디지털매뉴팩쳐링의구축과효과 - 캐드앤그래픽스 · 2009-05-13 · parametric...

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디지털 매뉴팩쳐링의 구축과 효과

2006. 5. 12.서울 르네상스 호텔

서울대학교공과대학

교수 신종계

[email protected]

PLM 베스트프랙티스컨퍼런스 2006

<튜토리얼 세션>

Digital Manufacturinghttp://casper.snu.ac.kr

본 자료는 디지털 매뉴팩처링의 이해를 돕기 위해 간략히 만든 자료이며, 강연시에는 동영상을 이용하여 실제 사례를 보여 드립니다.참고 자료로 CAD&Graphics의 BB미디어에서 발간한 “제조기술의새물결, 디지털 매뉴팩처링”을 추천합니다.

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Product lifecycle

From concept to disposal…

공정

설계

공정

설계가공가공

가공정보작성

가공정보작성

조립조립 검사검사생산

설계

생산

설계

상세

설계

상세

설계

기획

구상

기획

구상

기본

설계

기본

설계

CAD

CAM

CAE


PLM의 탄생

1980년대CAD의 탄생과 보편화

1990년대PDM (Product Data Management), CAD/CAM 생산성 향상에 기여설계자 간의 정보 공유 불가능

2000년대Web technology, Internet 확산Collaboration 강조PLM 탄생

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PLM (제품 수명주기 관리) 가치

성장 배경

이전의 제조 산업에서 제품 개발 영역은 타 부분과 고립된 영역

제조 산업의 부문 별로 서로 다른 Solution 사용네트워크 및 인터넷 기술의 급속한 발전

Innovation의 추구! (전통적인 비용 절감이 아닌…)CAD, CAM, PDM의 통합 적용인 IPPD

가치

CAD+CAM+CAE+PDM 등 이용한 제품 수명 주기에 필요한 ‘모든’정보 생성/유지/관리제품 수명주기의 시뮬레이션의 혁신적인 발전

오해

PLM은 PDM이거나, PDM의 확장이 아님


제품 라이프사이클의 이해

설계

개념설계

기본설계

상세설계

생산

생산 설계

공정(설비+프로세스)

일정

운용/보수유지/폐기/재활용

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생산성 향상을 위한 기본 개념

생산 설계

설계 기간 단축

설계 정보 활용

설비

설비 개선 및 자동화, 로봇

인간공학

프로세스

프로세스 개선

일정

정확한 시간


생산 계획과 실행

생산 계획

공정 계획

일정 계획

필연적 오차 내재

생산 실행

계획대로 실행

계획 오차를 경험적으로 해결

생산 관리 기법 / 품질 관리 기법BTO, JIT

QC, TQC, TQM

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(출처) : Wall Street Journal & U. of Michigan, Management Briefing Seminar)

50 40 30 20 10개발 기간 (월)

세대

48M ~ 36M(쉽게 달성)

2 36M ~ 24M(엔지니어링 개선)

3 24M ~ 12M(가상 생산)

오늘날의 기준

24

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개발 기간의 변화

자동차 개발 기간


디지털 매뉴팩쳐링

생산공정의 요소 – 경쟁력 요소제품 (Product)프로세스 (Process)자원, 설비, 사람 (Resource)일정 (Scheduling)

생산 공정의 4요소를 디지털화 (modeling-디지털 팩토리)하여실제 생산을 하기 전에 미리 예측(simulation)

3차원 복합/연동 모델링 & 시뮬레이션

디지털 매뉴팩처링 (PLM의 중요한 요소)

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실물을 만들지 않고 Digital Mock-Up상에서 가능한 한 시뮬레이션을행하는 것으로 원가절감, 품질향상, 기간절감을 실현한다.

공장, 생산라인을 세우기 전에Digital Factory상에서 가능한 한시뮬레이션을 행하는 것으로 양산시점을 앞당긴다.

무엇을무엇을사용하는가사용하는가

무엇을무엇을만드는가만드는가

무엇을무엇을하는가하는가

설계 생산기술

디지털 팩토리? [제품설계와의 비교]

Digital Mockup Digital Factory

도면 Layout


디지털 팩토리

Digital Factory 1. 제조 프로세스의 정의 및 최적화를 실현하고2. 제조프로세스 정보의 관리하며3. 디지털 제품과 플랜트의 정의를 통한 설계.생산의 협업을 지원하는 핵심기술이다.

Digital Factory 의 기능적 요소공정설계 ( Process Planning )공장 모델링 ( Digital Factory )제조 공정의 시뮬레이션

인간공학적 분석 및 인적 요소의 분석

가시화와 협업

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디지털 팩토리와 매뉴팩처링

1. 공장 설비와 프로세스를 ‘컴퓨터 모델’화하고,

2. 제품 생산시 발생할 수 있는 시나리오들을 설정하여,

3. ‘컴퓨터 모델’을 이용하여 미리 시뮬레이션 수행하여,

4. 잠재된 문제점들을 해결하고, 최적의 프로세스를 구축하는 것.

