Audi Smart Production 미래 자동차 제조의 모습

· 어셈블리 모듈화로 제품의 유연성 제고 및 작업 간소화

· 차량 표면 버츄얼 검사가 설계, 기술개발, 생산에 있어서 디지털 인터페이스로 기능

· 로봇 견Spot 생산 공장에서 3D 스캔 지원

· 글로벌 네트워크화 된 가상공간에서 VR로 생산계획

아우디는 매우 효율적이고 지속 가능한 완전히 네트워크화된 생산체계를 확립하고 있다.

목표는 미래의 과제에 적절하게 대응할 수 있도록 민첩하고 유연한 가치 사슬을 설계하는 것이다.

여기에는 모델 변형의 다양화, 전기 자동차로 이행, 불안정성이 가중되고 있는 공급 상황, 정치적 불확실성이 포함되어 있다.

아우디 생산 및 물류 담당 이사 가드 워커는 다음과 같이 말했다.

“우리는 작업자는 물론 제품 사이클 전체에서 완전 자동화의 시너지 효과를 활용해 생산 전체를 내다보며 오픈 이노베이션 문화의 범주 안에서 디지털화를 추진하고 있다. 

우리는 가치 창조에 실현에 자원과 능력을 유연하고 효율적으로 이용할 수 있도록 할 것이다”

다음은 가드 워커와의 질의 응답 내용이다. 

Q 모듈러 어셈블리는 일반 조립라인의 생산에 비해 어떤 이점이 있나?

일반 조립 라인은 1세기 이상 동안 자동차 생산의 기본이 되어 왔다. 

그러나 지금은 그 한계에 가까워지고 있다. 수많은 파생 모델과 고객 기호 기반 옵션으로 인해 제품은 점점 다양해지고 있다.

따라서 기존의 프로세스로는 고객의 복잡한 생산 옵션 대응이 어렵다.

모듈러 어셈블리는 미래의 과제에 대한 우리의 해결책 중 하나다.

우리는 보다 유연하고 효율적인 조립 프로세스를 구현하고 특히 작업자들을 위해 디지털 기술을 활용하고 있다.

Audi Production Lab에서 프로젝트 매니저 볼프강 칸 팀이 대량 생산용 모듈러 어셈블리를 준비하고 있다.

아우디는 처음 잉골슈타트 공장의 차내 도어 패널 사전 조립에 이 컨셉을 도입했다.

시험 운영에서는 조립 순서를 매번 똑같이 따르지 않고 조립해도 각 모델 별 요구를 충족할 수 있게 되었다.

AGV(무인반송차)는 컴포넌트가 조립되는 공정으로 도어 패널을 직접 운반한다.

가치 창조와 셀프 가이던스 컨셉을 채택함으로써 상황에 따라 생산성을 최대 20% 향상시킬 수 있다.

또한 모듈러 어셈블리를 특정 제조 공정과 링크할 수 있다. 

예를 들면 현재 1명의 작업자가 선블라인드를 조립할 수 있게 되어 있다. 

이전 조립 라인에서는 이 작업을 사전에 설정된 시간 내에 조립을 완료해야 했기 때문에 2~3명이 조립작업을 했다. 

이 유연한 시스템의 또 다른 큰 장점은 신체적 장애로 라인에서 작업할 수 없었던 사람들도 작업할 수 있다는 점이다.

조립공정에서의 일련의 시험적 운영을 통해 귀중한 통찰력을 얻어 이를 토대로 엔지니어들이 공정을 조합할 수 있는 다양한 안을 도출할 수 있게 되었다.

프로젝트 매니저 칸과 그의 팀의 다음 단계는 대규모 모듈러 어셈블리를 프리 어셈블리에 통합하는 것이다.

Q 생산과 관련하여 아우디는 어떤 가상 기술을 사용하며 설계와 개발 프로세스에 어떤 영향을 가져왔나?

가상 기술을 사용하여 다양한 환경 및 조명 조건 하에서 모델의 디자인 및 장비 변경을 유연신속하게 효율적으로 확인할 수 있다.

가장 중요한 과제 중 하나는 설계 업무를 가능한 한 적은 시작 샘플수로 완료하고 생산으로 이행하여 시장에 도입하는 것이다.

이를 위해 전문가들은 모델의 초기 개발 단계부터 툴 도입에 이르기까지 설계도를 조사하여 양산 단계에서 재현할 수 있는지 확인한다. 

