로봇이 車 조립하고 검사까지...현대차그룹 첨단공장 'HMGMA'

세계 최초 기술 대거 탑재…지역사회 공존도 추구

(지디넷코리아=김재성 기자)거대한 로봇들이 강판을 두드려 차량 패널을 만든다. 패널은 거대한 팔레트 위에 수십장씩 쌓이고, 팔레트를 운반하는 자율주행 로봇이 차체 공장으로 옮긴다. 차체 공장에서도 로봇이 조립하고 완성된 차체는 4족 보행 로봇이 단차를 확인한다. 

현대자동차그룹이 26일(현지시간) 준공한 최첨단 스마트 팩토리 '현대차그룹 메타플랜트 아메리카(HMGMA)의 생산 과정을 그린 모습이다. 2005년 첫 미국 생산기지 현대차 앨라배마 공장 이후 20년만에 첫 현대차그룹 통합 생산공장은 HMGMA이 처음이다.

총 부지 면적 1천176만㎡ 위에 자리잡은 HMGMA는 싱가포르 글로벌 혁신센터(HMGICS)의 최첨단 제조 혁신 플랫폼을 도입한 것이 특징이다. HMGICS는 2023년 건립 이래 인간 중심의 미래 모빌리티를 연구하고 실증 개발하는 현대차그룹의 테스트 베드이다.

HMGMA 차체 공장에서 차량 패널이 용접 공정을 거치며 자동차의 형태로 생산되는 모습

HMGMA는 인공지능(AI), 정보기술(IT), 로보틱스 등 첨단 기술을 융합한 제조 혁신 플랫폼을 바탕으로 현대 아이오닉 5, 아이오닉 9 등 우수한 상품성의 현대차그룹 차량들을 최고의 품질로 생산 중이다.

HMGMA는 현재 연간 30만대 생산능력을 보유 중이며, 향후 기아, 제네시스 차량은 물론 전기차 외에도 하이브리드 모델로까지 생산 라인업을 확대해 나갈 예정이다.

세계 최초 기술 대거 탑재…첨단공장 '표본'

HMGMA는 ▲프레스 ▲차체 ▲도장 ▲의장으로 이뤄지는 자동차 생산 공정 요소요소에 제조 혁신 기술을 적용했다.

HMGMA 도장 공장에서 차체에 도료가 도포되는 모습

이를 통해 패널 홀/크랙 감지 시스템, 도어 간격/단차 자율 보정 장착, 도어 자동 탈부착 등 세계 최초 적용 기술과 각종 첨단 시스템을 바탕으로, HMGMA는 효율적인 생산을 실현하는 동시에 작업자의 업무 강도를 낮추는 인간 친화적인 제조 현장으로 탄생했다.

프레스 공장에서는 최고 성능의 6천800톤급 초대형 고속 프레스(서보 모터에 의해 구동되는 프레스) 5대가 내려 찍고 자르는 과정을 반복하며 강판을 차량의 몸이 될 패널로 탈바꿈시킨다.

차체 패널은 91% 수준의 자동화 공정, 정밀한 성형기술, 고속 이송장치 등을 통해 생산되며, 비전 품질 검사와 AI 기반 품질 관리 시스템을 차례로 거치며 최고의 품질로 제조된다. 수십대 카메라로 촬영해 딥러닝 학습하는 패널 홀/크랙을 감지 시스템은 세계 최초로 적용됐다.

이렇게 만들어진 패널들은 100% 자동화 물류 시스템을 통해 다음 공정으로 옮겨진다. 자동 적재 시스템(ASRS)이 패널을 차종 별로 분류해 수십장씩 팔레트에 싣고, 자율주행 운반 로봇(AGV)이 레트를 다음 공정으로 적시에 이동시킨다.

HMGMA에서 생산된 아이오닉 9이 주차로봇에 실려 무인 품질 검사 공정으로 운반되는 모습

차체 공장은 로봇들이 일사불란하게 수행하는 용접 및 조립 공정을 거쳐 강판 패널들이 자동차의 외관으로 거듭나는 곳이다. HMGMA의 차체 공장은 100% 자동화를 달성했다. 차체 공정 중 도어 간격/단차 자율 보정 장착 시스템은 세계 최초로 적용된 기술로 균일한 단차 품질을 구현한다.

차체 공정의 마지막 단계인 외관 품질 검사에서는 보스턴다이나믹스의 4족 보행 로봇 '스팟(Spot)'이 수행하는 사양 검사와 측정된 품질 정보를 조립 로봇으로 실시간 피드백 보내 고품질 생산을 가능토록 지원하는 간격/단차 검사가 이뤄진다.

