공장 내 물류 자동화 AGV 종류와 도입시 검토 사항

제조공장이나 물류창고 또는 물류센터는 수 많은 물자 운반기기가 오가며 작업하고 있는 현장이다.

이러한 현장의 DX(Digital Transformation)를 검토할 때 운반작업을 얼마나 효율화하느냐가 중요한 관건인데

중요 수단의 하나로 활약하고 있는 것이 AGV(무인 운반차)이다.

아래에 AGV의 종류와 장단점 그리고 도입 시 주의할 점에 대하여 설명한다.

AGV(무인운반차)

AGV(Automated Guided Vehicle: 무인운반차)는 사람이 조작하지 않고 자동으로 작동하여 물자의 운반을 담당하는 로봇으로,

주로 공장이나 창고 등 물자의 입출고 작업이 많은 현장에서 사용되고 있다.

컨베이어 벨트나 지게차 같은 운송 기기는 이미 많은 기업의 현장에 도입되어 운반업무의 부담이 크게 경감되었지만,

취급하는 물자나 활용 공간의 레이아웃에 따라 운반기기의 가동이 비효율적인 경우도 있어 여전히 인력에 의존하지 않을 수 없는 현장도 적지 않다.

AGV는 이러한 물자의 반송을 자동화하기 위해 개발되었다. 인적 부담이나 리소스 절약은 물론 제조라인과 동기화하여 생산성 향상이나,

물자의 파손 방지, 중량물 운반으로 일어날 수 있는 산업 재해 발생 억제 등 개선 효과를 내며 다양한 제조와 물류 거점에서 활약하고 있다.

AGV와 AMR의 차이

AMR(Autonomous Mobile Robots:자율주행운반로봇)은 AGV와 마찬가지로 물자를 운반하는 로봇이지만 그 작동원리가 다르다. 

AGV는 미리 설정된 경로를 따라 이동하는 반면 AMR은 센서와 AI를 이용해 자율적으로 주변 환경을 인식하며 최적의 경로로 물자를 운반한다.

따라서 AMR이 유연성이나 응용성에서 뛰어난 한편 AMR에는 AI나 IoT 같은 첨단 기술이 탑재되어 있어 AGV보다 도입 비용이 많이 드는 편이다.

운반물량이나 거점 공간의 레이아웃에 따라 AGV로 충분히 처리할 수 있는 경우도 있고 투자비용이 저렴하다는 관점에서 AGV를 선택하는 경우도 적지 않다.

AGV와 UGV의 차이

UGV(Unmanned Ground Vehicles:무인지상차량)은 무인으로 조종되는 지상차량의 총칭이다.

따라서 AGV를 포함한 분류이기는 하지만 UGV라고 할 때는 군사용이나 탐사 용도 등 물자 운반 이외의 용도로 사용되고 있는 것을 가리킨다.

AGV의 종류와 제어 및 유도 시스템

AGV는 운반 방식의 관점에 따른 분류와 작동 시의 제어 및 유도 방식에 따른 분류 등 다양한 방식으로 분류된다. 

운반 방식에 따른 분류

AGV는 운반 방식과 이에 따른 형상에 따라 다양한 유형으로 분류되는데 대표적인 것이 아래 3종류이다.

· 대차형(적재형)

대차형 AGV는 물건 적재에 필요한 평평한 대차 부분을 갖춘 구조로 가장 기본적인 유형이다.

수동 또는 컨베어 벨트 등으로 자동 적재 후 그대로 AGV 위에 물자를 실은 상태로 운반한다.

골판지 박스나 상자형 용기에 물건을 담아 운반할 수 있다.

· 저상형

저상형 AGV는 대차 위에 자재를 적재하는 것이 아니라 자재 아래로 AGV가 들어가 들어올린 상태로 물자를 운반하는 방식이다.

지게차가 짐을 운반하는 과정을 이미지하면 이해하기 쉬울 것이다.

이 방식은 주로 팔레트에 실린 제품이나 자재를 운반한다. 팔레트 위의 화물은 밀고 끄는 일반적인 방법으로는 이송이 어렵다.

사람이 적재하여야 하는 경우 팔레트 아래로 들어가 들어올려야 하는데 이 역할에 저상형 AGV가 적합하다.

