'디지털 세계'의 방향(오늘날 엄청난 절약이 가능한 곳)

제조가 일련의 블록버스터 영화였다면 최신 극장 광고 문구는 "가까운 공급망에 곧 출시될 예정입니다. 디지털 스레드(The Digital Thread)"일 것입니다. 그리고 John Vickers는 티켓을 구매하기 위해 가장 먼저 줄을 선 사람 중 한 명이 될 것입니다. 워싱턴 D.C.에 있는 NASA 본부에 있는 우주 기술 임무 부서의 수석 기술자인 그는 첨단 제조 활동에 대한 기관 전체의 책임을 맡고 있으며 점점 더 디지털화되는 세상에서 조직이 앞으로 나아갈 수 있도록 돕는 데 핵심적인 역할을 합니다.

그러나 Vickers는 "디지털 스레드"라는 문구를 거의 사용하지 않습니다. 그 대신 그는 모든 디지털 혁신의 핵심이 되는 용어인 "디지털 트윈"이라는 보다 포괄적인 문구를 선호합니다.

"디지털 스레드는 현재 NASA와 제조 커뮤니티 전체에서 진행 중인 디지털 혁신의 작은 부분에 불과합니다."라고 그는 말했습니다. "이 중 대부분은 디지털 트윈의 사용, 더 넓게는 우리가 '모델 기반 모든 것'이라고 부르는 개념을 중심으로 이루어집니다."

케임브리지 그룹에 대한 최근 프레젠테이션에서 그가 설명했듯이 디지털 트윈은 "디지털 컨버전스 참여, 임무 및 임무 지원 프로세스, 제품 및 기능 재창조"를 통해 NASA의 임무 영향을 극적으로 향상시킵니다. 그러나 여기서 다시 디지털 트윈 및 기타 업계 표준 용어에 대한 그의 정의가 동료의 정의와 항상 일치하는 것은 아닙니다.

Vickers는 "모든 사람이 매우 규범적인 용어로 디지털 트윈을 정의하려고 하는 것 같지만 저는 그렇게 하지 않습니다."라고 말했습니다. “예를 들어, 최근에 디지털 트윈에 관한 논문을 발표한 AIAA(American Institute of Aeronautics and Astronautics)의 일부 친구들이 동의하지 않는 관점인 물리적 자산이 필요하지 않다고 제안합니다. 또한 MBSE[모델 기반 시스템 엔지니어링] 또는 이미 언급했듯이 디지털 스레드와 같은 다른 기술과 동의어가 아닙니다. 비록 각각의 요소가 포함되어 있기는 하지만 말입니다.”

설계, 제작, 운영

디지털 트윈은 제조업체가 분야 간 연결을 분석, 종합 및 조화를 이루고 일관된 전체로 조화시킬 수 있도록 하는 학제 간 접근 방식이라고 그는 설명했습니다.

"협업, 예측, 설명, 조사, 인지 및 수정"입니다.

그리고 Vickers의 디지털 트윈 버전은 실제로 모델 기반이지만 사용자가 자신의 격리된 환경 내에 정보를 유지하는 경향이 있는 기존의 다학문 모델에서처럼 "벽 너머로 던지는" 것을 방지하는 것은 첫 번째 부분인 협업입니다.

이는 오늘날 설계 및 제조 단계에서 사용되는 디지털 트윈이 언젠가는 전체 비즈니스 기업을 주도할 것임을 의미합니다. 여기에는 마케팅, 관리, 생산 및 재무 그룹이 포함되며, 궁극적으로 제품의 최종 사용자가 포함됩니다. NASA의 경우 해당 제품을 달이나 그 너머로 가져갈 수 있습니다.

쌍둥이의 탄생

Vickers는 자신과 현재 플로리다 공과대학의 첨단 제조 수석 과학자인 Michael Grieves와 함께 2010년에 "디지털 트윈"이라는 문구를 만들어 냈다고 지적했습니다. 그리고 아직 십대는 아니지만 그 시대의 디지털 트윈은 지난 10년 동안 크게 발전했습니다.

예를 들어, 머신 러닝 및 인공 지능뿐만 아니라 오늘날 사용할 수 있는 훨씬 더 발전된 시뮬레이션 및 분석 시스템이 있습니다.

이제 모두 디지털 혁신 이니셔티브에서 중요한 역할을 합니다.

증강, 하이브리드 및 가상 현실 도구도 마찬가지입니다. 이를 통해 인간은 가상 제품을 시각화하고 테스트한 다음 배포된 실제 버전을 작동하는 방법을 가르칠 수 있습니다.

