고급 제조 엔지니어링을 위한 3D 운동학 시뮬레이션 활용

09
9월

3D 운동학(실제) 시뮬레이션을 사용한 제조 엔지니어링

• 작성자 :브라이언 맥모리스
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Futura Automation의 사명은 "IIOT 및 로봇 솔루션 구현을 통해 Industry 4.0의 이점에 대해 북미 제조업체에 상담하고 지원하는 것"입니다.  Futura Automation 컨설팅 팀은 다양한 배경과 경험을 보유하고 있습니다.  팀으로서 우리는 화학, 전기, 제조, 기계 및 제어 공학, 물리학, 수학 및 컴퓨터 과학 분야에서 학위를 취득한 엔지니어를 보유하고 있으며 경우에 따라 고급 학위를 보유하고 있습니다.  팀의 많은 구성원은 IT, ERP, MES, 전자 모터 드라이브, 모션 및 프로그래밍 가능 제어와 함께 로봇 프로그래밍 및 애플리케이션 경험을 보유하고 있습니다.  우리는 고객의 고급 제조 설계 요구 사항을 지원할 수 있는 장비를 잘 갖추고 있습니다.

고객 목표:

Futura Automation 고객은 기업 목표를 달성하기 위해 제조 작업의 품질 및 생산성 향상을 추구합니다.  현재와 ​​가까운 미래에 노동력 부족으로 인해 자동화와 로봇 공학은 점점 더 비용 절감과 생산성 향상을 위한 해답으로 여겨지고 있습니다.  하지만 로봇이 인간의 모든 노동을 직접적으로 대체할 수는 없습니다.  대부분의 경우 작업은 인간 조작자의 지능, 판단력, 혁신 및 손재주가 부족한 로봇의 경우 단순화되어야 합니다.  Futura Automation은 고객의 KPI(핵심성과지표)와 협력하여 이러한 KPI를 충족하는 솔루션을 향해 나아갈 것입니다.

해결책:

Futura Automation이 개발 프로세스 초기에 제조 프로세스 설계를 지원하고 고객이 프로세스를 보다 효율적이고 효과적으로 재구상하도록 도울 수 있다면 고객에게 가장 좋습니다.  제조 방식 개선의 핵심은 다양한 솔루션의 효율성을 가상 세계에서 테스트할 수 있는 실제 시뮬레이션입니다.  파트너인 OCTOPUZ 시뮬레이션 소프트웨어와 함께 Futura Automation은 기계 및 로봇 프로그래밍 수준까지 모든 유형의 제조 장비에 대해 이러한 운동학적(실제) 시뮬레이션을 제공할 수 있습니다.  우리는 시스템 내에서 각 제조 프로세스 간의 관계를 유지하는 솔루션을 식별할 수 있을 것입니다.  솔루션은 시스템 내의 용량과 병목 현상을 정확하게 시뮬레이션해야 하며, 장비와 제품의 질량과 실제 물리적 제약 조건을 고려하여 "운동학적으로" 정확한 방식으로 시뮬레이션해야 합니다.  또한 솔루션은 각 제조 하위 시스템의 변경 사항이 전체 제조 운영에 어떤 영향을 미치는지 보여줄 수 있어야 합니다.

구현

제조 최적화에는 전체 현재 제조 프로세스에 대한 완전한 분석과 제조 프로세스, 작업 흐름, 공장 레이아웃, 기계 및 IIOT 구현, 자동화 및 로봇 공학을 변경하여 프로세스를 개선할 수 있는 방법에 대한 재구상이 필요합니다.  다음은 강력한 솔루션에 필요한 몇 가지 주요 측면입니다.

제조 최적화 솔루션은 무엇을 제공해야 합니까?

• 물류:  부품은 생산자로부터 제조 시설로 이동하여 완제품으로 어떻게 배송되나요?
• 창고:  취급 및 운송 시간을 최소화하기 위해 구성품을 시설에 어떻게 보관하나요?
• 자재 처리:  자재는 바닥 컨베이어, 오버헤드 컨베이어, 리프트 트럭 또는 자율주행차를 통해 창고에서 생산 영역으로 어떻게 운반되나요?
• 구성요소 조립:생산성 및 품질에 대한 설계 제조 요구사항을 충족하기 위해 최소한의 노동력으로 구성요소를 어떻게 조립하고 검사합니까?
• 부품 마감:조립 전에 완료하지 않은 경우 조립된 제품을 어떻게 페인팅, 광택 처리 또는 마감 처리합니까?
• 최종 제품 포장:  배송을 위해 완제품을 케이스, 상자, 팔레트, 끈 또는 포장으로 어떻게 포장하나요?
• HR:  솔루션 실행에 필요한 인력 수준, 자격, 교육 및 장비 기술은 무엇입니까?
• 인벤토리:  과거 및 실시간 데이터를 바탕으로 최적화된 재고 분석을 통해 제품 변경이나 맞춤화에 대한 지원을 잃지 않고 재고를 줄입니다.
• 주문 관리:제조 솔루션의 일정 및 순서를 최적화하여 설정 및 전환 시간을 최소화합니다.
• 시뮬레이션은 어떻게 시각화되어 모든 이해관계자에게 전달되나요?
• 프로세스 워크플로 변경사항을 어떻게 평가하고 구현할 수 있나요?
• 제조 프로세스와 각 하위 프로세스를 프런트 오피스(ERP) 시스템에 연결하는 정보 기술(IT) 시스템은 무엇인가요?

