연결된 제어

인터넷과 클라우드 기반 컴퓨팅은 제조업체가 CNC 공작 기계를 작동하는 방식을 바꾸고 있습니다. 당신의 가게는 준비가 되었나요?

이더넷 포트는 20년 전 CNC 선반과 머시닝 센터에 처음 등장했습니다. MTConnect 공작 기계 통신 표준은 시카고에서 열린 2010 IMTS에서 공식 미국 데뷔를 했습니다. 제조업체들은 얼마 지나지 않아 독일 경제학자 Klaus Schwab이 2015년에 세계가 4차 산업혁명에 진입했다는 논문을 발표했을 때 주류가 된 용어인 클라우드 컴퓨팅과 산업용 사물 인터넷(IIoT)에 대해 이야기하기 시작했습니다.

2021년에 오신 것을 환영합니다. 이제 기계 공장 소유자, CNC 프로그래머 및 제조 엔지니어에게 기계 산업이 지난 20년 동안 크게 변화했음이 분명해질 것입니다. CNC 공작 기계는 이전보다 훨씬 더 똑똑해져서 유리 뒤에서 일어나는 모든 일에 대해 상당한 양의 데이터를 생성할 수 있습니다. 제조 소프트웨어도 더욱 지능화되어 세기의 전환기에 꿈꿔왔던 상호 운용성과 클라우드 기반 기능을 제공합니다.

이 모든 기술적인 마술이 좋은 것인지 아닌지는 논쟁의 여지가 있습니다. 일부 사람들은 작업 현장에서의 생활이 이미 충분히 어렵다고 주장할 수 있습니다. 하루 중 부품을 출고할 시간이 거의 없는데 누가 빅 데이터와 스마트 기계를 필요로 합니까? 다른 이들은 인더스트리 4.0과 이에 수반되는 모든 것을 제조업체를 위한 분명한 길로 보고 있으며, 이를 수용하지 않는 사람은 곧 폐업하게 될 것입니다.

FOCAS 획득

진실은 그 사이 어딘가에 있습니다. 미시간주 로체스터 힐스에 본사를 두고 있는 FANUC America Corp.의 F.A. 엔지니어링 이사인 Paul Webster는 CNC 공작 기계는 Y2K 이전부터 네트워크 및 인터넷에 사용할 수 있다고 언급했습니다. 이 기능을 무시하기로 선택한 상점은 여전히 ​​잘 지내고 있습니다. 감사합니다. 앞으로도 계속 그럴 것입니다. 그러나 공작 기계 연결성과 이를 통해 가능해진 가공 공정에 대한 더 큰 가시성이 결코 나쁜 것이 아니며 수익성 있는 작업과 곧 잊어버릴 작업 사이의 차이를 만들 수 있다고 주장하는 사람은 거의 없을 것입니다.

"우리는 90년대 초에 FOCAS API(응용 프로그래밍 인터페이스)와 광섬유 및 이더넷 포트를 도입했기 때문에 CNC 연결이 꽤 오랫동안 쉬웠습니다."라고 그는 말했습니다. "어려운 부분은 항상 어떤 데이터가 필요한지, 데이터를 얻은 후에는 무엇을 할 것인지 파악하는 것이었습니다."

이 데이터에는 알람 이력, 이송 속도 및 스핀들 오버라이드 설정, 서보 모터 및 스핀들 온도, 전력 소비, 매크로 변수 등이 포함되며 이 모든 데이터는 지속적이고 자동으로 공작 기계에서 가져올 수 있습니다. 여기에 작업 번호, 생산 상태, 절삭 공구 소비, 부품 품질 정보 등 운영자가 제공하는 다양한 입력을 추가하면 작업 현장 활동에 대한 완전한 그림을 얻는 것이 모니터링 소프트웨어가 이 데이터를 수집하는 대시보드를 한 눈에 보는 것보다 어렵지 않습니다. .

FANUC의 경우 1,000개 이상의 CNC 공작 기계를 한 번에 모니터링할 수 있는 브랜드에 구애받지 않는 분석 플랫폼인 MT-LINKi와 생산 모니터링 프로그램인 FASData입니다. 다른 제어 빌더는 많은 공작 기계 제조업체, 절삭 공구 공급업체 및 타사 소프트웨어 개발자와 마찬가지로 유사한 솔루션을 제공합니다. 모두가 엄청난 양의 데이터를 수집하고 인간이 이해할 수 있는 방식으로 제시할 수 있는 수단을 제공하여 생산 수준에 부정적인 영향을 미치기 훨씬 전에 트렌드와 잠재적 문제에 대응할 수 있는 능력을 제공합니다.

