조선업은 인력난과 생산성 향상이라는 구조적인 도전에 직면하면서, 선박 로봇 용접 기술을 통해 '사람과 경험 중심'에서 '로봇과 데이터 중심'의 스마트 제조 체계로 빠르게 전환하고 있습니다.
용접은 선박 건조에서 가장 중요한 핵심 공정이며, 이 공정의 자동화는 조선 산업 전체의 경쟁력을 좌우하는 중대한 과제로 인식되고 있습니다.
조선업이 로봇 용접에 주목하는 이유
선박 로봇 용접 시스템의 도입은 생산성 향상, 품질 일관성 확보,
작업 안전성 제고 등 복합적인 이점을 제공합니다.
생산성과 효율성의 극대화:
로봇 용접은 수동 용접 대비
4~5배 더 효율적
인 것으로 평가되며, 일부 산업에서는 로봇 시스템이 로봇 용접의 경우 50~80% (일부 연속 생산에서는 최대 90%)까지 높일 수 있기 때문입니다. 조선소는 로봇 도입을 통해 필요한 인력 규모를 줄이고 생산 일정을 효율적으로 완료할 수 있습니다.
ROhand + 로봇
일관된 고품질 확보:
로봇은 사전에 결정된 루틴에 따라 높은 정확도와 일관성을 가지고 반복 작업을 수행하며, 용접의 품질과 일관성을 높이고 인적 오류를 줄입니다. 또한, 로봇 자동화는 용접공의 숙련도에 따라 달라지는 품질 편차를 극복하는 데 필수적입니다.
작업 안전성 강화:
로봇은 고열이나 고압과 같은 인간에게 위험을 초래하는 극한 조건 에서도 작업을 수행할 수 있어, 작업자 안전을 크게 향상시킵니다.
특히 조선소에서는 용접 작업의 자동화가 안전사고 예방에도 중요한 역할을 합니다.
조선소 용접 환경의 특성과 기술적 난제
조선소의 용접 환경은 일반적인 제조 공장과 달리 특수한 어려움이 있어 자동화 구현이 까다롭습니다.
복잡하고 협소한 작업 공간:
선박 건조는 블록 단위로 이루어지며, 용접 작업은 론지(Longitudinal Girder) 사이와 같은
밀폐되거나 좁은 공간
에서 이루어지는 경우가 많습니다. 로봇은 이러한 공간을 비집고 들어가 용접을 수행해야 합니다.
ROhand + 로봇
치수 오차 및 형태 변형:
절단, 취부, 조립 과정에서 미세한 오차가 누적되거나 열에 의한 변형이 발생하여, 실제 부재의 형상이 CAD 설계 도면과 일치하지 않는 경우가 빈번합니다.
극한 환경과 표면 불균일:
조선소는 야외 또는 이에 준하는 환경이 많아 온도 변화, 습도, 직사광선 등에 민감한 센서 기술에 제약을 받습니다. 또한, 강판 표면에 녹이나 페인트가 불규칙적으로 도포되어 있어 용접선을 정확히 인식하기 어렵습니다.
선박 용접 자동화를 위한 핵심 기술 개발
이러한 난제를 해결하기 위해 조선업계는 로봇의 이동성, 정확성,
프로그래밍 효율성을 높이는 기술에 집중하고 있습니다.
① 자동화된 프로그래밍 및 3D 모델 활용
다양한 형태의 작업을 수행해야 하는 조선업에서 로봇 용접을 실현하는 핵심은 신속하고 정확하게 작업 데이터를 생성하는 것입니다.
자동 오프라인 티칭 시스템:
미쓰비시 중공업(MHI)은 3D-CAD MATES 조선 소프트웨어로 제작된 3D 선체 모델을 사용하여 용접 로봇의 작업 데이터를 자동으로 생성하는 자동 오프라인 티칭 시스템 을 개발했습니다.
이 시스템은 용접 로봇의 주된 난제였던 작업 데이터 생성 시간을 크게 단축하여, 다양한 작업을 대상으로 하는 조선업에 로봇 도입을 가능하게 했습니다.
SMART TEACHING
코베 스틸(Kobe Steel)도 조선 블록의 3D 모델을 활용하여 로봇을 티칭하는 오프라인 티칭 시스템인 "SMART TEACHING"을 개발했습니다.
"을 개발했습니다.로봇의 이동성과 접근성 기술
협소한 선체 내부나 복잡한 블록에 로봇을 투입하기 위한 다양한 이동 방식이 적용되고 있습니다.