모델 차량 표면의 최종 승인은 데이터 컨트롤 마일스톤이라고 불리는 시스템에 의해 이루어진다.

이를 위해 가장 중요한 도구는 파워 월이라고 불리는 대형 화면이다. 여기에 차량을 실물 크기로 투영할 수 있다. 

시각화 클러스터(총 26,000개의 CPU를 탑재한 컴퓨터 클러스터)와 조합하여, 화면에 차량을 리얼하게 표현하여 실제의 빛이나 그림자, 반사의 영향을 계산해 표시할 수 있다.

이 프로세스는 가상 기술을 사용한 의사 결정 과정에 있어서 기초가 된다.

아우디는 파워 월에 의한 시각화 외에도 헤드 마운트 디스플레이를 이전보다 많이 사용하고 있다. 

이 방법을 이용하는 주요 장점은 전문가들이 고객의 관점에서 가상 모델을 체험할 수 있기 때문이다. 

이 특별한 가상현실(VR) 시스템은 표준 하드웨어와 소프트웨어로 가능하므로 빠르고 유연하게 설치할 수 있다. 

즉, 누구나 전 세계 어디서나 쉽게 이용할 수 있다는 것을 의미한다.

이 기술은 공차 관리에도 사용된다. 아우디는 이러한 방법으로 구조적이며 질적인 관점 모두에서 개별 사양에 맞추어 특정 모델을 개발해 나간다. 

바디 3D 시뮬레이션을 사용하면 컴포넌트와 어셈블리의 공차 영향을 차량의 이미지로 예측할 수 있다. 시뮬레이션 결과는 가상현실을 사용하여 시각화된다. 

이를 통해 아우디 생산 부문의 전문가들은 시간과 장소에 구애받지 않으며 거의 추가 비용도 발생시키지 않고 생산에서 설계와 개발 프로세스에 피드백할 수 있게 되었다.

Q 스마트 프로덕션에서 가상 어셈블리 계획의 이점은 무엇인가?

가상 어셈블리 계획은 소재의 자원을 절약할 뿐만 아니라 다양한 장소에서 혁신적이고 유연한 협력 관계를 이룰 수 있게 한다.

이렇게 되면 계획 프로세스에서 프로토타입을 만들 필요가 없다. 스캔 프로세스는 생산 공정에서 사용하는

머신과 인프라를 가상으로 배치하기 때문에 사용 가능한 3차원 점들을 생성한다.

이 소프트웨어는 인공지능과 기계학습 기반이므로 아우디 직원들은 가상으로 조립 라인을 구축할 수 있다. 

예를 들면 폭스바겐의 Industrial Cloud는 작업 장소를 비교 검토할 때 다른 생산라인에서 사용하고 있는 적절한 솔루션을 계획에 사용할 수 있도록 효율적인 툴을 제공한다.

현재 아우디는 NavVis와 협력하여 Spot이라 불리는 로봇견을 시범 운영하여 3D 스캔을 가능한 한 효율적으로 실행할 수 있도록 시험하고 있다.

 2017년 생산공장의 디지털화가 시작된 이래 13개 공장, 약 400만 m2가 3D 스캔의 대상으로 확대되었다.

10만 m2의 넓이(예를 들면, 네커슬룸의 Audi A6의 생산공장)를 스캔하려면, 1교대로 약 3주간 걸린다.

또한 스캔은 야간 또는 주말에만 해야 한다. 계단이나 문 등의 구조적 장애물로 인해 스캔 작업이 아주 어렵다.

로봇견 Spot은 자동으로 스캔 경로를 파악하여 48시간 만에 스캔을 완료할 수 있다.

아우디는 2021년 12월부터 집중적으로 로봇견 Spot를 테스트하고 있다. 

프로젝트 매니저 안드레본가츠는 다음과 같이 말했다. 

“테스트 결과는 매우 유망하며 정기적으로 업데이트할 수 있다. 새로운 데이터가 지속적으로 수집되어 신차 계획에 사용할 수 있다” 

안드레스콜러의 팀이 담당하고 있는 버추얼 영상에는, 모든 각도의 3D스캔을 통합할 수 있다.

"디지털 트윈에 모든 계획 데이터를 통합함으로써 미래 생산 계획에 대한 전체 이미지를 몇 년 전부터 볼 수 있게 되었다." 

