스마트 제조에 통합된 계측 소프트웨어

Scott Lowen이 학교에 온 지 오래되었지만 그는 여전히 "과학 프로젝트"를 하고 있습니다. 이것이 Lowen이 농담으로 부품을 측정하고 결과 데이터가 터닝 센터, 밀 또는 기타 공작 기계에 자동으로 공급되는 수정 사항을 결정하도록 하는 개념 증명 프로젝트라고 불렀습니다.

Lowen의 소프트웨어 및 액세서리 제품 관리자인 미시간주 Wixom의 Zeiss Industrial Quality Solutions에서 진행 중인 과학 프로젝트는 계측 데이터가 완전히 자동화된 가공 수정을 쉽게 생성할 수 있다는 가설을 완전히 지지하지 않았을 수 있지만 Zeiss는 계속해서 자동화된 솔루션. Capture 3D Inc.(Zeiss 회사), Renishaw Inc., Verisurf Software Inc.와 같은 다른 회사는 계측 데이터를 사용하여 공작 기계로 다양한 수준의 자동 수정을 수행하는 솔루션을 보유하고 있습니다.

그동안 진행 중인 과학 프로젝트는 Lowen의 작업의 일부입니다.

그는 "자동 피드백[시스템]에서 연결 유형을 생성하는 데 투자한 시간은 공작 기계에 이러한 유형의 자동 피드백을 제공하는 데 드는 비용보다 훨씬 큽니다."라고 말했습니다. "우리는 여전히 엔지니어가 적절한 데이터를 살펴보고 공작 기계에 대한 적절한 피드백 또는 수정을 생성할 수 있다고 믿습니다."

이것은 제조 엔지니어의 직업 안정성에 좋은 소식일 수 있지만 다음과 같은 질문을 제기합니다. 측정 프로세스가 스마트 제조에 완전히 통합될 수 있습니까? 아니면 연결되고 데이터 중심적이며 자동화된 새로운 제조 방식의 세계 이전에 제조업체가 사용했던 프로세스로 계측을 크게 분류할 수 있습니까?

자동 수정 조치

일리노이주 웨스트 던디의 Renishaw는 소프트 런치 모드의 제품을 보유하고 있습니다. Renishaw Central은 기계 상태, 경고, 공작 기계 프로브 및 툴세터, Equator 측정 시스템 및 CMM의 측정 결과를 비롯한 정보를 제공하는 제조 데이터 플랫폼입니다.

이 플랫폼에는 사용자가 정보를 조사하고 이를 전사적 자원 관리 또는 맞춤형 대시보드와 같은 다른 소프트웨어 시스템에 공급할 수 있는 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스가 있습니다.

Brandon Golab은 다음과 같이 말했습니다. Renishaw의 공작 기계 소프트웨어 관리자. "저희 시스템의 사용자는 측정에 반응하는 방법과 시정 조치를 전달하고자 하는 기계를 구성합니다."

이를 가능하게 하는 것은 지능형 프로세스 제어라고 하는 제품 개선 사항으로, 이는 고객이 측정 시나리오를 처리할 방법을 지시할 수 있도록 하는 일련의 통신 프로토콜입니다. 이를 통해 필요한 경우 제조 공정이나 공작 기계에 대한 오프셋 및 지능적 조정을 생성할 수 있습니다.

Renishaw Central에는 기계 상태 및 측정 결과를 표시하는 표준 대시보드를 제공하는 시각화 기능도 있습니다. 과거 데이터 분석에도 사용할 수 있습니다.

소프트 런칭 기간 동안 플랫폼은 각 측정 장치에 대해 하나의 공작 기계에 대해 설정되지만 Golab은 Renishaw Central이 상호 작용할 수 있는 기계의 수에 제한이 없을 것이라고 말했습니다.

"Renishaw Central 외에도 기계 [공구] 자체가 데이터를 수집할 뿐만 아니라 단일 기계 아키텍처 내에서 폐쇄 루프 제조 피드백을 수행할 수 있는 여러 제품도 있습니다."라고 그는 말했습니다.

신규 또는 경험이 부족한 작업자를 위해 설계된 Set and Inspect with Program Builder는 온-머신과 오프라인 솔루션인 Productivity+를 사용합니다. Set and Inspect는 부품 설정, 부품 검증, 고정물 부하 검증 및 절단 측정 절단과 같은 작업을 수행하는 데 사용됩니다. . Golab은 "이러한 소프트웨어로 설정할 수 있는 모든 것이 있습니다. Set and Inspect는 Renishaw의 Reporter 소프트웨어와 함께 사용하여 데이터를 Renishaw Central에 다시 공급할 수도 있습니다.

