시뮬레이션 노하우가 개별 생산 셀을 만든다

자동차 모델의 다양성이 증가함에 따라 범용 생산 시스템의 수요가 늘었다. 소량 생산도 유형 별로 기한에 맞추어 컨베이어 벨트에서 진행되어야 한다. 공장 시뮬레이션이 이에 필요한 처리 시스템 개발에 도움이 된다.

크리스 더글라스(Chris Douglass): Visual Components GmbH 대표

핵심 내용

– 자동차 모델의 다양성이 증가함에도 불구하고 많은 자동차 제조사들은 자신들의 생산 프로세스를 하청 공장으로 외주화하고 있다.

– 이러한 추세로 인해 다품종 소량 생산도 경제적으로 처리할 수 있는 생산 시스템이 필요하다.

– MAG는 이를 가능하게 하는 처리 시스템 수요에 특수 시뮬레이션 컨셉트를 고안하였다.

– 고객 별로 설계되는 머시닝 센터가 핵심 역할을 한다. 로봇, 팔레트 시스템 그리고 그리퍼로 구성되는 주변 장치는 가상으로 서로 조율된다.

자동차 제조사들이 생산의 일부를 하청 업체로 외주화하고 있다. 또한 계속 증가하는 모델 다양성 때문에 소량 생산도 경제적으로 처리할 수 있는 생산 시스템이 필요하다. 빠르게 변화하는 주문을 자율적으로 처리하고 기어 하우징이나 액슬 저널과 같은 부품을 작업자 없이 24시간 가동하는, 유연하게 사용 가능한 생산 셀이 이러한 상황을 용이하게 만든다. 이러한 생산 셀에 측정 어플리케이션이나 조립 어플리케이션 또는 세척 어플리케이션이 추가로 적용할 수 있다. 핀란드의 솔루션 공급자 Visual Components의 3D 공장 시뮬레이션용 소프트웨어를 이용하면 이러한 유형의 생산 셀의 계획과 최적화가 피부로 느낄 수 있을 만큼 수월해진다.

MAG IAS GmbH (MAG)는 FFG Europe & Americas에 속한 기업이다. FFG는 공작 기계 산업에서 명성 있는 기업들을 하나로 묶고, VDF Boehringer, Hessapp, MAG, Witzig & Frank의 시스템을 이용하여 터닝기, 밀링기, 연삭기 및 기어 절삭기에서 광범위한 포트폴리오를 제공한다. MAG는 Visual Components 툴로 사전에 계획하고 시뮬레이션하여 최적화하는, 앞서 언급한 유연한 생산 시스템과 턴키 방식의 시스템을 포함한 토털 시스템을 제공한다. 이러한 유연한 생산 시스템의 핵심은 고객 별로 구성 가능한 처리 센터로, MAG의 Specht 시리즈가 한 예이다.

자율적으로 정확하게 제어되는 서브시스템

MAG의 전문가들은 개별적인 자동화 컨셉트를 고안하고 기계에 생산적인 제조에 필요한 주변 장치를 통합하였다. Visual Components의 시뮬레이션 프로그램으로 유연한 생산 시스템을 특징짓는 많은 매개변수를 사전에 조율하여 전체 생산성을 극대화하였다. 이와 관련하여 Visual Components가 셧다운 시간과 택트 타임 같은 성공을 결정짓는 요소들, 레이아웃 토폴로지와 적합한 자동화 유형, 가용성을 최적화하기 때문이다.

Specht 600 머시닝 센터 앞의 갠트리 위로 Quantec 타입의 6축 Kuka 로봇이 달려 있다. 카메라를 통해 정확한 팔레트 교체도 가능하다.

MAG 공장 자동화 부서가 개발 프로젝트의 일환으로 무인 생산 또는 운전자 감축 생산을 위해 유연하게 사용할 수 있는 생산 시스템을 고안하였다. 가공물 공급은 우선 지능형 자율 차량(Kuka KMP 1500)으로 이루어지고 있다. 이 자율 차량은 컨트롤 유닛으로 제어되어 적시에 팔레트에 고정된 공작물을 생산 시스템에 제공한다. WLAN을 통해 이동하는 이 AGV(Autonomous Guided Vehicles)는 전통적인 트랙 가이드나 내비게이션 없이 자유롭게 이동할 수 있다. 레이저 스캐너를 이용하여 장애물을 피하고, mm 수준의 위치 정확도를 달성할 수 있다.

컨셉트는 다음과 같다. Specht 600 머시닝 센터 앞 갠트리에 머리 위로 Quantec 타입의 6축 Kuka 로봇이 장착되어 있다. 갠트리 종 방향 리니어 축인 7번째 축이 로봇의 KR-C4 컨트롤에 의해 함께 관리된다. 로봇은 Siemens의 카메라인 Vision MV 400을 갖추고, 이를 이용하여 자신의 그리퍼를 공작물이 있는 팔레트로 정확하게 배치하여, 이 그리퍼가 공작물 팔레트를 파지하고, 이를 팔레트 체인저를 이용하여 머시닝 센터에 공급한다. 이어서 팔레트 체인저가 공작 기게 로딩을 위해 작업 공간으로 180° 선회한다.

