Rockwell Automation의 EMEA 전략적 비즈니스 개발자이자 디지털 설계 및 SaaS 담당자인 Nicola Iovine은 “Emulate3D는 점점 더 많은 기업이 디지털 트윈 기술 도입으로 인한 막대한 이점을 인식함에 따라 산업 설계 분야의 강력한 존재가 되고 있습니다. ECM Technologies와 함께한 이번 애플리케이션은 달성할 수 있는 것과 더욱 간소화된 설계 및 시운전이 어떻게 이루어질 수 있는지를 보여주는 실제 쇼케이스입니다. ECM Technologies가 디지털 영역으로 더욱 발전하는 것을 지원하게 되어 기대가 큽니다.”라고 결론지었습니다.
- 열처리는 복잡한 다단계 프로세스로, 설계 도면에서 제작, 설치 및 시운전으로 전환할 때 여러 가지 과제가 있습니다.
- Rockwell Automation 솔루션이 설치되었으며, 여기에는 가상 시운전, 처리량 시뮬레이션 및 산업용 데모를 위한 Emulate3D 디지털 트윈 소프트웨어가 포함되었습니다.
- MATLAB을 포함한 필수 타사 소프트웨어와의 완벽한 양방향 연결 및 상호작용
- 라인 납품 전에 대부분의 PLC 코드를 완전히 시뮬레이션하고 미세 조정하여 최종화함
- 사전 시뮬레이션으로 중요 경로 리드 타임을 수개월 단축
- 고객 소프트웨어로 완전히 마이그레이션하더라도 시운전 시간 50% 단축
- 프로젝트를 제시간에 납품하고 ECM은 마감일을 더욱 확실하게 준수할 수 있음
- 현장의 회의 및 해외 출장 횟수 감소
- 프로젝트를 가상화함으로써 ECM은 이제 더 많은 프로젝트를 동시에 관리할 수 있음
디지털 트윈 솔루션을 업계 최고의 프로세스 시뮬레이션 및 시각화 소프트웨어와 결합한 다음, 이를 대규모 열처리 시설에 모두 적용하면 금속 제품은 더욱 단단해지지만 설계, 설치 및 시운전 시간은 훨씬 쉬워집니다.
Emulate3D 소프트웨어를 도입한 ECM Technologies는 혁신적이고 모듈형 저압 침탄 산업용 가마의 설계 및 제조 분야에서 세계적인 선두주자로서, 대규모 열처리 공장의 개발, 테스트 및 배포와 관련된 많은 설치 및 시운전 시간 문제를 해결하는 솔루션을 개발했습니다.
대규모 열처리는 특히 자동차 산업의 경우 결코 작은 과제가 아닙니다. 현대적인 열처리 시설은 공장 전체를 차지할 수 있기 때문에, 복잡성과 더불어 전통적으로는 검증된 역량을 갖춘 기업에 하청을 주었습니다.
그러나 일부 자동차 공장은 린 운영 원칙, 비용 통제, 적시 제작 및 공급을 염두에 두고 열처리 역량을 자체적으로 현장의 확보를 모색하고 있습니다. 그리고 디지털화된 프로세스 제어와 디지털 트윈의 결합 덕분에 ECM Technologies는 설치 전에 전통적인 위험을 대부분 제거하여 이를 완벽하게 실현했습니다.
과제
열처리는 품질과 일관성을 유지하기 위해 모두 정밀하게 제어되어야 하는 수많은 프로세스 변수가 있는 복잡한 다단계 프로세스입니다. ECM의 저압 카보나이징 프로세스는 강철 부품에 탄소를 주입하여 마모 및 피로에 대한 저항성을 높입니다. 이 회사가 개발한 진공 프로세스를 통해 작업자는 각 단계의 길이와 중요한 진공 압력을 포함한 여러 변수를 제어하여 금속에 확산되는 탄소의 양을 정밀하게 제어할 수 있습니다.
ECM Technologies의 자동화 전문가인 Christian Dugit-Pinat에 따르면 “여러 단계가 포함됩니다. 먼저 부품을 세척한 후 카보나이징 덕분에 최대 6시간이 걸릴 수 있는 진공 상태에서 경화합니다. 그런 다음 가스 또는 오일 담금질로 부품을 급속 냉각한 후 템퍼링 및 최종 처리를 합니다. 전반적으로 일반적인 자동차 기어박스 부품을 만들기 위해 약 10～13시간의 처리가 필요합니다.
“당사의 전기 구동 열처리 공장은 다중 챔버 설계로 되어 있습니다.”라고 그는 덧붙입니다. “따라서 각기 고유한 열처리 ‘레시피’를 가진 여러 부품이 동시에 50～80개의 부하를 전환하면서 라인을 통해 병렬로 진행할 수 있습니다. 이러한 각 부하는 최대 품질 수준을 보장하기 위해 개별적으로 제어 및 관리되어야 합니다.”
