Plant Simulation Study (30) - making VNA warehouse , ACR
VNA 창고와 ACR 라이브러리 만들기
Siemens Tecnomatix Plant Simulation을 활용한 VNA Warehouse 및 ACR Library 제작
안녕하세요.
이번 Plant Simulation Study #30에서는 지난 Study #29에서 제작했던 VNA Warehouse를 조금 더 확장하여, ACR을 활용한 자동창고 시스템을 만들어 보았습니다.
최근 물류 자동화 프로젝트에서는 일반적인 Stacker Crane이나 Forklift뿐만 아니라 ACR, Shuttle, AutoStore, VLM처럼 공간 활용도를 높일 수 있는 다양한 자동화 설비가 적용되고 있습니다.
이번에는 동일한 VNA Rack 구조를 활용하면서, 작업자가 운전하는 Forklift 대신 Rack 내부에서 자동으로 제품을 입·출고할 수 있는 ACR Library를 제작해 보았습니다.
매번 ACR의 이동과 Rack 입·출고 Logic을 처음부터 다시 만드는 대신, 기본적인 동작을 하나의 Library 형태로 만들어 다른 프로젝트에서도 쉽게 재사용할 수 있도록 구성하는 것이 이번 Study의 목적입니다.
1. ACR이란?
ACR은 일반적으로 Autonomous Case-handling Robot을 의미합니다.
AMR처럼 바닥을 이동할 수 있으면서 동시에 Rack의 여러 높이에 접근하여 Box, Tote 등의 제품을 직접 Pick & Place할 수 있는 형태의 물류 자동화 장비입니다.
일반적인 AMR이 제품을 한 지점에서 다른 지점으로 운반하는 역할에 집중한다면, ACR은 이동뿐만 아니라 Rack 내부의 Storage Location에 직접 접근하여 입·출고 작업까지 수행할 수 있습니다.
따라서 높은 Rack과 좁은 Aisle을 활용하는 물류 시스템에서 공간 활용도를 높이면서 자동화를 구현할 수 있습니다.
2. Plant Simulation에서 ACR 객체 만들기
먼저 Plant Simulation에서 사용할 수 있도록 ACR 객체를 구성했습니다.
단순히 3D Graphic만 만드는 것이 아니라 실제 Simulation Model에서 사용할 수 있도록 ACR을 여러 구성 요소로 나누어 제작했습니다.
ACR은 기본적으로 다음과 같은 동작이 필요합니다.
- Aisle 내부 이동
- 지정된 Rack 위치 접근
- 제품 높이까지 Handling Unit 이동
- 제품 Pick
- 제품 Place
- Load / Unload Station 이동
이러한 동작을 하나의 객체 내부에서 처리할 수 있도록 구성했습니다.
특히 이후 다른 프로젝트에서도 사용할 수 있도록 객체와 Method를 하나의 ACR Library 형태로 정리했습니다.
3. ACR Attribute 구성
ACR의 동작을 제어하기 위해 필요한 값들은 Attribute로 관리하도록 구성했습니다.
Plant Simulation에서 복잡한 자동화 설비를 Library로 만들 때는 각각의 값을 Method 내부에 직접 입력하는 것보다 Attribute로 분리하는 것이 좋습니다.
예를 들어 ACR의 현재 상태나 작업 대상 위치와 같은 값을 Attribute로 관리하면 이후 Logic을 수정하거나 다른 프로젝트에 적용하기가 훨씬 편리합니다.
이렇게 Library 구조를 만들어두면 모델마다 필요한 값만 변경하여 동일한 객체를 재사용할 수 있습니다.
4. Pick & Place Logic 구현
이번 ACR Library에서 가장 중요한 부분은 Rack과 제품을 주고받는 Pick & Place Logic입니다.
ACR이 Rack에 접근한 뒤 단순히 정지하는 것이 아니라 지정된 Storage Location의 높이와 위치를 확인하고 해당 위치에서 제품을 가져오거나 내려놓아야 합니다.