디지털 트윈에는 실제 공장에서 생산하는 신차 아우디 모델뿐 아니라 제조 현장, 컨베이어 기술, 도구, 선반, 컨테이너도 포함되어 있다.

아우디는 조립 시켄스와 로지스틱스은 주로 3D 프로세스 워크샵이라고 하는 크로스 펑션 팀이 설계 및 최적화하는데

디지털 트윈과 사내 VR 솔루션을 통해 디지털화와 시각화의 장점을 활용하고 있다. 

이것을 통해 매일 업데이트되는 컴포넌트 데이터와 자동차의 다양한 모습을 볼 수 있다.

"무엇보다도, 우리는 생산 개시 후의 전체상을 보고 있다"라고 안드레스콜러는 설명한다.

“특히 협력 관계가 중요한 요소라고 강조한다. VR 안경을 장착하고 가상 세계에서 아바타를 통하여 동료들과 만나는 순간 항상 나는 감동 받는다.

먼저 거기서 신차 아우디를 만들어가는 데 있어 컴퓨터에 생성된 아바타를 보고 그것이 실시간 시뮬레이션에 어떻게 적용되는지 확인한다.

그리고 필요에 따라 필요한 도구, 재료, 세팅 방법 등 시켄스나 작업 환경에 대해 함께 논의하고 최적화한다“

Q 아우디는 생산에서 사용하는 에너지를 어떻게 절감하고 있나?

잉골슈타트 공장에서 1년간 소비하는 에너지는 시 전체에서 사용되는 양과 비슷하다. 

에너지를 절약하기 위해 데이터 분석은 필수적인 툴이다. 아우디가 사내에서 개발한 에너지 분석 툴은 자원을 절약하면서 제조를 지속 가능하게 하는 데 도움이 된다. 

이를 통해 생산과 비생산 시 어디에서 에너지 소비량이 높게 발생하는지 파악할 수 있다.

먼저 전문가들이 일관된 형식으로 다양한 소스에서 데이터를 수집한다. 

예를 들어, 완성 차량이나 컴포넌트로부터의 데이터, 도장 스프레이 부스나 용접 건의 에너지 사용데이터, 건물의 조명이나 환기의 소비 전력에 관한 정보를 수집한다.

다음 단계는 수집한 에너지 소비량을 에너지 담당자가 이해하기 쉬운 형식으로 제공한다.

에너지 담당자는 이 데이터를 바탕으로 에너지 사용 상황을 분석한다. 에너지 수요가 사전에 정한 허용한계를 초과하는 경우, 원인을 조사하고

생산 중 에너지소비를 줄이기 위해 개선안을 입안하고, 필요시 생산영역의 베이스로드(기초부하)를 낮춘다.

2021년 아우디는 에너지 분석과 프로세스 개선으로 잉골슈타트 공장에서 약 37,000MWh를 절약하는 데 성공했다.

Q 아우디는 생산에서 인공지능을 어디서 어떻게 사용하고 있나?

인공지능과 기계학습은 아우디의 디지털화 혁신 프로세스와 최첨단 생산의 주요 기술이다.

잉골슈타트의 프레스 공정에 도입된 AI 알고리즘은 콤포넌트의 결함을 특정하는 데 도움이 된다.

 이 프로세스는 인공 신경망 기반 소프트웨어에 의해 지원되고 있다. 이 소프트웨어는 아주 미세한 결함까지 식별하고 정확하게 마킹한다. 

이 솔루션은 딥 러닝, 즉 구조화되어 있지 않은 고차원의 데이터양을 처리할 수 있는 특수 기계학습으로 운용된다.

팀은 수백만 개의 테스트 패턴을 사용하여 몇 달에 걸쳐 인공 신경망에 학습시켰다.

이 데이터베이스는 아우디 및 폭스바겐의 여러 공장 프레스 공정에서 수집한 수 테라바이트 분량의 이미지로 구성되었다.

다른 파일럿 프로젝트에서의 인공지능 사용 예는 넥커슬룸 공장에서 스폿 용접의 품질을 체크하고 있다. 

Audi A6의 바디 컴포넌트를 만들기 위해서는 약 5,300곳에 스폿 용접이 필요하다. 

지금까지는 초음파 분석을 사용하여 랜덤으로 스폿용접 저항(약어 WPS)을 체크하여 품질을 확인해 왔다. 