빈틈 없이 연결되는 프로세스 단계

Quantec은 공작 기계 로딩과 언로딩 외에도 다른 작업을 담당할 수 있다. 예를 들면 칩 점검, 칩 제거 그리고 가공한 공작물의 일반적인 청소 등이다. 공작 기계가 다음 공작물을 가공하는 동안, Quantec에 챔퍼링과 디버링도 맡길 수 있다. 여기에 로봇 암에 부착된 카메라를 이용하여 공작물에 보어 홀이 있는지 확인하는 등 지속적인 품질 점검도 가능하다. 이러한 컨셉트에서는 모든 시스템이 연속적으로 맞물리고 전체 자재 흐름이 팔레트 도착에서 그다음 생산 스테이션으로 지체도 없이 진행된다. 처리 시간이 각각 다른 다양한 공작물인 경우도 마찬가지이다. 이러한 균형은 전체 생산 시스템을 시뮬레이션 하는 데에 있으며, 이는 Visual Components의 3D 공장 시뮬레이션 소프트웨어와 딱 들어맞는다.

Quantec은 공작 기계 로딩과 언로딩 외에 다른 작업을 담당할 수 있다. 예를 들면 칩 점검, 칩 제거 그리고 가공한 공작물의 일반적인 청소 등이다.

MAG는 Visual Components로 생산 시스템 배치와 치수를 고안 및 최적화할 뿐만 아니라 로봇 오프라인 프로그래밍도 실시한다. MAG는 이 소프트웨어로 전체 생산 시퀀스와 AGV, 로봇과 공작 기계의 매끄러운 협업을 시뮬레이션할 수 있다. 시뮬레이션을 통해 비생산 시간을 줄이고 로봇의 기능과 충돌 방지를 위해 불명확한 점들을 제거할 수 있고, 이 전체를 비교적 간단하게 만들 수 있다. 수많은 CAD 인터페이스 덕분에 공작 기계의 형상 데이터를 기존의 CAD 데이터로부터 쉽게 넘겨받을 수 있다.

이 외에 Visual Components 라이브러리에는 키네마틱스, 축 제한, 가속 및 위치 정확도를 포함하여 수많은 로봇이 포함되어 있다. 컨베이어 벨트나 차단 격자와 같은 다른 일반적인 표준 산업용 컴포넌트도 드래그 & 드롭을 통해 컴포넌트 라이브러리에서 적용할 수 있다.

계획 단계에서 키네마틱스 시퀀스를 테스트하다

MAG 디지털 공장, 자동화 프로젝트 매니저인 마르셀 디스의 설명이다. „공작물의 CAD 모델은 3D 모델로 Step 형식이나 Iges 형식 또는 네이티브 형식으로 제공합니다. 따라서 이러한 CAD 데이터를 판독하는 것은 문제가 되지 않습니다. 또한 다른 시뮬레이션 툴에 대한 경험이 있으며, Visual Components의 소프트웨어가 매우 논리적으로 구성되어 있습니다.“ 사용자 인터페이스가 Autucad에 맞추어져 있기 때문에 시스템에 익숙하지 않아도 작업이 수월하다.

MAG는 Visual Components를 이용한 시뮬레이션으로, 충돌이 일어나지 않고 로봇이 원하는 위치에 자신의 축 한계를 고려하여 신속하게 접근할 수 있도록 로봇을 지탱하는 갠트리의 길이, 높이, 위치를 정확하게 치수화한다. 또한 동적 상호 작용을 사전에 시뮬레이션하여 시스템의 약점을 피할 수 있다. 시뮬레이션 결과로 Virtual-Reality 데이터가 생성되고, 모든 관점에서 시뮬레이션된 생산 시퀀스를 보여주는 영상과 3D PDF가 생성된다. 또한 Visual Components는 통계와 표를 작성하고, 기계, 로봇, 갠트리의 배치를 기록하는 도면도 DWG 포맷으로 작성한다. 로봇 실행에 중요한 데이터도 바로 Visual Components에서 넘겨받을 수 있다.

이는 지난 AMB 2018 박람회에서 자세하게 소개되었다. 생산 셀 외에 Visual Components로 모델링 한 디지털 트윈과 시뮬레이션 그리고 그 결과를 화면으로 보여주었다. 많은 이들이 계획 단계부터 프로세스 시뮬레이션과 시스템 시뮬레이션까지 최고의 투명성을 제공할 수 있다는 점에 깊은 인상을 받았다.

MAG와 Visual Components는 고객 가까이에서 미래의 생산이 더 유연해지고 스마트해지도록 프로그래밍한다. 로봇 공학과 생산 자동화는 고임금 국가에서도 생산이 원활해질 수 있을 만큼 단가를 낮추고, 디지털화와 자동화 그리고 시뮬레이션을 통해 더 이상 인건비에 신경 쓰지 않도록 지원하고 있다.