장 내에는 2000개 이상의 로봇이 투입돼 있음.

 ○ 아우디는 차체 제조공정상 에너지 효율성 확대를 위해 혁신 시스템을 도입해 새로운 공정기술과 컨트롤 방식을 통해 에너지를 체계적으로 절감할 수 있는 방식을 검토해 나가고 있음.

  - 아우디의 자동화자동차 기술 공정계획부의 에너지효율 담당자인 샤흐트(Dr. Michael Schacht) 박사는 자체적으로 실질적인 생산조건에서 지속적인 테스트를 실시하고 있다고 밝히고, 이는 점차 생산의 새로운 표준으로 적용돼야 하기 때문이라고 전함.

 ○ 니마이어 부장은 아우디가 공구의 경량화, 다운사이징, 콤비 콘트롤 시스템 등을 위시한 혁신 시스템을 통해 생산성을 8.3% 향상시키는 데 성공했다고 밝히고, 지속적으로 차체 제조 과정상 이와 같은 분야에서 에너지 효율성을 향상시킬 수 있는 잠재력을 갖고 있다고 평가함.

□ Audi의 에너지 효율화를 위한 다각적 솔루션

 ○ 공구의 경량화

  - 아우디는 뵐호프(Boellhoff)의 리벳 접합기기를 사용하는데, 이를 통해 C 모양의 기기(C-Buegel) 무게가 철골 프레스 구조를 통해 감소됨.

  - 기존에 사용되는 모델 대비 이 기기의 무게는 약 40㎏ 가벼움.

뵐호프(Boellhoff)의 수동 및 자동 리벳 접합기기

자료원: Boellhoff

 ○ 로봇기술의 다운사이징(Downsizing)

  - 투입된 경량화 공구에 따라 로봇에 있어서 필요한 지탱 무게가 감소하게 되는데, 이에 따라 보다 더 소형의 로봇이 투입될 수 있음.

  - 이는 에너지 절감효과 외에도 로봇의 속도를 향상시키는 데도 효과가 있는데, 그 이유는 적은 크기의 로봇이 보다 빠르게 움직일 수 있기 때문임.

 ○ 신로봇 세대 교체

  - 아우디는 기존에 사용되던 Kuka의 산업용 로봇 시리즈 2000을 Kuka의 새로운 KR Quantec 모델로 교체함에 따라 차체 제조에 있어서 퍼포먼스를 향상시킴.

  - Quantec 시리즈는 구조상 보다 슬림하면서도 도달 거리나 지탱무게가 기존의 모델과 동일함.

  - 로봇 제조사 Kuka의 동 모델은 구 모델 대비 무게가 160㎏ 정도 적게 나가며, 부피 역시 25% 절감됨.

  - KR Quantec 시리즈의 경량 부품은 높은 다이내믹성을 갖고 있으며, 규칙적으로 작동하는 시간이 단축됐으나, 기존과 같은 견고함을 갖고 있는 것으로 알려짐.

KR Quantec 모델

자료원: kuka-robotics.com

 ○ 저항용접기기

  - 이는 아우디가 직접 개발한 경량 저항용접기기로 로봇의 엔드 이펙터(End-effector)*로 이동될 수 있는 질량을 감소시킴.

   · 로봇이 작업을 할 때 작업 대상에 직접 작용하는 기능을 가진 부분(예: 그리퍼, 용접 토치, 스프레이건, 너트 러너 등)

  - 로봇의 팔(arm)은 양쪽으로 교대로 구멍이 뚫려 있어 구멍이 중간에 겹치게 돼 있는데, 이를 통해 중간에는 냉각수가 흐르는 관을 통과시킬 수 있음.

  - 아울러 이 용접기기는 기존 기기 대비 30% 무게가 덜 나가면서도 견고성은 동일하다고 함.

  - 이 외에도 로봇의 접합점은 이미 구조상의 일부이므로 추가적인 부분품 및 이를 통해 추가로 발생할 수 있는 무게를 절감할 수 있음.

 ○ 콤비 콘트롤 시스템

  - 자동차 부품기업 Bosch와의 R &D 협력을 통해 구축한 콤비 컨트롤 시스템은 전기 공학적 용접기기와 차단 캐비닛 내 용접 콘트롤을 통합한 시스템임.

