[첨단 헬로티]

 

‘MJK 통합 시스템’의 개발 배경

1. 개발 배경

MJK 통합 시스템은 소로트 다품종 생산에서 세팅 시간을 비약적으로 단축시키는 놀랄만한 툴이다. 

이 시스템은 ‘온도 컨트롤러의 조건 기억장치’로서 개발을 개시했다. 그 이유는 성형기 내장형 온도 컨트롤러는 성형기 그 자체에 조건의 기억이 가능한데, 동사의 주력 상품인 스탠드얼론형 온도 컨트롤러에서는 조건의 기억은 불가능하다. 

오늘날 금형은 핫러너 장치의 온도 제어를 세분화함으로써 품질을 향상시키는 경향에 있으며, 온도 컨트롤러의 제어점 수는 8존, 12존이 주류였던 십 수년 전과 달리 24존, 36존이 주류로 되어 있고, 더구나 증가하는 경향에 있다. 당연히 제어점 수가 많아지면 금형 교환의 세팅 시에 온도 설정을 입력하는 수고도 대폭 증가하고 있는 것이 현 상황이다.

그렇기 때문에 ‘스탠드얼론형 온도 컨트롤러에서는 조건의 기억은 불가능하다’고 하는 디메리트를 극복하는 것이 개발의 스타트 지점이었는데, 단순히 조건을 기억하는 기능을 가진 온도 컨트롤러는 다른 것도 존재하고 그것만으로는 우위성은 찾아낼 수 없다. 그래서 성형기의 조건 변경과 연동시킴으로써 그 때마다 발생하는 입력 작업을 최소한으로 억제, 메리트를 창출하려고 하는 생각에 이르렀다.

덧붙여 말하면 작업자는 설정 온도의 입력은 하는데, 온도 제어에 중요한 P.L.D값의 설정은 입력 시간이 소요되기 때문에 하지 않는다. 동사 온도 컨트롤러는 P.L.D값을 자동 산출하는 오토튜닝 기능을 표준 탑재하고 있으며 작업도 간소화하고 있는데, 오토튜닝의 완료까지 5~10분 정도의 시간이 필요하기 때문에 오토튜닝이 실시되고 있지 않은 경우가 많은 것이 실정이다. 그렇기 때문에 어떤 금형에서는 문제없이 생산할 수 있지만, 다른 금형으로 교환하면 불량이 발생한다. 그 차이는 사용하고 있는 핫러너 장치의 차이인 경우가 많고, 그 요인은 P.L.D값이 부적절하기 때문이다. 

조건 기억장치를 사용하면 오토튜닝을 실시한 P.L.D값이나 다른 파라미터를 기억함으로써 그 때마다의 작업을 없애고, 최량의 조건으로 완성할 수 있다.  사람의 실수를 없애는 것이 중요하다는 결론에 이르렀던 것이다.

2. 조건 기억장치에서 통합 시스템으로

개발도상에서 시험 도입을 한 성형 메이커로부터 온도 컨트롤러만이 아니라 금형 온조기의 조건도 기억할 수 없을지 하는 제안을 받아, 4~20mA의 입출력으로 설정 및 모니터링할 수 있는 기능을 추가했다. 또한 별도로 판매하고 있던 밸브 게이트용 타이머 컨트롤러의 기능도 내장하는 흐름이 되어, 단순한 온도 컨트롤러 조건을 기억하는 장치에서 이 시스템을 헤더로서 주변기기를 포함해 모니터링이나 이상 경보 출력 등 많은 기능을 가지는 ‘통합 시스템’으로 변화한 것이다.

MJK 통합 시스템의 전체 구성 및 특징

1. MJK 통합 시스템의 전체 구성

MJK 통합 시스템의 전체 구성은 그림 1과 같이 된다. 성형기를 기점으로 해, 조건 번호를 이 시스템으로 전달함으로써 주변기기에 필요한 설정값을 전달한다.