그리고 물론, NASA와 다른 많은 사람들에게 더 빠르고 비용 효율적인 제품 설계를 가능하게 하는 핵심 요소인 적층 제조가 있습니다.

Don Kinard는 텍사스주 Fort Worth에 있는 Lockheed Martin의 항공 생산 작업의 선임 연구원입니다. 그는 또한 F-35 합동 타격 전투기 프로그램 초기에 본격적으로 시작된 추세인 모델 기반 엔지니어링에 대한 수십 년의 경험을 가지고 있습니다.

"F-35는 우리의 디지털 혁신의 시작을 의미했습니다."라고 그는 말했습니다.

“여전히 종이 기반이었던 이전의 F-22와 달리 이것은 최초의 완전한 디지털 엔지니어링 항공기 프로그램이었습니다. 우리는 모든 것에 대한 견고한 모델을 가지고 있었습니다.”

패러다임 깨기

그때가 2004년이었습니다. 그 이후로 디지털화는 Lockheed Martin에 수많은 이점을 가져다주었습니다.

보다 효율적인 설계 및 엔지니어링 프로세스와 같은 명백한 사항 외에도 제조 현장에서 상당한 개선을 가능하게 했습니다.

여기에는 자동화된 드릴링 및 패스너 설치, 향상된 가공 공정, 보호 코팅의 로봇 스프레이, 컴퓨터 제어 튜브 레이저 절단, 최근에는 비접촉 측정이 포함되며 이 모든 것이 디지털 데이터로 구동됩니다.

Kinard는 비접촉 측정이 여러 면에서 중요하다고 말했습니다. 3D 솔리드 모델을 항공기 구조 및 서브어셈블리의 구조화된 라이트 스캔과 비교함으로써 제조업체는 설계 상태와 준공 상태에 대한 질문에 더 빠르고 쉽게 답할 수 있다는 것을 알게 되었습니다.

“생산 현장에 필요한 것이 무엇인지, 자동화 기회가 있는 곳을 파악한 다음 이를 비용 효율적이고 확실한 투자 수익으로 구현하는 방법을 찾는 것이 기술 그룹으로서 우리의 임무입니다."라고 그는 말했습니다. "대부분의 경우 솔루션은 디지털 솔루션입니다."

그는 이 중 어느 것도 새로운 것이 아니라고 덧붙였다. 방금 언급한 구조화된 레이저 광 스캐너든 항공기 설계를 분석하는 데 사용되는 고급 분석 소프트웨어 도구 및 시스템이든 오늘날 제조업체에서 사용할 수 있는 도구가 다양하다는 점이 달라졌습니다.

"F-35 프로그램을 시작한 지 몇 년이 지났을 때, 나는 항공기의 초기 설계부터 현장에서 지원하는 방법에 이르기까지 모델 기반 엔지니어링이 얼마나 큰 차이를 만드는지 매우 명확하게 볼 수 있었습니다."

매트릭스 입력

또한 항공기 부품 및 자재 조달 방식에도 영향을 미치고 있습니다.

Kinard는 공군의 획득, 기술 및 물류 차관보인 Will Roper의 작업을 지적했습니다. 그의 "수저 구부리기" 논문에서 Roper는 "우리의 냉전 과정이 세계 최고의 군사 시스템을 생산하지만, 일정을 확대하고 있으며 비용은 지속 불가능한 부산물입니다. 상업 산업과의 극명한 대조로 인해 우리 군대는 토끼굴의 '경이로운' 끝에 있습니다.”

Roper에 따르면 이 토끼 구멍에서 벗어나는 방법은 완전히 디지털 기반에서 설계 및 제조된 항공기, 위성 및 무기 시스템에 대한 USAF의 "e-Series" 지정으로 이어진 일련의 기술인 디지털 엔지니어링을 통하는 것입니다.

이 빠르게 성장하는 클럽의 첫 번째 회원은? 단 36개월 만에 설계 및 제작된 제트 훈련기 eT-7A Red Hawk는 Tuskegee Airmen의 이름을 따서 명명되었습니다.

“개발 단계 초기에 가상 프로토타입을 개발할 수 있는 기능은 비행에 몇 년을 보내는 것은 물론이고 실제로 금속을 절단하고 복합 재료를 배치하기 전에 설계가 고객 요구 사항을 충족하는지 여부를 알려 주기 때문에 생산 위험을 낮춥니다. 구조적 테스트"라고 Kinard는 말했습니다. “그래서 오늘날 가장 강조되는 부분은 대부분 시뮬레이션 모델링과 관련된 것입니다. 이러한 기술이 더욱 정교해지고 3D 모델의 정확도가 높아짐에 따라 앞으로 10년 정도 세상은 극적으로 변할 것입니다.”

