디지털화로 자동차 부품 셀 생산 20% 향상

주문 규모와 수량의 증가로 인해 위스콘신에 기반을 둔 자동차 부품 제조업체 Felss Rotaform LLC(위스콘신주 뉴베를린)는 새로운 이중 로봇 머신 텐딩 셀을 통해 운영을 확장했습니다. 이 회사는 회전 스웨이징, 축 성형 및 튜브 끝단 성형 공정을 사용하는 정밀 부품 공급업체입니다. 회사의 지속적인 프로세스 개선 목표를 달성하기 위해 새 셀은 이전 제조 셀보다 더 안전하고 빠르며 유연해야 했습니다.

자동화의 복잡한 특성을 해결하기 위해 이 회사는 통합 로봇 공학 및 제어 기술에 대한 혁신과 전문 지식을 갖춘 Siemens 및 시스템 통합업체 IAS Inc.(위스콘신주 뉴베를린)에 문의했습니다. 6개월 후 Felss Rotaform은 회사의 생산성 및 수익성 기록을 깨고 있는 디지털화된 통합 제조 셀을 운영하고 있음을 알게 되었습니다.

Felss Rotaform은 차세대 로봇 셀에 대한 요구 사항을 검토하는 동안 몇 가지 목표를 설정했습니다. 첫째, 새로운 고속 PLC를 배포하여 각 개별 부품의 전체 주기 처리 시간을 단축함으로써 생산성을 높이고 싶었습니다.

둘째, 누가 감방에 들어가는지 더 잘 통제할 수 있는 보다 발전된 안전 솔루션을 찾고 싶었습니다. 오래된 셀에서는 유지 관리 인력이 셀에 있을 때 기계가 우발적으로 켜질 수 있어 개인이 부상을 입을 위험이 있습니다. 이를 피하기 위해 Felss Rotaform은 다시 시작되면 셀이 비어 있음을 보장하는 자동화된 프로세스를 원했습니다.

셋째, 셀 전환을 위해 더 많은 유연성을 원했습니다. 이를 통해 회사는 고객을 위해 더 다양한 제품 범위를 테스트하고 제공할 수 있습니다. 오래된 세포는 새로운 프로세스가 수행될 때마다 전체 세포를 재프로그래밍해야 했으며 실행하는 데 며칠이 걸릴 수 있었습니다.

Felss Rotaform의 초기 목표는 새 셀의 각 부품에 대해 48초의 전체 주기 처리 시간(이전 셀보다 훨씬 빠름)이었습니다. 솔루션의 설계 및 구현은 전체 부품 생산 프로세스를 최대 38초까지 가속화하여 효율성을 20% 향상시켰습니다. Felss Rotaform 전기 제어 엔지니어인 Chad Due에 따르면 새 전지가 구현된 후 복잡한 전환의 경우 가동 중지 시간이 며칠에서 몇 시간으로 단축되었으며 일반적인 예정된 전환의 경우 수행하는 데 8시간이 걸리던 작업이 이제는 15분이면 완료됩니다.

“이 새로운 세포는 이전에 3교대로 이루어지던 것을 2교대로 생산할 수 있습니다. 이를 통해 24시간 동안 600개의 추가 부품을 생산할 수 있습니다. 또한 셀의 수익성이 13% 증가했습니다.”라고 Due가 말했습니다.

Siemens 계정 관리자인 Richard Parkhurst는 IAS가 Felss Rotaform의 목표를 달성할 수 있는 강력한 위치에 있다는 것을 알고 있었습니다. “일부 통합업체는 엄격하게 소프트웨어 개발을 수행하고 다른 통합업체는 하드웨어 구축 및 조립에 더 능숙합니다. IAS는 로봇 공학 및 안전 엔지니어링 기능을 포함하여 필요한 모든 기술과 전문 지식의 조합을 가져왔습니다.”라고 그는 말했습니다.

IAS는 Siemens 제품이 필요한 속도, 신뢰성, 유연성 및 안전성을 제공함으로써 Felss Rotaform이 목표를 달성하도록 돕는 데 중요하다는 것을 인식했습니다. 예를 들어, 이더넷 기반 Siemens PROFIsafe 디지털 통신 백본은 기계 및 주변 안전을 제어하기 위해 셀에 설계되었습니다. 다양한 PLC와 로봇 사이에 안전한 통신을 제공합니다. PROFIsafe는 셀 내부의 장치에서 주 PLC로 상태 정보를 릴레이하고 단일 버스 시스템을 통해 표준 및 안전 통신이 모두 발생하기 때문에
이전 기술에 비해 큰 이점을 제공합니다.

PROFIsafe 솔루션 내의 모든 센서와 액추에이터는 I/O 스테이션에 관계없이 분산 안전 개념 내에서 자유롭게 프로그래밍할 수 있습니다. 이러한 유연성으로 인해 작업자는 액추에이터를 선택적으로 끌 수 있습니다. 다른 장점으로는 고장 시간을 줄이는 데 도움이 되는 페일 세이프 통신, 고급 진단 및 핫 스와핑 기능이 있습니다.

