지금까지 동사에서는 기계·공장 전체의 가동률 향상을 목표로 가동 상황의 시각화, 예방 보전에 도움이 되는 소프트웨어를 개발해 왔다. 종래 첫 제품의 양산 시작에는 실제 기기의 가공 프로그램 작성과 시뮬레이션, 그리고 테스트 가공을 할 필요가 있어 양산가공에 이르기까지의 가동률 저하를 피할 수 없었다. 그래서 디지털 공간상에 실제 기기와 동일한 조건을 충실하게 재현하는 디지털 트윈 기술을 개발, 이들 작업을 디지털 공간에서 실시하는 ‘디지털 세팅’으로 생산성 향상을 지향했다. 또한, 공장 내에 있는 기계의 가동 상황 시각화와 가동 실적을 분석함으로써 생산 프로세스의 개선과 생산성 향상에 도움이 되게 했다.

 

 

디지털 세팅

 

1. 디지털 세팅의 개요

유저의 공장에 있는 기계를 사무실의 퍼스널컴퓨터 안에 재현해 가상 공간상에서 프로그램 작성, 간섭 확인, 가공 조건의 조정을 한다. 이것을 동사에서는 디지털 세팅이라고 부른다(그림 1).

 

2. 도입 효과

디지털 세팅을 함으로써 종래보다 기계의 가동률을 향상시킬 수 있다. 지금까지의 작업 방식에서는 공장 안에서 기계 1대에 작업자 1명이 붙어 워크의 실제 가공뿐만 아니라, 프로그램 작성과 테스트 가공을 하고 있었다. 앞으로의 작업 방식에서는 공장에서 실제 가공을 하고 있는 동안에 사무실의 가공 공간에 있는 가상 기계로 프로그램 작성, 간섭 확인, 가공 조건의 조정을 한다. 기계가 가동하고 있지 않은 시간을 최소한으로 제한할 수 있다(그림 2).

 

 

야마자키마작(주)에서는 디지털 세팅을 실현하기 위해 사무실의 퍼스널컴퓨터 상에 인스톨해 사용하는 이하의 소프트웨어를 개발해 왔다.

 

∙Smooth CAM Ai : 기계용 CAM 소프트웨어

∙Smooth Project Manager : 가공 데이터 관리 소프트웨어

∙Smooth Tool Management : 공장 전체의 공구 정보 관리 소프트웨어

이들 소프트웨어를 이하에 소개한다.

 

3. Smooth CAM Ai

Smooth CAM Ai는 MAZATROL Smooth(야마자키마작(주) 공작기계에 탑재하고 있는 CNC 장치)에 대응한 CAM 소프트웨어이다. 기계로부터 데이터를 취득, 등록함으로써 기계와 동일한 NC 화면 조작 환경을 가상 기계로서 구축하고 기계 사양에 맞춘 가공 프로그램 작성과 시뮬레이션을 한다. 공장 내의 기계를 네트워크 접속함으로써 기계의 정보를 원터치로 등록할 뿐만 아니라, 기계상에서 변경한 공구 등의 정보도 사무실 내의 가상 기계에 동기시킬 수 있다. 여러 개의 기계를 사용하고 있는 경우는 소프트웨어상에서 각각의 기계 데이터를 등록, 교체함으로써 각각의 기계용 프로그램 작성, 동작 확인을 쉽게 할 수 있다(그림 3).

 

 

Smooth CAM Ai는 기계와 동일하게 수치 입력이나 메뉴 버튼 선택을 함으로써 대화형 프로그램을 작성할 수 있는데, 이에 더해 제품 형상의 3D 모델이 있으면 솔리드 마자트롤 기능에 의해 겨우 몇 분만으로 대화형 프로그램을 자동 작성할 수도 있다. 솔리드 마자트롤에서는 소재의 형상과 제품 형상의 차분을 가공 형상으로 해서 드릴의 구멍가공이나 엔드밀의 포켓 가공으로 분류, 가공 프로그램을 자동으로 작성한다. 가공 형상만으로는 판별할 수 없는 가공 면조도나 가공 방법은 개별로 모델의 해당 형상을 선택해 설정한다. 탭 구멍은 제품 형상으로는 드릴 구멍과 마찬가지로 원통 형상의 구멍이 뚫려 있을 뿐이기 때문에 구멍 형상을 모델상에서 선택, 탭의 정보를 설정함으로써 탭 가공의 프로그램을 생성한다.

