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[기술특집] 금형 온도를 가시화하는 와이어리스 통신 시스템 ‘TWINDS-T’

입력 : 2020.09.15 11:06

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[헬로티]


야마무라 사토시(山村 聰) 匠솔루션즈(주)


알루미늄 다이캐스트, 수지성형 등의 제조 기업에 있어 생산 품질의 안정화를 목적으로 한 해석은 영원한 숙제이다. 해석 대상의 데이터 중 하나로 금형 온도 데이터가 있으며, 대부분의 기업이 생산 시의 금형 온도를 효율적으로 계측하고 싶다고 생각한다. 


또한 그 요망은 제품이 복잡하고 고정도화가 됨에 따라 점점 더 높아지고 있다. 그 요망에 대응하는 와이어리스 온도 계측 시스템 ‘TWINDS-T’는 심플한 시스템으로, 생산 현장의 효율을 시야에 넣으면서 금형 온도 데이터를 고객의 노하우로서 기록하는 것이다.


개발 배경


TWINDS-T는 도호쿠(東北)의 산학관 기업 단체 ‘머신 인텔리전스 연구회’의 요구 기술 활동에서 태어난 제품이다. 동사는 동 연구회의 주간 간사로서 문제 해결에 공헌하고 있다. 


TWINDS-T는 회원 기업인 자동차 부품 시스템 메이커, IoT 제품의 개발 실적이 있는 동사, 소프트웨어 개발 기술이 있는 도토(東杜)시테크가 공동으로 개발․제품화했다.


다이캐스트 공정에는 계절의 미묘한 변화에 의해 수율이 변동하거나, 동일한 금형을 해외 공장에서 가동시켜도 동일한 품질의 제품이 나오지 않거나, 숙련기술자의 기술력에 좌우되거나 하는 과제가 있다. 


그러한 과제를 해결하기 위해 다이캐스트 공정에서 가장 중요한 ‘온도 변화’에 주목, 생산 효율을 중시한 ‘①무선통신’에 더해, 상세 분석이 가능한 ‘②고속 샘플링’, ‘③실시간 가시화’를 겸비한 시스템을 개발했다.


제품의 특징과 시스템 구성


1. 제품의 특징


동 제품의 특징과 구성을 소개한다(그림 1).



(1) 와이어리스



TWINDS-T의 최대 특징은 2.4GHz대의 Wi-Fi로 데이터를 통신할 수 있기 때문에 계측기를 설치할 수 없는 생산 현장에서도 관리실 등의 떨어진 장소로 금형 온도 데이터를 와이어리스 송신할 수 있는 것이다(그림 2). 또한 열전대의 과잉의 배선을 억제함으로써 생산 작업 중의 열전대 단선을 피할 수 있다.


(2) 고속 샘플링


품질을 해석하기 위해서는 고속 샘플링에 의한 데이터가 필요하다. TWINDS-T는 심플하면서 0.1초 간격의 샘플링 성능으로 기록할 수 있고, 숏 시의 순간적인 온도 변화도 관측할 수 있다.


(3) 실시간 가시화


TWINDS-T는 실측 데이터를 실시간으로 그래프 표시할 수 있고, 5초에서 1시간 단위의 설정이 가능하다. 또한 계측 결과는 CSV 파일로 보존 가능하기 때문에 기록 후의 분석에서는 고객의 목적에 따라 여러 가지 프로그램을 짜넣을 수 있다.


(4) 소형 본체/방수․방진 대응 (IP67)


TWINDS-T의 본체 치수는 명함 크기 이하의 소형 경량화를 개발 목표로 했으며, 실제로 그것을 실현했다. 그것에 의해 공장 내 설비의 좁은 틈새에도 마그넷으로 장착하거나, 금형 자체에 설치하거나 할 수 있다. 또한 공장 환경 하에서 사용할 수 있도록 IP67에 준거한 방수․방진 대응을 실현하고 있다.


(5) 저코스트


TWINDS-T의 가격은 현장에서 구입하기 쉽도록 본체와 소프트웨어가 20만 엔 미만(세금 별도)으로 되어 있다.


(6) 모바일 배터리․AC 100V 전원


TWINDS-T의 전원은 계측 환경이나 계측 시간에 맞춰 AC 어댑터나 모바일 배터리에서 선택할 수 있다. 2색 성형이나 로터리식 성형기 등의 회전․이동하는 설비에는 AC 전원은 사용할 수 없다. 그러한 경우에는 모바일 배터리로 대응할 수 있다. 또한, 24시간 풀 가동의 생산 현장에서는 AC 100 V 전원에 접속하고 있는 고객이 많다.


2. 시스템 구성



고객은 TWINDS-T의 데이터를 Wi-Fi 라우터 경유로 PC나 PLC에 송신하고, 네트워크 시스템에 맞춰 프로그래밍을 구축하고 있다(그림 3).



