자동화 소프트웨어 덕분에 배치크기 1도 생산 가능하다

한 트럭 제조사가 자동화 소프트웨어 덕분에 다양한 지오메트리와 형태를 지닌 사이드 멤버를 공구 교체 없이 제작할 수 있게 되었다. 라이브러리에 있는 CAD 파일, 미래에는 클라우드에 있을 CAD 파일이 서보기반 성형프로세스의 데이터베이스가 된다.

토니 슈나이더(Toni Schneider): Schneider Electric Automation GmbH 기계 제조 세그먼트 매니저

Data M Sheet Metal Solutions GmbH(이하 Data M)이 최근 3차원 롤링 프로파일을 위한 기계 솔루션을 출시하였다. 아시아의 한 트럭 제조사를 위해 제작된 이 시스템은 트럭 사이드멤버 생산을 위해 설계되었다. 이 시스템은 최대 7mm 두께의 금속 플레이트를 몇 번의 공정으로 종축 상에 가변적인 프로파일 단면을 지닌 3차원 프로파일을 제작한다. 롤 성형 시스템은 전통적인 프레스 공법에 비해 몰드를 제작하지 않아도 되며, 생산이 유연해진다는 큰 장점을 가지고 있다. Data M 대표인 알베르트 세들마이어의 말이다. “당사 시스템은 공구를 교체하지 않고, 하나의 공구 세트로 다양한 지오메트리와 형태를 지닌 여러 트럭 사이드 멤버를 제작할 수 있습니다.” 에너지 효율이 뛰어난 이 성형 프로세스는 성형 라인을 따라 마주보는 열 개의 롤 성형 유닛에 의해 실시된다. 이 각각의 유닛은 다수의 서보 드라이브를 통해 다른 유닛과 별도로 움직일 수 있다. 기저부의 평행 키네마틱으로 성형 스탠드의 회전과 병진 운동이 가능하며, 두 개의 추가 드라이브로 상단과 하단의 성형 롤의 회전 속도를 개별적으로 조정할 수 있다. 성형 프로세스 과정에서 연동하며 각 유닛의 성형 롤이 연속되는 판금 블랭크에서 삼차원 형태의 프레임 섹션을 생산한다. 이 시스템은 롤링 프로파일링 노하우와 하이엔드 시뮬레이션 노하우를 자동화 솔루션과 결합하였다. Data M은 하이엔드 시뮬레이션을 위해 하드웨어와 소프트웨어 솔루션 공급자이자 엔지니어링 솔루션 공급자인 Schneider Electric과 협력하였다. 슈나이더 일렉트릭의 유럽 플렉스 센터가 회로도 작성, 스위치 캐비닛 레이아웃과 스위치 캐비닛 구성을 위한 엔지니어링을 담당하였다.

자동화, 엔지니어링, 파트너의 기술적 지원

서로 마주보는 열 개의 롤 성형 유닛이 연속적인 압연강 블랭크를 최종 형태로 만들어낸다.

 

Data M 대표 알베르트 세들마이어는 슈나이더 일렉트릭과의 협력 관계가 매우 중요하다고 강조하였다. “슈나이더 일렉트릭의 지원이 성공의 결정적 요소가 되었습니다. 우리는 이번 프로젝트에서 필요한 컨트롤 테크놀로지를 개발하기에는 충분하지 않았습니다. 이번 프로젝트의 개발에서 슈나이더 일렉트릭이 보여준 파트너십에 기쁘게 생각합니다. 슈나이더 일렉트릭은 국제적으로 예비 부품 공급과 시스템의 기술 지원을 보장하고 있습니다.“

성형 공정에 선행되는 전체 CAD 데이터 처리와 시뮬레이션은 PC에서 수행된다. PC에 설치되어 있는 Data-M 소프트웨어를 이용하여 DXF 파일이 생성되고, 그 파일로부터 재차 컨트롤의 곡선값이 계산된다. 시뮬레이션 범위에서 실시한 충돌 점검 후 곡선값이 기계 컨트롤로 직접 전송된다. 이 시스템의 자동화 솔루션은 슈나이더 일렉트릭의 Pacdrive 모션 제어 테크놀로지를 기반으로 한다. Pacdrive는 포장기계 분야에서 15년 이상 전세계적으로 사용되어 왔으며, 서보 기술의 성공으로 가공 생산과 조립공정에서 많이 사용되고 있다. 구현된 솔루션은 매우 인상적이다. 성형 유닛을 회전 및 변위시키거나 또는 성형 롤러를 회전시키기 위한 100 서보축은 모두 Sercos를 통해 시스템 제어를 공유하는 두 대의 Pacdrive 컨트롤러에 연결된다.