이동형 플랫폼과 소형 로봇:
선박 조립을 위한 로봇 용접 시스템에는 블록 내부에 들어갈 수 있도록 최적화된
소형 로봇
이 필요합니다. MHI는 중앙부 평판 조립 블록의 용접 공정에서 자동 위치 결정 기능이 있는 경량 핸들링 캐리지에 로봇을 매달아(hanging style) 운용함으로써, 작업자 1명이 8대의 로봇을 관리하는 고효율 작업을 실현했습니다.
수동 운반형 협동로봇:
접근이 어려운 이중 선체 내부 등 협소한 구간에서는 작업자가 직접 들고 운반하는
수동 운반형 협동로봇
의 도입이 가속화되고 있습니다. 이 로봇은 경량화(로봇 본체 12kg 이하 요구)와 모듈화가 필수적이며, 작업자가 라인 레이저나 물리적 가이드를 이용해 로봇을 용접선에 정렬하고 고정할 수 있어야 합니다.
ROhand + 로봇
벽면 등반 로봇:
자기 흡착력을 사용하여 수직 및 경사진 표면을 이동하는 벽면 등반 로봇 기술도 개발되었습니다. 페로자성 표면에서 용접 작업을 수행하는 데 자석 바퀴 로봇이 적합하며, 이는 운영 안정성과 정밀도를 향상시킵니다. 삼성중공업은 자석 발을 가진 스파이더형 용접 로봇을 실제 조선소에 적용하기 위해 개발하고 있습니다.
③ 정밀 용접을 위한 센싱 및 제어 기술
설계 오차와 변형에 대응하기 위해 로봇은 용접선을 정밀하게 감지하고 경로를 보정해야 합니다.
아크 센서:
용접 중 발생하는 전류의 미세한 변화를 실시간으로 감지하여 로봇이 용접선을 따라가도록 경로를 자동 보정하는 핵심 기능입니다. 이 기능은 열 변형이 발생하는 수직 용접 중에도 용접선을 추적할 수 있도록 합니다.
터치 센서:
용접 와이어에 고전압(300V 이상)을 인가하여 부재와의 접촉을 감지함으로써, 실제 용접 위치를 측정하는 데 사용됩니다. 이는 현장의 오차를 보정하고 정밀 인식을 가능하게 합니다.
갭 필링 (Gap Filling):
조선 부재 조립 시 불가피하게 발생하는 0mm에서 4mm 사이의 불균일한 틈(Gap)에 대응하기 위해, 틈의 크기에 따라 용접 조건을 개발하여 적용하고 있습니다.
스마트 조선소와 로봇 용접의 미래
HD현대, 한화오션, 삼성중공업 등 한국의 주요 조선사들은 로봇과 AI를 활용한 스마트 조선소 구축에 집중적으로 투자하고 있습니다.
AI 기반 혁신: AI는 선박 건조 과정 전반에 걸쳐 활용될 예정이며, HD현대 삼호는 선체 지지 최적화와 설계 검증을 자동화하는 AI 기반 선박 설계 도구 를 공동 개발하고 있습니다. 또한, 엔비디아(Nvidia)와 네이버(Naver)는 조선소 데이터를 활용하여 가상 환경에서 AI 모델을 훈련시키는 물리적 AI 플랫폼 을 공동 개발할 계획입니다.
숙련공 지식의 데이터화:
조선업계의 다음 과제는 숙련공의 경험과 직관을 데이터로 정량화하여 AI를 훈련시키는 것입니다.
ROhand + 로봇
수동 로봇의 고도화:
현재 수동 운반형 로봇은 작업자가 직접 위치를 재설치해야 하는 한계(작업자 1명이 로봇 10대의 로봇을 관리하는 수준으로 효율이 향상될 것으로 전망됩니다.
조선 산업은 로봇 용접을 단순한 노동 대체 수단이 아닌, 고품질 선박 건조와 지속 가능한 경쟁력 확보를 위한 필수적인 시스템 혁신 파트너로 인식하며 스마트한 미래를 향해 나아가고 있습니다.
선박 로봇 용접은 마치 오케스트라의 지휘자처럼, 3D 모델링, 정교한 센서, 이동 기술을 통합하여 복잡하고 거친 조선소 환경에서 완벽한 강철 구조물을 창조해냅니다. 과거 숙련공의 손끝에 의존했던 정밀한 작업이 이제는 데이터와 AI의 지휘 아래 이루어지며, 조선업의 생산성과 안전성을 한 단계 끌어올리고 있습니다.