이를 위해 각각의 동작을 Method로 구현했습니다.
Pick
Rack 또는 Load Station에 위치한 제품을 ACR이 가져오는 동작입니다.
ACR이 지정된 위치로 이동한 뒤 Handling Unit이 제품 위치에 접근하고 제품을 ACR 내부로 이동시킵니다.
Place
ACR이 가지고 있는 제품을 지정된 Rack Location 또는 Station에 내려놓는 동작입니다.
Pick과 반대되는 방식으로 ACR이 대상 위치로 이동한 뒤 제품을 지정된 Storage Location으로 이동시킵니다.
Pick과 Place를 각각 Method로 분리하여 이후 Routing Logic과 쉽게 연결할 수 있도록 구성했습니다.
5. VNA Rack과 ACR 연계
ACR의 기본 동작을 만든 이후에는 이전 Study에서 제작했던 VNA Rack과 연결하여 실제 입·출고 동작을 테스트했습니다.
전체적인 흐름은 다음과 같습니다.
작업 요청 발생
→ ACR 이동
→ 대상 Rack 위치 접근
→ Storage Location 높이 이동
→ 제품 Pick / Place
→ 다음 목적지 이동
이 과정을 통해 ACR이 단순히 이동하는 Animation 객체가 아니라 실제 Warehouse System 안에서 제품을 Handling하는 물류 설비로 동작하도록 만들었습니다.
6. Load / Unload Station 연계
Rack 내부의 작업뿐만 아니라 외부 설비와 제품을 주고받기 위한 Load / Unload Station도 함께 구성했습니다.
자동창고에서는 Rack 내부의 처리 능력만큼 제품이 들어오고 나가는 Interface 구간도 중요합니다.
예를 들어
Conveyor → Load Station → ACR → Rack
또는
Rack → ACR → Unload Station → Conveyor
형태의 물류 흐름을 구성할 수 있습니다.
이러한 Interface를 함께 모델링하면 단순한 Rack Capacity뿐만 아니라 실제 시스템의 전체 Throughput과 ACR 필요 대수까지 분석할 수 있습니다.
7. ACR Library를 만든 이유
실제 프로젝트에서는 Layout과 제품 종류, 물동량 조건이 계속 변경됩니다.
그때마다 ACR 객체와 Rack 입·출고 Logic을 처음부터 다시 만드는 것은 상당히 비효율적입니다.
그래서 이번 Study에서도 지난 VNA Warehouse와 동일하게 Library 형태로 재사용할 수 있도록 구성했습니다.
기본 Library를 만들어두면 프로젝트에서는 다음과 같은 조건만 변경하여 빠르게 Simulation Model을 만들 수 있습니다.
- Rack Size
- Rack Level
- Storage Capacity
- Aisle Length
- ACR Quantity
- ACR Speed
- Pick / Place Time
- Load / Unload Station 위치
- 제품 입·출고량
이를 통해 다양한 조건을 빠르게 변경하면서 What-if Simulation을 수행할 수 있습니다.
마무리
이번 Plant Simulation Study #30에서는 VNA Warehouse에서 사용할 수 있는 ACR Library를 제작해 보았습니다.
이번 Study에서는
ACR 객체 제작
→ Attribute 구성
→ Pick & Place Logic 구현
→ VNA Rack 연계
→ Load / Unload Station 연계
까지 진행했습니다.
지난 Study #29에서는 3-Way Forklift를 이용한 VNA Warehouse를 구현했다면, 이번에는 같은 VNA 환경에서 ACR을 이용한 자동화 방식을 구현했다는 차이가 있습니다.
이런 형태로 물류 설비별 Library를 미리 만들어두면 향후 프로젝트에서 모델링 시간을 줄이고 다양한 자동창고 시스템을 훨씬 빠르게 비교할 수 있습니다.
앞으로도 Plant Simulation을 활용해 실제 물류 및 생산 시스템에서 사용할 수 있는 Library를 계속 만들어볼 예정입니다.