Golab은 "Productivity+는 CAD 모델을 사용하여 [Renishaw의] Inspection+가 수행하는 것과 유사한 프로그램을 생성하지만 CAD 기반이므로 프로그래머가 더 쉽습니다."라고 말했습니다. "하지만 개별 기계 수준에서 데이터로 무엇을 할 수 있는지에 관해서는 Inspection+와 매우 유사합니다." Inspection+는 CNC 컨트롤러 수준에서 실행되는 G 코드를 작성할 수 있는 숙련된 사용자를 위한 Renishaw의 매크로 기반 계측 소프트웨어입니다.

Renishaw 측정 기술은 예측 실패에도 사용할 수 있습니다. 이를 위해 Productivity+의 데이터는 부품의 표면 상태를 평가하기 위해 초당 수천 포인트를 측정하는 회사의 Sprint 센서와 쌍을 이룹니다.

"도구가 마모되면 일반적으로 [부품 표면에] 물결 모양이 나타납니다."라고 Golab은 말했습니다. "이것은 공구 성능을 직접 측정하기 때문에 스핀들 부하와 같은 간접적인 방법보다 공구 마모에 대한 더 나은 지표가 될 수 있습니다."

디자이너에게 결정권 이동

폐쇄 루프 제조는 캘리포니아 산타 아나에 있는 Capture 3D의 총책임자인 Rick White에게도 친숙하지만 보다 구체적으로는 적응형 가공이라는 폐쇄 루프 기술을 사용합니다. "스캔 데이터의 결과를 기반으로 CNC 머시닝 센터에 폐쇄 루프를 생성합니다."라고 그는 말했습니다. “[적응형 가공 소프트웨어]는 CAD 모델에 도달하기 위해 무엇을 해야 하는지 파악하고 기계가 수정해야 할 사항을 수정할 수 있는 새로운 경로를 자동으로 생성합니다. 이는 사람의 개입 없이 실시간으로 이루어집니다.”

White는 2021년 10월 Zeiss에 인수될 때까지 GOM 3D 비접촉 측정 솔루션의 미국 최고의 파트너인 Capture 3D의 CEO였습니다.

적응형 가공에서 사용하는 것 외에도 Capture 3D의 전체 필드 ATOS 3D 스캐닝 기술의 데이터는 GOM 소프트웨어를 사용하여 디지털 어셈블리 분석에 제공할 수도 있습니다. White는 "우리의 항공우주 및 자동차 고객은 우리 기술을 사용하여 전 세계의 부품을 디지털 방식으로 조립하여 물리적으로 배송되기 전에 적합성, 정렬 및 사양을 확인하는 데 성공했습니다."라고 말했습니다. "이는 기업이 문제를 수정하거나 변경에 더 빨리 대비하는 동시에 비용을 절감하여 더 빠른 제품 출시에 도움이 됩니다."

예를 들어, 자동차 OEM은 공장, 공급업체 및 계층 공급업체로부터 행온 부품의 계측 데이터를 받은 후 위치에 관계없이 다음을 사용하여 구성 요소가 어셈블리에 맞는지 협업 디지털 프로세스에서 결정할 수 있습니다. 바디 인 화이트의 디지털 모델. 또한 전체 필드 데이터는 디지털 트윈에 대한 수백만 개의 정확한 데이터 포인트를 제공합니다. "그리고 아름다운 부분은 실제로 작동하고 매우 성공적이라는 것입니다."라고 White는 말했습니다.

일부 제조업체에서 사용하는 데이터 흐름을 활용하는 또 다른 기술은 모델 기반 정의(MBD)입니다. "[MBD]가 의미하는 것은 콜아웃, 프로세스 및 편차의 측정과 GD&T[기하학적 치수 및 공차]가 처음부터 CAD 모델의 일부이며 PMI[제품 제조 정보]와 함께 GOM 소프트웨어로 가져옵니다." 화이트가 말했다. “디자이너는 부품을 설계할 때 부품의 공차에 대한 정보도 입력합니다. 그런 다음 계측 시스템에 해당 정보가 있습니다. 무엇을 검사해야 하는지 알고 있으며 어떤 구성 요소가 허용 오차 범위를 벗어나 있는지 확인하는 방법을 알고 있습니다."