전문가들이 WPS 분석 파일럿 프로젝트의 일환으로 인공지능(AI)을 사용하여 품질 이상을 실시간 자동으로 검출 프로젝트를 진행하고 있다. 

현재 아우디 A6 및 A7의 바디용접 공정에 알고리즘, 대시보드, 상세 품질 분석 어플리케이션이 사용되고 있다. 

이 솔루션은 네트워크화된 생산 공정에서 다른 용도로도 활용할 수 있다.

Q Edge Cloud 4 Production 컨셉 배경은?

아우디는 로컬 서버 솔루션인 Edge Cloud 4 Production으로 팩토리 오토메이션의 패러다임 전환을 시작했다.

Audi Production Lab(P-Lab)에서 테스트한 후, 3대의 로컬서버가 베링거호프 공장의 작업자들을 지원하고 있다.

아우디 넥커슬름 공장의 Audie-tron GT quattro 및 Audi R8 차량 조립 라인에서 로컬서버 솔루션인 Edge Cloud 4 Production을 공유하고 있다. 

생산량이 적은 여기 소규모 라인은 P-Lab 프로젝트를 테스트한 후 대규모 생산라인으로 확대하는데 적합한 라인이다.

아우디는 사이클 생산의 경우, 이런 종류의 집중형 로컬 서버 솔루션에 성공한 세계 최초의 카 메이커가 되려고 노력하고 있다. 

아우디는 앞으로 서버 인프라의 신뢰성이 높아지면 이 분야의 자동화 기술을 그룹 전체 양산 공정으로 확대 전개할 예정이다.

Edge Cloud 4 Production을 사용하면 몇대의 집중형 및 로컬 서버로 수많은 고가의 산업용 PC가 하는 일을 떠맡을 수 있다. 

이 서버 솔루션을 통해 가상화된 클라이언트 전체를 일정하게 유지할 수 있게 되어 리소스를 훨씬 효율적으로 사용할 수 있다.

특히 소프트웨어를 도입 운영체제를 변경하여 IT 관련 비용이 발생하는 경우 아주 효율적으로 생산할 수 있다.

Audi AG 생산 및 로지스틱스 담당 이사 가드 워커는 다음과 같이 말한다.

”우리가 여기서 하고 있는 일이 바로 혁명이다. 이전에는 새로운 기능을 도입하고 싶을 때 하드웨어를 구입해야 했다. 

Edge Cloud 4 Production에서는 소프트웨어 응용 프로그램만 구입한다. 이것은 IT 기반 생산을 향한 중요한 단계이다“

Q 미래 디지털화된 생산을 위한 새로운 아이디어는 어디에서 나오나?

아우디는 뮌헨공과대학 및 프라운호퍼 산업공학조직연구소(IAO)와 긴밀히 협력하며 독일의 하일브론의 교육캠퍼스에서 디지털화 실현을 위해 연구하고 있다.

 아우디의 Automotive Initiative 2025(AI25)는 디지털팩토리의 변혁과 혁신에 관한 세계를 리드하는 전문 지식 네트워크 확립을 목적으로 시작되었다.

https://www.automotive-initiative.de/

AI25는 그 자체로 아이디어의 근원이며 디지털로의 이행을 중요한 구성 요소로 생각하고 있다.

아우디 넥카커슬룸 공장은 폭스바겐 그룹의 디지털화 변혁에 있어 파일럿 팩토리로서 매우 중요한 역할을 담당하고 있다. 

그 안에서 베링거호프 공장 실제 실험실의 귀중한 데이터를 수집할 수 있다.

또한 아우디는 가이머스하임에 있는 생산 랩에서 새롭고 혁신적인 기술을 확인하고 그 기술들을 생산 프로세스에 확실하게 이전하고 있다. 

전문가들은 유저와 긴밀한 대화를 토대로 양산에 대한 새로운 솔루션의 적용 여부를 테스트하고 있다.

참조 | 

https://www.automobil-industrie.vogel.de/smart-factory-day-2023-event-auto-produktion-digitalisierung-nachhaltigkeit-a-f55594230d2defd1a932d7aff04e0240/

https://www.audi.co.kr/kr/web/ko/newsfolder/2022_12/20221221.html

https://www.audi-mediacenter.com/en/presskits/smart-production-14757​