기계 제조사를 위한 모듈화

기계제조업이 경쟁력을 유지하기 위해서는 기동시간과 제조시간을 단축해야 한다. 한 플랜트 제조업체가 연속적인 모듈화를 통해 경쟁력을 확보하였다.

카이 빌레리히(Kay Willerich): Lenze의 Profit Center Controls 책임자

기계제조업의 요건을 주의 깊이 살펴보면 OEM(Original Equipment Manufacturer)들의 주요 관심사항들이 무엇인지 알 수 있다. OEM이 관심이 있는 부분은 납기이다. 먼저 이 시간을 획기적으로 줄여야 한다. 인더스트리 4.0은 기계제조업에서 모듈화를 통해 새로운 동력을 제공하고 있다. 연속적인 메카트로닉스 기술을 이용한 모듈화가 어렵다면, 익숙한 시스템으로 진행하면 큰 문제가 없다. 네트워크로 연결되어 있기 때문에 복잡하지 않고, 고도로 유연하게 지능적으로 제조할 수 있다. Lenze의 Motion Centric Automation 전문가들은 기계 제조사들이 모듈화의 장점을 가장 많이 활용할 수 있다고 보고 있다.

더욱 빨리 양산화에 도달하다

기계를 기능 유닛으로 분해하면 time to market 시간을 현저히 줄일 수 있다.

오스트베스트팔렌에 위치한 한 특수기계 제조사에서 라미네이팅 시스템의 실제 모습을 확인할 수 있다.제조사들은 일반적으로 판매가 우선이고 이후에 설계와 엔지니어링을 포함하여 그에 필요한 운영 수단을 고려한다. 이러한 결정은 묶여있는 자본을 줄여 유동성을 높이고 잘못된 투자로 인한 리스크를 줄이기 위한 것이다. „새로운 기술을 적용하면 혁신 기술을 빠르고 효과적으로 양산화하여 시장에 유통할 수 있습니다.“ 최근 한 라미네이팅 시스템 제조사는 구동기술과 자동화기술을 위해 Lenze의 솔루션을 사용하였다. Lenze의 솔루션은 반복적인 태스크와 핵심 프로세스 이행을 위해 필요한 개방성과 유연성을 제공한다. Lenze 솔루션은 모듈화 컨셉트의 플랜트를 서로 조합 가능한 개별 프로세스로 훌륭하게 분할할 수 있고, 개별 모듈처럼 다시 조립할 수 있다. 이 업체는 이 솔루션을 통해 새로운 기계를 4일 만에 작동시킬 수 있었다. „우리는 처음에 이 사실을 믿으려 하지 않았습니다.“ 소프트웨어 툴박스인 소프트웨어 모듈이 기본이 되었고, 이를 이용하여 하나의 모듈로 이루어진 표준 기능을 실현할 수 있었다. „이 모듈은 기계를 더욱 빨리 제작할 수 있도록 그리고 지속 가능하도록 설계시간을 최적화하여 우리는 많은 시간을 아낄 수 있었습니다. “Lenze는 기존의 설계프로세스를 개발에서 엔지니어링 실현에 이르기까지 모듈 방식으로 재편하여 진행하였다. 이러한 전환은 단번에 이루어지는 것이 아니었다. 그 동안 익숙하고 편안했던 모든 방식을 모두 버려야 했다.

기계의 복잡성에 따라 적절한 서보 컨트롤러와 고속의 모션 버스를 포함하여 하나 이상의 컨트롤러가 있고, 전체는 하드웨어와 마찬가지로 Lenze 모듈러 시스템에서 제공되는 소프트웨어 모듈로 구성된다. 과거에는 기계제작에서 시운전까지 5주가 걸렸지만, 지금은 평균 10일이면 완성할 수 있다. 이 업체는 라미네이팅 시스템에 특화된 속도 향상으로 상당한 경쟁 우위를 확보하게 되었다.

비주얼라이제이션

Lenze FAST 소프트웨어 어플리케이션으로 전동 축, 포지셔닝 및 올리기와 함께 구동 장치의 표준 기능을 서로 조합 가능한 기술 모듈로 제공할 수 있다.