 

솔리드 마자트롤에서는 AI 기술을 활용해 과거에 작성한 프로그램을 학습 데이터로 해서 학습 모델을 구축함으로써 가공 방법의 정보를 자동으로 프로그램에 반영시킬 수 있다. 예를 들면 드릴 구멍은 어떻게 가공하는지 제품 형상으로는 불분명하지만, 가공 프로그램상에서는 깊은 구멍을 가공하기 위한 사이클을 설정함으로써 가공 부하를 억제하거나, 절삭칩을 배출하기 쉽도록 하거나 하고 있다. 그러한 가공 정보를 학습함으로써 드릴 구멍마다 적용하는 가공 사이클을 AI에 의해 자동으로 판별, 설정함으로써 가공 워크에 적합한 프로그램을 생성할 수 있도록 하고 있다(그림 4).

 

작성한 프로그램은 버추얼 머시닝 기능에 의해 실제 기기에 충실한 기계 모델과 공구 모델과 지그 모델을 사용해 시뮬레이션을 함으로써 정확한 동작 체크, 간섭 체크가 가능하다(그림 5). 공구의 모델은 MachiningCloud사의 MachiningCloudApp에서 사용하는 공구 데이터를 다운로드해 Smooth CAM Ai에 등록함으로써 간단히 사용할 수 있다. MachiningCloudApp에서는 3D의 모델 데이터뿐만 아니라 ISO13399 형식으로 각 공구 메이커가 데이터를 작성하고 있으며, 그 데이터를 Smooth CAM Ai에 등록할 때에 MAZATROL Smoth에서 사용할 수 있는 형식으로 자동 변환하고 있다. 공구 형상 등의 데이터를 하나씩 입력할 필요가 없고 즉시 시뮬레이션에서 사용할 수 있다(그림 6). 이와 같이 실제 가공에 보다 가까운 상태를 가상 공간에 재현함으로써 사무실 내에서도 정도가 높은 시뮬레이션이 된다.

 

 

시뮬레이션의 결과는 커팅 어드바이저 기능에 의해 사용하는 공구마다 일람 표시된다. 가공 시간, 공구 부하뿐만 아니라 절삭 시뮬레이션에 의한 절삭 체적 등의 정보도 있으며, 이들 예측 정보로부터 가공 프로그램 중에서 설정하고 있는 절삭 조건을 변경한다. 변경한 절삭 조건으로 다시 시뮬레이션을 함으로써 프로그램을 최적화해 간다. 사무실에 있는 Smooth CAM Ai에서 최적화된 프로그램을 기계에 전송함으로써 기계의 시제작에 의한 조정 시간을 절감할 수 있다(그림 7).

 

 

4. Smooth Project Manager

Smooth Project Manager는 MAZATROL Smooth＆Smooth CAM Ai에서 작성된 프로젝트 데이터를 관리하는 소프트웨어이다. 가공에 필요한 데이터는 프로그램뿐만 아리라 공구 데이터, 좌표 데이터도 세트로 필요해진다. 야마자키마작(주)에서는 이것을 프로젝트 데이터라고 부르며, 프로젝트 데이터를 관리하는 소프트웨어로서 Smooth Project Manager를 개발했다(그림 8).