구름의 수수께끼

그런 다음 문제는 이 데이터를 저장하고 이를 분석하는 데 사용되는 소프트웨어를 보관하기에 가장 좋은 위치가 어디입니까? 둘 다 오프사이트 호스팅 시설의 클라우드에 있고 전담 하드웨어 및 소프트웨어 전문가가 관리해야 합니까? 아니면 매장이 보유한 내부 IT 인력을 활용하여 "온프레미스" 설치가 더 적절합니까?

Webster와 이 기사를 위해 인터뷰한 다른 사람들은 전자가 더 안전하고 비용 효율적인 접근 방식인 경우가 많지만 많은 상점에서 시설에서 나가는 부품 프로그램과 생산 데이터에 대해 여전히 냉소적이라는 데 대체로 동의했습니다. 일리노이주 샴버그에 본사를 둔 Heidenhain Corp.의 공작 기계 사업 개발 이사인 Gisbert Ledvon도 마찬가지입니다. 그는 고객이 회사의 StateMonitor 소프트웨어를 원하는 곳에 설치할 수 있지만 가능하면 언제든지 현장 설치를 권장한다고 말했습니다.

"우리의 철학은 고객이 자신의 지적 재산을 보호해야 한다는 것이며, 이는 우리에게 기계 도구와 소프트웨어 시스템을 적절하게 보안된 기업 네트워크에 연결하는 것을 의미합니다."라고 그는 말했습니다. “가게가 해킹을 당해 몸값을 지불해야 하는 사례가 많이 있습니다. 물론 이러한 공격은 일반적으로 공작 기계 제어가 아닌 이메일을 통해 이루어지지만 그럼에도 불구하고 우려되는 사항입니다. 이것이 NTMA(National Tooling and Machining Association)가 제조업체가 이러한 유형의 사이버 범죄로부터 스스로를 보호할 수 있는 방법을 보여주는 세미나를 제공하기 시작한 이유입니다.”

그럼에도 불구하고 Ledvon은 클라우드가 모멘텀을 얻을 수 있는 기술 트렌드임을 인정합니다. 관련 위험을 완화하는 데 필요한 것은 우수한 IT 하우스키핑 관행입니다. 상점의 네트워크와 외부 세계 사이에 강력한 방화벽을 설치하십시오. 외부 파일, 소프트웨어 프로그램 및 패치를 안전한 내부 서버에 다운로드하여 CNC-to-cloud 직접 연결을 피한 다음 배포하기 전에 바이러스 백신 소프트웨어로 확인하십시오. 모든 컴퓨터 사용자에게 암호 관리, 악성 이메일 및 웹사이트 탐지, 기업 정보 보호 방법을 교육합니다. 목록은 계속됩니다.

"제어가 모든 공작 기계의 중추임을 고려할 때 클라우드 액세스의 편의성이 인터넷에 노출될 위험을 감수할 가치가 있다고 생각하지 않습니다."라고 Ledvon이 말했습니다. “그러나 이것 중 어느 것도 제조업체가 인더스트리 4.0 전략을 구현하는 것을 막지 못합니다. 반드시 공작 기계를 네트워크로 연결하고 분석을 위한 데이터 수집을 시작해야 합니다. 그렇게 하면 기계를 더 빠르게 설정하고, 사이클 시간을 단축하고, 공구 수명을 최대화하고, 오늘날의 CNC 제어 및 소프트웨어 시스템이 제공하는 다른 모든 이점을 얻는 데 필요한 정보를 얻을 수 있습니다."

네이티브 인재

Industry 4.0의 또 다른 구성 요소는 디지털 트윈으로, 이 경우 CNC 공작 기계의 가상이지만 매우 정확하고 포괄적인 표현을 나타냅니다. 일리노이주 Elk Grove Village에 있는 Siemens Industry Inc.의 공작 기계 디지털화 책임자인 Vivek Furtado에 따르면 디지털 트윈은 CNC 기계의 설계 및 배포를 간소화하여 궁극적으로 제조업체를 보다 효율적으로 만듭니다.