▲ 그림 1. MJK 통합 시스템의 전체 구성

2. MJK 통합 시스템의 특징

(1) 도입면

MJK 통합 시스템의 특징은 단순히 주변기기와의 링크(연동)를 할 뿐만 아니라, 성형기측의 개조 범위를 적고 심플하게 대응할 수 있는 것이다. 아무리 우수한 시스템이라도 성형기측에서 많은 개조나 변경이 필요하면 도입으로 실행되지 않는다.

성형기로부터 조건이 변경된 것을 이 시스템측에 전달하는 신호는 선정할 때에는 수많이 있는 방식 중에서 취출기와의 연동에 바이너리 신호가 사용되고 있는 점에 착안했다. 바이너리(binary)란 이진법을 가리키며, 일반적으로는 컴퓨터가 처리·기억하기 위해 이진화된 파일 또는 그 내부 표현의 형식(바이너리 데이터)를 가리키고 이용하는 경우가 많다. 전기적으로는 이진수(0과 1)는 ON과 OFF로 치환되고, 그 조합으로 수치를 표현(전달)할 수 있다.

이 접점 정보를 리모트 I/O라고 하는 기기에 접속함으로써 성형기의 조건 번호를 신호로서 이 시스템에 전달한다. 전달 방식은 CC-LINK이다. 작업적으로는 리모트 I/O(그림 2)를 성형기의 전장반 내에 설치, 바이너리 신호의 라인을 접속하는 것만이다.

▲ 그림 2. 리모트 I/O (CC-LINK)

성형기측의 개조는 이 부분만으로, 이것 이후의 라인은 모두 이 시스템이 마스터가 되어 완결하는 구조이다. 따라서 오래된 성형기의 온도 컨트롤러부의 레트로핏에도 간단히 대응이 가능하다.

(2) 코스트면

그림 3은 작업자가 성형기 주위를 돌도록 각 주변기기의 설정 작업을 순차적으로 해 가는 일상적으로 자주 볼 수 있는 금형 교환의 풍경이다. 그러나 작업 시간이 10~30분으로 의외로 수고스러운 공정이다. 이 시스템을 도입함으로써 그림 4와 같이 작업자가 움직이지 않고 성형기 주변기기의 조건 변경 시간을 단축함으로써 금형 교환에서 생산 개시까지의 시간에 차이가 생긴다. 이 차이는 적어도 10분 이상인 경우가 많고, 다양한 세팅 개선이 실시되고 있는 성형 현장에서는 그만큼의 시간 단축을 할 수 있는 것은 획기적이다.

▲ 그림 3. 작업자가 설정 작업을 순차적으로 하기 위해 시간을 필요로 한다

▲ 그림 4. 작업자가 움직이지 않고 주변기기의 조건을 변경

그림 5에 나타낸 단축 시간은 금형 교환 1회당 시간이다. 따라서 1일에 5회 금형 교환을 실시하는 경우, 단축 시간을 20분으로 하면 합계 100분이나 된다. 이것을 비용 환산해 본다. 

▲ 그림 5. MJK 통합 시스템의 도입에 의한 시간 단축

제품 이익 150엔/개, 사이클타임 1분으로 한 경우, 150엔×100분＝15,000엔이 되는데, 생산 정지 중에도 생산이 가능하기 때문에 15,000×2＝30,000엔/일이 된다. 

또한 가동일 수를 20일로 하면 60만엔/월도 된다. 연간을 통해 계산을 해보면 720만엔이다. 동사 24회로의 온도 컨트롤러+MJK 통합 시스템을 도입했다고 하고 반년 정도로 투자 회수할 수 있는 계산이다. 투자 회수 이후에는 그 만큼이 이익이 되기 때문에 효능은 크다.

