최근 공작기계 산업에서는 전체적인 공정의 효율을 높일 수 있는자동화 중심의 솔루션을 원하는 소비자 수요가 증가하고 있다. 지멘스PLM의솔루션 또한 이를 반영해 새로운 변화를 꾀하고 있다.

황 주 상 기자

지멘스PLM이 관여하는공작기계 솔루션은 크게 두 가지 분야로 나뉠 수 있다. 바로 금형과 가공이다. 이중에서도 지멘스PLM이 집중하고 있는 부문은 가공부문 솔루션이다.

특히, 지멘스PLM의 NX CAM 솔루션은 CAM데이터 매니지먼트가 가능하다는 점에서 차별성을 가진다.

지멘스PLM의 박세종 상무는 “CAM 데이터매니지먼트는 단순히 파일로 데이터를 관리하는 것이 아니라 실제 CAD 및 CAM을 통해 구축한 데이터를 CNC 공작기계 및 제조현장의 제어기에연결해 가공시간을 절감하는 효과를 달성한다”고 설명했다.

또한, 센싱기술을 통해 가공장비에 가해지는 부하 및 생산정보를 포착해 데이터로 환원할 수있다는 점도 업계의 이목을 모으고 있다. 이렇게 환원된 데이터는PLM 프로세스가 관리해 기계장비 및 생산현장의 최적화를 꾀할 수 있기 때문이다. 이러한특징은 작업환경내에서 에너지 및 장비의 솔루션을 최적화할 수 있다는 점에서 향후 인더스트리4.0을 향한중요한 기술이라 할 수 있다.

인더스트리4.0은 지난 3차 산업혁명에 이은 21세기 산업혁명으로 생산자동화의 최대효율화, 즉 사물인터넷과 로봇을통한 연결성 확대를 말한다. 이러한 인더스트리4.0의 최대목표는 바로 생산성 향상에 있다. 공정라인을 유기적인 시스템으로 변모시킨 ‘사이버 피지컬’을 비롯해 모니터링과 생산시스템의 연동 등 최근 생산라인의무인화를 꾀한 시스템의 사례들은 모두 인더스트리4.0의 산물로 볼 수 있다.

지멘스PLM의 PLM 솔루션은 이러한 인더스트리4.0을 지향하고 있다. 박 상무는“지멘스PLM의 솔루션은 한정된 에너지 환경에서 보다 빠르고, 보다 안전한 생산시스템을 구축하기 위한 개발이념에서 출발했다”고전했다.

실행파일 형태의 알고리즘 제공으로 현장감 있는 시뮬레이션 제공
공작기계를 제어하는 것은 결국 컨트롤러다. 이러한 점에서 제조산업 내에서의 컨트롤러가가진 위치는 절대적이라 해도 과언이 아니다.

지멘스PLM은 컨트롤러 공작기계를 제어하는 알고리즘을 실행파일 형태로 NX CAM에 삽입했다. 이러한 제어방식이 기존의 것과 다른 점은 CAM에서 만드는 일반적인 컨트롤 로직이 아닌 실제 제어기의 알고리즘을 통해 공작기계를 시뮬레이션 한다는 점이다. 즉, 가상 CAM 상에보이는 시뮬레이션이 현장과 일치한다는 점이다. 이를 통해 NX CAM을다루는 작업자들도 가상이 아닌 실제 현장에서 장비를 제어하는 듯한 경험을 획득하게 된다.

과거의 CAM 솔루션의 대부분은 솔루션 내에서 공구경로를 형성해 희망하는 장비 및 환경만을제어했다. 하지만 오늘날에는 실제 제어 알고리즘을 삽입해 훨씬 더 정확한 데이터와 가상 작업환경을 구축할수 있게 됐다.

이러한 솔루션의 진면목은 자동차 등과 같이 복잡한 제품을 생산할 때 나타난다. 자동차 등의제품은 실린더 및 엔진 등 각 부품을 가공하는 수많은 홀 가공처리를 거친다.

이러한 공정에는 대부분 CNC 공작기계 10여대가정해진 순서에 따라 가공작업을 수행한다. 이러한 홀 가공에는 시간과 순서가 중요하다. 대량생산이라면 더욱 그렇다. NX CAM은 이러한 모든 요소를 완벽히제어해 시간과 비용을 절감할 수 있다.

