작업 범위의 다양성과 신속하고 신뢰할 수 있는 로봇 피스 피킹 솔루션 도입에 대한 이해

RightHand Robotics

도입 시기

도입 시기는 아마존이 전 세계에 수만 개의 Kiva Systems 모바일 로봇을 도입한 시점일 것이다. 또는, 가상현실(Virtual Reality)과 머신 학습(Machine Learning)에 기초한 새로운 제품과 시스템을 강화하는 Nvidia 등의 업체가 만든 매우 빠른 GPU(Graphics Processing Units)로 시작되었을 것이다. 일부 사람들은 지각 기반 시스템 개발자에게 활기를 불어넣은 Intel? RealSense™와 같은 최신 RGB-D 카메라를 사용하는 비전 시스템이라고도 말한다. 아니면 드라이버가 로봇에 대한 비용을 10년 동안 극단적으로 감소시켜서일지도 모른다. 코봇(cobots)과 산업용 로봇의 콜라보로 비용이 절감되어, 로봇이 자동차 생산 라인뿐만 아니라 다양한 분야에서 사용되게 해주었다.

여전히 일부에서는 로봇이 순응성 손가락(compliant fingers)으로 감지하는 생체 모방형 로봇 그리퍼에 관한 것이라고 주장한다. 이 모든 추세가 로봇 피스 픽업(piece pickup)의 시대로 빠르게 변모하고 있음을 보여주는 중요한 지표이다.

로봇 피스 피킹(piece picking)이 물류 운영에 유익하다는 것을 아직 모르고 있다면 바로 적용을 해보라. 하나의 획기적인 기술 혁신보다 더 중요한 것은, 여러 요소를 결합하여 고객 주문을 더 간소하게 처리하는 전체 솔루션을 창출하는 것이다. 전자 상거래와 소매업은 두 자릿수의 성장을 하고 있으나 물류 종사 인원은 줄어들고 있다. 로봇 피스 피킹의 출현은 적절한 시기에 출현해 두 가지 문제를 한 번에 해결하였다.

수요는 피스 피킹으로 가고 있다

만약 전통적인 물류와 자재 취급 시스템으로 소매나 전자 상거래 공급을 하는 경우라면, 팔레트나 제품 상자를 이동의 시간을 최적화하는 데 엄청난 공을 들였을 것이다. 주로 팔레트와 상자 단위로 지역 유통 센터에서 실제 매장으로 제품을 옮긴다. 인터넷과 전자 상거래가 이 모델을 탈바꿈시켰다. 고객은 이제, 작은 개별 제품까지도 모두 주문형 액세스를 기대한다.

고객은 이제 회사의 웹사이트에서 주문한 특정 품목을 하루 만에 배송받기를 원한다. 해당 항목이나 제품은 저렴하며, 축구장 10~20개 규모의 시설에 보관되어 있는 10만 개, 심지어 100만 개의 SKU(stock keeping unit, 재고 관리 코드) 중 하나일 것이다. 판매자는 성수기와 비성수기 상관없이, 일주일 내내 24시간 원활한 자동화 물류라는 새로운 요구에 대해 얼마나 대처를 하고 있는지를 고려해야 한다.

처리 비용이 많이 든다

제품은 일반적으로 옴니 채널(omni-channal)이나 전자 상거래를 통해 유통과 고객 센터에서 고객에게 여러 처리 과정을 통해 전달된다. 이러한 처리는 창고와 가공 구역 사이, 또는 별도의 가공 구역에서 발생하는 경향이 있다.