제조 공정 최적화를 위한 KPI

전체 제조 작업 내에서 여러 가지 잠재적이고 경쟁적인 목표가 있는 경우 각 개별 KPI 또는 목표가 제조의 전반적인 효율성에 기여하는지 확인해야 합니다. 다음은 운동학 시뮬레이션 솔루션이 제공할 수 있는 잠재적인 제조 개선 기회입니다.

• 인벤토리 활용도 분석
• OEE 또는 자원 할당
• 인력 할당 또는 생산성 분석
• 자료 흐름 및 제한사항
• 장비 가동 시간 및 유지 관리 일정
• 공장 용량 분석 및 확장 계획
• 품질 관리 목표; 즉, '6 시그마'
• 공장 성과 가시성; 즉, 대시보드
• 제조 업그레이드 및 장비 구입 ROI 시뮬레이션
• HR 노동 성과 추적 교육
• 일정 조정 및 생산 균형

운영 개선을 위해 작업할 때 하나의 대안과 다른 대안 또는 일련의 다른 대안 간의 장단점을 측정하는 것이 중요합니다. 이는 스프레드시트와 같은 정적 분석 도구를 사용하여 수행할 수 있으며 지금까지 수행되었습니다. 그러나 이러한 "단일 상태" 도구는 대부분의 제조 작업에 존재하는 일반적으로 상호 관련된 제조 프로세스, 인력, 자재, 장비 및 시스템의 역학을 고려하지 못합니다.

해결책 – 운동학적 시뮬레이션

운동학적 시뮬레이션을 사용하면 다양한 생산 시나리오와 장비 유형을 분석하여 해당 장비를 구입하고 설정하기 전에 최적의 성능을 테스트할 수 있습니다. 몇 달 또는 몇 년이 걸릴 수 있는 정적 엔지니어링, 장비 평가 및 구매, 배포 및 교육이 아닌 며칠 또는 몇 주 내에 다양한 시나리오를 개발하고 테스트할 수 있습니다. 이를 통해 사용자는 가상 환경과 상호 작용하고 레이아웃, 프로세스, 사람, 장비, 자동화 구현, 일정, 재고 옵션, 순서 패턴 및 실제로 생각할 수 있는 모든 변경 사항에 대한 모든 변경 사항을 "즉시" 테스트할 수 있으며 실제 환경에서 변경 사항을 테스트하는 위험과 비용 없이 운영에 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 운동학적 시뮬레이션을 통해 사용자는 실시간으로 변경 사항을 확인할 수 있어 시간과 비용을 절약할 수 있습니다. 미래 사건에 대한 사전 예측을 통해 사용자는 다양한 시나리오를 자유롭게 실험할 수 있으며 사전 예방적이고 경제적으로 유리한 의사 결정을 내릴 수 있습니다.

OCTOPUZ는 경로에 민감한 모든 애플리케이션에 이상적인 지능형 오프라인 로봇 프로그래밍 및 #kinematic_simulation 소프트웨어입니다.  운동학적 시뮬레이션을 넘어 OCTOPUZ는 로봇의 오프라인 프로그래밍과 제조 공정 시뮬레이션을 결합하여 로봇 프로그래밍에 대한 혁신적인 접근 방식을 취했습니다.  OCTOPUZ는 모든 로봇 또는 제조 시뮬레이션 과제에 대한 주류의 다용도, 강력하고 효과적인 솔루션을 제공합니다.

시뮬레이션 모델 구축:

일반적으로 작업 및 작업 흐름 시각화를 위해 다양한 CAD 개발 도구에서 2D 또는 3D CAD 레이아웃을 모델로 가져옵니다. 그런 다음 프로세스, 연결/컨베이어, 이동 경로 및 기타 정의된 데이터가 모델에 입력됩니다. 모델은 코드를 작성할 필요 없이 그래픽 방식으로 구축됩니다. 이는 기존 시뮬레이션 환경과 운동학적 시뮬레이션 환경 간의 중요한 차이점입니다. 일정, 순서, 프로세스 등을 정의하는 작업은 역사적으로 수동으로 수행되었습니다.   기술의 발전과 글로벌 경쟁 인건비 증가로 인해 ERP 주문 입력(수요) 시스템과 실시간으로 상호 작용하여 프로세스 미세 조정을 목표로 제품 믹스, 라우팅 및 기타 관련 데이터를 생산 모델에 입력하는 것이 점점 더 중요해지고 있습니다.  시뮬레이션을 통해 장비 추가, 제거 또는 재배치를 포함한 여러 생산 솔루션을 테스트하여 "몬테카를로" 예측을 수행할 수 있습니다.  이러한 사전 예측을 통해 사용자는 실제 수집된 입력 데이터와 예측을 기반으로 예상 시나리오를 볼 수 있습니다.  사용자는 시뮬레이션 모델이 실행 중인 동안에도 상호 작용할 수 있으므로 시간을 절약하고 즉시 피드백을 제공할 수 있습니다. 그런 다음 사용자는 이 정보를 활용하여 변경에 대한 가능한 결과, 장점 및 단점을 더 잘 이해하고 궁극적으로 가장 논리적이고 효율적이며 실행 가능하고 경제적으로 유리한 조치를 선택할 수 있습니다. 통합된 최적화 분석, 2D 및 3D 시각화를 통해 당사의 운동학 시뮬레이션 솔루션은 고객의 제조 최적화 요구 사항에 이상적입니다.