도장 공장은 최고의 외관 품질을 완성하기 위해 도료 도포부터 품질 검사까지 높은 수준의 자동화 시스템이 구현돼 있다. 도포 자동화 시스템은 수작업 대비 보다 균일한 도장 품질을 제공하고, 특수 도료 공급 설비는 24개 이상의 다양한 색상을 적용하는 일에 효과적인 대응을 가능하도록 한다.

의장 공장은 도장 공정까지 마친 차체에 2만~3만여 가지에 달하는 각종 자동차 부품을 조립해 완벽한 차량의 형태로 완성하는 마무리 생산 단계다. 자동차 내부를 각종 부품들로 채워야 하는 미세 업무가 많아 차량 생산 전체 과정 중 작업자(사람)의 손이 가장 많이 필요한 공정이라고 할 수 있다.

HMGMA는 전통적으로 의장 공장의 컨베이어 벨트 위에서 차체가 이동하고 수십, 수백 명의 작업자가 각 위치에 대기하며 부품을 조립하는 '컨베이어 벨트 시스템'이 아닌 컨베이어 벨트가 여전히 존재하지만, 일부 구간에서는 컨베이어 벨트 대신에 차체가 자율주행 운반 로봇(AGV)을 타고 운반된다.

HMGMA 차체 공장에서 보스턴 다이내믹스의 4족 보행 로봇 ‘스팟(Spot)’이 차체를 검사하는 모습

향후에는 모델, 옵션(세부 사양)과 무관하게 동일한 조립 순서를 거쳐야만 했던 컨베이어 벨트 방식을 극복해 경로를 지정할 수 있는 AGV의 도움을 받아 필요하지 않은 공정은 생략하고 필요 공정에 바로 투입되는 식으로 생산 방식이 진화해 나갈 것으로 기대하고 있다.

HMGMA 의장 공장에 세계 최초 적용된 도어(차문) 자동 탈거 및 장착 시스템은 과거 작업자들에게 의존해야 했던 도어 단차 품질 개선과 관리를 자동화해 세계 최고의 외관 품질을 달성하도록 한다.

차체와 결합될 각종 자동차 부품은 200여대의 자율이동로봇(AMR)에 실려 각 공정에 적시에 투입된다. AMR은 SLAM(동시 위치 측정 및 지도 작성) 기술을 바탕으로, 물류 창고에서 각 공정으로 원하는 위치까지 경로를 생성하며 부품을 배달시킬 수 있다.

HMGMA는 AI 기반 각종 시스템과 자율로봇 등을 완벽히 통제하고, 공장의 생산 데이터를 디지털화해 운영에 활용하는 소프트웨어(SW) 중심의 공장(Software Defined Factory)으로 구축되는 동시에 인간친화적인 생산 현장을 지향하고 있다.

현대차그룹은 향후 HMGMA에 현대차그룹 로봇전문 계열사 보스턴다이나믹스의 휴머노이드 로봇 '올 뉴 아틀라스'를 시범 투입할 예정이다. 보스턴다이나믹스는 생산 현장 투입을 앞두고 아틀라스의 AI 학습을 강화하고 있다.

HMGMA, 수소생태계 구축…"지역사회 공존 꿈꿔"

현대차그룹은 HMGMA에 수소 기술 기반 물류 체계 도입, 재생에너지 사용 등 환경친화적인 제조 생태계 구축 및 지역사회와의 공존을 위해서 다각도로 노력을 펼치고 있다.

태양광 발전 패널이 설치된 HMGMA 주차장의 모습

현대차그룹은 HMGMA에 수소 기술을 활용한 친환경 물류체계 'HTWO 로지스틱스 솔루션'을 도입했다. 엑시언트 수소전기트럭 21대를 활용해 부품과 완성차를 운송하는 등 HMGMA 중심의 수소 모빌리티 생태계 구축을 추진하고 있다.

또한 현대차그룹은 환경친화적인 공장 운영을 위해 지난해 147MW(메가와트) 규모의 현지 태양광 발전 전력구매계약(PPA)을 체결했다. HMGMA의 넓은 주차장 부지에는 태양광 발전 패널을 지붕에 설치한 구조물들이 대규모로 설치돼 있다.

공장 야외에 설치된 워터타워(급수탑)에는 HMGMA의 환경친화적인 노력이 예술 작품으로 새겨졌다. 지역 유명 예술대학 '서배너 칼리지 오브 아트 앤드 디자인'의 학생들이 공장과 지역사회로 물을 공급하는 워터타워 위에 태양광, 전기차 등 HMGMA의 친환경 모습을 그려냈다.

김재성 기자(sorrykim@zdnet.co.kr)