인바운드 작업에서 선별과 조립이 일어나는 상황은 다음과 같다.
· 수신
· 옮기기
· 배정

아웃바운드 작업

· 피커에서 상품: 일괄 처리, 영역 선택 등
· 상품에서 피커: 자동화된 저장과 검색, 자율 이동 로봇
· 분류자​​ 인도
· 저장
· 포장 개봉

고객에게 전달되는 각 상품에도 여러 가지 과정 처리가 추가된다. 재고 관리와 감사 팀은 주기 계산과 통합, 공급 업체 감사, 주문 감사를 위해 모든 유형의 품목을 처리해야 한다. 분명, 현대 주문 센터는 많은 제품 처리 작업을 진행한다.
모든 처리는 운용비가 추가되고 수익에 영향을 주며, 귀중한 인적 자원을 필요로 한다. 그러므로 각 처리에 로봇 피스-피킹을 적용할 좋은 기회가 된다.

피킹을 현명하게

고무적인 소식은 여러 로봇 픽업 솔루션이 신생 기업과 이름있는 기업으로부터 모두 제공되고 있다는 것이다.
일부 공급자는 하드웨어 자체를 파악하는 데 중점을 두며, 일부는 비전을 제시하고 통찰하는 역할을 한다.

다른 이들은 클라우드의 거대한 데이터 세트에서 알고리즘을 실행하는 정교한 소프트웨어에 해답을 구해야 한다고 믿는다. 여전히 일부에서는 실제 작업에서 피스 피킹 문제를 해결하기 위해 이러한 기능을 어떻게 결합하는지가 중요하다고 주장한다. 최고의 방법을 선택하려면 테크노배블(technobabble)을 알고 비즈니스 요구를 충족시키는 솔루션을 파악해야 한다. 그것은 3가지로 추릴 수 있다.

범위, 속도, 신뢰성-로봇 피스 피킹의 3R

첫째, 솔루션은 하나 이상의 작업 과정에서 다양한 항목을 선택하고 배치할 수 있어야 한다.
둘째, 이 작업은 현재 존재하는 스테이션의 처리량 요구 사항을 충족하거나 초과하는 속도로 수행되어야 한다. 그러므로 시스템 전반에서, 하위 작업이 중단되거나 컨베이어 버퍼를 백업할 수 있는 병목 현상이 발생하지 않게 한다.
셋째, 어떤 솔루션이든 신뢰할 수 있어야 한다. 로봇은 매번 손상 없이 제품을 성공적으로 선택하고 배치해야 한다. 바코드 스캔 등의 방법으로 항목의 유효성을 검사해야 한다. 기계적으로 신뢰할 수 있어야 하며, 기존의 물리적 인프라를 거의 변경하지 않아야 한다.

그리고 기존의 물류 창고 소프트웨어 시스템과 쉽게 통합할 수 있어야 한다.
3R을 제공하는 방법에 따라 솔루션을 평가하면, 제때에 올바른 품목이 적절한 상태로 고객에게 전달되도록 하면서, 비용과 물류 흐름의 복잡성을 관리하는 데 도움이 된다.

고객이 요구하는 품목의 범위

다른 SKU의 폼 팩터와 포장이 같을 수 있으므로, SKU는 품목의 다양한 크기와 모양을 측정하는 완벽한 척도는 아니다.
치약, 샴푸 병, 비타민 병, 시리얼 상자, 칩 주머니, 티셔츠 등을 똑같이 포장한 많은 튜브가 있다. 회사가 보유한 SKU가 많을수록 이러한 종류의 제품 품목과 크기 옵션이 다양해진다. 그러나 아이템의 다양성만 문제가 아니다.

소비자의 직접 구매에 대한 요구로, 고객 주문 내역이 평균 1~2개 단위밖에 안 될 수 있다. 빠른 속도로 이동하는(더 보편화된) 제품이 항상 있음에도 불구하고, 주문 다양성은 특히 주문을 당일이나 익일 배송을 위해 신속하게 처리하려고 할 때 높다. 즉, 피커는 시설에서 주문을 처리하는 방식에 따라 하루 동안 같은 품목을 두 번 연속으로 보지 못하는 경우가 생긴다.

