디지털 트윈을 통해 프로젝트 비용을 절감하고 품질을 향상하는 방법

Jul 24, 2023

고객별 기계의 가상 시운전은 제품 품질, 비용 및 처리 시간 개선 측면에서 가장 큰 영향력을 발휘합니다. 지금까지 모델 생성에는 메카트로닉 모듈형 빌딩 블록 시스템이 부족하여 비용이 많이 들고 비경제적이었습니다. 가상 커미셔닝에 디지털 트윈이 미치는 영향을 살펴보겠습니다.

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이 기사에서는 경제적 적용성, 시뮬레이션 시간 기반 유형, 모델링 언어 또는 도구 및 방법론과 관련된 여러 평가에서 디지털 트윈의 사용을 분석했습니다. 다음에서는 Agile Manufacturing Systems의 프로젝트 실행을 위한 노력과 이점을 보여줍니다. 시스템용 기계는 모듈식 키트로 조립되며 지정된 고객 사양에 따라 장착됩니다.

판매 프로세스부터 생산 시작(SOP)까지 프로젝트 실행 중 적용 분야에서는 이러한 디지털 모델에 대해 다양한 사양이 필요합니다. 판매 프로세스에서는 부품 제조 프로세스, 필요한 용량 및 요청한 레이아웃과 관련하여 고객 문의가 고려됩니다. 사양에 따라 가격이 책정되지만 제안 프로세스용 모델은 개별 기계용 빌딩 블록의 표준 모듈식 시스템을 사용합니다. 시뮬레이션에 사용되는 모델은 애플리케이션 엔지니어링 단계의 요구되는 속도와 일치해야 하며 사이클 시간, 기계 수, 올바른 레이아웃 구성 및 전체 라인 성능에 대한 올바른 정보를 제공할 수 있을 만큼 충분히 기본적이고 정확해야 합니다. 구매 주문 및 메카트로닉 설계 정보 엔지니어링을 통해 고객 사양에 따른 디지털 제품 트윈이 개발됩니다. 프로젝트 실행 중에는 최종 승인(FAC)이 달성될 때까지 시뮬레이션 검증과 최적화를 위한 다양한 이정표가 있습니다. 프로젝트가 완료되면 모든 디지털 트윈이 업데이트되어야 하며 실제 공급 범위의 가상 복사본이 제시됩니다.

디지털 프로세스 트윈은 작업 영역 모델이며 축 이동, 프로세스 관련 비생산 시간, 클램핑 장치, 가공 공작물 및 필요한 절단 도구를 시뮬레이션합니다. PLC 시운전에 비해 NC 시운전은 매우 짧지만 품질과 시간 측면에서 확실한 이점이 있습니다.

디지털 제품 트윈은 에뮬레이트된(Software in the Loop 또는 실제 제어(Hardware in the Loop)와 결합하여 거의 100% 기능을 갖춘 사이버 물리적 모델입니다. 실제 컨트롤러 외에도 밸브 스택, 액터 또는 인터페이스는 예를 들어 이더넷 또는 Profibus/Profinet을 통해 연결될 수 있습니다. 이에 비해 Hardware in the Loop 기반 애플리케이션은 현실을 가장 정확하게 복사하므로 모범 사례 솔루션으로 평가되었습니다. 기계 컨트롤러(예: Siemens 840 Dsl)는 기계의 시뮬레이션 모델이 설치된 PC(예: Twin CAT 3.1이 설치된 Windows)에 실제 필드버스를 직접 연결하여 시뮬레이션이 실시간으로 실행됩니다.

디지털 생산/시스템 트윈은 제조/생산 시스템의 전체 설치를 모델로 나타냅니다. 이 애플리케이션의 주요 목적은 자재 흐름을 분석하고 최적화하고 전체 시스템에 대해 달성 가능한 생산성 또는 OEE(전체 장비 효율성)를 계산하는 것입니다. 시스템 처리량과 시스템 성능이라는 두 매개변수 모두 계약상의 의무이며 사양을 확인하려면 시뮬레이션 모델이 필요합니다. 에너지 및 환경에 대한 민감도가 높아지고 이러한 주제에 대한 투자 및 운영 비용이 증가함에 따라 시뮬레이션 모델을 사용하여 전력 소비, 필요한 연결 부하, 매체 소비(냉각수, 압축 공기, 플랜트 용수)는 물론 배기 공기 및 필터 성능을 결정합니다.

대량 생산을 하는 대부분의 고객은 문의 시 이미 교육을 받은 인력과 기존 예비 부품 재고를 활용하기 위해 상세한 프로젝트 사양을 발행합니다. 시스템 공급업체는 이러한 사양을 요구하므로 표준화된 모듈식 기계 구성 요소는 물론 제조 공정에 대해서도 매우 중요한 엔지니어링 작업을 수행해야 합니다. 각 프로젝트에 대해 요청된 품질을 제공하고 안전 사양을 충족하기 위해 집중적인 시운전 단계를 고려해야 합니다. 커미셔닝에 따른 최대 리드 타임을 피하기 위해 가상 커미셔닝 개발과 실제 장비와 가상 장비의 혼합으로 커미셔닝은 공급업체는 물론 고객에게도 가장 유익한 상당한 이점을 제공했습니다. 모델이 현실을 더 정확하게 반영할수록 디지털 제품 쌍이 현실을 시뮬레이션할 수 있는 지침인 품질이 높아집니다.