Kapp Niles의 계획에서 생산까지 지원하는 플랫폼

대량 생산 과정에서 가공 프로세스의 절감 잠재력을 찾기 어렵고, 오히려 셋업이나 측정과 같은 업스트림과 다운스트림 공정 단계 그리고 기계와 측정 장치 간 통신에 절감 잠재력이 있다면 어떻게 해야 할까? 이에 Kapp Niles가 이러한 공정을 하나로 연결하고 자동화하는 플랫폼을 개발하였다.

물리학 박사 마틴 비취(Martin Witzsch): 자유 기고가

핵심 내용

  • Kapp Niles의 플랫폼 KN assist로 공정 단계를 연결하여 개별 링크 간 수동 처리를 가능한 최소화하였다.
  • 이 플랫폼은 Umati 및 GDE와 같은 개방형 표준을 통해 제조업체들 간에도 작동한다.

하나의 기계에 많은 공정을 통합하는 등 생산 프로세스 성능을 높이기 위한 다양한 접근법이 있다. 하지만 이러한 접근법도 기술적으로 매우 복잡하고 유연하지 못하며 또한 취약할 수 있다. KappNiles가 다른 방법을 제시했다. “우리는 기계 통합 대신 개별 링크 간 수동 취급이 적은 생산 체인 통합을 개발하고 있습니다.”(콘스탄틴 셰퍼, 제품 관리 매니저) Kapp Niles 계측학으로 작동하는 측정 기술 분야의 구조가 이를 분명하게 보여주고 있다. 기존 포트폴리오도 상호 통신하는 생산 시스템에 맞게 조정되는데, 이는 프로젝트 계획에서 생산까지 컨트롤 소프트웨어 KN grind와 함께 사용자를 지원하는 새 플랫폼 KN assist를 통해 이루어진다.

프로젝트와 관련된 구성인 경우, 필요한 모든 가공 옵션이 하나의 공작물 프로젝트에 취합된다. 직관적인 사용자 가이드를 통해 구체적인 프로젝트 데이터가 점진적으로 수집된다. 사용자는 가상 셋업 절차에서 기어 유형과 구성 요소 세트에서 적합한 공구를 선택한다. 각 단계는 양식화된 기계에 표시된다. 요청하는 경우 KN grind는 기술 제안도 한다.

가상 셋업 프로세스로 새 프로젝트를 더 쉽게 만들 수 있다.

소프트웨어 개발 담당자인 폴커 젠커의 설명이다. “이전 버전과 달리 위험한 값이나 결함이 있는 값을 표시합니다. 시퀀스 컨트롤 시스템 덕분에 드래그 & 드롭으로 작업 시퀀스를 복잡하지 않게 구성할 수 있습니다. 이는 한 프로젝트에서 가공 위치가 여러 개인 공작물 등 가공이 복잡한 경우에 매우 유용합니다. 이런 식으로 형성되는 시퀀스는 자동 가공뿐만 아니라 셋업 시퀀스에도 응용할 수 있습니다.”

이는 고도로 자동화된 생산 센터에 비해, 마치 조작자가 측정 프로토콜을 측정실에서 기계로 가져와 수정 값을 수동으로 입력하던 초기 산업화 시대의 유물처럼 보인다. 이러한 방식이 하이테크 환경에서 아직까지 존재하는 것은 데이터를 통합하는 것을 막고 있는 자동차 산업의 경우와 같이 높은 보안 표준 때문이며, 항간에는 USB 스틱도 엄격하게 금지하는 경우도 많았고, 안전하게 데이터를 통합하기 위해 통일된 데이터 전송 표준이 없었다. 이에 Kapp Niles는 사용자가 파괴적인 소프트웨어를 설치할 필요가 없이, 데이터를 통제할 수 있는 솔루션을 개발하였다. “이 솔루션은 클라우드 서비스를 포함하지 않습니다.”(콘스탄틴 셰퍼) 직접적인 기게 제어를 넘어가는 애플리케이션은 HTML5로 프로그래밍한다.

이런 것들을 고려한 결과가 바로 플랫폼 KN assist이다. 이 플랫폼은 앞서 언급한 HTML5 프로그래밍을 통해 추가적인 소프트웨어 없이 PC와 모바일 단말기에서 돌아간다. 사용자는 인트라넷에서 주소만 불러오면 브라우저나 앱을 통해 시스템에 접근할 수 있다.

데이터는 표준 인터페이스 OPC UA를 통해 이루어지며, 이 인터페이스는 어렵지 않게 기계 간 통신을 가능하게 한다. KN assist는 전체 시스템 필드를 살펴볼 수 있도록 GDE(Gear Data Exchange)나 VDW가 프로젝트 파트너와 공동 개발한 Umati(universal machine tool interface)와 같은 개방형 데이터 교환 형식을 사용한다. 따라서 기본 기어 데이터와 수정 또는 평가 정보를 제조업체 간에 교환할 수 있다. 또한 공장 내 모든 기계의 작동 상태를 확인할 수 있어, 장소에 상관없이 생산 현황을 한눈에 파악할 수 있다.

‘폐루프’를 이용한 생산 병행 측정. 짙은 녹색 영역으로 생산이 진행되는 중에 규정 값 오차를 식별하고 수정할 수 있다.

구성 요소 명확하게 식별하기

복잡한 애플리케이션은 클램핑 수단, 드레싱 공구, 연삭 공구 등 구성품 별로 다른 모든 구성 요소의 데이터를 관리이다. 지금까지 셋업 구성 요소의 데이터는 기계에 수동으로 입력해야 했다. 이는 공급업체의 데이터 캐리어가 가능하면 생산에 들어가면 안 되기 때문이다. 앞으로 드레싱 롤러, 웜 또는 클램핑 장치에는 기계가 읽을 수 있는 RFID 또는 2D 코드가 제공될 것이다. 이렇게 하면 셋업 시간을 상당히 단축하고 구성 요소를 명확하게 식별할 수 있다. 저장 위치, 다운 타임, 클램프 사이클 또는 계획된 프로젝트에 대한 할당을 간단하게 문서화할 수 있고, 내부 프로세스 외에 서비스 요청에 대한 응답 시간도 빨라질 수 있다.

