SWAP-IT의 핵심 요소, 'PFDL'(Production Flow Description Language)
제조 산업의 기존 개념은 점점 더 한계에 부딪히고 있다. 이는 종종 불안정한 시장, 공급 위기 및 에너지 가격 상승과 같은 현재의 문제가 결합되어 있기 때문이다.
프라운호퍼 협회(Fraunhofer-Gesellschaft)의 연구원들은 이러한 문제를 해결하는 혁신적인 생산 아키텍처를 개발했다.
이 아키텍처는 엄격한 프로세스 체인이 아닌 모듈식 생산에 의존한다. 주문은 새로 개발된 생산 언어로 발행되며 공작 기계 또는 로봇에 의해 자율적으로 수행된다.
이러한 방식으로 제조업체는 목표에 맞게 공장 현장에서 프로세스를 유연하게 조정할 수 있다. 프라운호퍼 연구소는 최근 Hannover Messe 2023에서 생산 아키텍처를 발표했다.
계속되는 위기와 증가하는 비용은 제조 산업에 엄청난 도전을 야기한다. 기업은 종종 최고 품질의 제품을 대량으로 생산하거나 요청 시 맞춤형 개별 제품 또는 소량 배치를 제공해야 한다. 에너지 효율성과 지속 가능성 또한 생산에서 중요성이 커지고 있으며 광범위한 개조가 필요하다.
기존의 생산 환경은 일반적으로 엄격한 프로세스 체인이 특징이다. 이러한 아키텍처는 지난 몇 년간의 디지털 변환으로 일부 현대화가 이루어졌음에도 불구하고 이러한 모든 요구 사항을 충족할 준비가 제대로 되어 있지 않다.
생산, 조명 및 표면 및 ICT를 위한 프라운호퍼 그룹(Fraunhofer Groups)의 10개 프라운호퍼 연구소는 등대 프로젝트 SWAP에서 이 문제에 대한 해결책을 제시했다.
SWAP의 이면에 있는 개념은 '이질적이고 워크로드에 최적화된 로봇 팀과 프로덕션 아키텍처'를 가리킨다. 'SWAP-IT' 아키텍처는 다양한 생산 프로세스에 적합한 확장 가능하고 린(Lean) 사이버물리적 생산 시스템을 구축하도록 설계되었다.
모듈식 구조 덕분에 SWAP-IT 생산 아키텍처는 기존 생산 시설의 정적 구조와 도식적 프로세스를 해체한다. 대신 개별 생산 단계에 대한 개별 계획 및 주문 할당을 지원한다. 기계, 프로세스 및 제품에 대한 균일하고 의미상 단순화된 설명 언어는 기계, 로봇 또는 자동 가이드 차량 시스템과 같은 리소스의 통합을 가능하게 하여 스마트하고 적응 가능한 생산 환경을 만든다.
설명 언어는 순서를 정의한다
SWAP-IT의 핵심 요소는 프로젝트를 위해 프라운호퍼 연구원이 개발한 'PFDL'(Production Flow Description Language)이다. 그것은 제조된 제품과 그것을 제조하는 데 필요한 기계를 모두 통합한다. PFDL은 제조가 시작되기 전에 완제품 또는 구성 요소를 정의한 다음 원하는 특수 기능을 추가하는 데 사용됩된다.
자동차 문을 예로 들어 보면, 첫 번째 단계는 문의 기본 치수 또는 기하학적 구조를 설명하고, 그 다음에는 창의 도장 또는 색조와 같은 개별 속성을 설명한다. 프로세스를 단순화하기 위해 PFDL은 맞춤화만 필요한 CAD 모델을 로드할 수 있다.
결과적으로 주문 중심의 생산 시스템에 의해 일련의 주문이 자율적으로 구현될 수 있다. 주문의 모든 생산 단계는 각 기계에서 제공하는 서비스를 호출하기만 하면 기계 인터페이스를 통해 구현된다. 완료되면 필요한 공작 기계와 로봇이 목표한 방식으로 작업을 시작할 수 있다.
