[울산=뉴스핌] 김하영 기자 = 지난 12일 찾은 HD현대중공업 울산 중형선사업본부. 선각 5공장에는 주황색 산업용 로봇들이 선박 블록의 필수 부재인 러그(LUG)를 용접하고 재생하는 작업을 이어가고 있었다. HD현대중공업이 세계 최초로 구축한 '러그 자율제조 시스템' 현장이다.

선각 2공장에는 협동로봇이 용접선을 따라 불꽃을 튀기며 철판을 이어 붙이고 있었다. 용접 숙련공의 노하우가 담긴 협동로봇은 작업자 1명이 최대 8대를 운영할 수 있다. 따라서 단순 용접의 경우 품질 편차를 줄이고, 작업 속도를 높여 생산성을 크게 개선했다는 평가가 나온다.

이처럼 지금까지 사람의 영역으로만 여겨졌던 용접의 일부분을 AI와 로봇이 대신하게 됐다. 산업통상부의 '제조 인공지능(AI) 혁신 프로젝트(M.AX)'가 실제 조선업 현장에서 구현되고 있는 순간이다.

◆ 세계 최초 러그 자율제조 로봇…생산량 87.5% 늘었다

선각 5공장에 들어서자 주황색 산업용 로봇 여러 대가 쉴 새 없이 움직이고 있었다. HD현대중공업이 세계 최초로 구축한 러그 자율제조 시스템 현장이다. 이 시스템은 산업통상부 지원을 받아 개발부터 현장 적용까지 6개월 만에 마쳤다.

공장에서는 새 러그를 제작하는 용접 공정이 한창이었다. 로봇은 레이저 비전 센서(LVS)로 용접선을 인식한 뒤 자동으로 용접을 수행했다. 반대편에서는 사용한 러그를 다시 가져와 절단·가공하는 재생 공정이 이어졌다. 이렇게 재생된 러그는 다시 현장으로 보내져 재사용된다.

러그는 선박 블록을 크레인으로 들어 올리거나 이동할 때 사용하는 일종의 고리 형태 부재다. 선박 건조 과정에서 블록과 인양 장비를 연결하는 필수 부품으로, 조선소 곳곳에서 대량으로 사용된다.

HD현대중공업은 AI·로봇 기반 자율제조 체계를 통해 러그의 제작(용접), 재생(절단), 이송 공정을 모두 자동화했다. 산업용 로봇 8대와 자율주행로봇(AMR) 2대가 투입돼 사람의 개입 없이 연속 생산 체계를 구현하고 있다.

HD현대중공업 관계자에 따르면 러그는 통상 3회 정도 재사용된다. 기존에는 작업자들이 직접 러그 용접과 절단, 운반을 수행했지만 지금은 AMR이 생산 스케줄에 따라 자동으로 부재를 운반하고 있다.

특히 HD현대중공업은 러그 제작과 재생을 하나의 생산라인에서 통합 자동화한 시스템을 세계 최초로 구현했다. 조선소 특성상 모든 선박 부품이 서로 달라 자동화가 쉽지 않지만, 러그는 규격화된 부품이기에 자동화 실현이 가능했다.

러그 자율제조 시스템은 실제 성과로도 나타나고 있다. 시스템 도입 이후 생산량은 기존 대비 87.5% 향상됐다. 또한 기존 3종에 불과했던 자율제조 품목은 현재 43종까지 확대돼 전체 러그 물량의 약 95%를 처리할 수 있는 수준에 이르렀다.

HD현대중공업의 러그 자율제조 시스템은 산업부 지원을 받아 개발됐다. 1차 구축 단계에서는 총 사업비 17억원 가운데 3억5000만원을 지원받았고, 2차 고도화 사업에서는 총 9억8000만원 중 5억원을 지원받아 기술 개발과 현장 실증을 이어가고 있다.

HD현대중공업 관계자는 "러그를 한 곳에서 제작하고 재생하는 시스템은 전 세계 어디에도 없다"며 "HD현대중공업이 자체 개발한 세계 최초 기술"이라고 설명했다.

◆ 용접 기능장의 손기술을 데이터로…협동로봇이 직접 용접한다

선각 2공장에서는 용접 숙련공의 노하우가 담긴 협동로봇이 평블록 조립 공정의 용접을 수행하고 있었다. 로봇 팔은 센서가 인식한 용접선을 따라 일정한 속도로 움직였고, 작업자는 여러 대의 로봇 작업 상황을 동시에 확인했다.

평블록 조립 과정에서 반복적으로 이뤄지는 단순 용접 작업은 로봇 적용이 가능한 영역으로 분류된다. HD현대중공업은 이 반복 용접 공정에 협동로봇을 투입해 작업자 부담을 줄이고 생산성을 높이는 방식으로 자동화 범위를 넓혀가고 있다.

용접 로봇은 레이저 비전 센서(LVS) 기술로 부재 외곽선을 인식한 뒤 실제 형상과 3차원 도면 정보를 비교한다. 이후 도면에서 불러온 데이터를 기반으로 전류와 전압, 용접 속도 등 최적 조건을 자동 생성한다. 과거에는 용접 기능장의 숙련된 기술이 필요했던 작업을 이제는 비숙련자도 수행할 수 있게 된 것이다.

이에 용접 품질도 개선됐다. 로봇은 균일한 품질을 유지할 뿐 아니라 용접 후 표면을 갈아내는 사상 작업과 슬래그 발생도 크게 줄였다. 따라서 기존 수작업 대비 생산성은 크게 높아졌다.

또한 협동로봇은 한 명의 작업자가 최대 8대의 로봇을 동시에 운영할 수 있다. 기존에는 작업자 7명이 하루 약 500톤(t) 물량을 처리했다. 하지만 로봇 시스템 도입 이후 주간 기준 750톤, 주야간 운영 시 최대 1000톤까지 생산이 가능해졌다. 기존 대비 생산성이 2배 가까이 향상된 셈이다.

HD현대중공업은 향후 자율 이동형 전동레일과 도면 연동 기술을 적용해 용접 로봇의 자율성을 높일 계획이다. 궁극적으로는 작업자 개입 없이 로봇이 스스로 이동하고 용접하는 체계 구축을 목표로 하고 있다.

조선업 자동화가 어려운 이유는 자동차 공장처럼 같은 제품을 반복 생산하지 않기 때문이다. 선박은 크기와 구조, 설계가 모두 달라 비정형 생산의 대표 산업으로 꼽힌다.

윤대규 HD현대중공업 상무는 "조선업은 비정형 부재가 많아 자동화가 매우 어려운 산업"이라며 "중국과의 경쟁에서 앞서가기 위해 AI와 로봇 기반 자동화는 반드시 필요한 기술"이라고 말했다.

이어 윤 상무는 향후 계획에 대해 "현재는 정형 부재 중심으로 자동화를 구현했지만 앞으로는 AI 비전 기술을 활용해 비정형 작업과 도크 현장까지 확대할 계획"이라며 "장기적으로는 이족보행 로봇 등 새로운 형태의 기술도 개발하고 있다"고 덧붙였다.

gkdud9387@newspim.com