미래의 제조, 생산품보다는 생산방식의 중요성 및 필요성 부각될 것

[인더스트리뉴스 전시현 기자] 최근 주요 선진국에서 기존의 생산제조기술과 ICT 기술 사이의 융합을 추구하고 있다. 또 이를 촉진시키기 위해서 스마트 팩토리 관련 연구 개발에 정부 연구비를 막대하게 투자하고 있으며 이와 동시에 민관 협력이 강화된 체계 구축을 통해서 자국의 제조업 경쟁력 향상을 도모하고 있다.

또한, 한국의 경우도 민관의 협력을 기반으로 해서 제조업 성장성 확보와 더불어 스마트 팩토리 관련 연관 산업의 육성을 도모하고 있으며, 이를 위한 스마트 팩토리 테스트베드 구축을 통해 국내 제조업의 경쟁력을 제고하고 있다. 이와 관련해 울산과학기술원 박형욱 교수는 "소비자 요구와 산업계의 환경이 크게 달라짐에 따라 미래의 제조는 생산품보다는 생산방식 중요성과 필요성이 부각될 것"이라고 전망했다. 박형욱 교수는 이와 관련해 스마트 팩토리와 관련된 생산제조기술 5가지를 언급했다.

가상장비 모델링 및 시뮬레이션
전 세계적으로 증가되는 제품 경쟁력에 의해 각 산업분야에서 불량품의 양산은 허용되지 않고 있다. 따라서 시장 점유율을 높이기 위해서 제조공정 단축과 비용절감은 피할 수 없는 추세이다. 이에 따라 각 산업분야에서는 디지털 툴을 이용해 공정수행의 효율성과 품질 측면에서 제조공정의 최적화를 추구하고 있다.

최근 공작기계는 상당히 복잡한 메카트로닉스 시스템이다. 공작기계의 능력과 효율성은 구조적인 정·동적인 특성과 CNC 시스템의 특성에 의해 결정된다. 그러므로 이를 모델링 하기 위해서는 기계의 정·동적 운동 특성, 구동부의 제어특성 및 가공공정 특성 해석에 의한 그들 간의 상관관계 묘사가 필수적이며, 이의 기반 위에서 이들 특성 요소들의 통합에 의해 다물체 동역학모델(Multi Body Dynamics Model)이 생성된다. 이에 의해 가공공정, 장비의 구동과 NC 제어특성이 시뮬레이션 되고, 이 시뮬레이션 시스템의 응용을 통해 공정의 최적화 및 가공품질의 사전평가를 수행하려는 연구개발이 추진 중이다. 

하이브리드 복합생산기술
고객의 요구가 다양해지고 제품의 수명주기가 짧아지므로 다양한 종류의 부품을 경제적으로 가공하는 것이 경쟁력 강화에 큰 도움이 된다. 이에 따라 유연화, 효율화 및 생산성 측면에서 증가되는 요구사항들은 생산시스템이 가장 합리적으로 이런 다양성에 적응하도록 강요하고 있다. 이를 구현하기 위해 과도한 투자가 아니라 적절한 투자에 의해 품질을 확보하거나 적은 자원에 의해 적합한 품질 수준을 갖는 부품을 생산하는 것이다.

이를 위해서는 복합 생산 시스템 및 복합 생산 공정 방식이 큰 성장 능력을 갖고 있다. 다양한 가공방법들이 하나의 장비 안에서 복합적으로 통합될 수 있다. 즉 가공방법들의 융합이 이루어진다. 한 번의 셋업으로 서로 다른 세 가공방법들 선삭, 밀링 및 레이저 가공이 동시에 진행될 수 있는 다기능의 밀링 기계도 개발되어 현장에 응용되고 있다. 

유연 자율 생산 시스템
생산시스템에서 최근의 딜레마는 외적 요인들, 글로벌 경쟁력, 증가되는 복잡성, 자율성, 짧아지는 제품수명 주기와 제품 다양화 등에 의해 영향을 받는 생산 프로세스를 어떻게 안정적으로 유지하면서 품질 및 생산성을 향상시킬 방안을 강구하는 것이다. 이 시스템은 민첩한 생산, 품질 요구에 대한 동적 대응, 공정변화에 대한 실시간 대응, 자율 최적화 등을 가능하게 하는 첨단 지능화, 인지 및 지능 에이전트 기능들을 갖고 있다. ICT 기술의 발전에 따라 공정 상태를 모니터링하여 상태 변화에 따라 실시간 자율 대응할 수 있는 자율 공정 최적화 시스템으로 발전하고 있다.

사이버물리시스템 기반 생산시스템
ICT 기술과 자동화 기술의 융합을 통해 생산 효율 극대화를 추구하는 독일에 주창된 Industry 4.0의 기반 기술은 사물인터넷(Internet of Thing : IoT)과 사이버물리시스템(Cyber Physical System : CPS)이다. CPS란 실세계와 IT가 긴밀하게 결합된 시스템으로 임베디드 시스템의 복잡성이 급속하게 증대하면서, 기존의 기법과 다르게 SW와 물리세계의 인터랙션을 위한 품질 높고 신뢰할 수 있는 설계 기법이 요구됨에 CPS 다시 주목 받고 있다. 이들을 통해 고임금 국가인 독일의 제조혁신을 통해 글로벌적인 경쟁력을 갖겠다는 것이 핵심 목표이다.

임의형상 적층생산기술
미국에서 제조업의 중흥을 주도적으로 추진하고 있는 적층 제조의 측정과학 프로그램은 적층 가공 및 시스템을 위한 소재 특성 화, 가공 중 측정,모니터링/최적화, 소재/가공/ 제품의 성능 검증, 디지털화를 통하여 신속 설계 제품화하는 것을 전략적인 방향을 잡고 있다. 또 이는 신속하게 소비자의 요구 사항을 만족 시키려는 스마트 팩토리와 그 방향성이 동일하다. 또한, 한국의 경우도 임의형상 적층 생산기술을 스마트 팩토리 8개 기반 기술에 하나로 지정하고 있다.

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