3D 운동학적 시뮬레이션 활용한 첨단 제조 엔지니어링

2024년 9월 9일

3D 운동학적(실세계) 시뮬레이션을 이용한 제조 엔지니어링

• 작성자: Brian McMorris
• 주제: ABB
• 댓글: 0

Futura Automation의 미션은 다음과 같습니다: "IIOT와 로봇 솔루션 구현으로 북미 제조업체들에게 Industry 4.0의 혜택을 자문하고 지원한다." Futura Automation 컨설팅 팀은 다양한 배경과 경험을 가집니다. 팀으로서 우리는 화학, 전기, 제조, 기계, 제어 공학뿐만 아니라 물리학, 수학, 컴퓨터 과학 분야에서 학위를 가진 엔지니어들을 보유하며, 일부는 고급 학위도 있습니다. 팀 다수는 로봇 프로그래밍과 애플리케이션 경험뿐만 아니라 IT, ERP, MES, 전자 모터 드라이브, 모션, 프로그래머블 컨트롤 경험도 있습니다. 우리는 고객의 첨단 제조 설계 요구사항을 지원할 준비가 잘 되어 있습니다.

고객 목표:

Futura Automation 고객들은 기업 목표 달성을 위해 제조 운영에서 품질과 생산성 개선을 추구합니다. 현재와 근미래의 노동력 부족으로 자동화와 로봇이 비용 절감과 생산성 향상의 해답으로 점점 더 여겨지고 있습니다. 하지만 로봇이 모든 인간 노동을 직접 대체할 수는 없습니다. רוב 경우, 인간 작업자의 지능, 판단, 혁신, 민첩성이 부족한 로봇을 위해 작업이 단순화되어야 합니다. Futura Automation은 고객의 KPI(핵심 성과 지표)를 기반으로 그 KPI를 충족하는 솔루션으로 나아갑니다.

솔루션:

Futura Automation이 제조 공정 설계 초기 단계에서 지원하고 고객이 공정을 더 효율적이고 효과적으로 재구상하도록 돕는 것이 고객에게 최선입니다. 제조 관행 개선의 열쇠는 실세계 시뮬레이션으로 다양한 솔루션의 효능을 가상 세계에서 테스트하는 것입니다. Futura Automation은 파트너 OCTOPUZ 시뮬레이션 소프트웨어로 모든 유형의 제조 장비를 머신과 로봇 프로그래밍 수준까지 운동학적으로(실세계적으로) 정확하게 시뮬레이션할 수 있습니다. 우리는 제조 시스템 내 각 제조 공정 간 관계를 유지하는 솔루션을 식별할 수 있습니다. 솔루션은 장비와 제품의 질량과 물리의 실세계 제약을 고려해 '운동학적으로' 정확한 방식으로 시스템 내 용량과 병목을 정확하게 시뮬레이션해야 합니다. 또한 각 제조 서브시스템 변경이 전체 제조 운영에 미치는 영향도 보여줄 수 있어야 합니다.

구현

제조 최적화는 현재 제조 공정 전체에 대한 완전한 분석과 제조 공정, 워크플로, 플랜트 레이아웃, 기계 변경, IIOT, 자동화, 로봇 구현으로 공정을 어떻게 개선할 수 있는지 재구상을 요구합니다. 다음은 견고한 솔루션에 필요한 몇 가지 핵심 측면입니다:

제조 최적화 솔루션이 제공해야 할 것?

• 물류: 부품이 생산자로부터 제조 시설로, 완제품이 외부로 어떻게 이동하는가?
• 웨어하우징: 부품이 시설 내 어떻게 저장되어 취급과 운송 시간 최소화하는가?
• 자재 취급: 자재가 창고에서 생산 구역으로 어떻게 이송되는가? 플로어 또는 오버헤드 컨베이어, 리프트 트럭, 자율 주행 차량?
• 부품 조립: 부품이 최소 인력으로 어떻게 조립되고 검사되어 설계 제조 요구사항(생산성, 품질) 충족하는가?
• 부품 마감: 조립 제품이 이전 공정에서 하지 않았다면 어떻게 도장, 연마, 마감되는가?
• 엔드오브라인 포장: 완제품이 케이스, 카톤, 팔레트, 스트래핑, 래핑으로 어떻게 포장되어 출하되는가?
• HR: 솔루션 실행을 위한 인력 수준, 자격, 교육, 장비 기술?
• 재고: 과거 및 실시간 데이터 기반 최적화 재고 분석으로 제품 변경이나 커스터마이징 지원 잃지 않고 재고 감소
• 주문 관리: 제조 솔루션의 스케줄링과 시퀀싱 최적화로 셋업과 체인지오버 시간 최소화
• 시뮬레이션이 어떻게 시각화되고 모든 이해관계자에게 전달되는가?
• 공정 워크플로 변경이 어떻게 평가되고 구현되는가?
• 제조 공정과 각 서브공정을 프론트 오피스(ERP) 시스템과 연결하는 IT 시스템은 무엇인가?

