픽 앤 플레이스 로봇의 성공적 구현을 위한 단계별 가이드
물류창고에 로봇을 도입하는 것은 새롭고 낯선 프로세스이다. 따라서 철저한 준비가 중요하다. 창고 주문 처리 프로세스에서 이상 적인 픽 앤 플레이스 로봇을 찾고 구현하려면 다음 단계를 고려해야 하는데 그것은 크게 △탐색 △ 개념 증명 △ 디자인 △ 구현 · 최적화의 4가지 단계라고 할 수 있다.
1단계, 탐색(Exploration)
픽 앤 플레이스 로봇을 도입하는 이유는?
오늘날 대부분의 물류창고 관리자들은 로봇을 물류창고 프로세 스에 어떻게 활용할 수 있는지 모색하고 있다. 로봇 도입이 대중 화되는 데에는 여러 가지 이유가 있다.
• 높은 고객 수요: 노동력 부족은 심화되는 반면 생산량은 증가해야 한다.
• 인건비는 상승하는 반면, 경쟁력을 유지하기 위해서는 운영 비용을 줄여야 한다.
• 육체 노동에 대한 보건 및 안전 규정이 더욱 엄격해지고 있다. 또한 기업들은 직원들의 근무 환경을 개선하여 보다 매력적인 근무 환경을 조성하고자 한다.
이러한 과제는 물류창고에 엄격한 조정을 요구한다. 다양한 자동화 옵션이 있지만 어디서부터 시작해야 할까? 주문 처리 프로 세스에서 피킹 및 배치 작업을 자동화하는 것은 창고를 개선하는 이상적인 방법이 될 수 있다.
하지만 요구 사항을 충족하는 완벽한 픽 앤 플레이스 로봇 또는 코봇을 어떻게 찾을 수 있을까? 가능성을 탐색하고 탄탄한 비즈니스 사례를 구축하는 데 도움이 되는 몇 가지 질문을 스스로에게 던져보는 것이 좋다.
어떻게 시작해야 하나?
먼저, 주문 처리 프로세스에서 가장 큰 비용 절감을 실현할 수 있는 수동 피킹 및 배치 프로세스를 매핑하는 것이 중요하다. 이러한 수동 프로세스를 작업자가 수행해야 하는 모든 작업으로 세분화해야 한다. 가장 반복적인 작업은 로봇으로 자동화하기 가장 쉬운 작업 이다. 반복적이고 단조로운 작업일수록 로봇에게 더 적합하다. 그렇기 때문에 픽 앤 플레이스 프로세스는 로봇을 구현하기에 좋다.
어떤 부분이 로봇에 가장 적합한가?
어떤 수동 픽 앤 플레이스 작업이 가장 반복적인지 파악했다면, 다음 주제를 통해 이러한 프로세스가 로봇 공학에 얼마나 적합한지 알아보는 것이 좋다.
• 작업 변형: 작업의 변화가 작을수록 자동화가 더 쉽다. 로봇은 팔레트화나 토트백 피킹과 같은 팔레트화 또는 토트 피킹 및 배치와 같은 특정 작업을 수행하는 데 가장 적합하다.
• 제품 변형: 제품 변형이 작을수록 자동화가 더 쉽다. 로봇은 점점더 다양한 제품을 더 잘 처리하고 있다.
• 용량: 픽 앤 플레이스 로봇은 일반적으로 작업에 따라 시간당 300~1000개의 픽을 처리할 수 있다.
• 도달: 산업용 로봇 팔은 도달 범위가 다양하다. 브라운 필드 구현에 매우 적합한 코봇 팔은 일반적으로 2×2미터의 도달 범위를 처리할 수 있다.
• 페이백: 비즈니스 사례에 따라 다르지만, 하루 10시간의 생산성을 기준으로 볼 때 로봇의 투자 회수 기간은 일반적으로 약 3년이다.
주문 처리 프로세스를 어떻게 조정해야 하나?
작업자를 로봇으로 일대일 대체하면 함정에 빠질 수 있다. 인간과 로봇은 매우 다른 기술을 가지고 있다. 최적의 로봇 기능을 보장 하려면 주문 처리 프로세스의 변경이 필요할 수 있으며 비즈니스 사례에 맞게 고려해야 한다. 일반적으로 고도로 반복적인 작업은 로봇에게, 보다 다양하고 창의적인 작업은 작업자에게 맡기는 것이 좋다.