여기에는 중요한 이점이 있다. PFDL은 원칙적으로 생산 단계의 순서를 설정하지만 각 작업을 수행할 특정 기계를 지정하지 않기 때문에 SWAP-IT 소프트웨어는 운영 중 비용 또는 위치, 가용성에 따라 할당된 기계를 교환할 수 있는 유연성을 통합한다.
또한 생산 시스템은 시스템의 현재 상태, 각 작업 또는 이전 작업의 지속 기간 및 기계 작동에 따른 비용과 같은 다양한 요소를 고려한다. SWAP-IT라는 이름이 생산 단계 또는 기계에서 가능한 교환을 암시하는 것은 논리적일 뿐이다.
이를 통해 각 주문을 효율적으로 실행하고 요구 사항에 개별적으로 적용할 수 있다. 표준화된 워크스테이션을 사용하는 기존 제조 방식으로는 동일한 사례별 유연성을 달성할 수 없다.
프로젝트 관계자는 “장기적인 비전은 예를 들어 자동차 제작 주문이 발주되면 기계와 로봇 시스템이 잘 조직된 팀으로 자동차 부품을 작업할 수 있다는 것이다. 광학 또는 항공기 건설 산업과 같은 다른 부문에도 동일하게 적용된다"라고 설명한다.
각 생산 오더에 대한 개별 목표
프로젝트 관계자는 “직원들은 목표를 PFDL 주문에 통합할 수도 있다. 그들은 제조가 특히 에너지 효율적이거나 신속해야 하거나 사용 가능한 시스템 및 기계 용량을 최대한 활용해야 한다고 지정할 수 있다. 이러한 대상은 언제든지 변경할 수 있다. 예를 들어 주문량이 예상치 못한 최대치에 도달하면 에너지 비용이 높아지더라도 직원은 시스템이 생산 속도를 높이도록 요구할 수 있다. 이렇게 하면 새 제품 버전이 출시될 때 후속 주문이나 제품 특성 변경에 생산이 쉽게 대응할 수 있다"라고 설명한다.
SWAP-IT 생산 아키텍처는 특히 큰 구성 요소의 생산을 여러 기계에 할당할 수도 있다. 예를 들어, 자동차 측면 패널용 대형 몰딩 도구의 생산은 분할되어 여러 개의 작은 기계로 분배될 수 있으며 각 기계는 도구의 한 부분만 제조한다. 세그먼트는 나중에 조립할 수 있다. 이 방법을 사용하면 공장 현장에서 가용성이 낮은 값비싼 기계 대신 작고 저렴한 기계를 사용할 수 있다.
인더스트리 4.0의 논리적 확장
인더스트리 4.0 메가트렌드로 센서, 네트워킹 및 디지털 트윈과 같은 기술이 공장 현장에 적용되는 것을 목격했다. 등대 프로젝트 SWAP는 이러한 추세를 이어간다. 프로젝트 관계자는 “이러한 기술은 작업 현장에서 일어나는 일에 대한 정보를 수집하고 이 정보를 사용할 수 있도록 한다. SWAP-IT는 데이터를 사용하여 엄격한 프로세스에서 생산을 해방한다. 다음 논리적 단계이다” 라고 설명한다.
SWAP-IT는 구조가 복잡하고 익숙해지는 시간이 길어 보일 수 있지만 실제로는 쉽게 관리할 수 있다. PFDL 설명 언어를 개발하고 SWAP-IT를 설계할 때 프라운호퍼의 전문가들은 복잡성을 최대한 줄이는 데 우선순위를 두었다. 작업 현장에서 구현될 때 PFDL 어휘는 개별 사용 시나리오에 맞게 조정된다. 프로젝트 관계자는 " 이를 통해 우리는 최대한의 유연성과 간소화된 시스템 간의 완벽한 절충점에 도달했다"라고 설명한다.
연구원들은 또한 기업이 혁신적인 생산 아키텍처로 보다 쉽게 전환할 수 있도록 하는 SWAP-IT 구현에 대한 실습 접근 방식을 연구하고 있다.
헬로티 김진희 기자 |