 

 

여러 개의 워크를 가공하는 경우, 프로그램마다 필요한 공구나 좌표 데이터는 다르다. 따라서 가공하는 워크를 변경한 후에 워크에 대응한 공구나 좌표 데이터를 하나씩 다시 입력할 필요가 있었다. 프로젝트 데이터로서 하나의 데이터로 관리함으로써 프로그램에 대응한 공구나 좌표 데이터를 원터치로 등록하고, 그 데이터를 로드함으로써 가공을 즉시 시작할 수 있다.

 

프로젝트 데이터는 MAZATROL Smooth＆Smooth CAM Ai뿐만 아니라 OPEN MIND사의 hyperMILL 등 시판 CADCAM 소프트웨어에서도 작성할 수 있다. 야마자키마작(주)와 협업하고 있는 CADCAM 메이커의 소프트웨어는 야마자키마작(주)용 데이터를 출력하는 기능을 갖추고 있으며, 프로그램을 작성해 시뮬레이션한 데이터로부터 프로젝트 데이터를 출력할 수 있다. Smooth Project Manager를 사용해 기계에 프로젝트 데이터를 전송, 데이터 로드함으로써 즉시 가공이 가능해진다.

 

기계상에서 사용하는 가공 프로그램은 CNC 장치의 세대에 따라 포맷이 다르며 새로운 세대의 기계에서는 예전 세대의 기계 프로그램을 변환해 사용할 수 있지만, 예전 세대의 기계에서는 새로운 세대의 기계용 프로그램은 사용할 수 없다. 공장 내에서는 여러 세대의 기계를 혼재시켜 사용하는 케이스도 많고, 새로운 세대의 기계로 작성한 프로그램을 예전 세대의 기계에서 사용해야 하는 경우도 있다. 이러한 요구에 대응하기 위해 Smooth CAM Ai 및 Smooth Project Manager에서는 새로운 세대의 기계로 작성한 프로그램을 예전 세대의 기계 프로그램으로 변환하는 기능도 갖추고 있어 세대를 초월한 기계 간의 데이터 사용을 가능하게 하고 있다.

 

5. Smooth Tool Management

Smooth Tool Management를 이용함으로써 공장 내에서 보유하고 있는 절삭공구의 정보를 관리할 수 있고, 공구 소재 확인의 용이화, 공구 세팅 작업을 효율화할 수 있다(그림 9).

 

디지털 세팅의 가공 프로그래밍 시에는 Smooth Tool Management가 관리하는 공구 정보를 Smooth CAM Ai에 대응, 프로그래밍에 이용하는 것이 가능하다. 공장 내의 공구실이나 공구선반에 보관한 공구의 정보를 이용한 가공 프로그램을 작성함으로써 보다 현실에 가까운 가공 시뮬레이션을 Smooth CAM Ai로 할 수 있다.

 

Smooth Tool Management에서는 공구에 툴 ID(RFID 칩)를 설치함으로써 실제 공구와 공구 정보를 서로 결합해 관리할 수 있다. 툴 ID를 이용한 관리를 함으로써 공작기계에 공구를 장착할 때 Smooth Tool Management가 관리하는 공구 정보를 자동으로 CNC에 등록할 수 있고, 기계의 공구 세팅 작업 부하 경감과 공구 정보 입력의 휴먼 에러를 없앨 수 있다.

 

또한, Smooth Tool Management에서는 공구의 수명도 관리할 수 있기 때문에 각 공구의 수명 상태를 파악하는 것이 가능하다. 기계에서 떼어낸 공구의 정보는 Smooth Tool Management에 보관되고, 다른 기계에서 사용할 때에는 툴 ID를 읽어서 보관된 수명 상태(잔수명)를 이어서 공구를 사용할 수 있다.

 

시각화·가동 실적 분석

 

지금까지 디지털 세팅에 대해 다루어 왔다. 야마자키마작(주)에서는 세팅 후의 기계가공 가동 상황의 시각화·이상이나 가공 완료의 메일 통지·가동 실적 분석을 함으로써 생산성 향상에 기여할 수 있는 소프트웨어도 개발해 왔다. 바로 Smooth Monitor AX이다. Smooth Monitor AX에서는 OEE(overall equipment effectiveness : 설비 종합 효율)이라는 지표를 이용할 수 있기 때문에 생산 로스의 요인 분류를 쉽게 할 수 있다. 분류한 생산 로스 요인을 심층 분석하기 위해 많은 분석 기능을 갖추고 있다. 이하에 분석 기능의 일부를 소개한다.