· 견인형

견인형 AGV는 여러 카트나 대차를 견인해 물자를 운반하는 유형으로 대량의 물자를 동시에 운반할 수 있다는 점이 가장 큰 특징이다. 

대차에 적재할 수 있는 물자는 수나 종류, 형태와 관계없이 동시에 운반할 수 있고 가반 중량도 다른 운반 방식보다 높다. 

단점이라면 AGV 자체의 길이가 길어지기 때문에 작업자나 다른 AGV와 부딪치기 쉬운 점이다.

· 제어·유도 방식에 따른 분류

AGV는 일반적으로 미리 설정해 놓은 경로나 프로그램에 따라 작동하지만, 제어 및 유도 방식에 따라 분류되기도 한다.

· 라인 트레이스식(마그네틱 테이프 등으로 유도

라인 트레이스식 AGV는 바닥에 부착된 자기 테이프를 따라 주행하는 방식이다

유도식 또는 자기 유도식이라고 하는데 AGV에 따라 마그네틱 테이프 뿐 아니라 특정 색상으로 그어진 라인을 따라 주행할 수도 있다.

이 방식은 바닦에 테이프를 새로 부착하면 루트 변경이 가능하므로 어느 정도 유연성이 있으나 테이프 마모나 벗겨짐이 발생했을 경우 AGV가 주행할 수 없는 약점도 있다.

· 레일식(설치된 레일에서 유도)

레일식 AGV는 설치된 레일을 따라 움직이는 방식으로, 예를 들면 토로코 같은 것이다.

AGV와 구별하여 RGV(Rail Guided Vehicle)라 부르는 경우도 있다.

레일을 통해 고속으로 충전할 수 있고 장시간 연속 운전 가능한 점이 장점이긴 하나 레일을 설치해야 하므로 경로 변경에 시간이 걸리며,

주행 경로로 인해 공간 바닦에 단차가 발생하는 단점이 있다.

· QR코드식(이미지 인식으로 유도)

QR코드식 AGV는 바닥이나 천정에 설치된 QR코드를 읽어 위치정보를 파악하며 주행하는데 QR코드 외에

AR마커를 이용할 수 있어 이를 총칭해 이미지 인증방식이라 부르기도 한다.

마킹 교체만으로 경로를 변경할 수 있는 점은 장점이며 유연성은 라인 트레이스식보다 뛰어나지만 스캔이 불안정하므로 주의가 필요하다.

· 자율주행

자율주행이 가능한 유형을 AMR로 분류하는데 AGV와 혼동되는 경우도 있다.

센서와 카메라 그리고 AI를 이용해 독자적으로 경로를 결정하고 주행할 수 있는 유형의 가장 뛰어난 특징은 장애물을 피해가며 다닐 수 있는 점이다.

일반적인 AGV는 장애물 인식 시 일시적으로 감속하거나 정지해야 한다. 

한편 자율주행 운반로봇(AMR)은 장애물을 피해 물자를 운반할 수 있기 때문에 경로상에 문제가 발생하여도 대응 가능하며 경로와 레이아웃 변경에도 유연성이 높다.

AGV 도입과 장단점

제조현장에 AGV를 도입하여 운반 작업을 자동화하면 많은 장점이 있는 한편 문제도 적지 않게 발생한다.

AGV의 장점

· 물류업무 (Material Handling) 개선

AGV 도입에 따른 가장 큰 장점은 물자 운반 및 흐름 관리 등 물류의 효율성 향상에 있다. 

물류 운반업무는 입고, 생산, 출하 등 모든 공정에서 필요하다. 

생산 품목에 따라 다르나 AGV를 잘 활용하면 골판지 상자와 팔레트, 중량물 등 물자를 정확하고 신속하게 운반할 수 있다.

· 휴먼 에러 방지 및 안전 확보

인력에 의한 운반에는 운반 미스나 파손의 위험이 따르기 마련이다. 

특히 중량물 운반 중에 물자가 낙하하거나 지게차 조작 실수 등으로 인한 대형 사고 발생 위험이 항상 잠재해 있다.

이러한 운반 작업을 AGV로 대체함으로써 안전사고 발생 위험을 대폭 줄일 수 있다.

· 물류 인건비 절감

물류 작업 자동화를 통한 인적 리소스 절약은 궁극적으로 비용 절감 형태로 나타난다.