이 컴퓨터 모델을 “Digital FactoryDigital Factory””이를 이용한 시뮬레이션 수행을 “Digital ManufacturingDigital Manufacturing”


모델링 & 시뮬레이션

Real system Real operation

Model Simulation

미국표준연구원, 미국해군모델링

원하는 시뮬레이션을 위한 적절한 가정과 데이터

재사용성과 확장성

시뮬레이션

연계 운용성 (inter-operability)

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생산 시뮬레이션의 목적

현재 공장 분석, 향후 공장 설계내용

기계 구동

혼합 물류

작업자 건강, 안전, 작업 공간생산량, 장비 가동률


시뮬레이션 종합

모델링

시뮬레이션

맞는 결과 검증(Verification)

실용적 결과 검증(Validation)

인증(Accreditation)

수정(Calibration)

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Digital Factory 적용 분야

가상시작 (Virtual Prototyping)

인간공학적 해석 (Ergonomics Analysis)

Static & Dynamic Analysis

로봇 시뮬레이션 & OLP (Robot Simulation & OLP)

Spot & Arc Welding, Painting, Material Handling

흐름 시뮬레이션 (Discrete Event Simulation)

Line Simulation, Material Flow

가상 NC 가공 시뮬레이션 (Virtual NC Simulation)

NC Manufacturing

디지털 공정 계획 (Digital Process Planning)


프로젝트 개요

기간

• 2000년 중반 ~ 2005년 완성목표

• “No production facility will be planned, constructed or operated without first being completely digitally verified”

기대효과

40% reduction of Production Planning CycleBetter Planning Quality and Maturity

다임러 크라이슬러 “Digital Factory” Project

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Daimler Chrysler

1998년 LHS, Concord, 300M, Dodge Intrepid 차종컴퓨터 내에서 설계, 시험, 설비, 제작을 하도록모든 입출력 정보는single product/process database에서

DMAPS (Digital Manufacturing Process System)1989년부터 약 10억불 투자하여 CATIA Pipeline 구축설계와 해석(Vehicle Engineering), 제조공정 분석을 연계목적

• 비용 절감, 공정 개선, 고부가가치 창출, 개발/제작기간 단축을 통한 경쟁력강화

부문별 효과

• 금형설계 시간, 3차원설계 도입으로 35~40% 감소• Layout 설계/검증, 6~8달 소요되던 것이 4~8주로 감소• 각종 Control Code 작성, 준비시간을 2~4달 단축하고 비용을 2천 만불

/조립라인 절약


TOYOTA 생기부문(5본부)에서 3개의 프로젝트 추진디자인 결정에서 SOP까지 기간을 18개월에서 12개월로 단축 추진

V-COMM (Visual & Virtual Communication)각종 부품, 제품의 조립성/작업성 검토 수행각 부품을 실제 생산라인과 동일하게 조립하는 가상조립 수행

현재는 간섭확인 등 정적인 해석, 추후 동적인 해석으로 확대 추진

V-COMM 효과4회의 시작차 제작 (설계 사양 확정 후 2회, 양산용 2회)를 1회로 줄임.설계 사양 확정 후 양산 시작까지 기간을 24개월 (1990년 Crown) 에서 18개월(1990년대 중반)로 줄였으며, 현재 12개월까지 단축함.설계 변경은 10년 사이에 6,000여 건에서 400여 건으로 감소함. (93% 감소)

TOYOTA의 Digital Assembly

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Airbus


디지털 팩토리 사례(자동차)

자동차 조립 라인

옵션사양 변화로

4 variants　10 variants 공정(프로세스) 설계공장 레이아웃 설계

공장 모델링 및 시뮬레이션 생산성 검증

설비, 인원 제안

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디지털 팩토리 사례(자동차 부품)

자동차 부품 모듈 생산 라인

수요 증가로

하루 400개 생산 　 800개 생산공정(프로세스) 설계공장 레이아웃 설계


설비, 인원 제안


디지털 팩토리 사례(조선)

선수미 곡판 성형 공장

다양한 선수미 곡판 작업시

작업 부하 비평준

병목 공정이 수시로 변화

작업량의 정확한 산출 필요


작업 부하 평준화, 병목 공정 예측

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Dassault/IBM ; CATIA, ENOVIA, CATIA-CADAM Plant, ENVISDION, Delmia/ERGO, IGRIP, Ultra, Virtual NC, QUEST, Delmia/Inspect, Delmia/Assembly, Delmia/Review, Delmia/Rapp (Deneb Robotics, DELTA, ENOVIA 합병)

EDS PLM ; Unigraphics/SolidEdge, IMAN, I-DEAS, Metaphase, FactoryCAD, FactoryFLOW, FactoryPLAN, FactoryOPT, FactoryVIEW, FactorySIM, FactoryBROWSER, VisFactory, VisMockUp,TransomJack (SDRC, EAI, VSA 합병)