제조 공정 최적화를 위한 KPI

전체 제조 운영 내 여러 잠재적 경쟁 목표가 있을 때, 각 개별 KPI나 목표가 전체 제조 효율성에 기여하도록 보장해야 합니다. 다음은 운동학적 시뮬레이션 솔루션이 제공할 수 있는 잠재적 제조 개선 기회들:

• 재고 활용 분석
• OEE 또는 자원 할당
• 인력 할당 또는 생산성 분석
• 자재 흐름과 제약
• 장비 가동률과 유지보수 스케줄링
• 플랜트 용량 분석과 확장 계획
• 품질 관리 목표; 예: '6 시그마'
• 공장 성과 가시성; 예: 대시보드
• 제조 업그레이드 및 장비 조달 ROI 시뮬레이션
• HR 인력 성과 추적 교육
• 스케줄링과 생산 밸런싱

운영 개선을 향해 나아갈 때, 한 대안과 다른 대안, 또는 다른 대안 세트 간의 트레이드오프를 측정하는 것이 중요합니다. 이는 스프레드시트 같은 정적 분석 도구로 수행 가능하고 수행돼 왔습니다. 하지만 그런 '단일 상태' 도구는 대부분의 제조 운영 내에 존재하는 일반적으로 상호 연관된 제조 공정, 사람, 자재, 장비, 시스템의 역학을 고려하지 못합니다.

솔루션 - 운동학적 시뮬레이션

운동학적 시뮬레이션은 다양한 생산 시나리오와 장비 유형을 분석해 최적 성능을 위해 해당 장비 조달과 설정 전에 테스트할 수 있게 할 뿐만 아니라. 광범위한 시나리오를 며칠 또는 몇 주 내에 개발하고 테스트할 수 있게 하며, 정적 엔지니어링, 장비 평가, 조달, 배포, 교육이 수개월 또는 수년 걸리는 것과 대조됩니다. 이는 사용자가 가상 환경과 상호작용하며 레이아웃, 공정, 사람, 장비, 자동화 구현, 스케줄, 재고 옵션, 시퀀싱 패턴, 운영에 긍정적 영향 줄 수 있는 사실상 모든 변경 사항을 '실시간으로' 라이브 환경의 위험과 비용 없이 테스트할 수 있게 합니다. 운동학적 시뮬레이션은 사용자가 실시간으로 변경사항을 볼 수 있게 해 시간과 비용을 절약합니다. 미래 이벤트 사전 예측으로 사용자가 다양한 시나리오 실험 가능, 사전 예방적, 경제적으로 유리한 의사결정 촉진.

OCTOPUZ는 모든 경로 민감 애플리케이션에 이상적인 지능형 오프라인 로봇 프로그래밍 및 #운동학적_시뮬레이션 소프트웨어. 운동학적 시뮬레이션을 넘어 OCTOPUZ는 로봇 오프라인 프로그래밍과 제조 공정 시뮬레이션을 결합하는 혁명적 접근을 취했습니다. OCTOPUZ는 모든 로봇 또는 제조 시뮬레이션 과제에 주류, 다재다능, 강력, 효과적인 솔루션 제공.