  - 이를 통해 아우디는 2차 컨트롤을 위한 냉각 과정을 절감할 수 있고, 이로써 에너지 소비도 절감하게 됨.

  - 동시에 콤비 콘트롤 시스템은 용접 프로세스를 신속화하고 공간 절감 효과도 있음.

 ○ 스마트 조명

  - 공장 내 생산 설비시설이 에러 없이 운영될 경우 설비 조명이 자동적으로 차단되는데, 이는 차체 제조 시 로봇이 작동할 경우 조명이 불필요하기 때문임.

  - 모든 작업장은 물론 근로규정에 따라 적절하게 조명이 비춰지나, 만일 설비가 에러를 인식하거나 근로자가 설비시설에 발을 디디게 되면, 조명이 자동으로 다시 켜지게 됨.

  - 아우디는 설비시설 조명용으로 LED를 사용하며, 연속 조명 설비에서 타깃 스팟 조명으로 바꿔 설비 시설당 적절한 곳에 필요한 조명만을 설치해 효율성을 높임.

 ○ Profienergy 시스템

  - 차체 제조 시 투입되는 용접 또는 리벳 접합기기 등의 공정기기는 최고(Peak) 성능을 갖고 있으며, 비교적 적은 기저 부하(base load)*로 충분하나, 전 차체 제조과정을 걸쳐 기저 부하(base load)는 총제조 과정상의 부담의 약 1/4에 해당됨.

   · 발전할 때 시간적 또는 계절적으로 변동하는 전 발전부하 중 가장 낮은 경우의 연속적인 수요발전용량

  - Profienergy 시스템은 이러한 기저 부하를 감축시키는데, 예를 들면 기계 가동 휴지기간 동안 로봇의 기능 중단이 가능하며, 여기서 로봇의 주요 부분 기능이 단계적으로 차단됨.

  - 여기서 계산기 기능은 차단되나, 네트워크 카드는 사인을 받기 위해 일정 부분 대기모드가 됨.

  - 아우디는 이러한 시스템을 생산 공정상 휴지기에 사용하고 있는데, Profienergy 시스템은 교체 또는 휴지기 계획을 구성하며, 이에 따라 로봇은 자동적으로 전원이 차단되고 적시에 다시 로그온됨.

 ○ 아우디의 헝가리 공장, 에너지 효율화로 연간 6200MWh의 절감효과 시현

  - 대표적 사례를 들면, 아우디는 현재 헝가리 괴르(Gyoer) 생산공장을 중심으로 기업의 혁신전략의 일부인 에너지 사용의 효율화 방안을 도입함.

  - 동 공장 내 지하층에는 7개의 발전저장기가 설치돼 있는데, 이는 에너지를 수 초 내에 저장하고 기계 동력으로 전달 가능함.

  - 아울러 공기압축기 역시 일반적으로 열 회수 시스템과 함께 작동되며, 압축 과정에서 생성되는 폐열은 다시 열 공급시스템에 저장이 됨.

  - 헝가리 소재 아우디 공장에는 현재 열회수가 가능한 12개의 압축기가 설치돼 있으며, 이를 통해 연간 6200MWh/a에너지절감 효과를 보고 있는데, 이는 1000개의 피자를 만들 수 있는 에너지 소모량과 맞먹는 규모라고 함.

□ 전망 및 시사점

 ○ 독일 완성차 기업 Audi는 현재 혁신을 통해 생산공장 내 에너지 효율성을 증진하는 다각적인 방도를 모색해 나가 실질적인 응용 단계에 이르며 자동차 업계 내 효율화 트렌드를 선도해 나가고 있음.

 ○ 최근 들어 독일 자동차 업계 내 경량화나 다운사이징, 로봇 신기술 등을 통한 다양한 에너지 절감 및 생산성 향상을 위한 시도가 보다 활기를 띠는 가운데, 국내 기업 역시 다각적인 생산 효율성 강화에 역량을 집중해 지속되고 있는 경기 불확실성에 대비하고, 날로 치열해지는 자동차 업계 내 생존 경쟁에서 유리한 입지를 확보해 나갈 수 있을 것임.

자료원: Produktion, automobil-produktion.de, Kuka, Boellhoff 및 KOTRA 프랑크푸르트 무역관 자체정보 종합