예를 들어 제품을 재배열하여 최고의 토트 충전률을 달성하는 것은 인간 작업자에게 더 적합한 작업이다. 한 가지 해결책은 픽앤 플레이스 로봇이 토트를 채우지만 주문 완료는 작업자가 수행 하도록 하는 것이다.
또 다른 예로는 연중무휴 운영이다. 야간 근무에는 많은 비용이 들기 때문에 수동 프로세스는 일반적으로 연중무휴 24시간 작동에 최적화되어 있지 않다. 하지만 픽 앤 플레이스 로봇은 24시간 연중무휴로 쉽게 작동할 수 있다.
로봇 구현의 비즈니스 사례를 구축하려면?
탐색 단계에서는 픽 앤 플레이스 로봇의 비용과 수작업 비용에 대한 인사이트를 확보하는 것이 기본이다. 다음 공식을 사용하면 그차이를 추정하는 데 도움이 될 수 있다. 하지만 정확한 견적을 위해서는 고려 중인 픽 앤 플레이스 로봇 공급업체의 도움을 받는 것이 현명하다.
2단계, 개념 증명(Proof of concept)
다음 단계는 물류창고 또는 테스트 환경에서 로봇을 테스트하여 실제적인 경험을 쌓는 것이다. 이는 창고에서 픽 앤 플레이스 로봇을 성공적으로 구현하기 위한 가장 중요한 단계 중 하나이다. 개념 증명 단계에서는 실현 가능한 것과 그렇지 않은 것을 파악할수 있다.
탐색 후에도 여전히 궁금한 점이 있나?
• 피킹 가능성: 로봇이 내 제품 구색을 처리할 수 있나? 공급망에 변경을 요청해야 하나? 특정 제품을 블랙리스트에 올려야 하는 가? 이전에 생각하지 못했던 예외 사항은 무엇인가?
• 속도: 로봇이 KPI와 원하는 처리량을 충족할 수 있나?
• 운영자 개입: 얼마나 자주 발생하나? 운영자에게 어떤 교육이 필요한가?
이러한 질문에 대한 답을 얻을 수 있는 테스트 환경은?
어떤 질문에 대한 답이 필요한지 파악했다면 어떤 유형의 테스트 환경이 필요한 답을 얻는데 도움이 될지 생각해 보아야 한다. 예를 들어 물류창고에서 매일 수백만 개의 다양한 품목을 처리하는 경우 공급업체에서의 간단한 테스트만으로는 충분하지 않다.
그보다는 실제 작업에서 픽 앤 플레이스 로봇을 테스트하여 처리할수 있는 품목과 적합한 솔루션인지 확인해야 한다. 하지만 새 창고를 짓는다면 어떨까? 로봇에 완전히 최적화되어 있지 않더라도 기존 창고에서 로봇을 테스트하는 것이 좋다. 이를 통해 로봇의 기능과 함정에 대한 아이디어를 얻을 수 있다.
테스트 로봇을 쉽게 구현하려면?
창고에서 로봇을 테스트하기로 결정했다면 최소한의 구현을 위해 무엇이 필요한지 생각해야 한다. 무엇보다도 주문 처리 프로세 스를 너무 많이 변경하지 않고도 로봇을 테스트하고 싶을 것이다.
그러므로 주변 시스템과의 인터페이스를 제한해야 한다. 필요한 인터페이스가 많을수록 로봇을 테스트하는 데 더 많은 시간과 노 력이 소요된다. 따라서 로봇을 내 WMS와 연결해야 하는가? 아니면 사람이 며칠 동안 WMS를 수동으로 번역할 수 있는가 등에 대해 고려해야 하는 것이다.
목표 및 KPI 설정하기
개념 증명 단계를 최대한 활용하려면 공급업체와 협력하여 목표와 KPI를 설정하고 이를 측정하는 방법을 설정하는 것이 중요하 다. 픽 앤 플레이스 로봇이 충족해야 하는 최소 요구 사항은 무엇 인가? 속도, 피킹 가능성 및 작업자 개입을 고려해야 한다. 이를 철저히 고려하여 개념 증명 단계에서 필요한 모든 것을 학습할 수있도록 해야 한다.
