CNC 가공의 혁신: 인더스트리 4.0 전환

인더스트리 4.0은 이미 현실입니다. 주요 기업과 국가 전체가 이 이니셔티브에 투자하고 있으며 결과는 유망해 보입니다. 인더스트리 4.0은 모든 IT 기술을 활용하여 생산을 더 효율적이고 자동화된 방식으로 제공하는 새로운 제조 개념입니다. 이 개념은 현대 제조 공정과 장비의 많은 부분에 영향을 미칠 것입니다. 가장 첨단 제조 분야 중 하나인 CNC 가공 기술이 다가올 제조 패러다임의 변화에 어떻게 영향을 받을지 살펴보겠습니다.

빅데이터를 활용한 의사결정

차세대 산업의 핵심 포인트 중 하나는 소위 빅데이터(Big Data)입니다. 데이터베이스 크기와 컴퓨터의 정보 저장 및 처리 능력이 엄청나게 성장하여, 이제 특정 CNC 가공 작업장의 현재 및 과거 작업 정보를 한곳에 모두 보관할 수 있게 되었습니다. 뿐만 아니라 컴퓨터와 신경망이 저장된 가공 데이터를 분석하여 절삭 파라미터, 클램핑, 절삭 공구 선택 등을 개선할 수 있습니다. 이를 통해 작업자에게 조언을 제공하고 작업을 더 쉽고 효율적으로 만들 수 있습니다.

예방 정비 (Preventative Maintenance)

5축 머시닝 센터, 선반, 연삭기 등 공작기계에는 수많은 센서가 장착되고, 빅데이터 모니터링 시스템이 공작기계 가동 중에 이 정보를 온라인으로 수집합니다. 이는 많은 이점을 제공합니다. 첫째, 센서는 공차를 추정하고 공구가 과도하게 마모되면 팁의 좌표나 커터 직경을 변경하여 이를 보상할 수 있습니다.

더 나아가, 공압 펌프 중 하나에 미세한 결함이 있다고 가정해 보겠습니다. 펌프는 처방대로 작동했지만 시간이 지나면서 더 빨리 마모되었습니다. 센서는 이 펌프가 제공하는 압력을 측정하여 정상 범위를 벗어나기 훨씬 전에 이상을 감지할 수 있습니다. 따라서 공작기계가 완전히 고장 나 더 큰 손상을 입기 전에 기술자가 미리 교체 부품을 주문하고 짧은 가동 중단 시간만으로 교체할 수 있습니다.

공정 계획 개선을 위한 데이터 수집

널리 알려지지 않은 사실이지만, 공작기계는 가동 시간의 25~40%만 실제 금속 절삭에 사용합니다. 나머지 60~75%는 이전 공정에서 가공된 부품이 도착하기를 기다리는 데 소요됩니다. 인더스트리 4.0 공작기계 기술은 모든 장비가 단일 디지털 관리 시스템으로 연결되어 하나의 통합 셀처럼 기능하도록 합니다. 관리 시스템이 부품 제조에 필요한 공정과 작업장 내 모든 부품에 대한 정보를 알면, 놀라운 속도로 다양한 블랭크 경로를 계산할 수 있습니다. 새로운 부품이 추가되면 경로를 조정하고, 기본적으로 지능형 자동 제조 시스템을 구축할 수 있습니다. 실제 절삭 비율이 크게 높아져 효율성이 크게 향상됩니다.

자동화 및 가상 품질 관리

품질 관리는 항상 복잡한 문제였습니다. 고정밀 측정 도구를 갖춘 자체 실험실을 유지하거나 해당 작업을 아웃소싱해야 했고, 이는 추가 시간과 자원을 필요로 했습니다. 인더스트리 4.0을 가져올 새로운 기술 혁명이 오면 공작기계에 많은 센서가 장착되어 가공 중에 센서가 제공하는 데이터를 평가함으로써 부품 공차, 표면 조도, 경도 등 특성을 추정할 수 있게 됩니다. 제조 공정을 중단하지 않고 부품을 평가할 수 있어 전체 검사 시간도 단축됩니다.

자동화된 공작기계 공장 자재 관리

가공 공장의 완전 자동화 관리에는 많은 이점이 있습니다. 기업 자원 시스템(ERP)을 제품 수명 주기 관리의 일부로 도입하여 자원 관리에 이미 일부 진전이 있었지만, 여전히 개선할 여지가 있습니다. 프로젝트용 자재와 소모품을 주문하고 배송을 기다리는 동안 상당한 생산 가동 중단 시간이 발생합니다. 작업장이 어떤 자재를 보유하고 있고 다음 프로젝트에 어떤 자재가 필요할지 알면 이 가동 중단 시간을 피할 수 있습니다. 제조 공장을 관리할 신경망은 이 두 가지를 모두 수행할 수 있습니다. 자재 창고를 모니터링하고, 부품의 모델이나 설계가 가공 공장에 도착하는 즉시 제조에 필요한 자재와 공구를 예측할 수 있습니다. 심지어 자재 명세서(BOM)를 자동으로 생성하고 공급 업체에 자동 주문까지 할 수 있습니다. 이렇게 하면 전체 공작기계 공장이 자재 부족으로 대기하는 일이 없습니다. 제조 시스템이 새 부품 가공을 위해 설정되면 자재가 적시에 도착합니다.

클라우드 가공 (Cloud Machining)

컴퓨터 지원 제조(CAM) 시스템과 사물인터넷의 일부인 클라우드 기술은 엔지니어와 공작기계 기술자가 다양한 유형의 공작기계에 원격으로 접근하여 원거리에서 작업을 설정할 수 있게 합니다. 고객이 자신의 부품 CAD 모델만 업로드하면 문앞까지 배송되기만 기다리면 되는 새로운 온라인 가공 서비스가 등장할 것입니다. 엔지니어와 논의하고 도면 승인을 기다리는 긴 시간은 더 이상 필요 없습니다. 제조가 온라인 쇼핑처럼 간편해지지만, 모든 제품은 맞춤형입니다.

새로운 자동화 제조 시스템

인더스트리 4.0이 도래하면 공작기계 자동화와 시스템 통합 수준이 매우 높아져 공작기계 공장의 레이아웃을 수정해야 할 것입니다. 로봇 제조 장비가 가공 공정에 통합되어 블랭크의 적재/하역, 클램핑/언클램핑, 부품 품질 검사, 절삭 공구 교환 등을 수행합니다. 가상 관리 시스템과 로봇 장비가 연결된 공작기계(또는 여러 대)는 소위 '제조 셀(Manufacturing Cell)'을 형성하여 공작기계 기술자 없이도 작동할 수 있습니다. 단지 가공용 금속과 복합 소재만 공급하면 됩니다.