(3) 운용면

다음으로 운용면의 메리트에 대해 소개한다. 주변기기를 연동시켜 자동으로 설정을 하기 때문에 입력 미스를 없앨 수 있고, 핫러너 장치나 금형의 트러블 억제 효과도 있다. 예를 들면 핫러너 장치의 설정 온도를 너무 높게 한 것에 의한 핫러너 장치 내의 수지 버닝이나 탄화, 너무 낮은 온도를 설정한 것에 의한 수지 누설 등이다. 또한 이 시스템은 표시부를 별도로 오퍼레이터측(성형기 조작 패널)에 설치할 수 있으므로 온도 컨트롤러의 조작, 금형 온조기의 조작을 원격으로 하고, 현재의 값을 확인하는 것도 가능하다.

더구나 금형 교환 시의 누전사고를 방지하기 위해 금형 교환 모드를 설정하고 있다. 이 시스템 신호에 의해 동사 온도 컨트롤러 내부에서 히터에 대한 출력을 물리적으로 끊어, 누설 전류를 차단하는 기능이다. 

또한 이 시스템은 동사 온도 컨트롤러와 조합시키는 상품이다. 아무리 통합 시스템이 우수해도 연동하는 온도 컨트롤러의 성능이 지금 하나로는 문제이다. 동사 온도 컨트롤러 ‘M 시리즈’는 모두 연속 비례 위상 제어 방식을 채용하고 있다(그림 6). 이 방식의 메리트는 전혀 ON/OFF 동작을 하지 않고 무단계로 연속된 출력의 가변을 하는 방식으로, 1초 간에 8회의 주기로 미세한 온도 제어를 할 수 있다.

▲ 그림 6. 온도 컨트롤러 ‘M 시리즈’의 연속 비례 위상 제어 방식

예를 든다면 자동차의 엑셀이 페달이 아니라 버튼으로 누르면 전개, 놓으면 OFF로 한 경우, 일정 속도로 자동차를 주행시키는 것은 매우 어렵다. 이것이 일반적인 마그넷이나 SSR를 사용한 온도 제어이다.

연속 비례 위상 제어란 일반적인 자동차 엑셀 페달과 동일하게, 변화에 따라 무단계로 리니어로 조정이 가능한 방식이다. 온도 제어의 중요성은 의외로 간과하기 쉬운데, 전동 사출성형기, 밸브 게이트를 사용하고 있음에도 불구하고 조건이 안정되지 않는다는 불량 중에는 온도 컨트롤러의 성능이 많이 포함되어 있는 것도 사실이다.

MJK 통합 시스템의 도입 사례

자동차 관련 U사에서는 24회로, 36회로의 M-200 온도 컨트롤러와 MJK 통합 시스템을 도입했다. 이 시스템의 타입은 금형 온조기 2대와 연동한다. 금형 교환 시의 세팅 시간이 약 20분 단축, 금형 교환 빈도는 1일 4회~5회이다. 성형기는 850t, 1,300t, 2,500t 모두 설정 불량에 의한 트러블은 없으며, 성형도 안정되어 불량률은 4% 이상 개선됐다.

기존에는 마그넷식 ON/OFF 제어로 성형기 내장형을 사용하고 있었는데, 제어점 수의 부족으로 온도 컨트롤러를 도입, 그 때에 이 시스템을 함께 도입했다.

시험 도입한지 2년 정도가 됐는데, 개선 효과가 확인되었으므로 모든 성형기에 도입할 예정이다.

MJK 통합 시스템의 향후 전개

많은 고객의 요구에 대응함으로써 성장해 온 MJK 통합 시스템인데, 최근에는 금형 온조기의 유량 감시 기능을 이용해 금형 메인티넌스 알림을 할 수 있는 기능의 추가를 지향하고 있다. 앞으로는 주변기기를 집약하는 위치를 활용해 IoT의 헤더 유닛으로서의 모습을 모색하고 있다.

아오에 코지 (靑江 浩司)   ㈜마에가와몰드

본 기사는 일본 일간공업신문사가 발행하는 『형기술』지와의 저작권 협정에 의거하여 제공받은 자료입니다.