Profinet 인터페이스가 내장된 Siemens Simatic S7-1500 PLC도 작동 속도를 높이는 데 중요한 역할을 했습니다. 높은 전송 속도와 효율적인 전송 프로토콜을 갖춘 고속 백플레인 버스는 빠른 신호 처리를 위한 중요한 성능 이점을 제공합니다.

IAS 애플리케이션 엔지니어이자 주요 로봇 공학 및 PLC 프로그래머인 Simon Vancina에 따르면, “S7-1513F PLC는 속도, 사용 가능한 I/O 확장 카드의 범위, 프로그래밍 가능한 안전 컨트롤러 때문에 이 프로젝트에 탁월한 선택이었습니다. 기능, 비교적 컴팩트한 폼 팩터 및 저렴한 비용."

Siemens의 TIA Portal은 모든 PLC 및 HMI를 프로그래밍할 때 시간과 엔지니어링 리소스를 절약하는 데 중요한 역할을 했습니다. TIA Portal을 사용하면 시뮬레이션 도구, 프로그래머 생산성 도구 및 추가 진단을 통해 출시 시간을 단축할 수 있습니다.

Vancina는 "TIA Portal을 사용하면 내가 원하는 방식으로 코드를 작성하고 필요할 때마다 한 프로그래밍 언어에서 다른 프로그래밍 언어로 전환할 수 있습니다."라고 말했습니다. “예를 들어, TIA Portal을 사용하면 Ladder Logic을 선택하여 간단한 논리적 섹션을 더 읽기 쉽게 만든 다음 코드의 다음 줄에서 구조화된 텍스트와 같은 것으로 전환하여 보다 복잡한 프로세스 제어 또는 계산을 구현할 수 있습니다. 거의 모든 PLC에서 다양한 IEC 61131-3 프로그래밍 언어를 사용할 수 있지만 TIA Portal에서는 고유하고 효과적인 방식으로 이들을 결합할 수 있습니다. 이는 코드 개발 시간을 단축하고 이 시스템을 훨씬 더 빠르게 온라인으로 전환할 수 있게 해 주는 매우 편리한 기능입니다.”

프로젝트가 구현되자 Felss Rotaform은 핵심 목표 이상의 이점을 즉시 확인했습니다. 대형 자동차 제조업체는 항상 새로운 제품을 테스트하려고 합니다. 그들은 공급업체가 테스트 과정에서 도움을 주기를 기대합니다. 테스트 단계에서 가장 반응이 빠른 공급업체는 종종 새로운 비즈니스로 보상을 받습니다.

Felss Rotaform의 새로운 제조 셀은 제품 테스트를 염두에 두고 설계되었습니다. 일주일에 6개의 다른 새 부품 번호를 실행할 수 있으며, 다른 셀에서는 한 달이 소요됩니다.

새로운 셀은 결함 부품을 감지하는 능력도 훨씬 더 발전했습니다. Felss Rotaform과 같은 제조업체의 경우 추적 가능성은 운영 비용을 줄이는 데 중요한 역할을 합니다. 셀은 결함이 있는 부품을 감지하고 별도의 빈에 넣어 결함이 있는 부품이 배송되는 것을 방지하고 결함이 너무 자주 발생하는 경우 셀을 중지하고 작업자에게 경고할 수 있습니다. 결함이 있는 부품이 배송되어 고객이 발견하면 전체 배송을 반품해야 하며 공급업체에 수십만 달러의 비용이 듭니다.

IAS와 Siemens는 현재 2018년에 구현될 2개의 유사한 로봇 셀을 테스트하고 있으며 고급 디지털 제조를 위한 더 나은 유지 관리 추적 기능을 포함합니다. 새로운 시스템은 기계가 실행된 시간을 추적하고 주요 중요 부품이 예상 주기 시간 임계값에 근접한 시점을 알려줍니다.

탐색 중인 솔루션 중 하나는 보안 위험을 줄이고 연결된 기계 및 공장의 가용성을 향상시키는 것과 같은 다양한 기능을 제공하는 앱과 연결된 플랫폼 역할을 하는 클라우드 기반 개방형 사물 인터넷(IoT) 운영 체제인 MindSphere입니다.

또한 새로운 시스템은 예측 분석을 통합하여 잠재적 문제에 대한 경고를 세포의 마스터 컨트롤에 보냅니다. “새 시스템은 교체해야 할 항목과 시스템에 필요한 부품 유형을 알려줍니다. 부품을 설치하기 전에 스캔하면 해당 부품이 해당 기계에 적합한지 여부를 알려줍니다.”라고 Vancina가 말했습니다.

Siemens에 대한 자세한 내용은 www.siemens.com을 방문하거나 847-640-1595로 전화하십시오. IAS의 경우 www.iasworldwide.com으로 이동하거나 866-243-2402로 전화하십시오.