100 서보축은 SERCOS를 통해 밀리초 단위로 정보를 수신한다

Data M은 모듈방식으로 다른 유형의 롤러 성형 시스템에도 사용할 수 있는 기계 프로그램을 개발하였다. 전체 시스템에 장착된 50개의 I/O 포인트에 분산되어 있는 약 1,000개의 I/O 포인트 역시 Sercos를 통해 컨트롤러에 연결된다. 전체 서보 솔루션은 Lexium 62 시리즈의 다축 서보 드라이브를 기반으로 한다. 이 솔루션은 서보 수량이 많을 경우 파워 서플라이 유닛을 공동으로 사용하고 슬라이드를 통해 전기적으로 통합하는 직렬 조립을 통해 필요한 스위치 캐비닛 공간과 조립 시간을 줄이기 위해 개발되었다. 인버터의 전자 명판과 연결되어 있는 서보 모터의 명판으로 Pacdrive 컨트롤러와 연동하여 구성하고 펌웨어를 비교하여 시운전, 진단, 정비가 수월해진다.

동시에 작동하는 2개의 컨트롤러 Pacdrive 3 LMC를 갖고 있는 시스템 컨트롤러

성형 프로세스 중 pacdrive 서보 드라이브는 밀리초마다 위치값을 각 축에 전달하고, 모터 전류를 다시 읽어온다. 컨트롤러는 적합한 알고리즘을 이용하여 성형 롤러의 회전속도와 성형 프로세스 자체를 에너지 소비량과 표면 품질과 관련하여 최적화한다. 안전 관련 자동화 영역에서 필요한 기능은 2개의 Modicon TM5 SLC 타입 안전 컨트롤러를 제공한다. 안전 컨트롤러는 임베디드 보안 솔루션에서 병렬 보안 프로토콜을 통해 2개의 Pacdrive 컨트롤러, 서보 드라이브와 보안 I/O를 이용하여 표준 Sercos 버스와 통신한다. 보안 I/O는 ‘한 가지 종류’이지만, 부분적으로는 보안과 비보안 I/O로 이루어진 혼합그룹의 I/O 포인트에서 표준 버스 커플러를 통해 Sercos 통신에 통합된다.

인더스트리 4.0 지원 프로세스의 구

„이번 프로젝트는 개발 단계를 넘어 슈나이더 일렉트릭의 파트너십에 대단히 기쁘게 생각합니다. 슈나이더 일렉트릭은 국제적으로 예비부품 공급과 시스템의 기술지원을 보장합니다.“ 알베르트 제들마이어, Data M 대표

Data M의 유연한 롤 성형 시스템은 로트 크기 1에 이르기까지 생산의 최대 유연성을 향한 단순한 단계 그 이상이다. 이 시스템은 원칙적으로 교체 장착과 정밀 조정을 하지 않고 임의의 부품을 지정된 레퍼토리로 제조할 수 있는 CNC 솔루션이다. 복잡한 프로세스는 일관되게 소프트웨어로 캡슐화되어 시스템 운영을 단순화한다. 선행 시뮬레이션과 온라인 모니터링 또는 성형 공정 중 수정을 통해 간단한 CAD 파일을 바탕으로 생산하도록 충분한 공정 안전성이 제공된다. 사용된 모션 제어 기술은 자동 구성 메커니즘을 사용한 시스템 내부의 정교한 통신으로 정비 조치의 범위에서 콤포넌트 교체를 수월하게 만든다. 부품 설계, 생산 관리, 자재 관리를 국부적으로 분리하기 위한 전제 조건이 제공되고, 인터넷 기반 IT를 통해 인더스트리 4.0 생산을 위한 연결의 전제 조건도 제공된다.