통합 드라이브와 제어를 통해 통상적인 구성요소의 개체 수를 줄이고, 설계와 통합 비용을 절감하고 오류도 최소화되었다. Lenze 시스템을 사용하면 시스템의 기계적 구조와 가상 축을 통해 기계 시나리오를 시뮬레이션하고 테스트할 수 있다. 이러한 방식으로 기계를 기계적으로 완성하기 전에 완전히 프로그래밍된 제어 시스템과 매개변수 입력이 완료된 구동축으로 작동을 시뮬레이션할 수 있다. 이 단계에서 책상 위에 컨트롤러와 모터만 있다는 점이 매우 인상적이다. 비주얼라이제이션의 경우도 마찬가지이다. 시스템 운영자가 다음과 같이 설명하였다 „책상 위에서 편안하게 작업을 마칠 수 있습니다.“ 궁극적으로 이 업체의 상황은 인더스트리 4.0의 컨셉트. 즉, 생산개수가 작아도 효율성이 있어야 한다는 핵심 요건을 실현하였다. 이상적인 경우 일관된 모듈화를 통해 충족할 수 있게 되었다. 이를 위해 3가지 요소 즉, 기계 장치와 하드웨어 그리고 소프트웨어 모두를 모듈화한다. 중요한 것은 새로운 방법과 기술적 가능성을 상호 결합하는 것이다.

다양한 옵션이 통합된 필드버스

Lenze는 Ethernet을 통해 „선택적 옵션기능을 통합하였다. 기존의 필드버스시스템에서는 먼저 라인상에 어떤 관련장치가 있는지 그리고 어느 위치에 있는지를 파악한다. 관련 장치가 없다면, 사전에 새로 구성하지 않은 경우 장애가 발생한다. 이렇게 되면 이 영역의 모듈화가 너무 복잡해진다. 기계 제조사는 옵션요소들의 재배치를 통해, 전체적인 기계의 구성을 구현하고 선택 또는 취소를 통해 고객에게 최적화된 버전을 제공할 수 있다. 또한 기계의 비주얼라이제이션도 가능하다. 비록 한 버스 내에 모든 동승자가 자신의 위치에 있다고 해도, 여전히 운전자가 해야 하는 것, 즉 방향을 정하고 출발 시간을 지정하는 문제는 남아있다. 인더스트리 4.0의 의미에서 모듈화는 유일하게 유효한 타임 스탬프와 함께 사이클을 지정하는 최상위 마스터가 있어야 한다는 것을 의미한다. 동기식 생산에 필수적인 이 기능은 Lenze에서 Sync Bridge(싱크 브리지)로 이어진다. EtherCAT 기반 기술 유닛은 실시간으로 작동하지만 관련 장치 및 요소들은 마스터 없이도 동기화 된다.

모듈 방식으로 구성 가능한 플랜트 콘셉트

모듈식으로 연속적으로 구성 가능한 기계 및 플랜트 콘셉트는 EtherCAT 또는 CAN-Open과 같은 벤더 간 통신 표준이 수평 자동화 레벨에서 사용되는 경우에 달성할 수 있다. 또한 PLC open과 Pack ML과 같은 표준도 수직 방향으로 필요하다.

최근 모듈화의 최신 형태에 개별적이고 비교적 범위가 좁은 기계기능에 집중할 필요가 없다는 것이 분명해졌다. 오히려 표준화된 방식으로 연결하는 것이 목표라 할 수 있다. 그 결과모듈식으로 구성 가능한 기계 및 플랜트 개념이다. 이러한 목표는 EtherCAT 또는 CAN-Open과 같은 벤더 간 통신 표준이 수평 자동화 레벨에서 사용되는 경우에만 달성할 수 있다. 또한 PLC open과 Pack ML과 같은 표준도 수직 방향으로 필요하며, 이를 이용하여 전체 시스템 구성 요소가 서로 소통할 수 있다.

기계 엔지니어링에서 모듈화는 하나의 생산에서 모든 것이 프로토콜로 유지되고 동일한 언어를 사용하는 경우 이점을 나타난다. 오스트베스트팔렌에 위치한 이 라미네이팅 시스템 업체의 경우 바로 이 부분이 성공을 이루어낸 사례이다. 이 업체는 자사 기계 엔지니어링을 선택한 다른 제조사의 모듈과 신속하게 동기화고 개방된 프로세스를 제공하게 되었다.