혜택:

운동학적 시뮬레이션은 통합 보고 및 시나리오 분석을 통해 공격 시점의 효율성 향상에 대한 피드백과 변경 사항이 시스템 전체에 어떻게 전파되는지 즉시 제공합니다. Simcad를 사용하면 사용자는 수요 변화에 따라 작업이 어떻게 증가하거나 감소하는지, 계획된/비계획적인 공급 중단에 어떻게 반응하는지, 제품 혼합의 변화가 작업 전체에 어떻게 영향을 미치는지 전략을 세울 수 있습니다. 또한 운동학적 시뮬레이션은 사용자가 시행착오와 관련된 막대한 비용이나 Excel 시트를 활용하는 데 오랜 시간이 소요되는 프로세스를 겪지 않는 가상 환경에서 시스템에 대한 다양한 변경을 허용한다는 측면에서 사용자에게 이점을 제공합니다. 운동학적 시뮬레이션을 통해 사용자는 최적의 일정을 확인 및 설정하고, 생산성에 대한 제어력을 높이기 위해 실시간 업데이트를 받을 수 있을 뿐만 아니라 "가상" 시나리오를 실행하여 자원, 장비, 일정 및 생산을 최적화할 수 있습니다. 운동학적 시뮬레이션을 통해 사용자는 다양한 변경 사항이 전체 시스템에 어떤 영향을 미치는지 더 잘 이해할 수 있도록 제조 전반에 걸쳐 관계를 유지할 수 있습니다. 사용자는 자동화와 수동 노동을 기반으로 효율성의 차이를 분석할 수도 있습니다. 생산성을 높이고 비부가가치 시간을 줄이기 위해 최적의 생산 경로를 설정할 수 있습니다. Futura Automation과 OCTOPUZ의 운동학적 시뮬레이션 환경을 통해 이 모든 작업과 그 이상을 Futura Automation의 안내에 따라 수행할 수 있습니다.

결론

운동학적 시뮬레이션은 현재 제조 제약 조건을 이해하고, 기계 및 프로세스 변경의 영향을 식별하여 현재에서 미래 제조 환경으로의 이동에 따른 영향을 시각화하고 전달하는 데 사용되는 실행 가능하고 정확한 도구입니다.

운동학적 시뮬레이션 환경의 장점 및 이점

• Futura Automation은 제조 프로세스 시뮬레이션의 세부 사항을 개발하는 데 도움을 줄 경험이 풍부하고 자격을 갖춘 엔지니어링 전문가 팀을 제공합니다.
• Futura Automation은 재무 및 운영 의사결정을 지원하는 다양한 리소스를 제공합니다.
• Futura Automation은 Tulip 인터페이스를 통해 IOT 및 통합 MES 시스템을 구현하여 자동화된 제조 환경을 보완할 수 있습니다.
• OCTOPUZ에는 프로세스 시뮬레이션을 위해 활성화된 운동학을 통해 신속하게 가져올 수 있는 로봇, 기계 및 도구 모델의 200만 개가 넘는 구성 요소가 포함된 CAD 라이브러리가 포함되어 있습니다.
• 옥토퍼즈가 제공하는
  • 정확한 계산을 보장하기 위한 외부 데이터 소스와의 실시간 연결
  • 제조 장비 및 시스템 흐름에 대한 대화형 "즉시" 변경
  • 기본 제조업체 언어(대부분의 주요 브랜드)로 로봇 프로그래밍을 한 후 실제 로봇에 다운로드할 수 있습니다.
  • 가상 엔지니어링 검토 회의를 위한 인터넷 실시간 업데이트
  • 생산 예측을 위한 동적 린 분석

제조 모델링을 위한 운동학적 시뮬레이션은 미래입니다.  Futura Automation은 교육을 받고 능력이 뛰어난 엔지니어링 파트너로서 프로세스의 비용 및 금전적 수익 측면을 포함하여 제조 환경의 모든 측면을 지원하면서 미래로 가는 길을 보여줍니다.