박 상무는 이러한 제어 알고리즘을 설명하기 위해 로봇을 예로 들었다. 그에 따르면, 실제 작업에 사용하는 로봇은 기능 및 사용목적에 따라 100가지이상의 종류가 있다. 이렇듯 다양한 로봇들이 움직이기 위해선 CAD 데이터들이수반돼야 한다. 하지만 이러한 CAD의 소프트웨어 데이터가실제 환경과 동일한 환경을 구축하기란 여간 어려운 일이 아니다. 실제 작업환경에는 변수가 많기 때문이다.

박 상무는 “NX CAM은 이러한 제어 알고리즘을 실행파일 형태로 내장한다는 점에서 기존의 CAD/CAM 솔루션과 차별성을 가진다”며, “이러한 특징은 실제 작업환경과 100% 동일하게 공작기계를 제어할수 있다는 점에서 NX CAM의 경쟁력을 강화하는 무기가 되고 있다”고설명했다.

이러한 NX CAM의 장점은 항공 부품 등과 같은 난삭재 가공에서 빛을 발한다. 일반적으로 난삭재란 항공부품 등에 사용되는 티타늄 금속소재들과 같이 일반적인 제조용 공구로는 절삭이 쉽지 않은소재를 말한다. 특히, 국내시장과 같이 공작기계 솔루션의대부분을 외산이나 구식장비에 의존하고 있는 경우에는 이러한 난삭재 가공이 쉽지 않다.

최근에는 항공부문 시장이 각광을 받으면서 관련 부품을 가공 처리하는 난삭재 가공 또한 함께 주목받고 있다.
국내에서도 공구 날의 고속회전 및 하드터닝 가공기법 등 다양한 기술 및 개발이 연구되고 있지만 아직은 초기단계에 머물고 있는 실정이다.

하지만 현장과 동일한 시뮬레이션 환경을 구축할 수 있는 NX CAM 상에선 사용자가 이러한난삭재 가공에 필요한 제조경험을 언제든지 얻을 수 있다.
박 상무는 “최근 공작기계 솔루션의 트렌드는 NC머신의 CAM에 실제 알고리즘을 삽입해 실제 현장과 같은 가상환경을 구축하고, 단순히 CAM에서 데이터를 만들어 관리하는 것이 아니라 CAD·CAM·공구데이터를 하나의 PLM에서 현장정보와 통합해 관리하는 것”이라며, “NX CAM은 이를 모두 만족한다”고 강조했다.

최근 난삭재 가공이 전 세계 제조산업이 주목하고 있는 부문이라는 점을 감안하면, NX CAM의기능은 작게는 사용자 공정제어의 편의성에서, 크게는 향후 성장전망 산업에도 큰 영향을 미칠 것으로 보인다.

PLM 간소화 실현으로 통합 데이터 관리
한편, 박 상무는 이러한 통합 데이터 관리 및 제어가 가능한 것은 PLM내 모든 요소를 간소화할 수 있는 팀센터 소프트웨어 덕분이라고 전했다.
현재 대부분의 소프트웨어 기업들이 CAM·측정 데이터 등 별도의 데이터를 개발 및 관리하고있다. 지멘스PLM의 팀센터는 구축 프로세스의 추측에 의존해왔던 기존의 업무방식을 없애 PLM의 간소화를 꾀했다.

이러한 팀센터의 데이터 관리는 측정기준에 상당한 영향을 미치고 있다.
공작기계 솔루션은 정밀제품이기 때문에 정확한 측정이 수행돼야 하는데 사용자에 따라 정밀함의 기준이 다르기 때문에 과거에는 별도의 CMM을 통해 측정작업을 수행했다. 이렇다 보니 과거에는 이력관리에상당한 어려움이 있었다. 하지만 지멘스PLM은 NX가 PMI 정보를 읽어 측정방식의 기준을 구현해 신뢰성을 확보했다.

박 상무는 “아무리 숙련된 작업자라 하더라도 사람인 이상 개개인마다 측정기준에 차이가 있기마련”이라며, “하지만 팀센터는 일정한 측정기준을 정립해항상 동일한 측정 데이터를 산출한다”고 설명했다.