이러한 요구 사항은 환경이 매우 구조적이기 때문에 제품이 이동할 때 라인 전환에 걸리는 시간이 긴, 전통적인 제조와 조립 라인에서의 작업과 전혀 다르다. 여기서 허용되는 로봇 피스 피킹 솔루션은 제품의 상당 부분을 처리하고 유형 간 전환이 잦다. 그러나 솔루션을 모든 제품에 적용해야 하는 것은 아니다.

예를 들어, 자전거 타이어와 치약은 같은 창고에서 보관하고 처리하지 않는다. 이것들은 함께 포장될 가능성이 작으며, 일반적으로 별도의 상자에 넣어 배송된다. 토스터 오븐은 자체 상자에 넣어서 항상 단일 품목으로 처리된다. 따라서 로봇 작업 셀에서 선택할 항목의 범위가 넓을수록 좋다. 이는 재료 흐름을 단순화하고, 작업 중 하나 이상의 문제 지점에서 시스템을 높은 활용도로 유연하게 사용하게 한다.

특수 목적의 로봇 엔드-이펙터(end-effector)가 하나의 유형만 처리하도록 설계된 제조 애플리케이션에서의 로봇과는 달리, 주문 이행을 위한 최적의 로봇 피스 피킹 시스템은 비전과 소프트웨어 기반 인텔리전스와 다기능 기계 그리퍼를 통합한다. 그리퍼에는 흡입 기능, 순응형 핑거, 통합 센싱이 결합되어 있다. 이 시스템은 모형이 필요 없다. 이는 생성 시간이 길고, 오류가 잦으며, 유지 보수가 어려운 섬세한 3D 모형에에 의존하는 것과는 상반된다. 고급 피킹 시스템은 균질이나 혼합 SKU 토트(tote)가 있는 비체계적인 환경에서 작동한다. 이것은 로봇들이 수백 번 선택한 경험을 바탕으로 얻은 기계 학습을 통해 향상된다.

이러한 시스템은 사람의 노력은 덜고, 끊임없이 변화하는 다양한 제품에 신속하게 대처한다.
범위에 대해 생각한다면, 마지막 사항이 로봇이 이전에 보지 못했고, 현재의 SKU 데이터베이스에도 없는 항목에 대한 것임을 알아야 한다. 상품 팀이 내년에 완전히 새로운 제품 라인 판매를 결정했다면시스템이 실패하면 안 된다. 제조업체가 특별 프로모션을 실행하고, 같은 가격으로 30% 더 많은 제품을 제공하거나, 익숙한 SKU의 포장을 변경할 때에도 실패하면 안 된다.

계절별 포장지 그림이 호박에서 순록으로, 또 밸런타인 하트로 변경된다 해도 실패하면 안 된다. 모델 프리 피킹(model-free picking)을 기반으로 하는 솔루션은 소매업의 현실로 인한 생산성의 영향으로부터 사용자를 보호한다.

흔히 지능형 그리퍼와 비전 시스템, 제어 소프트웨어 간의 전반적인 관계를 로봇 손, 눈, 조화로서 학습한다고 생각한다. 다음은 매우 다양한 항목에 피킹 성능을 제공하는 솔루션으로 기술을 결합하고 패키지화하는 방법에 대해 간략히 설명한다.

높은 처리 속도

로봇 피스 피킹은 매우 빨라졌다. 로봇이 두 개의 인접한 토트 간에 한 번에 하나씩 항목을 이동시키는 연속 사이클에서, 시간 당 1,000단위의 속도가 유지된다. 상업용 규격(COTS) 로봇 팔은 신속한 피킹 옵션과 효율성을 향상하는 작업별 경로 계획 알고리즘을 제공한다. 비전과 지능형 하드웨어를 소프트웨어 인텔리전스와 통합한 지능형 솔루션은 빠르게 제품을 식별하고, 동작 경로를 지정하며, 선택을 수행한다.