특히 24시간 가동되고 있는 공장이나 창고, 물류 센터에서 야간의 인건비는 큰 부담이 되며 관리자의 업무도 가중된다. 

AGV에 의한 물류 작업의 자동화는 기업에 큰 경쟁력이 될 것이다.

AGV의 단점 

· 운용 환경을 정비해야 하는 수고

AGV가 원활히 작동하려면 거점 공간 내에 일정한 공간을 확보해야 한다.

그만큼 기계 설비와 물자를 배치할 수 있는 공간이 좁아지고 레이아웃 변경에도 유연성이 저하된다.

또한 AGV의 유형에 따라서는 그 자체가 단차나 장애물이 될 수 있으며 유지 보수 업무는 필수적이다. 

현장 정리정돈을 비롯한 5S 활동은 공장 운영에 기본이지만 AGV 운용시에 특히 현장의 5S 상태가 운반 효율과 직결된다는 점을 명심하여야 한다.

· 다른 설비와의 연계성 난관

운반 작업은 운반 설비 자체만으로 완결되는 것이 아니라 전후 공정과 연계하여 비로소 제 역할을 할 수 있다.

AGV에도 작업자나 다른 설비와의 유연한 연계성이 요구된다. 

제조업의 경우 생산라인과의 동기화, 물류업의 경우 다른 운송 기기와의 간섭 방지 등 많은 사람이나 설비가 가동되고 있는

현장에서 어떻게 AGV를 다른 설비와 연계시킬 것인지 신중하고 상세하게 검토해야 한다.

· 도입 비용

AGV에만 국한된 것은 아니지만, 새로운 설비나 로봇 도입에는 그에 상응하는 투자 비용이 발생한다. 

도입 시 초기 설비투자 비용과 보수 관리 비용 대비, 삭감할 수 있는 인적 비용과 생산성 향상을 비롯한

기대효과가 어느 정도인지 운송 경로별로 세분화하여 시산해 보아야 한다.

도입할 경우 체크 포인트

· 키트형태로 자사 제작 가능

AGV는 키트를 활용하면 사내에서 자체 제작도 가능하다. 비용을 최소화하면서 특정 요구에 맞추어 커스터마이즈할 수 있다.

그러나, 성능과 안전성, 신뢰성 측면에서는 시판 AGV 보다 열악할 수 있다. AGV로 운반하려는 물자가 무엇인지, 어떤 경로를 생각하고 있는지,

만일 물자가 낙하·파손되었을 때 리스크는 어느 정도인지 기준과 한계를 검토하고 판단해야 한다.

· 안전규격 준수

AGV 도입에 있어 안전 확보가 필수적이기 때문에 AGV에 관한 여러 안전규격이 있다.

비상정지 기능이나 안정도, 사람 센싱 기능 등도 규격에 있다.

비용을 줄이기 위해 수동 대차에 모터를 다는 경우가 있는데 이것은 매우 위험하다. 

특히 AGV의 자체 제작을 검토하고 있는 경우 위 내용을 비롯한 안전규격에 대한 이해가 필수적이다.

· 방수문제

AGV는 실내만이 아니라 옥외에서 사용할 수도 있다. 실내보다 실외 사용이 많은 경우 주행 성능 면에서 비바람에 노출되는 작업 환경도 생각해야 한다. 

사용환경이 실내여도 출입구 부근을 주행할 경우 우천 등 갑작스러운 날씨 변화로 인한 영향이 예상되므로 내구성과 방수성을 검증하고 선정하여야 한다.

AGV는 다양한 유형과 특징이 있지만 모두 물류의 운반 작업에서 큰 개선이 기대된다. 

한편 AGV가 고성능일수록 도입 비용도 증가하므로 도입 목적과 사용환경에 따른 신중한 검토로 투자 비용을 줄일 수 있다.

· 개선사항

특히 첨단 기술이나 자동화 설비 도입 시 공통적인 사항이지만 AGV를 도입하기 전에 개선할 일은 없는지 살펴보아야 한다.

AGV 운용 공간 내 물류의 흐름을 파악하고 경로상에 비효율적인 낭비 요소는 없는지, 보관 방법이나 보관 장소는 적절한지

사전에 충분히 검토하여 목적과 환경에 따른 AGV 선정이 무엇보다 중요하다.