테스트 실행 및 평가
적합한 테스트 환경과 필요한 최소한의 구현을 탐색하고 목표와 KPI를 설정했다면 이제 픽 앤 플레이스 로봇의 실제 테스트를 시작할 차례이다. 테스트 중에는 결과를 지속적으로 모니터링 및 분석하고 공급업체와 긴밀히 협력하여 테스트 설정을 적절히 조정 해야 한다.
3단계, 디자인(Design)
개념 증명 단계에서는 창고 주문 처리 프로세스에서 픽 앤 플레이스 로봇이 무엇을 할 수 있는지에 대해 살펴봤다. 예상되는 사항, 최소한의 요구 사항, 현실적인 성능을 파악할 수 있다. 이를 바탕으로 로봇 구현 계획을 세부적으로 설계할 수 있다. 이 계획의 설계에 포함되어야 하는 몇 가지 주제가 있다.
기능 요구 사항
• 작업 변형: 로봇이 정확히 어떤 작업을 수행하나? 예를 들어, 로봇이 제품을 피킹하고 배치하는 작업과 함께 제품 바코드도 스캔해야 하나? 그렇다면 바코드가 제품의 정확한 위치에 있나? 아니면 공정의 다른 부분에서 스캐너로 바코드를 스캔할 것인가?
• 속도 및 선택성: 개념 증명 단계에서는 무엇이 현실적인지 알게 되었다면, 이제는 생산 요구 사항과 픽 앤 플레이스 로봇이 처리할 수 있는 작업 간에 일치하는 것을 찾아야 한다. 만약 시간당 2400개의 품목을 피킹 및 배치해야 하고 로봇이 800개를 처리할 수 있다면 최소 3대의 로봇이 필요하다. 프로세스에서 예상 되는 다운타임에 따라 여분의 용량을 추가할 수도 있다.
• 제품 공급: 픽 앤 플레이스 로봇에 제품을 어떻게 공급할 것인 가? 로봇을 지속적으로 작동시키려면 이 점을 고려하는 것이 중요하다. 로봇이 처리할 수 있는 제품과 처리할 수 없는 제품의 목록을 작성하여 화이트리스트와 블랙리스트를 만드는 것이 해결책이 될 수 있다. 블랙리스트에 있는 제품은 인간 작업자가 있는 피킹 스테이션으로 보낼 수 있다.
• 운영자 지원: 로봇에 작업자의 지원이 필요한가? 그리고 얼마나 자주 필요한가? 이러한 질문은 창고에서 픽 앤 플레이스 로봇을 어디에 배치할지, 얼마나 쉽게 접근할 수 있는지 결정하는 데 도움이 되는 필수 질문이다.
인터페이스
기능적 요구 사항 외에도 다음과 같은 인터페이스를 철저히 고려 하는 것이 원칙이다. 로봇과 주변 하드웨어 및 창고 제어 시스템 (WCS)을 연결할 수 있어야 한다. 원활한 작동을 보장하려면 로봇이 WCS와 통신할 수 있어야 한다.
이 단계에서 핵심은 시스템이다. 로봇이 인터페이스해야 하는 모든 시스템의 목록을 작성한다. 그다음으로는 사양이다. 공급업체와 긴밀히 협력하여 인터페이스의 사양을 결정한다. 로봇이 수신해야 하는 데이터와 로봇이 전송해야 하는 데이터는 무엇인가? 이 데이터는 어떤 속도로 필요한가? 제어 실에서 필요한 제어 기능(시작/중지, 재개 등)은 무엇인가?
기능 외 요구 사항
비기능적 요구사항은 로봇을 창고에 원활하게 통합하기 위해 로봇에 필요하거나 필요한 모든 추가 요소이다. △ 인터넷 연결: 로봇에 필요한가? △ 압축 공기: 중앙 시스템을 통해 압축 공기를 공급받을 수 있나? 아니면 로컬에서 생성해야 하나? △ 전기: 코봇 솔루션은 전력 소비량이 매우 낮기 때문에 일반 전력망에 쉽게 연결할 수 있다. 그러나 산업용 로봇을 구현하는 경우 더 많은 양의 전기를 소비하므로 별도의 전원 그룹이 필요하다.