로봇 피스 피킹 솔루션의 기본 ‘피크 앤 플레이스’ 기능이 충분히 빠르다면, 로봇 피킹 워크셀의 사용 사례와 전체 처리량은 여러 작업 진행 과정의 세부 정보에 의존한다. 고급 솔루션은 하나 이상의 출처와 장소에서 물건을 골라낸다. 또한, 제품을 놓는 장소는 정렬 시스템의 트레이와 같은 움직이는 표적이나 풋월(putwall) 프로세스와 같은 저장소가 포함된다. 도달과 적하 용량도 처리량을 고려해야 한다. 협업과 산업용 팔 같은 로봇 팔 옵션을 제공하는 솔루션은 도달 범위와 속도의 유연성을 극대화한다.

따라서, 장래의 로봇 피스 피킹 파트너에게 작업 셀을 빠르게 하려는 것과 유사한 항목의 벤치마크 성능에 측정치를 물어볼 것을 추천한다. 솔루션 디자인의 변형을 고려한다면, 실험실과 현장 데이터 모두가 이러한 결과를 뒷받침해야 한다.

공급 업체는 기존 시설이든 그린필드 디자인이든 관계없이 시스템 운영을 최적화하기 위한 절충점에 대해 기꺼이 논의해야 한다. 로봇 피스 피킹은 빠르게 개선되어 전형적인 DC와 FC 프로세스의 다양한 요구 사항을 처리할 수 있다.

또, 속도와 처리량에 대해 로봇 픽업을 얼마나 빨리 시스템에 배치하고 통합할 수 있는지도 고려해야 한다.
최고의 시스템은 한 명의 기술자가 하루 만에 배치할 수 있으며, 간단한 인터페이스를 특징으로 한다. 설치 방법이 계속 발전하고 표준화되면, 이 시스템은 더 많이 사용될 것이다. 따라서 로봇 피스 피킹에 따른 운영 비용 절감을 기다릴 필요가 없다.

확실한 신뢰성

로봇 피스 피킹은 주문을 올바로 완료했을 때 신뢰성을 얻는다. 즉, 정확한 수량을 지정된 장소로 제대로 전송해야 한다. 또한, 로봇은 바코드 스캔이나 이미지 매칭, 피스 피킹 시스템에 정확하게 재고가 반영되었는지 확인함으로써 주문을 완전하게 한다. 마찬가지로 로봇은 이미지를 포함해, 피킹 업무에 관한 자료를 수집하여 작업 완료를 확인하고 전반적인 작동 신뢰성을 향상시킨다.

로봇 피스 피킹은 물류 창고 프로세스의 이점을 극대화하기 위해 최소한의 인력 개입으로 높은 수준의 로봇 독립성을 달성해야 한다.
로봇의 독립성은 높은 작동 신뢰성, 소프트웨어 제어 시스템에 오류 및 예외 처리 기능 통합, 시설 내 호스트 시스템과의 인터페이스를 위한 간단하고 강력한 임무 제어 프로토콜 제공으로 달성된다.

로봇 시스템은 기계적으로 신뢰할 수 있어야 한다. 대량 생산에서 나온 데이터로 뒷받침되는, 신뢰성이 높은 COTS(Commercial off-theshelf) 기술과 하위 시스템을 활용해야 한다. 그리퍼 하드웨어와 같은 새로운 요소의 경우, 시스템 완성 단계에서 퀵 스왑 디자인(quick-swap designs)을 선호한다.

성공적인 로봇 피스 피킹 솔루션은 예외나 오류가 있는 경우에도 신뢰할 수 있어야 한다. 모든 것이 완벽한 행복한 과정의 시나리오를 계획하기는 쉽다. 그러나 이것은 완벽하게 운영되는 시설이나 최고의 로봇 픽업 작업 셀 디자인으로도 오류가 있을 수 있다는 사실을 간과한 것이다. 로봇이 항목 선택 작업을 할 때, 소스 컨테이너가 비어 있거나 없으면 시스템은 어떻게 응답하고 호스트 웨어하우스 제어 시스템(WCS, Warehouse Control System)과 통신할 수 있겠는가?