"우리의 SINUMERIK One 컨트롤러는 디지털 트윈 및 기타 구현 기술을 지원하기 위해 처음부터 구축되었다는 점에서 디지털 네이티브로 알려져 있습니다."라고 그는 말했습니다. “CNC 공작 기계 제조업체는 모든 기구학 및 작동 특성을 포함하는 가상 버전의 선반 또는 머시닝 센터를 생성할 수 있습니다. 이를 통해 엔지니어링 시간과 개발 비용을 크게 줄이고 제품이 최종 사용자의 요구 사항을 충족할 수 있습니다.”

디지털 트윈 지원 컨트롤러는 다른 용도로 사용됩니다. 그들은 신입 직원의 교육을 가속화하고 값비싼 공작 기계가 충돌할 가능성을 줄입니다. 이를 통해 견적 담당자는 작업을 보다 정확하게 견적할 수 있고 엔지니어는 최적화된 제조 프로세스를 개발할 수 있으며 CNC 프로그래머는 작업 현장으로 작업을 보내기 전에 G 코드 및 절삭 공구 선택을 검증할 수 있습니다. 일단 거기에 도달하면 향상된 그래픽과 향상된 사용성으로 공작 기계 작업을 더 쉽게 만듭니다.

고급 CAM 시스템이나 PLM 소프트웨어를 사용하는 사람은 누구나 고급 CNC 제어 없이 이 대부분을 수행할 수 있다고 말할 수 있습니다. 그리고 이러한 플랫폼과 다른 소프트웨어 플랫폼의 기능이 최근 몇 년 동안 극적으로 향상되었다는 데에는 이의가 없지만, 디지털 스레드에 참여하는 공작 기계는 데이터 교환을 강화하고 상호 운용성의 루프를 닫는 중요한 도구를 기계 공장에 제공합니다.

적응 및 극복

디지털 트위닝은 제쳐두고 Furtado는 CNC 컨트롤러가 스마트폰 사용자라면 누구나 인식할 수 있는 기능과 기능을 통해 훨씬 더 지능적이고 사용자 친화적이 될 것이라고 제안했습니다. "우리 대부분은 한때 전화를 사용하여 사람들에게 전화를 걸었다는 것을 기억합니다."라고 그는 말했습니다. “오늘날에는 건강을 모니터링하고 정보를 검색하고 제품을 주문하는 등의 작업을 수행할 수 있습니다. 최신 세대의 컨트롤러는 유사한 기능을 제공합니다. 그들은 정보를 처리하고 인간 운영자 또는 다른 시스템에서 보다 효과적으로 활용할 수 있는 방식으로 데이터를 준비할 수 있습니다."

이 지능은 가공 공정에도 적용됩니다. Siemens, FANUC 및 Caron Engineering과 같은 타사 솔루션 제공업체는 스핀들 및 축 부하, 기계 진동 및 절삭 공구 수명 및 부품 품질에 영향을 미치는 유사한 요인을 지속적으로 모니터링하는 적응형 제어 기능을 제공합니다. 그런 다음 이러한 스마트 시스템은 실시간으로 가공 매개변수를 조정하여 재료 제거를 최적화하고 잠재적인 문제를 제거합니다.

일리노이주 엘크 그로브 빌리지에 있는 Fagor Automation Corp.은 Industry 4.0 상을 노리는 또 다른 제어 제공업체입니다. Fagor의 북미 총괄 책임자인 Harsh Bibra는 ARFS(Adaptive Real-time Feed and Speed) 제어가 이 모든 것 이상을 수행하지만 이러한 유형의 센서 기반 기술은 예측 유지보수에도 사용될 수 있다고 설명했습니다.

"저희는 i4.0 Connectivity Pack도 제공합니다."라고 그는 말했습니다. "이를 통해 사용자는 물론 가공 데이터를 수집할 수 있을 뿐만 아니라 상태 기반 경고 전송, 공작 기계 튜닝 및 펌웨어 업데이트, 매개변수 설정 변경 등의 모든 작업을 모바일 장치 또는 원격 컴퓨터에서 수행할 수 있습니다."

가장 큰 병목 현상

Bibra는 큰 변화를 앞두고 있습니다. 공작 기계에서 IIoT 지원 센서 및 가속도계의 사용이 증가하고 더 지능적인 컨트롤러와 함께 공장 자체가 더 똑똑해질 것입니다. 방금 언급한 적응 기능을 훨씬 능가하는 인공 지능(AI)이 널리 보급되어 광범위한 소등 제조에 필요한 자동화된 의사 결정의 문이 열릴 것입니다.