이는 측정 대상에 대한 결정을 프로세스의 다운스트림에 있는 검사자에서 설계자에게 이전합니다. 디자이너는 그들의 관점이 본질적으로 더 글로벌하기 때문에 그 정보를 누구보다 더 잘 알 수 있다고 믿습니다. 그들은 함께 작동하도록 부품을 설계하고 있으며 동일한 부품 내에서도 공차가 보편적이지 않습니다.

"MBD는 계측 소프트웨어 내에서 제대로 읽히기 위해 보편적인 표준화가 필요합니다."라고 White는 말했습니다. 그는 품질 정보를 디지털 방식으로 공유하기 위한 통합 XML 프레임워크 표준인 품질 정보 프레임워크를 언급하며 “[이] QIF [형식]이 그 다리가 되기를 바랍니다. 그는 계속해서 “일부 조직은 다른 조직보다 빠르게 움직이고 있습니다. 그러나 우리는 전반적인 상승 추세를 보았고 이것이 우리가 미래를 보는 곳입니다.”

DMSC(디지털 계측 표준 컨소시엄)는 차원 계측을 발전시키는 데 도움이 되는 디지털 계측 표준에 대한 중요한 요구를 해결하기 위해 QIF를 만들었습니다. 컨소시엄 웹사이트에 따르면 DMSC는 QIF 3.0 계측 표준이 2020년 8월에 ISO에서 새로운 ISO 표준 ISO 23952:2020으로 수집, 승인 및 게시했다고 발표했습니다.

White는 "우리는 모두에게 적합한 형식을 표준화하는 작업에 참여하고 있습니다."라고 말했습니다. "주요 CAD 소프트웨어 제조업체를 대신하여 답변을 드릴 수는 없지만 표준이 된다면 이를 사용해야 할 것 같습니다."

스캔된 메시에 MBD 추가

“보잉에는 [MBD]가 필요합니다. 모든 대형 항공우주 회사가 이를 필요로 합니다.”라고 캘리포니아주 애너하임에 있는 Verisurf의 사장 겸 CEO인 Ernie Husted는 말했습니다. 그는 MBD를 시간과 비용을 절약할 수 있는 도구라고 말했습니다. “대부분의 티어 회사는 이를 처리하는 데 익숙하지 않고 그림에 익숙합니다.

“모든 주요 CAD 회사에서 표준 기능으로 구현한 것은 지난 몇 년 동안입니다. 이제 적절한 GD&T 허용 오차로 모델을 허용하고 해당 파일을 공급업체에 보낼 수 있으므로 더 이상 도면이 필요하지 않습니다."

CAD 모델에 MBD 정보가 있는 경우 Verisurf 소프트웨어는 내장된 데이터를 사용하여 모든 CMM, 암, 추적기 또는 스캐너로 검사 계획을 자동화할 수 있다고 Husted는 말했습니다. Husted는 "공작 기계 프로빙을 수행하는 경우 도구 오프셋을 조정할 수 있는 프로세스가 있습니다."라고 말했습니다. “공작기계에는 커터 보정과 공구 마모 보정이 있으며, 공구가 마모되면 오프셋을 조정하여 형상이 내부 형상인지 외부 형상인지에 따라 더 크거나 작게 가공할 수 있습니다. 따라서 도구 마모에 대한 자동 조정을 지시할 수 있지만 도구가 고장 나면 도구를 교체해야 합니다.”

사용자는 의사 결정을 돕기 위해 Verisurf의 소프트웨어 개발 키트로 특수 응용 프로그램을 작성할 수도 있습니다. 예를 들어, 부품이 허용 오차를 벗어나는 경우 공작 기계 회전 목마에 추가 도구가 있는 경우 앱이 도구 변경을 구현하는 데 도움이 될 수 있습니다. 공정 중 검사 또는 기타 자동화 공정을 위해 로봇을 제어하기 위해 루틴을 작성할 수도 있습니다.

Verisurf 소프트웨어 사용자는 CAD 모델이 없는 경우 스캔한 메쉬에 MBD를 추가할 수도 있습니다. "따라서 부품을 스캔할 때 실제로 메쉬 표면을 클릭하고 두께를 뽑아낼 수 있습니다."라고 그는 말했습니다. 2021년 11월, Renishaw와 Verisurf는 북미 기업이 Renishaw의 Verisurf CMM 소프트웨어에 액세스할 수 있도록 하는 계약을 체결했습니다.