평면도
기능적 요구 사항, 인터페이스 및 비기능적 요구 사항에 대해 수집한 정보를 바탕으로 신규 또는 기존 창고에서 픽 앤 플레이스 로봇을 배치할 위치를 결정하는 플로어 플랜을 설계할 수 있다. 이 플로어 플랜을 그릴 때는 로봇이 주변 시스템과 어떻게 통합 되는지 고려하는 것이 중요하다. 그 다음으로 작업자 지원에 따른 접근성은 최적의 레이아웃을 찾기 위한 중요한 요건이다.
서비스 요금제
또한 픽 앤 플레이스 로봇의 서비스를 어떻게 처리할 것인지 생각해 보아야 한다. 다른 기계와 마찬가지로 언젠가는 문제가 발생하 거나 유지보수가 필요할 수 있다.
그러므로 자문해 봐야 할 몇 가지 질문은 △ 내부적으로 해결할 수 있는 문제와 서비스 팀이 필요한 문제에는 어떤 것이 있나? △ 공급업체의 서비스가 필요한 경우 서비스 응답 시간은 얼마나 빨라야 하나? △ 공급업체의 서비스 팀이 로봇에 원격으로 액세스하여 문제를 해결할 수 있나? △ 빠른 교체를 위해 현장에 예비 부품 재고를 확보하고 싶나? 등이다.
안전
로봇 구현 계획을 설계할 때 고려해야 할 또 다른 측면은 안전성을 검사하는 것이다. 산업용 로봇 솔루션은 기본적으로 솔루션 주변의 대형 안전 케이지를 포함하여 많은 안전 조치가 필요하다.
반면 코봇은 안전 펜스가 필요하지 않으며 기존 라인 내에서 구현 하기가 더 쉽다. 그럼에도 불구하고 코봇은 추가적인 안전 조치가 필요할 수 있다. 예를 들어 사람과의 안전한 협력을 보장하는 코봇의 표준 안전 기능 외에도 작업자가 가까이 있을 때 로봇이 느리게 움직이도록 하는 안전 스캐너를 추가할 수 있는 것이다.
롤아웃(Roll-out)
창고에 로봇을 구현하는 데 필요한 모든 주요 측면을 분석했으면 이제 롤아웃 계획을 설계할 차례이다. 여러 대의 픽 앤 플레이스 로봇을 창고 또는 여러 창고에 배치하고 싶다면, 소규모로 시작하여 여러 단계에 걸쳐 롤아웃을 분산하는 것이 현명할 수 있다.
4단계, 구현 및 최적화
앞에서 언급한 연구와 준비 과정을 거쳐 이제 픽 앤 플레이스 로 봇을 실제로 구현할 때가 됐다. 이 단계에서 설치는 쉬운 부분이 지만 그 이후가 훨씬 더 중요하다. 그러므로 로봇의 성능을 개선 하기 위해 노력해야 한다.
데이터 모니터링: 결정한 KPI에 따라 픽 앤 플레이스 로봇의 성능을 지속적으로 모니터링하는 것은 기본이다. 그런 다음 이 데이터를 분석하여 공정과 로봇 모두에서 개선할 수 있는 부분을 파악할수 있다.
사용자 편의성 및 안전성 향상: 프로세스 및 로봇 최적화와 함께 작업자와 대화하는 것도 중요하다. 사용자 편의성을 개선해야 하는지 또는 개선할 수 있는지에 대한 유용한 통찰력을 얻을 수 있다. 뿐만 아니라 안전에 대한 인식도 중요하다. 로봇과 로봇 주변의 안전은 정돈되어 있나? 개선이 가능한가? 데이터 모니터링은 안전을 규제하는 데 도움이 될 수 있다. 특히 코봇 솔루션을 도입한 경우 충돌 발생과 같은 데이터가 유용할 수 있다.
예측 유지 관리: 예측 유지보수는 사용 가능한 데이터를 사용하여 하드웨어 부품의 교체 또는 유지보수가 필요한 시기를 예측하는 것이다. 예를 들어 로봇의 그리퍼에 특정 픽 횟수가 지나면 균열이 생기고 파손될 가능성이 있는 것으로 알려진 경우, 해당 픽 횟수 전에 그리퍼를 교체하여 이를 방지할 수 있다.
자료제공: Smart Robotics(smart-robotics.io)