Parametric Technology(PTC) ; Pro/ENGINEER, Winchil(ProcessPlanning과 시뮬레이션도 지원)

Bentley Systems ; Strategic Affiliate (Microstation, Manufacturing Engineering Configuration)

Tecnomatix ; ROBCAD, ROBOCAD/Man, VALISYS, PART, DYNAMO, SIMPLE++, FLOW, EXALINE, EM-Planner

디지털 가상생산, 상용 소프트웨어 현황


고속 토치 로봇 시뮬레이션

대상 설비

1. 제품 　 소조립 블록

2. Input 　 조립 용접 대상 블록CAD Data

3. Output 　 Cycle time & Validation

모델의 기능

1. CAD에서 추출 된 제품 정보를 이용하여 product 자동 생성

2. 기존 토치에 대비 고속 회전 토치및 적용 방식에 따른 생산성 약40% 향상 예측

3. SKID Pattern 변경에 따른SKID별 작업 부하 예측

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개발 사례

U-Factory

Remote computer virtual factory

User side Any where!


적정성

필요한 부분에 신뢰성 있는 정보를 적절한 시점에 제공

품질

생산 가능한, 검증된 설계 수행

생산성

불량/결함 제거, 생산성 저하 요소를 사전에 예측, 해결

유연성

여러 가지 환경변화에 대해 신속하고 안정적으로 대응

대응성

짧은 사이클 타임, 고객요구에 만족하는 제품을 적절한 시점에 생산

기술협동

타 기술에 대한 이해와 원활한 협동 가능

디지털 생산의 효과

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디지털 생산 추진 시 고려 사항

• DM은소프트웨어의구입으로단지시작될뿐이다.- DM은여러가지 Tool들을이용하여문제를해결하고자하는하나의방법론으로, 소프트웨어의활용을위하여는공장모델링, 비형상정보정의및

수집등 상당한준비를필요로한다.

• DM은단순한시뮬레이션과다르다.- DM은단순한시뮬레이션과달리생산정보를통합하고생성해낸다. 또한,타시스템과의통합•연계나실제시스템의모니터링•제어등다양한분야에적용이가능하다.

• DM은비싼시스템이아니다.-고가의장비, 소프트웨어, 구축된모델들의지속적인도입과유지를위하여계속적인문제의발견과적용, 새로운문제들의해결을통한부가가치창출이필요하다.

VMVM의의 계획계획, , 설계설계 및및 준비는준비는 TopTop--DownDown으로으로, , 그그 구축구축 및및 적용은적용은BottomBottom--UpUp으로으로, , 정확한정확한 목표수립을목표수립을 바탕으로바탕으로 단계적으로단계적으로 추진추진해야해야 한다한다..

현업현업 담당담당 부서의부서의 인원이인원이 중심이중심이 된된 Taskforce TeamTaskforce Team을을 구성구성,,VMVM으로으로 해결할해결할 수수 있는있는 실제적인실제적인 문제들을문제들을 계속적으로계속적으로, , 적극적으로적극적으로

발굴하고발굴하고 그그 효과를효과를 정립하여야정립하여야 한다한다..

VMVM의의 효과는효과는 생산생산 DB, DB, 가상플랜트가상플랜트 등등 구축된구축된 각종각종 infrainfra의의 활용을활용을 확대하고확대하고,,효과효과 정립을정립을 바탕으로바탕으로 계속적으로계속적으로 타타 부문에의부문에의 전파를전파를 추진추진 할할 때때 극대화극대화될될 수수 있다있다. Tool . Tool 선정과선정과 추진추진 전략전략 수립수립 시시 이를이를 고려해야고려해야 한다한다..


디지털 생산 적용 시 필요 사항

실제적인 효과를 얻으면서 단계적으로 확대, 추진해 나아갈 수 있는 전략 및 계획 수립

업무 프로세스의 개선과 각종 지원 시스템의 구축과 병행 추진

기본적으로 3차원 CAD 모델이 필요, 효과적 모델링 전략 필요시뮬레이션과 설계 프로세스의 통합, 최소한 분석 결과의feedback과 반영이 필수적기존 다수의 CAx 프로그램들, 각종 in-house 프로그램들과의 통합과 측정치, 실험치 등의 반영과 분석이 필요Kinematics, dynamics 등 다양한 목적에 대한, cell, line 등다양한 범위의 시뮬레이션 수행이 요구

여러 작업자, 부서, 업체간의 communication과 협조 필요

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DM이 없는 PLM이 가능한가?

INTELLECTUALPROPERTY

INTELLECTUALINTELLECTUALPROPERTYPROPERTY

가상 환경

REALOPERATIONS

REALREALOPERATIONSOPERATIONS

실제 환경

Product & Process Knowledge Production

Courtesy Dassault Aviation- Falcon 7X

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