네트워크에서 데이터를 수집하는 스마트 팩토리

성형기술에서도 점점 스마트 프로세스, 스마트 팩토리, 스마트 제품을 요구하고 있다. 공구 메이커와 재료 개발자들도 이에 대응해야 한다. 먼저 네트워크화된 프로세스 체인을 고려해야 한다.

공학박사 안네도레 보세-문데(Annedore Bose-Munde): 경제 및 기술 분야 전문 편집자

지난 11월 헴니츠에서 열린 5차 국제 컨퍼런스 “Accuracy in Forming Technology(성형 기술의 정확성)“에서 Audi AG의 외르크 슈핀들러가 Audi 스마트 툴 숍(smart tool shop)을 소개하며, 공구 제조 분야의 도전과 Audi가 현장에서 획득한 접근 솔루션을 제시하였다. 다음날 Audi는 이 컨셉트에 대해 경쟁 부문 „Excellence in Production, 생산 탁월성“과 „2015년 공구 제조“상을 수상하였다. (아헨 공과대학 공작기계 연구소와 프라운호퍼 생산 기술 연구소 (IPT)가 주관하는, 이 상은 독일 공작 기계와 성형 제조업의 국제 경쟁력을 강화하려는 데 목적이 있으며, 이 상은 이미 12회에 걸쳐 수여되었다) 슈핀들러는 Audi의 공구 제작 철학에 담겨 있는 것이 무엇인지를 헴니츠에서 설명하였다. “잉골슈타트에 위치한 Audi Werkzeugbau는 초기 디자인 컨설팅부터 차체 공구 제작과 시스템 제조를 거쳐 작동 개시에 이르기까지 판금 부품 제조의 전과정을 포괄합니다. 이때 핵심은 공구 제작의 디지털 치수에 맞추어져 있습니다.”(슈핀들러) 공구 제조의 핵심 역량은 프레스 경화 성형 부품과 같이 표면 요건이 까다롭고 가공하기가 어려운 구조 부품이 들어가는 보디 쉘 부품을 만드는 공구 제작에 있다. 공구 제작의 수많은 경계면에서 가상의 공정 체인이 이미 실현되었다. 스마트 툴 숍이라는 개념으로 Audi는 세 가지 행동 영역, 즉 스마트 제품, 스마트 서비스 그리고 스마트 제조를 정의한다.

해양 엔진은 앞으로 하이브리드 복합 재료로 성형 기술적으로 최종 윤곽에 가깝게 제조할 수 있다.

공구 스스로 공정 영향 변수에 맞추어 조정된다

슈핀들러는 스마트 제품 영역에 대해서 제조 공정의 안정화를 위해 스스로 새로운 공정 영향 변수에 맞추어 조정할 줄 아는 스마트 공구를 제시하였다. 목적은 공정의 견고성 증대, 불량 방지 그리고 프로세스 정보 획득이다. 성형 공구에 대한 폐회로가 실현된다. 이를 통해 피드와 성형힘을 인라인(라인 내에서) 감시할 수 있다. 스마트 공구를 대량으로 사용하는 데에 있어서 중요한 포인트는 네트워크를 통해 공구 데이터를 완전하게 이용할 수 있다는 점이라고 슈핀들러는 강조하였다.

Audi-Werkzeugbau는 Audi 뿐만 아니라 Volkswagen 콘체른의 다른 브랜드에도 성형 공구와 제조 시스템을 공급한다. 잉골슈타트, 네카줄름, 바르셀로나(스페인), 기요르(헝가리), 북경(중국)의 다섯 군데 Audi-Werkzeugbau 공장에는 2,000명 이상의 직원들이 근무하고 있다. 헴니츠에서 열린 컨퍼런스에서는 자동차 생산자의 시각에서 본 최근 재료 트렌드도 다루었다. 오하이오 주립대학의 타일란 알탄 교수는 수많은 예시를 들면서 경량 구조를 생각할 때 판재 성형 기술자들이 극복해야 할 과제가 무엇인지를 설명하였다. 이때 재료와 품질이 핵심 역할을 한다고 타일란 알탄은 강조한다. „재료 특성은 공급자마다 다릅니다.“ 중요한 것은 이 분야에 아직 표준화된 것이 없다고 하였다. 재료 간 차이의 원인은 „재료가 기술적 문제가 아니라 인간과 관련된 문제이기 때문“이라는 것이다. 프라이부르크 광산 공과대학의 에릭 옌취와 Fraunhofer IWU의 앙드레 바그너의 강연은 선박 디젤 모터에 있어서 열적 내구성이 높은 부품을 위한 하이브리드 복합 재료 개발에 관한 것이었다.

Luxuslimousine A8 제조 시 스마트 공구로 보닛을 제작한다.

고온용 하이브리드 복합 재료

기계적으로 그리고 열적으로 내성이 높은 대형 해양 모터용 모터 콤포넌트들, 즉 피스톤과 밸브 등을 개발하는 연구 프로젝트가 있다. 이 콤포넌트들을 하이브리드 복합 재료를 이용하여 성형 기술적으로 가능한 최종 윤곽에 가깝게 제작하는 것이 목표이다. 이를 위해 마모가 없는 고온 합금 처리되어 열적으로 강하고 최종 윤곽에 가까운 구성품으로 성형되는 전통적인 피스톤강 또는 밸브강을 이용한다. „탁월한 고온 강도와 고온 내부식성을 바탕으로 이러한 복합 재료는 약 650°C에 사용하기에 적합합니다.“ 가능한 용접 비드가 적게 생기도록 보조 재료를 큰 면적에 도포하는 데에는 플라즈마 분말 용접이 적합한 것으로 입증되었다. 이 방법의 기술적 매개변수는 성형할 부품의 품질과 관련하여 달성해야 할 요건을 충족한다. 이 연구를 통해 분명하게 정해진 프로세스를 고려하고, 모든 기술적 공정 매개변수를 고려하여 중유로 구동되는 대형 엔진의 부품이 앞으로 충족해야 할 요건을 생각하면 하이브리드 복합 재료가 제조 가능성이 있다는 점이 드러났다.