Bibra는 이 모든 것이 5G 셀룰러 네트워크의 개발 및 후속 출시를 고려할 때 문자 그대로 속도를 얻을 것이라고 제안했습니다. 이는 인터넷 대역폭을 늘리고 대기 시간을 줄일 뿐만 아니라 앞서 언급한 해킹 두려움을 완화할 수 있습니다. 그는 “미래의 제어 장치에는 5G가 탑재될 것이며, 생성된 데이터는 최대 10Gbit/s의 속도로 이른바 에지 장치로 무선으로 전송될 수 있다”고 말했다. "몇 년 안에 이 기술이 제조업체가 작업 현장에서 정보를 수집하는 방식을 근본적으로 변화시킬 것으로 기대합니다."

인더스트리 4.0의 단점은 고급 기술을 이해하고 작업할 수 있는 숙련된 작업자가 부족하다는 것입니다. Bibra는 제조업체가 기술에 익숙해지면 재교육이 필요할 것이라고 말했습니다. 그러나 부족의 지식과 직원의 퇴직 및 퇴직으로 인한 경험 손실에 대한 우려는 고대 역사가 되어야 합니다.

매장 방문

노스캐롤라이나주 샬럿에 있는 Okuma America Corp.의 엔지니어링 및 기술 담당 부사장인 Jim Kosmala는 오늘날 증가된 연결의 대부분을 PC 기반 제어 사용에 기인한다고 말했습니다. “많은 사람들이 Okuma가 공작 기계 제조업체일 뿐만 아니라 자체 서보 시스템과 컨트롤러도 만든다는 사실을 잊고 있습니다. 이들은 Microsoft Windows에서 실행되고 Intel 칩을 사용하므로 둘 다 쉽게 연결할 수 있습니다.”

또한 PC 기반 컨트롤을 사용하면 컨트롤에 다양한 소프트웨어 프로그램을 쉽게 설치할 수 있습니다. 예를 들어, Okuma 고객은 COVID 팬데믹이 시작될 때 Microsoft Teams를 사용하여 다른 사람과 협업하거나, 화면을 공유하거나, 필요에 따라 다른 사람에게 원격 제어를 제공할 수 있습니다. Kosmala는 “이것이 우리 App Store의 전체 아이디어입니다. “사용자는 OSP 컨트롤에서 직접 필요한 모든 것을 다운로드하고 설치할 수 있으므로 별도의 PC가 필요하지 않습니다. 이는 협업 및 연결을 위한 완전히 새로운 가능성을 나타냅니다.”

이러한 앱 중 하나는 사용자가 CNC 공작 기계를 모니터링하고 운영 데이터를 수집할 수 있는 Okuma의 Connect Plan입니다. 그것은 대부분의 모든 브랜드 또는 빈티지 공작 기계뿐만 아니라 로봇 및 기타 형태의 자동화와 함께 작동합니다. 그러나 Kosmala에 따르면 Connect Plan은 AI 알고리즘을 사용하여 사용 가능한 정보를 살펴보고 인간이 놓칠 수 있는 추세를 식별합니다.

데이터 수집 보고서와 대시보드를 몇 주 동안 살펴본 후 작업자의 커피 습관으로 인해 특정 선반이 매일 아침 10분 늦게 시작하거나 가장 가까운 그라인더의 스핀들 온도가 선적 부서는 적재 문을 열 때마다 떨어집니다. Kosmala는 AI가 인간보다 훨씬 빠르게 이러한 추세를 포착하여 감독자가 잠재적인 문제 영역을 더 빨리 해결할 수 있는 능력을 제공한다고 설명했습니다. 또한 이 정보는 데이터베이스에 저장되므로 상사가 퇴사해도 지식이 손실되지 않습니다.

"Deming은 데이터가 없으면 의견이 있는 또 다른 사람일 뿐이라고 말했습니다." Kosmala가 말했습니다. “IIoT와 Industry 4.0은 해당 데이터를 수집하고 활용하여 궁극적으로 지식으로 전환하는 것입니다. 이것이 이 여정의 모든 사람을 위한 첫 번째 단계입니다. 이제 가상 회의가 제공되고 어디에서나 기계 상태 또는 생산 수준을 확인할 수 있으며 자동화를 단순화하는 원격 도구에 액세스할 수 있습니다. 공장에 가지 않고도 그렇게 할 수 있다면 훨씬 더 좋습니다. 효율성과 기계 가동 시간을 높이는 것이 중요하며, 이 두 가지 모두 최신 CNC 컨트롤러를 사용하면 더 쉽게 달성할 수 있습니다."