[인더스트리뉴스 최종윤 기자] 일반적으로 생산 요구사항이 변경되면, 기업들은 가장 먼저 새로운 하드웨어 구축을 통한 성능 확장에 나선다. 하지만 이러한 접근방식은 많은 비용과 시간을 필요로 한다. B&R은 디지털 트윈과 가상 시운전을 통해 해결이 가능하다고 말한다. Niigon은 최근 자동화 기술과 시뮬레이션 기반 설계를 통해 새로운 하드웨어 업그레이드 없이 기존 기계에서 더 많은 것을 얻을 수 있다는 것을 증명했다.

Niigon의 새로운 사출 성형기가 막 생산에 돌입했을 때, 엔드유저는 원래 사양보다 더 높은 생산량으로 성능 변경을 요구했다. 그러나 현재 구성에서 더 빠른 속도로 기계를 실행하면, 금형이 닫힐 때 진동이 발생할 수 있었다. Niigon의 엔지니어들은 새로운 하드웨어 솔루션에서는 유압 컴포넌트를 전기 부품으로 교체해야 한다는 결론을 내렸다. 이는 새로운 부품 비용과 수백 시간의 엔지니어링 시간으로 인한 기계 다운타임으로 큰 손실을 감수해야 했다. 그러나 오랫동안 B&R 기술을 사용했던 Niigon은 가상 머신 시운전이 이 문제에 대한 잠재적인 해결책이 될 것이라고 기대했다.

가상의 대안

Niigon은 요구되는 기계 성능에 대한 방안을 찾기 위해 시뮬레이션과 가상 시운전 솔루션의 선두 공급업체인 Maplesoft에 주목했다. Maplesoft의 MapleSim 모델링 및 시뮬레이션 도구는 B&R의 Automation Studio 엔지니어링 환경과 완벽하게 호환된다.

Niigon의 엔지니어들은 익숙한 개발환경에서 작업하면서 기계의 가상 모델에서 다양한 최적화 전략을 테스트하고, 어떠한 손상에 대한 위험없이 기계의 최대 성능을 도출할 수 있었다. 적절한 전략이 개발되면, 원격 액세스를 통해 물리적 기계를 새로운 소프트웨어로 업데이트할 수 있다. 가능한 빨리 결과를 얻기 위해 Niigon은 Maplesoft Engineering Solutions의 서비스를 채택했다. 결국 다음과 같은 3단계를 거처 손쉽게 시뮬레이션 기반 기계 업그레이드를 개발하고 구현했다.

1단계 : 모델 개발

물리적 기계를 충분히 시뮬레이션하기 위해 다중도메인 MapleSim 환경에서 유압 및 기계적 시스템을 포함한 주요 컴포넌트들을 모델링했다. Maplesoft는 물리적 기계의 작동 데이터를 활용해 문제시 됐던 진동을 포함해 물리적 기계의 동작을 정확하게 복제하는 동적 모델을 생성할 수 있었다.

디지털 트윈인 이 모델을 사용해 진동의 원인을 조사하고 제거하기 위한 다양한 전략을 시뮬레이션할 수 있었다.

2단계 : 코드 최적화

Niigon은 이제 시뮬레이션 모델을 사용해 기계에 최적화된 제어 코드를 개발할 준비가 됐다. Niigon은 제어설계에서 B&R Automation Studio를 사용하기 때문에 가상 시운전을 위해 MapleSim 모델을 쉽게 가져올 수 있었다. MapleSim 모델을 Automation Studio에 연결하는 B&R MapleSim Connector를 통해 실시간으로 디지털 트윈에 대한 제어 코드의 영향을 시뮬레이션할 수 있었다.

3단계 : 기계 업데이트

두 가지 최적화 전략을 구현한 다음, Niigon은 성공적으로 기계의 사이클 타임을 25% 이상 단축했으며, 생산중에 발생하는 진동의 문제를 제거했다. 프로젝트 수석 제어 설계자인 용촨 판(Yongchuan Fan)은 “처음에는 소프트웨어만으로는 불가능할 것이라고 생각했다”면서, “하지만 이러한 결과가 나왔을 때, 우리는 믿을 수 없을 만큼 놀랐다”고 밝혔다.

가상 시운전의 미래

단 몇 개월만에 기계 시뮬레이션은 Niigon의 미래 엔지니어링 개발을 위한 중요한 도구가 됐다. Niigon의 제어 엔지니어 겸 IT 매니저인 마크 리케(Marc Ricke)는 시뮬레이션이 제품 라인에 제공할 수 있는 추가적인 성능에 대해 다음과 같이 확신했다.

“하드웨어 솔루션의 1/4 비용으로 기계의 사이클 타임을 25%까지 단축했다. 시뮬레이션 없이 기계 시스템의 성능을 극대화한다는 것은 상상할 수 없었다.”

향후 가상 시운전 프로젝트에서 Niigon은 컨설팅, 교육 및 소프트웨어를 위해 Maplesoft Engineering Solutions을 계속 사용할 예정이다. 또한 B&R도 차세대 사출성형기 자동화에서 중심적인 역할을 지속해 나갈 것이다. 리케는 “Maplesoft 엔지니어들로부터 받은 우수한 서비스 품질과 MapleSim과 Automation Studio간의 손쉬운 워크플로우는 고객에게 더 저렴한 하드웨어로 더 빠른 속도를 달성할 수 있는 기계를 제공하는데 도움이 될 것이다”라고 말했다.

Niigon의 다음 개발 단계는 무엇일까? 그들이 무엇을 개발하고 있는지 정확히 밝힐 수는 없지만, 시뮬레이션과 디지털 트윈 개발은 앞으로 Niigon의 엔지니어링 도구박스에서 큰 자리를 차지할 전망이다. 리케는 “CAD 모델링 초기에는 이것이 없어도 된다고 생각하는 사람들이 있었지만, 오늘날에는 그 필요성에 대해 이의를 제기하는 사람은 없다”면서, “2년 후에는 시뮬레이션도 같은 방식으로 바라볼 것”이라고 말했다.

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