또한 소로트품의 제조 공장에서도 가동하는 모든 주조 설비나 용해로에 TWINDS-T를 장착해 현장에서 표시하는 한편, 관리실의 PC로 온도 데이터를 기록해 장래의 트레이서빌리티 관리에 활용하는 것도 시야에 넣은 도입 사례도 있다(그림 4).


3. 멀티 접속 시스템


여러 대의 TWINDS-T를 사용하는 고객이 많기 때문에 동사에서는 여러 대의 TWINDS-T 데이터를 1대의 PC나 PLC에 집약하는 리퍼런스 소프트웨어를 제공하고 있다. 보통 고객이 시스템을 개발하는데, 시스템 개발 벤더와 협력해 동사가 제공하는 것도 가능하다.


도입 사례


1. 여러 가지 용도의 전망


동 제품은 개발 당시 알루미늄 다이캐스트 금형의 온도 변화를 실시간으로 가시화하는 와이어리스 시스템으로서 개발했다. 


그러나 최근에는 기존 금형 온도를 기록하지 않았던 수지성형, 프레스, 단조 등의 기계에 더해, 용해로나 설비 보전을 목적으로 한 온도 계측이 필요한 모든 생산 현장에서 문의를 받고 있다. 이러한 고객의 구입 목적으로서 다음의 2가지를 들 수 있다.


① 품질 관리(불량률 저감, 품질 불량의 원인 규명/대책)과 생산성 향상


구체적으로는 작업 중의 실시간 온도 표시, 작업 개시의 신호나 이상 온도 시의 제어, 온도 데이터를 계속 기록해 분석․판단이나 트레이서빌리티 기록에 활용 등이다.


② 공장의 토털 매니지먼트 강화(인력절감화․에너지절감화․제조이력 데이터화)


구체적으로는 여러 대의 본체 온도 데이터를 1대의 PC에 집약 및 기록, 가시화 데이터를 축적해 쉽게 전체적으로 IoT화 시스템 구축하고 싶다

등이 있다.


수지성형에 대해서는 고도의 가공 기술이 필요한 엔지니어링플라스틱이나 수축률이 높은 폴리에틸렌에 더해, 바이오플라스틱과 같은 신소재 성형의 온도 해석에서 사용을 검토하고 있는 기업이 많다.


또한 금형 파손의 원인을 밝히기 위한 온도 계측, 출하 후의 트레이서빌리티로서 금형 온도의 기록을 목적으로 하는 기업도 있다.


2. 스마트 금형


최근 고객이나 금형 기업에서는 생산을 효율화시키기 위해 열전대를 금형에 배선한 후 TWINDS-T를 금형에 직접 실정하고 싶다는 요망이 있다. 예를 들면 TWINDS-T의 실장 부위가 고온이라도 고객은 내열재 등을 이용해 실장을 검토하고 있다.


3. 항상 이동하는 제조 설비의 온도 관리


2색 성형이나 로터리형 수지성형기에서는 금형이 회전하기 때문에 기존에는 온도 측정이 불가능했다. TWINDS-T는 모바일 배터리로 구동할 수 있기 때문에 회전이나 이동하는 금형 온도도 측정할 수 있다.


4. 기타 용도의 온도 관리


TWINDS-T는 대부분의 경우, 금형 온도를 측정하는 목적으로 사용되고 있는데, 최근에는 그 용도도 용해로나 각종 설비 등 온도를 측정하고 싶은 설비에서 용도가 확대되고 있다. TWINDS-T의 구성은 심플하고, 고객의 아이디어에 따라 더욱 용도가 확대되어 간다. 또한 TWINDS-T의 하드웨어 사양과 제공물은 표 1, 표 2와 같다.



TWINDS-T는 K형 열전대만을 측정하는 시스템인데, 고객으로부터 온도 이외의 여러 가지 센서 데이터를 와이어리스로 통신하고, 불량 원인의 특정이나 생산 관리에도 사용하고 싶다는 요망을 받고 있다. 그렇기 때문에 현재 온도 이외의 센싱 시스템의 개발도 검토 중이다.


제조 시의 온도 기록은 제품의 불량 해석의 중요한 데이터가 되는데, 용도, 환경, 소재 등의 조건에 따라 동일한 조건은 되지 않는다. TWINDS-T를 도입함으로써 고객 독자의 데이터베이스를 구축할 수 있고, 장래의 자동해석화나 자동제어화로 진화시키는 것이 쉬워진다. 


또한 기존 숙련기술자의 감, 요령을 젊은 작업자에게 지도하는 것은 곤란하지만, 온도의 가시화에 의해 어떻게 개선할 수 있는지 등 작업자가 깨달을 수 있는 계기가 된다고 할 수 있다. 


앞으로도 제조 현장에서 분투하는 생산 기술이나 제조 부문의 여러분에게 도움이 될 수 있도록 TWINDS-T를 보급시켜갈 것이다.

/서재창 기자(prmoed@hellot.net)

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