잘 고안된 솔루션에는 간단한 메시지 인터페이스가 있다. 따라서 WCS와 쉽게 통합하여 이런저런 문제를 조절하고 해결할 수 있다. 첫 번째 경우 로봇은 WCS에 오류 메시지(‘tote empty’)를 보내면, WCS는 컨테이너를 재고 관리로 라우팅할지를 결정한다. WMS(Warehouse Management System)나 WCS는 동일한 품목이 있는 다른 컨테이너를 로봇 작업 셀에 전달하거나 재고 가용성에 따라 다른 위치로 작업을 할당할 수 있다.

이 문제는 자동으로 해결되어야 하며 통합 메시지 프로토콜에서 강력한 오류 처리가 필요하다.
물론 이러한 모든 기능은 훌륭하지만, DC나 FC 관리자가 볼 때 안정성 측면에서 신기술을 위한 서비스와 지원 인프라를 갖추는 것도 중요하다. 로봇 피스 피킹은 RaaS(Robot-as-a-Service) 모델의 순수나 하이브리드 버전에 적합하다.
이러한 유연성으로 자본과 운영 비용을 예측 가능한 방식으로 쉽게 최적화할 수 있다.

3R을 솔루션 요구 사항으로 변환

로봇 피스 피킹이 잘 설계되고 기존 작업에 적절하게 통합되면 2년 미만에 ROI를 달성할 수 있다. 성공과 실패의 차이점은 시장에서 사용 가능한 다양한 옵션을 평가하고 운영에서 가장 효과적으로 구현하는 방법을 선택하는 방법론을 결정하는 것이다.

  피스 흐름의 새로운 시대에서 범위와 속도, 안정성에 대한 3R 요구 사항을 충족하는 솔루션은 다음과 같은 특성을 갖는다.

· 센싱과 흡입, 컴플라이언트 핑거의 최상의 기능을 결합한 다기능 스마트 그리퍼
· 모델 프리 피킹 접근법과 제품의 3D 모델 라이브러리 유지 관리
· 지능형 그리퍼와 컴퓨터 비전, 소프트웨어 제어, 필요한 학습 성과를 제공하는 기계 학습 기능을 활용하여 로봇 손, 눈, 협응에 대한 통합된 접근 방식
· 벤치마크 tote-tote와 피크 앤 플레이스 속도는 시간당 1,000개 이상
· 하나 이상의 위치와 컨테이너 유형을 선택하고 배치할 수 있는 기능
· 워크 플로우에서 어떻게 작동하는지 설명하는 솔루션 설계 리소스
· DC/FC의 여러 지점에서 사용이 가능한 유연성
· 효과적이고, 시간이 지나면서 향상되는 신속한 구현
· 주문 무결성을 바탕으로 한 시스템 아키텍처
· 바코드 스캔과 같은 항목 확인이나 유효성 검사 옵션
· 높은 수준의 로봇 독립성
· 기계적, 시스템적 신뢰성
· 견고한 오류 처리 기능이 있는 간단한 미션 제어 프로토콜 인터페이스
· RaaS 옵션을 포함한 서비스와 지원, 소유권 모델

피스 피킹 로봇의 적용

로봇 피스 피킹은 매우 새롭고 복잡한 기술을 활용한다. 지능적으로 결합하면 결과는 간단하다. 항목을 선택하여 예상대로 배치하고 고객은 제시간에 주문한 물품을 받는다. 기본 가치 프레임워크는 비즈니스에 적용할 때 범위와 속도, 안정성의 3R로 인해 결정된다. 동급 최강의 솔루션은 높은 수준의 3R 성능을 제공하는 명확한 공통 특성들을 갖추고 있다.
로봇 피스 피킹을 적용하면, 운영비를 절감하고, 가능한 피스 피킹 용량을 예상하게 되어 혜택을 누리게 된다.

자료 제공: RightHand Robotics(www.righthandrobotics.com)