고객은 서비스가 필요하거나 고장이 난 경우에 신속한 도움을 요청할 수 있다. 하지만 절차에 따라 단계적으로 이루어지는 기존의 알림 방식은 느리게 작동한다. 즉 기계 조작자가 오류를 확인하고 유지 보수 부서에 알려서 문제를 설명하고, 이후 유지 보수 부서는 제조사에게 연락하면, 제조사는 보충 자료를 질문한다. 가장 이상적인 경우에는 모델을 통해 연락이 이루어지지만 전화를 통해 이루어지는 경우가 대부분이다. 이때 중간에 정보가 없어질 수도 있고 디스플레이를 잘못 읽을 수도 있다. 이렇게 초기 시간이 그냥 흘러갈 수 있다. 이는 많은 비용을 초래하는 다운 타임으로 이어진다. 또한 기계 제조사는 데이터를 수집하여 정리하고 분석해야 한다. 인터넷을 통해 기존 데이터를 전송하는 것이 가능하겠지만, 대부분의 사용자는 이러한 과정에 매우 불안해한다.

Kapp Niles는 이러한 프로세스를 위해 해결책을 마련하였다. 이제 고객은 직접 KN grind를 통해 연락할 수 있다. 영업 서비스 책임자인 크리스티안 퓌거가 이 기능에 대해 설명한다. “서비스 요청은 기계 디스플레이 버튼이나, 모바일 단말기 웹 인터페이스를 통해 진행할 수 있습니다. 유지 보수 책임자나 조작자가 즉각 대응할 수 있습니다.” 서비스 요청은 Kapp Niles에서 TÜV-IT 인증 VPN 연결을 통해 직접 들어온다. 해당 기계의 진단 데이터, 로그파일 등은 고객의 명확한 승인이 있어야 진행할 수 있고, 이 과정에서 고객이 프로세스나 데이터에 대한 제어권을 잃지는 않는다.

현재 응답 대기 시간은 대략 12시간이며, 현지 담당자가 없는 다른 시간대에서는 최대 24 시간까지 걸릴 수 있다. “우리는 2 ~ 4시간을 응답 시간으로, 원활한 서비스를 제공하기 위해 노력하고 있습니다. 이는 서비스 요청과 동시에 주문 번호, 오류 이미지 또는 측정 프로토콜과 같은 모든 정보가 제공되기 때문에 가능한 일입니다.”(크리스티안 퓌거)

처음에 언급했듯이 생산과 함께 진행되는 측정 작업을 위한 기계도 포트폴리오에 있다. 연삭 공정 후처리에도 상당한 시간 절감이 가능하기 때문이다. 기존의 프로세스에서는 표본을 위해 생산 중에 공작물을 꺼내어 측정 기계로 가져가야 했다. 측정 기계는 다른 현장에 설치되어 있기 때문이다. 15 ~ 20분 후에 결과가 나오면 측정 프로토콜을 다시 기계로 가져와 수정 값을 수동으로 입력해야 한다. 이 시간을 단축하기 위해 Kapp Niles가 여러 지점으로 접근하고 있다.

측정 기계는 생산 현장 가까이에서 사용할 수 있도록 개발되었고, 공조 캐비닛 없이도 사용할 수 있다. 온도 보상을 위해 개별 축과 공작물을 센서로 모니터링한다. 에어 서스펜션 요소가 진동을 흡수한다. 이로 인해 대량 연속 생산에서도 측정 정확도가 최고 수준을 충족한다. 기계는 세 방향에서 자유롭게 접근할 수 있고, 자동 로딩에도 적합하다. 물결 모양 부품을 측정하기 위해 유연하게 배치 가능한 카운터 홀더를 사용할 수 있으며, 퀵체인지 클램핑 시스템을 통해 수 초 안에 다른 공작물에 맞게 기계 셋업을 변경할 수 있다.

시퀀스 컨트롤 시스템 덕분에 작업 시퀀스를 복잡하지 않게 구성할 수 있다.

보다 빠르고 오류에 덜 취약하게 데이터 가져오기

자동화는 적어도 시간 절감에 상당히 기여한다. 업계는 연삭기와 측정기 간의 직접적인 연결을 ‘폐루프(Closed Loop)’라고 한다. 측정기는 데이터를 프로토콜뿐만 아니라 GDE 데이터 세트로도 제공한다. 첫 번째 버전에서 데이터는 가열 또는 공구 마모 시 변하는 전형적인 보정 값(fHα, fHß, 이너비 수정)이다. 이 데이터를 OPC UA를 통해 KN grind에 가져온 후 평가할 수 있으며, 수동으로 입력할 때보다 빠르고 오류에 덜 취약하다. 새로운 측정 결과가 나오면, 작업자에게 이를 알리고 수정을 제안한다.

이때 규정 값과 실제 값을 비교하지 않는다. 오히려 조작자는 자신의 경험을 토대로 개입 여부와 방법을 빠르게 결정할 수 있는 방식으로 처리된 측정값을 받으며, 프로젝트에 따라 자동 추적도 가능하다.

위에 설명한 조치들은 요약하면, 워크플로우를 현저히 가속화하고 단순화할 수 있다. 사용자는 생산 현황을 잘 파악할 수 있고 제조업체에 관계없이 새로운 소프트웨어 플랫폼의 많은 이점을 이용할 수 있다.