솔루션
현대 자동화는 최적화된 파라미터 내에서 이러한 공장을 관리할 수 있지만, 설계, 설치 및 시운전 시간은 또 다른 문제이며, 많은 문제와 개선 사항은 시동 단계에서만 명확해집니다.
ECM Technologies의 프로젝트 매니저인 Philippe Reymond는 “우리는 멕시코의 한 대형 자동차 시설에 ICBP Jumbo 진공 침탄 시스템을 설치하는 임무를 맡았습니다. 여러 가지 추가적인 과제에 직면했습니다. 가능한 한 빨리 생산을 가동해야 했을 뿐만 아니라, 고객은 기존 코드를 전면적으로 다시 작성해야 하는 소프트웨어 표준을 사용하도록 지시했습니다. 이러한 대규모 주문의 일반적인 시간 프레임과 복잡성을 고려할 때, 우리는 해야 할 일이 많다는 것을 알았습니다. 그래서 프로젝트를 더욱 간소화하고 더 빠르게 배포할 수 있는 방법을 조사하기 시작했습니다.”
ECM은 이러한 요구에 대한 가능한 솔루션으로 디지털 트윈 기술을 검토하고 있었으며, 이 프로젝트는 회사가 Rockwell의 Emulate3D 소프트웨어를 적극적으로 배포하도록 추진력을 제공했습니다..
Reymond는 “멕시코에서 이 설치 작업이 파이프라인에 있을 때 Rockwell Automation 엔지니어의 도움을 받아 Emulate3D를 사용한 일부 시뮬레이션을 수행하기로 결정했습니다. 이 프로젝트는 매우 컸고, 구축된 프로젝트에서 PLC 코드를 다시 작성하고 테스트하는 것은 시간 측면에서 완전히 비현실적이었기 때문에 가상화 모델이 명백한 솔루션이었습니다.
“가상화는 우리에게 몇 가지 큰 이점을 제공했습니다.” 그는 계속해서 “그 중 하나는 다른 소프트웨어와의 연결성이었습니다. 우리는 설계의 기계적 측면을 시뮬레이션해야 했을 뿐만 아니라, 열역학, 프로세스 물리학 및 다양한 흐름을 고려해야 했으며, 이를 위해 결과를 디지털 트윈으로 직접 다시 보낼 수 있는 MATLAB을 사용했습니다.”
결과
ECM Technologies는 Emulate3D를 사용하여 라인 납품 전에 대부분의 PLC 코드를 완전히 시뮬레이션하고, 미세 조정하며, 최종화할 수 있었고, 설치 후 선형적으로 진행하는 대신 생산과 병행하여 코드를 디버깅함으로써 ICBP 점보 프로젝트 리드 타임을 최대 5개월까지 단축할 수 있다고 추정합니다.
“7년 전에는 Rockwell Automation 제어 솔루션이나 Emulate3D 소프트웨어 없이 유사한 설치를 수행했습니다.”라고 Reymond는 덧붙입니다. “그때는 자체 소프트웨어를 사용했지만 프로젝트가 여전히 매우 복잡했습니다. 반대로 이번 새 프로젝트는 제시간에 납품되었을 뿐만 아니라 시운전 시간도 50% 단축되었습니다. 고객의 자체 코드를 사용했음에도 불구하고 두 번째 프로젝트는 더 빨리 진행되었습니다. 현장의 회의도 줄어들어 북미와의 왕복 출장도 줄었습니다.”
그 이후로 ECM Technologies는 고객으로부터 또 다른 주문을 받았고, 다른 기회에 대해서도 문의를 받고 있습니다. “고객은 우리가 이 프로젝트의 모든 코드를 처음부터 작성했다는 사실을 알고 있었고,”라고 Reymond는 설명합니다. “설치와 시운전 속도에 깊은 인상을 받았습니다. 현재 세 가지 프로젝트가 진행 중이며, 앞으로 다른 프로젝트에도 Emulate3D를 사용할 계획이고, 내부 절차의 일부로 디지털 트윈도 확실히 도입할 예정입니다. “프로젝트를 가상화함으로써 출력의 품질과 속도 덕분에 고객 공장에서 보내는 시간을 줄여 더 많은 프로젝트를 동시에 관리할 수 있습니다.”라고 그는 결론을 내립니다.
많은 압박이 사라지고 라인에서 문제를 해결해야 한다는 스트레스가 확실히 줄어들어 관련된 모든 사람에게 좋습니다. 또한 마감일을 지킬 수 있다는 자신감도 훨씬 커졌습니다. 이제 7월1일이라고 말하면 정말로 7월1일을 의미합니다!
Published 2024년 2월 1일