CNC 프로그래밍 시간 단축하기


GROB은 Siemens의 Xcelerator 포트폴리오를 통해 공작기계와 생산 시스템을 개발하고 생산한다. 이로써 CNC 프로그래밍이 30%, 자재 목록 생성은 80% 가속화되었다

페터켐프트너(Peter Kemptner) 자유 기고가


핵심 내용

  • GROB은 2000년부터 기계 설계에 CAD 소프트웨어로 NX를 사용한다. 동시에 Teamcenter가 PLM 솔루션 및 데이터 허브로 전세계에 설치되었다.
  • 디지털화가 진행되면서, 각 기계의 디지털 트윈이 형성되고, 관련 데이터는 서류 없이 생산부에 전달된다.
  • NX CAM의 형상 기반 가공을 통해 설계 및 CNC 프로그래밍을 자동화하여 CNC 프로그래밍 속도가 크게 향상되었다.


자동차는 지난 수십 년 동안 제조 방식이 크게 발전했다. 과거에는 개별 부품에서 완제품까지 대규모 시리즈로 생산되었지만 현재는 개별화 수준이 매우 높다. 따라서 자동차 제조업체를 위한 생산 시스템은 복잡한 부품과 어셈블리를 대량으로 생산하는 반면에, 빈번하고 빠른 공작물 변경에 대한 충분한 유연성을 가져야 한다. 이는 기계 제조업체의 주요 과제가 되었으며, 이러한 도전을 빠르게 받아들인 업체 가운데 하나가 바로 Grob-Werke GmbH & Co. KG이다.

공작기계 제작의 선구자로서 Grob은 1933년에 최초의 나사 밀링머신을 생산했다. 현재 이 회사는 자동차 제조업체와 부품 업체를 위한 생산 및 자동화 시스템의 선두 제조업체 가운데 하나이다. GROB이 성공할 수 있었던 것은 변화하는 시장 요건을 예측하고 혁신적인 솔루션으로 이를 충족할 수 있는 능력 덕분이고, 이 전략을 위해 생산시설의 개발과 설계 그리고 제조에서 엔지니어를 지원하고, 미래 지향적인 소프트웨어와 시스템을 조기 도입하였다.

 

디지털화된 워크플로는 작업 속도를 높인다

이미 2000년에 GROB은 개략적 설계와 상세설계를 위해 3D 모델링을 사용하는 CAD(Computer-Aided Design)를 도입했다. NX 소프트웨어는 상당 부분 종이로 작성하던 2D 도면을 빠르게 대체했다. “독일과 이탈리아, 중국, 브라질, 미국에 있는 생산현장의 디자이너들이 긴밀하게 협력하고 있습니다. NX로 표준화하는 것이 글로벌 프로젝트이며 회사 전체에 적용할 예정입니다.”(크리스티안리지키, GROB 디렉터 겸 머시닝 시스템 책임자)

초기 디지털화 프로젝트에는 PLM(제품 수명 주기 관리) 소프트웨어도 포함되었다. Teamcenter PLM 소프트웨어 포트폴리오는 NX 통합과 지리적 위치에 상관없는 설치 성능 때문이었다. Teamcenter는 NX와 함께 전세계적으로 설치되었으며, 크리스티안 리지키가 설명하는 것처럼 모든 Grob 디자이너를 위한 공유지식 기반이 되었다. Grob은 제조 리소스의 분류와 데이터 관리를 위한 Teamcenter 애플리케이션인 ‘MRL(Machine Resource Library)을 사용한다. “워크플로 메커니즘을 통해 전세계적으로 강력한 팀을 구성하였습니다.”(크리스티안 리지키)

Teamcenter와 ERP 시스템 간의 BOM(자재명세서) 교환이 이루어지던 원래 방식은 효율이 떨어져, 이제는 SAP Business Suite 용 T4S(Teamcenter Gateway)를 통해 전송한다. “지금까지 고립적이었던 데이터 사일로(고립 현상)가 제거되면서 BOM 생성이 최소 80% 가속화되었습니다. 서로 다른 시스템에서 BOM 간의 불일치도 95% 감소했습니다.”(크리스티안 리지키)

GROB 개발자는 CNC 프로그램 생성 및 시뮬레이션을 위해 NX CAD를 사용한다.

완전한 디지털 트윈

GROB 개발자는 모든 생산기계 또는 공장의 디지털 트윈을 생성하기 위해 모델링 이외의 많은 작업에 NX를 사용한다. NX Nastran으로 FEA(유한 요소 해석)을 수행하고 NX CFD로 CFD(전산유체역학) 시뮬레이션을 수행한다. 회로도와 제어반 설계에는 다른 제조업체의 소프트웨어를 사용하지만, 복잡한 시스템의 배관 및 케이블링은 NX의 3D 라우팅 응용 프로그램을 사용하여 설계한다. Grob 시스템의 주요 부품은 판금으로 만들어지기 때문에 설계자도 응용 프로그램별 판금 설계 환경인 NXSheet Metal Design을 높게 평가한다.

“다양한 전문 응용 프로그램 덕분에 친숙한 환경을 벗어나지 않고도 다양한 설계 작업을 NX로 해결할 수 있습니다. 전세계적으로 일관된 Teamcenter 환경에서 작업하면 개발자가 사전 개발에서 프로덕션에 이르기까지 공동 디지털 스레드를 따라갈 수 있습니다.”(플로리안징게를레, GROB 설계 엔지니어 겸 NX 핵심 사용자)

GROB은 기계 및 자동화 개발에만 NX를 사용하는 것이 아니다. 엔지니어들은 판매 프로세스 초기에 프로젝트 계획을 위해 Tecnomatix 포트폴리오의 플랜트 시뮬레이션을 사용한다. 이 소프트웨어를 사용하여 Grob은 자재 흐름과 기계 활용도를 시뮬레이션하여 개념 최적화를 수행할 수 있다. 이는 이후의 모든 개발 작업을 위한 견고한 기반을 형성한다. 시스템에 통합된 로봇을 시뮬레이션하기 위한 Tecnomatix 포트폴리오의 일부인 Process Simulate를 통해 Grob은 사이클 시간을 확인하고 충돌을 예방한다.