PMI 정보의 생성은 작업시간 단축에도 기여한다. 박 상무는 “과거에 별도의 CMM을 사용해 측정작업을 했을 때는 약 3~4시간이 걸렸지만, 당사의 솔루션은 이를 약 10여분으로 단축할 수 있다”고 전했다.

또한, 팀센터는 각 기업의 환경에 최적화된CAD/CAM/공구 솔루션을 제공한다.
사용자는 원하는 형태의 솔루션을 팀센터의 리소스 매니지먼트에 등록해 각각의 작업환경에 적합한 솔루션을 선택·사용할 수 있다.
박 상무는 지멘스PLM의 솔루션을 대형 백화점으로 비유했다. 그는 “그동안 기존의 프로그램은 솔루션 베이스에 따라 각자의 전용툴을 사용해 왔다”며, “이는 DB관리가 아닌 파일관리를 중심으로 작업을 수행한 탓이다. 때문에기존 제품은 리비전 관리, 제품의 변경 등이 원활하게 이행되지 않았다”고설명했다.

그에 따르면, 그동안 기존의 솔루션은 사용자가 설계한 데이터가 실제 현장에 사용되는 장비및 방식들과 연계가 잘 이뤄지지 않아 공법 및 기술의 변화에 신속히 대응하지 못했다.

박 상무는 “지멘스PLM은 PLM이라는 커다란 고속도로 위에 각각의 현장에서 요구하는 솔루션을 선택·사용할수 있는 환경을 구축했다”며, “이렇듯 현장과 연결이 가능한데이터 솔루션을 통해 사용자의 최대 관심사항인 비용 및 생산, 그리고 시간을 최적화할 수 있다”고 말했다.

인더스트리 4.0을향한 발걸음
자동차와 같이 복잡한 구조의 제품을 생산하는 제조현장에는 CNC 공작기계뿐 아니라로봇 및 핸들링 장비 등 많은 주변기기들이 가동되고 있다.
일반적으로 성공적인 자동화를 실현하기 위해선 이러한 주변장치를 포함해 공정라인이 얼마만큼 생산량을 높일 수 있는지 그 가능성의 검토가먼저 이뤄져야 하는 것이 정설로 받아들여져 왔다. 하지만 제조업자들이 이러한 공정라인의 변화 및 상태를일일이 파악하기란 어려운 일이다. 국내 제조현장의 시간·공간적인환경에서 제조업자들이 수시로 현장을 방문할 수는 없는 노릇이기 때문이다.

때문에 가공처리 중 장비 하나에 오류가 생겨도 제조업자는 이를 전혀 인지하지 못하는 경우가 태반이다.물론, MES 시스템을 통해 기본적인 정보는 전달받을 수 있으나 현장의 상태를 직접보지않은 이상 자세한 상황의 파악은 어렵다.

하지만 지멘스PLM은 디지털 팩토리 솔루션의 레이저 트래커를 통해 실제 공장의 스캐닝을통해 제조현장의 현장감 있는 데이터를 사용자에게 전송할 수 있다고 말한다.
특히, 2D 내부에 클라우드 포인트를 활용한 방식으로 구현한 입체적인 그래픽은 사용자가마치 공장 내부에 있는 듯한 정보경험을 제공할 수 있다.

박 상무는 “이러한 모니터링 솔루션을 통해 사용자는 굳이 현장에 가지 않아도 CNC 공작기계의 가동률은 물론, 에너지 사용량 등 공장의 세부적인가동정보 및 환경을 확인할 수 있다”고 설명했다.

현재 지멘스PLM은 단순한 CAM 데이터 자동화보다는 CAM 데이터 활용을 통해 경쟁력을 강화할 수 있는 소프트웨어의 원천기술을 개발 중에 있다.
실제로 지멘스PLM은 장기간에 걸쳐 관련 사업인수 및 솔루션 개발에 박차를 가하고 있다. 박세종 상무는 “지멘스PLM은제조현장에 필요한 소프트웨어뿐 아니라 하드웨어도 제공하고 있다”고 전했다. 이어서 그는 “이는 하드웨어를 관리할 수 있는 알고리즘을 PLM 영역에 포함시킬 수 있다는 것”이며, “지멘스PLM이 진정한 의미의 인더스트리4.0을 실현할 수 있는 인프라를 구축했다는 의미”라고 전했다.

FA Journal 황 주 상 기자 (fa@infothe.com)

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