 

1. 가동 분석

기계의 가동 실적을 자동 운전(가공) 중·운전 정지·세팅 중·알람 발생·전원 오프 등의 분류로 시간이나 비율을 분석할 수 있다. 기계가 가동되고 있지 않은 시간대나 그 비가동의 분류를 특정해 개선 활동에 도움이 되게 할 수 있다.

 

자동 운전 중인 상태는 또한 급이송·절삭 이송·에어컷으로 분류할 수 있기 때문에 로스가 많은 가공 프로그램의 특정에 도움이 된다. 특정한 가공 프로그램을 로스가 적은 상태로 수정함으로써 가동률 향상을 예상할 수 있다.

 

2. 알람 애널라이저

기계는 때로는 이상 알람에 의해 가동이 정지되기도 한다. 알람 애널라이저에서는 동일한 알람의 발생 주기나 이상 정지로부터의 복귀 시간을 분석할 수 있다. 집계한 결과로부터 개선 효과가 높은 알람에 초점을 맞춰 개선 활동을 할 수 있다.

 

3. 오버라이드 이력

주축 회전 속도나 이송축 속도의 오버라이드 값을 집계해 평균값과 변경 이력을 확인할 수 있다. 오버라이드 값의 저하는 생산 속도에 직결된다. 작업자는 의도적으로 오버라이드 값을 내리기도 하기 때문에 이와 같은 오버라이드 값 저하를 개선함으로써 생산 속도의 개선(성능 로스의 개선)이 가능하고 생산성 향상으로 이어진다.

 

4. 공구 사용 분석

가공에서 사용하고 있는 절삭공구마다의 사용 시간이나 평균 절삭 부하를 분석할 수 있다. 절삭 조건을 수정하거나 생산성이 높은 공구로 교체함으로써 생산성 향상을 기대할 수 있고, 사용 빈도가 높은 절삭공구를 특정함으로써 보다 효과가 높은 개선을 할 수 있다.

 

5. 주축 부하 이력

가공 중의 주축 부하와 주축 회전수 변동을 가공 공정마다 그래프로 확인할 수 있다. 이것에 의해 적절한 부하를 걸어 절삭하고 있는지 등의 진단이 가능하다. 특정한 부적절 부분에서 가공 프로그램을 수정함으로써 적절한 부하의 가공이 가능해진다(그림 10～12).

 

 

Smooth Monitor AX는 MTConnect라는 오픈된 통신 규격에 의해 기계에서 가동 정보를 얻고 있다. 따라서 MTConnect에 대응한 기계라면 기계의 메이커에 상관없이 이 소프트웨어와 접속·이용하는 것이 가능하다.

 

 

Smooth Monitor AX는 웹 브라우저에서 사용할 수 있기 때문에 공장 내의 대형 모니터로 표시하거나, 태블릿 단말로 이용하거나 하면 다양한 운용 상황에서 활용할 수 있다.

 

맺음말

 

이 글에서는 디지털 세팅과 가공의 시각화·분석의 개요와 그들을 실현하는 생산 지원 소프트웨어를 소개했다. 현재까지 생산 지원 소프트웨어의 시장 요구는 끊임없이 변화하고 있으며, 그 요구에 대응해 진화를 이루어 왔다. 또한, 야마자키마작(주)에서는 소프트웨어뿐만 아니라 로봇을 활용한 자동화 시스템 등 하드웨어도 아우르는 개발에도 주력하고 있다. 앞으로도 소프트웨어, 하드웨어 양면에서 기능 강화를 추구해 생산성 향상에 더욱 공헌해 갈 것이다.