제조업의 인더스트리 4.0:증가하는 자동화의 힘

1784년 물과 증기를 동력으로 하는 기계로 1차 산업 혁명이 시작되었습니다. 두 번째 혁명은 1870년 철강과 전기의 대량 생산으로 시작되었습니다. 세계는 또한 이 기간 동안 비행기의 발명을 목격했습니다. 1960년에 3차 산업혁명은 정교한 전자, 컴퓨터, 자동화를 도입했습니다. 이 혁명은 주로 산업 프로세스의 디지털 혁명에 초점을 맞췄습니다. 오늘날 우리는 현실 세계와 가상 세계를 동기화하는 데 초점을 맞춘 사이버-물리 시스템에 살고 있습니다. 이를 4차 혁명 또는 인더스트리 4.0이라고 하며, 세계경제포럼(World Economic Forum) 회장인 클라우스 슈밥(Klaus Schwab)이 2015년에 공식적으로 사용한 용어입니다.

인더스트리 4.0은 지능형 플랫폼과 기계 및 프로세스의 네트워킹으로 구동되는 스마트 공장을 만드는 새로운 산업 혁명입니다. 데이터 분석, 사물 인터넷(IoT), 고급 로봇 공학, 증강 현실, 적층 제조, 가상 공장 소프트웨어, 디지털 추적성과 같은 인더스트리 4.0 제조 혁명의 다양한 요소가 있습니다.

이 기사에서는 탁월한 프로세스와 기술, 그리고 여전히 개선해야 할 점을 포함하여 인더스트리 4.0 제조에 대해 심층적으로 살펴볼 것입니다.

Industry 4.0 제조의 주요 기술 요소

아래에서 오늘날의 인더스트리 4.0 제조 공정을 구성하는 몇 가지 주요 기술 요소에 대해 자세히 설명하고 장점과 한계를 살펴봅니다.

적층 제조

3D 프린팅이라고도 하는 적층 제조(AM)는 기존의 빼기 기술과 달리 3D CAD 모델을 사용하여 재료를 추가하여 부품을 레이어별로 제조합니다. 오늘날 AM 기술은 자동차, 제조, 항공, 의료 등 다양한 산업 분야의 정교한 설계 요구 사항을 충족하고 있습니다.

지난 20년 동안 AM 기술은 여러 단계를 거쳐 발전해 왔습니다. 광조형술은 1986년 AM에서 개발된 최초의 특허를 받은 쾌속 조형 기술입니다. 그 후 다음과 같은 계승을 거쳤습니다.

• 3DP(3차원 인쇄) – 1993
• 융합 증착 모델링 – 1992
• 선택적 레이저 소결 – 1989년
• 적층 물체 제조 – 1988
• 레이저 엔지니어링 네트 쉐이핑 – 2000

장점

기존의 감산 프로세스와 달리 AM 기술은 짧은 시간 내에 기능적 프로토타입을 설계하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술은 부품에 필요한 원자재를 사용하고 나머지 재료를 재사용할 수 있는 옵션을 제공하므로 재료 낭비가 크게 줄어듭니다. 부품이 하나의 프로세스를 사용하여 제조되고 설정이 거의 필요하지 않기 때문에 여러 제조 및 조립 단계에서 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.

제한 사항

적층 제조는 아직 베타 단계입니다. 저속 등의 기능적 제약이 있어 양산에 적합하지 않다. 적층 제조로 생성된 프로토타입은 종종 후반 제작 마무리 작업이 필요합니다. 더욱이 적층가공은 액상 분말과 금속 폴리머를 사용하기 때문에 재료의 강도가 충분하지 않아 대형 부품을 제작할 수 없습니다.

가상 공장

오늘날의 스마트 공장은 사이버-물리적 시스템을 사용하고 정보 기술의 힘을 상당 부분 활용합니다. 스마트 공장에서 이 시스템은 기계 및 기타 제조 자원이 사람의 간섭 없이 커뮤니케이션, 협업 및 팀 작업을 용이하게 합니다. 그러나 이러한 제조 시스템을 설치하는 것은 비용이 많이 들고 테스트하기에 위험할 수 있습니다. 이와 관련하여 가상 공장 프레임워크는 필요한 의사 결정 지원을 제공합니다.

장점

가상 공장(VF) 프레임워크는 다양한 수요와 동적인 공장 조건에서 스마트 공장의 성능을 평가하기 위한 고급 3D 시뮬레이션 소프트웨어 환경입니다. 단일 장비 또는 전체 공장에 사용할 수 있습니다. VF 기술은 과거 데이터가 없는 상태에서 새로운 제조 시스템의 공정 변동성을 예측하는 데 매우 유용합니다.

제한 사항

시뮬레이션 프로그램이 신뢰할 수 있는 결과를 반환하려면 시설의 특정 조건에 대한 정확한 개요가 제공되어야 합니다. 이는 노동 집약적인 사용자 정의이며 해당 분야 전문가가 필요합니다. 시뮬레이션은 지속적인 실시간 데이터 입력을 기반으로 실행되므로 제조 시스템, 기계 또는 로봇 내의 매개변수 변경이 결과의 정확도에 영향을 미칠 수 있습니다.

산업용 로봇

인공 지능 및 빅 데이터 분석과 같은 기술의 도움으로 Industry 4.0 제조 공정은 산업용 로봇에 의존하여 생산 속도를 높이고 공정 비용을 낮춥니다.

장점

인더스트리 4.0 제조 혁명의 로봇은 전통적인 조상과 달리 자기 인식, 자기 유지, 자기 예측 능력을 갖도록 설계되었습니다. 고급 감각 시스템을 통해 이 차세대 로봇은 다른 로봇 및 작업자와 상호 작용하여 제조 품질을 향상시킵니다. 고급 센서 기술을 사용하여 자동 부품 감지, 정확한 자재 픽업, 안전한 품목 취급과 같은 다양한 수동 작업에 대한 인식을 강화합니다.

제한 사항

매우 민감하고 에너지 친화적인 로봇을 온보딩하는 것은 어렵습니다. 더욱이, 인더스트리얼 4.0 단계의 로봇은 조립 라인과 물류 센터에서 복잡한 작업을 수행하는 숙련된 작업자를 대체하기 위해 아직 성숙하지 않은 상태입니다.

인더스트리 4.0 및 금속 가공 시설

금속 가공 산업은 운영 비용 절감, 재료 낭비 감소, 빠른 납기 및 수정 가능성이 낮다는 점에서 인더스트리 4.0 혁명의 이점을 크게 누릴 수 있습니다. 제조업체는 제조 공정의 각 단계에서 이점을 얻을 수 있습니다.

스마트 CNC 기계는 과거 데이터를 사용하여 잠재적인 오류 지점을 보호하는 예측 모델을 구축할 수 있습니다. IoT 센서와 스마트 미터의 결합 효과는 대형 기계가 유휴 시간 동안 에너지 흐름을 효과적으로 관리하는 데 도움이 될 수 있습니다. 기계의 실시간 프로세스 피드백은 작업자가 알파 단계에서 잠재적인 오류를 제거하는 데 이상적인 선택입니다.

자동화는 생산 속도를 높이고 인적 오류를 줄일 수 있지만 특정 요소는 여전히 도달할 수 없습니다. 그러한 요소 중 하나는 프로젝트에 적합한 자재 조달입니다. 자동화된 스마트 CNC 기계는 공작물의 품질이 좋지 않으면 소용이 없습니다.

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