시뮬레이션 모델 구축:

일반적으로 2D 또는 3D CAD 레이아웃이 다양한 CAD 개발 도구에서 모델로 임포트돼 노동과 워크플로 시각화. 그런 다음 공정, 연결/컨베이어, 이동 경로, 기타 정의된 데이터가 모델에 입력. 모델은 코드 작성 없이 그래픽으로 구축. 이는 전통적 시뮬레이션 환경과 운동학적 시뮬레이션 환경의 중요한 차이점. 스케줄, 시퀀스, 공정 정의는 역사적으로 수동으로 수행. 기술 발전과 더 큰 글로벌 경쟁, 인건비로 ERP 주문 입력(수요) 시스템과 실시간 상호작용해 제품 믹스, 라우팅, 기타 관련 데이터를 생산 모델에 입력해 공정 미세 조정하는 것이 점점 중요해짐. 시뮬레이션은 '몬테카를로' 예측으로 장비 추가, 제거, 이전 등 다중 생산 솔루션 테스트 가능. 이 사전 예방적 예측으로 사용자가 실제 수집 입력 데이터와 예측 기반 예상 시나리오 볼 수 있음. 사용자는 시뮬레이션 모델이 여전히 실행 중일 때 상호작용 가능, 시간 절약과 즉각적 피드백 제공. 사용자는 이 정보를 활용해 가능한 결과, 변경사항의 장단점 더 잘 이해, 궁극적으로 가장 논리적이고 효율적, 실행 가능, 경제적으로 유리한 행동 방침 선택. 통합 최적화 분석, 2D/3D 시각화로 우리 운동학적 시뮬레이션 솔루션은 고객의 제조 최적화 니즈에 이상적.

혜택:

운동학적 시뮬레이션은 통합 리포팅과 시나리오 분석으로 공격 지점에서의 효율성 향상뿐만 아니라 변경이 시스템 전체에 어떻게 전파되는지 즉각 피드백. Simcad로 사용자는 수요 변화 기반 운영 램프업/다운 전략 수립, 계획된/비계획된 공급 중단 대응, 제품 믹스 변경이 전체 운영에 미치는 영향 분석 가능. 또한 운동학적 시뮬레이션은 사용자가 가상 환경에서 시스템에 수많은 변경 가능하게 해 시도착오의 막대한 비용이나 엑셀 시트 같은 긴 시간 소모 프로세스 없이 혜택 제공. 운동학적 시뮬레이션으로 사용자는 최적 스케줄 확인, 생산성 향상을 위한 실시간 업데이트로 통제력 증대, '가정 시나리오' 실행으로 자원, 장비, 스케줄, 생산 최적화 가능. 운동학적 시뮬레이션으로 사용자는 제조 전반에 걸쳐 관계 유지해 다양한 변경이 전체 시스템에 미치는 영향 더 잘 이해. 자동화 대 수작업 기반 효율성 차이 분석 가능. 최적 생산 경로 수립으로 생산성 증대와 부가가치 없는 시간 감소. Futura Automation과 OCTOPUZ의 운동학적 시뮬레이션 환경으로 이 모든 것과 더 많은 것들을 Futura Automation의 가이드로 수행 가능.

결론

운동학적 시뮬레이션은 현재 제조 제약 이해, 기계와 공정 변경 효과 식별, 현재에서 미래 제조 환경으로 이동 영향 시각화와 전달에 실행 가능하고 정확한 도구.

운동학적 시뮬레이션 환경의 장점과 혜택

• Futura Automation은 제조 공정 시뮬레이션 세부사항 개발을 도울 고도로 경험 있고 자격 있는 엔지니어링 전문가 팀 제공
• Futura Automation은 재무적, 운영적 의사결정 지원 위한 다양한 리소스 제공
• Futura Automation은 Tulip Interfaces 통해 IOT와 통합 MES 시스템 구현으로 자동화 제조 환경 보완
• OCTOPUZ는 로봇, 기계, 툴 모델 200만 개 이상 컴포넌트 CAD 라이브러리 포함, 운동학 활성화로 빠른 프로세스 시뮬레이션 임포트 가능
• OCTOPUZ 제공:
  • 외부 데이터 소스와 실시간 연결로 정확한 계산 보장
  • 제조 장비와 시스템 플로우에 대한 인터랙티브 '실시간' 변경
  • 주요 브랜드 대부분 네이티브 제조사 언어로 로봇 프로그래밍 후 실세계 로봇에 다운로드 가능
  • 가상 엔지니어링 리뷰 미팅용 인터넷 실시간 업데이트
  • 생산 예측 위한 동적 린 분석

제조 모델링을 위한 운동학적 시뮬레이션은 미래입니다. Futura Automation은 제조 환경의 모든 측면(공정 원가와 재무 수익 측면 포함)에서 이 미래로 가는 길을 보여줄 훈련되고 높은 역량의 엔지니어링 파트너입니다.