GROB 개발자는 중요한 어셈블리에 대한 대체 설계 개념을 생성하고 검증하기 위해 NX 제품군에 속하는 Mechatronics Concept Designer를 사용한다. 가상 시운전을 위해 제품 개발의 다른 쪽 끝에는 동일한 소프트웨어를 사용한다. HIL(hardware-in-the-loop) 시뮬레이션의 경우 운동학적 정의를 포함하여 기계의 디지털 트윈이 Siemens Simit 시뮬레이션 플랫폼을 통해 컨트롤러에 연결된다. 이 가상 시운전은 특히 대형 시스템의 경우 배송시간을 상당히 단축한다. 이때 고객에게 직접 배송되는 다른 제조업체의 기계도 포함된다. 개발 사무실에서 수행되는 가상시 운전은 생산 현장에서 최적화 작업에 소요되는 시간을 크게 단축한다.


자동화된 부품 생산

GROB은 부품 가공을 위한 툴 패스 생성을 위해 NX CAM을 사용한다. 작업자들은 중앙 데이터 허브인 Teamcenter를 통해 생산 위치 간 CNC 프로그램을 교환하지 않고 3D 모델을 교환한다. CNC 프로그램은 현장의 공작기계와 공구를 고려하여 생성된다.

많은 부품들에는 홀과 포켓 수와 크기가 다른 변형 모델이 있다. GROB은 NX의 UDF(사용자 정의 피쳐) 기능을 사용하여 각각에 적합한 가공 공구와 함께 표준 홀 유형, 포켓 및 표면 정의가 있는 가공 규칙 라이브러리를 만들었다. 이를 통해 제품 개발 프로세스의 여러 지점에서 많은 시간을 절약할 수 있었다. “NX CAM으로 형상 기반 가공을 사용하여 설계와 CNC 프로그래밍을 자동화할 수 있었습니다. 자동형 상 인식은 표준 홀 유형의 95%와 기타 형상의 70~80%를 인식할 수 있습니다. CNC 프로그래밍에 필요한 시간을 30% 단축하고 공구 수를 크게 줄였습니다.”(플로리안징게를레)

“이러한 높은 수준의 자동화 및 데이터 통합에 도달하는 데는 시간과 3가지 핵심 요소가 필요합니다. 첫째, Xcelerator 포트폴리오의 소프트웨어 제품의 장기적인 안정성과 상호 운용성이고. 둘째, 우리 요건을 잘 파악하고 있는 Siemens의 안정적이고 일관된 애플리케이션 지원이며, 셋째, 뛰어난 민첩성으로 지속적인 개선을 구현할 수 있는 사내 전문가입니다.”(크리스티안 리지키)

NX 자동화 Grob 설계 및 CNC 프로그래밍사용. 자동형상 인식은 표준홀 유형의 95%를 기록한다.


NX 모델 기반 생산 최적화

마틴 바그너는 고객 부품의 설계 데이터를 Grob의 디지털 트윈에 사용할 수 있도록 변환하는 기술 소프트웨어 IT 그룹을 이끌고 있다. 내부에서 프로그래밍된 기능에는 관련된 모든 소프트웨어 제품에 익숙한 IT 전문가가 필요하다. “Teamcenter와 ERP 시스템 간에 정보가 교환될 때 T4S 인터페이스를 통해 전송되는 것은 부품 목록만이 아닙니다. 예를 들어, 부품 순서는 구매 부서의 요건에 따라 자동으로 조정됩니다. 이후, 부품 목록은 개발팀으로 다시 전달하여 자동으로 비교합니다.”(마틴 바그너)

GROB의 생산 직원은 모니터의 Teamcenter Viewer를 통해 JT 데이터 형식의 유효한 정보를 기반으로 서류 없이 모니터에서 바로 작업한다. GROB의 IT 전문가들은 NX 모델에서 기능을 추출하기 위한 NX 개방형 애플리케이션의 도움을 받아 워크플로의 자동 파생을 구현했다 “예를 들어, 용접 너트와 리벳 너트를 구별하고 정렬할 수 있을 만큼 충분히 상세합니다. NX를 기반으로 자동 생성된 워크플로는 생산에서 오류를 거의 완벽하게 제거합니다.”(슈테판슈어, GROB 제조 지원그룹 관리자)

설계 자동화의 또 다른 예로 Teamcenter가 각 설계를 배포하면 ERP 소프트웨어의 변경 프로세스가 시작된다. 이 소프트웨어는 다른 모든 도면과 함께 변경 사항을 강조하는 문서를 생성하여 실질적으로 영향을 끼친다.

GROB은 시스템 개발과 생산에만 NX를 사용하는 것이 아니다. NX의 AF 솔루션은 알루미늄 부품의 빠르고 경제적인 생산을 위한 적층 제조 분야의 새로운 기술 개발에 통합하였다. 이것은 부품 생산에 필요한 모든 정보를 생성하는 슬라이서 소프트웨어에 연결된다. GROB의 AF 기계 사용자는 NX를 통해 부품의 지지 구조를 생성한다. “우리는 Siemens 소프트웨어의 도움으로 기계와 공장 사용자에게 디지털 혁신을 확장할 수 있습니다.”(크리스티안 리지키)