정의선 현대자동차그룹 회장이 26일(현지시간) 열린 HMGMA 준공식에서 모두발언을 하고 있다. [현대차그룹 제공]

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HMGMA 차체 공장에서 차량 패널이 용접 공정을 거치며 자동차의 형태로 생산되고 있는 모습 [현대차그룹 제공]

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현대자동차그룹이 북미 시장 공략을 위해 본격적으로 가동을 시작한 ‘현대차그룹 메타플랜트 아메리카’(HMGMA)는 앞서 그룹이 쌓아온 최첨단 기술역량이 총망라된 스마트 팩토리로 설립됐다.

현장에서는 연간 30만대를 효율적으로 생산하도록 다양한 자동화 프로세스와 더불어 인간 중심의 작업환경이 고스란히 구현됐다는 평가를 받는다.

구체적으로 HMGMA는 ▷프레스(차량용 강판을 패널로 형성하는 공정) ▷차체(강판 패널을 자동차 외관으로 형성) ▷도장(도료를 도포) ▷의장(다양한 부품을 조립)으로 이뤄지는 자동차 생산 공정 전반에 최신 제조 혁신 기술을 적용했다.

특히 공장에 새롭게 도입된 패널 홀·크랙 감지 시스템, 도어 간격·단차 자율 보정 장착, 도어 자동 탈부착 등은 세계 최초 기술 적용 사례에 해당한다. 아울러 현장에 배치되는 수백대에 달하는 최첨단 로봇 장비들은 높은 생산성과 균일한 품질을 책임진다.

우선 프레스 공장에서는 최고 성능의 6800톤급 초대형 고속 프레스(서보 모터에 의해 구동되는 프레스) 5대가 내려찍고 자르는 과정을 반복한다. 자동화율은 91%이며, 정밀한 성형기술 수준도 자랑한다. 프레스 공정에서 적용된 패널 홀·크랙 감지 시스템은 수십 대의 카메라를 통해 촬영한 데이터를 딥러닝으로 학습해 AI(인공지능) 기반 품질 관리 체제도 구축한다.

여기에서 형성된 패널은 100% 자동화 물류 시스템을 통해 다음 공정으로 옮겨진다. 패널을 차종별로 분류해 팔레트에 싣는 자동 적재 시스템(ASRS)과 다음 공정으로 옮기는 자율주행 운반 로봇(AGV) 등이 활용된다.

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이어 차체 공장에서는 로봇들이 일사불란하게 용접 및 조립 공정을 수행한다. HMGMA의 차체 공장은 100% 자동화를 달성했다. 차체 공정 중 세계 최초로 적용된 기술은 도어 간격·단차 자율 보정 장착 시스템으로, 로봇과 AI 기술 등을 바탕으로 균일한 단차 품질을 구현한다.

차체 공장의 외관 품질 검사는 보스턴다이나믹스의 4족 보행 로봇 ‘스팟’이 책임진다. 또한 실시간 피드백을 보내 고품질 생산을 가능토록 지원하는 간격·단차 검사도 함께 이뤄진다.

세 번째 도장 공장도 높은 수준의 자동화 시스템을 자랑한다. 이를 통해 수작업 대비 보다 균일한 도장 품질을 제공하고, 특수 도료 공급 설비는 24개 이상의 다양한 색상을 적용하는 일에 효과적인 대응을 가능하게 했다.

마지막으로 2만~3만여가지의 부품을 조립하는 의장 공장은 작업자(사람)의 손이 가장 많이 필요한 공정인만큼 현장에서 인간 중심 근무 환경을 조성했다.

현대차그룹은 HMGMA의 의장공정에서 전통적인 생산라인인 컨베이어벨트를 최적화하는 동시에, 일부구간에서는 AGV를 활용해서 단점을 보완했다. 그외에도 HMGMA 의장 공장에서 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 했다.

도장 공장에서 넘어온 차체의 도어를 열고, 고정 볼트를 풀어 차량에서 떼어내는 과정 모두를 비전 시스템의 도움을 받은 로봇이 수행한다. 도어를 다시 붙이는 작업에서는 14대의 로봇이 협동 제어를 통해 한 치의 오차 없이 도어 장착을 마무리한다.

차체와 결합될 각종 자동차 부품은 200여대의 자율이동로봇(AMR)이 운반한다. 현대차그룹은 싱가포르 글로벌 혁신센터(HMGICS)에서 양산성 검증을 완료한 AMR 관제 시스템(H-ACS)을 HMGMA에 적용해 최적의 물류 시스템을 구축했다. 이후 완성된 차량은 주차로봇 위에 올라타 자동화된 무인 품질 검사를 거쳐 지정된 최종 목적지까지 이동된다.

HMGMA의 의장공정은 기존 공장에서 작업자들이 무거운 부품을 들거나 윗보기 작업을 반복해야 했던 고전압 배터리, 전·후방 샤시 모듈 조립과 같은 공정을 로봇과 기계부품이 거들 수 있도록 구현해 냈다. 예컨대 현장 작업자가 고중량의 부품을 들어 반복적으로 볼트를 체결해야 했던 공정은 체결 위치 조정을 포함해 실제 볼트 체결까지 모든 작업을 자동화시켰다.

한편 HMGMA에는 그룹 계열사들의 핵심 기술 역량도 집결했다. HMGMA 부지 안에 위치한 현대모비스 배터리시스템 공장 및 모듈 공장은 현대모비스의 글로벌 생산거점 가운데 최대 규모를 자랑한다. 현대모비스는 공장 건축 단계부터 전체 라인 설계 과정에 고유의 생산기술 역량을 HMGMA에 투입하는 데 집중했다.

현대글로비스 HMGMA 물류센터는 수요 기반의 데이터를 실시간 분석해 보유 재고와 필요량을 예측하는 등 차량 제조에 필요한 부품 공급을 효율적으로 관리한다. 현대제철 HMGMA 공장은 초고강도강을 포함해 자동차용 강판을 가공해 프레스 공장으로 공급하고 있다. 현대트랜시스 HMGMA 공장은 연간 42만대 규모의 생산능력을 갖췄으며 아이오닉 5, 아이오닉 9에 탑재되는 시트를 생산한다. 현대위아는 로봇 기술 역량을 바탕으로 HMGMA의 물류 자동화를 지원한다.

또한 현대로템은 차량 강판을 차체 패널로 만들어주는 서보 프레스 설비를 HMGMA 현장에 공급하고 있다. 향후 현대차그룹 로봇전문 계열사 보스턴다이나믹스의 휴머노이드 로봇 ‘올 뉴 아틀라스’가 현장에 시범 투입된다. 보스턴다이나믹스는 생산 현장 투입을 앞두고 아틀라스의 AI 학습을 강화하고 있는 것으로 전해졌다. 김성우 기자