Bell(Textron의 사업부)에서 제조 및 프로세스 개발을 위한 기술 펠로우이자 주요 기술 리소스로 근무하고 있는 Paul Oldroyd도 이에 동의했지만 한 가지 주의할 점은 다음과 같습니다. 갈 길.

그는 "'변혁'이라는 단어는 역동적인 환경을 의미하는데, 이는 우리가 계속 앞으로 나아가야 한다는 것을 의미한다"고 말했다. "그래도 우리는 모두 완전한 디지털 아키텍처를 향한 진전을 이루었습니다."

아직 아무것도 못 보셨군요

Bell은 V-22의 첫 번째 FBW(전선 비행) 항공기 이후 많은 발전을 이룩했다고 그는 설명했습니다.

또한 525 Relentless는 완전한 FBW 상업용 회전익기입니다. FLRAA(Future Long Range Assault Aircraft) 및 FARA(Future Attack Reconnaissance Aircraft)를 포함한 JMR(Joint Multi-Role) 항공기는 디지털 트윈을 사용하여 개발되고 있으며 디지털 스레드의 통합으로 상당한 이점을 실현했습니다.

"편익의 개별적인 예로서, JMR Valor V-280 나셀 유압 시스템은 V-22의 유사한 시스템에 비해 엔지니어링 노동력의 90% 감소를 실현하고 동시에 디지털 아티팩트를 제공했습니다. 마찬가지로 공장 개발 시간과 노동력을 줄인 제조 팀."

이것이 완료되었다는 의미는 아닙니다. 그는 모델 기반 엔지니어링이 지속적으로 개선되고 있으며 디지털 스레드는 전체 수명 주기 동안 지속적이고 견고해야 한다고 말했습니다.

“차량 성능을 관리하고 전달할 뿐만 아니라 전체 공급망을 통해 제조, 유지보수 및 지속 메트릭으로 다시 변환됩니다. Digital Enterprise는 물리학 기반 분석, 설계, 가상 검증, 제조, 준비, 상태 모니터링, 유지 및 항공기 인식을 통해 항공기로부터의 지속적인 피드백을 나타냅니다."

Oldroyd는 "차세대 항공"이 제품과 프로세스 모두에서 지속적으로 동시 성숙을 즐길 것이라고 설명했습니다.

그는 “실시간 데이터를 교환하는 개방형 아키텍처 디지털 트윈을 활용할 것”이라고 말했다. "이 기능은 프로그램 관리자, 내부 팀 구성원, 파트너 및 고객과 같은 모든 이해 관계자에게 엔지니어링 분석, 성능 특성 및 기타 관련 메트릭을 포함하여 동일한 정보에 거의 실시간으로 액세스할 수 있는 기회를 제공합니다."

고도로 상호작용하는 엔터프라이즈급 디지털 트윈의 한 가지 이점은 제조 공간이 설계 및 분석 공간과 동시에 발전할 수 있다는 것입니다. 즉, 본질적으로 디지털 스레드를 실현하는 것입니다.

이를 달성하기 위해 Bell은 전용 제조 기술 센터를 만들었으며 Oldroyd는 이를 "사물 인터넷 중심의 디지털 철학에 기반한 제조 혁신 환경"이라고 말했습니다.

이를 위해 회사는 CNC 장비 및 작업 셀에서 센서 기반 제조 데이터를 캡처하여 디지털 트윈에 정보를 제공하고 개선하는 방법을 모색하고 있습니다.

이는 제조 프로세스 자체에 대한 피드백을 제공하여 회사가 생산성을 최적화하고 잠재적인 품질 문제를 피하며 운영 팀을 포함하여 연결된 기업을 위한 각 항공기 구성 요소의 제조 이력을 생성하는 데 도움이 됩니다.

"우리는 그렇게 할 것입니다." 올드로이드가 말했다. “디지털 트윈은 변화하는 환경에 적응할 수 있는 살아있는 유기체여야 합니다. 그렇게 하면 제조 공정이 날이 갈수록 더욱 견고해집니다.

“궁극적으로, 작업 세포는 전지적 요소가 될 수 있습니다. 그들은 스스로 평가할 것입니다. 그들은 건강하지 않을 때 우리에게 알려줄 것입니다. 그리고 그들은 결국 환경적 차원에서 건강해지기 위한 행동을 취하게 될 것입니다. 우리는 진화가 끝나지 않았지만 그것이 '디지털 우주'가 향하는 곳입니다.”