제조 엔지니어가 가장 잘 안다

Zeiss의 Lowen은 자동화가 확실히 빠르게 진행되고 있지만 제조업체는 여전히 그 과정에서 귀중한 인적 자원이 필요하다고 경고했습니다.

"[우리의} 경험에 따르면 자동화를 매우 어렵게 만드는 실제 엔지니어링 변수가 너무 많습니다."라고 Lowen이 말했습니다. "우리는 여전히 인간 두뇌를 가진 제조 엔지니어가 '좋아, 여기 이 모양이 허용 범위를 벗어난 이유가 있습니다. 실제로 무엇이 잘못되었는지, 그리고 바로잡기 위해 해야 할 일이 있습니다.'라고 말할 필요가 있다고 결정했습니다."

공구 마모는 이해하기 쉬운 이유 중 하나이지만 치수가 허용 오차를 벗어나는 이유는 거의 없다고 그는 말했습니다. 치수가 공차를 벗어난 유일한 이유가 공구 마모였다면 Lowen은 자동화가 가능하다는 데 동의합니다. 그러나 실제로는 부품이 사양과 일치하지 않는 데는 수십 가지 다른 이유가 있다고 그는 말했습니다.

"고정 고정 장치가 부품을 왜곡하거나 충분히 조이지 않을 수 있습니다. 한 축에서 절단하는 동안 공구가 일관되지 않게 편향되거나 스톡 재료가 허용 오차를 벗어날 수 있습니다.”라고 그는 말했습니다. "그것이 무엇이든 엔지니어가 학교에 가는 이유는 ... 더 나은 부품을 만드는 방법입니다."

자동화 솔루션을 설계하는 데 따른 결과를 더욱 방해하는 것은 제조업체가 더 다양한 부품으로 더 짧은 실행 시간을 갖는 경향이 있다는 것입니다.

"자동차 공급업체에 접근하여 '이 부품을 향후 7년 동안 만들 것입니다. 엔지니어링을 해보자'라고 말할 수 있습니다."라고 그는 말했습니다. "'이 모양의 10억 부분을 만들 것이므로 시간을 투자합시다.' 하지만 많은 고객이 소량을 만들고 있습니다."

Zeiss는 그의 가상 자동차 공급업체 사례에서 사용된 일종의 엔지니어링 솔루션인 Lowen을 제공합니다. 그러나 더 다양한 부품을 더 짧게 실행하는 부품과 기타 부품을 위해 회사는 제조 엔지니어가 허용 오차를 벗어난 부품을 분석하고 결정하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 그 이유를 판단할 수 있는 도구를 제공하는 엔지니어링 도구인 PiWeb을 보유하고 있습니다.

"부품이 허용 오차를 벗어난 경우 제조 엔지니어는 일반적으로 부품이 허용 오차를 벗어나는 이유를 가정하고 가설을 뒷받침할 증거가 필요한지 추측하기 시작하는 가장 교육받은 엔지니어입니다."라고 Lowen은 말했습니다. “PiWeb을 사용하면 부품 데이터베이스에서 검색하고 특히 어떤 공작 기계, 날짜 및 시간 또는 배치 번호를 확인하여 필터링하고 통계적 추세를 볼 수 있습니다. 그런 다음 PiWeb은 데이터뿐 아니라 부품 자체가 치수와 좌표를 표시하여 공작 기계의 어떤 축을 수정해야 하는지 알려주는 훌륭한 시각적 도구를 제공합니다.” PiWeb은 Zeiss의 계측 소프트웨어인 Calypso에서 직접 데이터를 가져옵니다. 그러나 데이터가 다른 계측 소프트웨어에서 가져온 경우 PiWeb은 QDAS, DMO 또는 QIF를 포함한 일반적인 파일 형식을 읽을 수 있다고 Lowen은 말했습니다.

Lowen은 업계가 측정 데이터 및 자동화된 공작 기계 수정을 통해 보다 자동화된 솔루션으로 이동할 필요가 있음을 이해합니다. 이들은 구현이 더 쉽고 빨라짐에 따라 더 널리 받아들여질 것이라고 그는 말했다. 이를 위해 Lowen과 그의 동료들은 확실히 더 많은 "과학 프로젝트"를 수행할 것입니다.