스마트 공장은 기계, 사람 및 데이터를 디지털로 연결된 단일 시스템으로 통합하여 운영되는 공장을 의미합니다. 점점 더 많은 효율성이 구축된 시스템을 원하는 기업과 더 빠른 공급을 원하는 사용자들이 늘어나면서 스마트 공장 구현에 필요한 기술들도 빠른 속도로 발전 중인데요, 이 중 CNC 가공 기술도 핵심적으로 포함됩니다.
CNC 기계는 작동의 기초 자체가 컴퓨터이므로 다른 종류의 기계보다 추가적인 소프트웨어를 장착하는 것이 수월하기 때문입니다. 스마트 공장 시대에 발맞춰 진화하고 있는 CNC 기술에 대해 알아보기 전에, 먼저 스마트 공장이란 정확히 무엇을 의미하는지에 대해서 3가지 단계와 관련 10가지 기술을 통해 알아보고자 합니다.
스마트 공장의 작동 방식
스마트 공장은 데이터 획득, 데이터 분석, 지능형 공장 자동화의 세 단계로 요약할 수 있습니다.
- 데이터 획득: 스마트 공장에서는 인공 지능과 현대적인 데이터베이스 기술을 통해 비즈니스, 공급망 및 전 세계에서 서로 다른 유용한 데이터 세트를 선별하고 획득합니다. 산업용 사물 인터넷(IIoT)은 센서와 게이트웨이를 사용하여 연결된 기계에서 데이터를 수집하고 시스템으로 보낼 수 있습니다. 이렇게 수집된 데이터는 AI 기반 시스템을 통해 성능, 시장 추세, 물류 또는 공급처와 관련된 데이터 세트로 변환될 수 있습니다.
- 데이터 분석: 머신 러닝과 지능형 비즈니스 시스템을 사용하여 수집된 이질적인 데이터를 감지하고 분석합니다. IIoT 센서는 기계의 상태를 모니터링하고, 기계를 수리하거나 정비해야 하는 경우를 알려줄 수 있습니다. 데이터를 변환하여 기회와 리스크를 식별하고, 워크플로우 효율성을 조사하여 성능을 최적화하고, 필요에 따라 자동으로 수정할 수 있습니다.
- 지능형 공장 자동화: 데이터 수집과 분석을 완료한 후, 워크플로우를 확립하고 시스템 내의 기계와 기기에 지시를 전달하여 자동화된 프로세스를 구현합니다. 이러한 기기는 공장 내부에 있을 수도 있고, 공급망 내에서 멀리 떨어진 곳의 물류 또는 제조 고리에 있을 수도 있습니다. 지능형 워크플로우와 프로세스는 계속 모니터링되고 최적화됩니다. 예를 들어, 특정 제품의 수요가 급증하는 것을 경고하는 뉴스가 보도되면 3D 프린터 워크플로우에 해당 품목에 대한 생산을 늘릴 것을 지시할 수 있습니다.
스마트 공장의 이점
이렇게 구현되는 스마트 공장의 이점으로는 생산성과 효율성의 증대, 지속가능성 및 안전성의 개선, 제품 품질 및 고객 경험의 향상 등이 있습니다. 또한 클라우드 연결, 인공 지능, 머신 러닝, 빅데이터, 산업용 사물 인터넷(IIoT), 디지털 트윈, 적층 인쇄, 가상 현실(VR)과 증강 현실(AR), 블록체인 등의 기술이 스마트 공장을 구현하는 데 사용될 수 있는데요, 아래는 10가지 스마트 제조 기술에 대한 설명입니다.
스마트 공장 가동 기술
- 인공지능(AI) / 머신러닝 :AI와 머신 러닝은 데이터 분석과 패턴 인식을 통해 생산 프로세스를 최적화하고 자동화하는데 사용됩니다.
- 증강현실(AR) / 가상현실(VR): AR과 VR은 교육 및 작업 프로세스에서 사용되어 효율적인 작업과 원격 지원을 제공합니다.
- 자동화 / 로보틱스: 로봇과 자동화 기술은 인간의 개입을 줄이고 생산 효율성을 높입니다.
- 적층 제조 / 하이브리드 제조: 3D 프린팅과 적층 제조 기술은 빠른 프로토타이핑과 소규모 생산에 사용되며, 하이브리드 제조는 재료 낭비를 줄이고 생산성을 향상시킵니다.
- 빅데이터 분석: 빅데이터 기술은 데이터 중심적인 생산 관리와 의사 결정을 지원하여 생산 프로세스를 최적화합니다.
- 클라우드 컴퓨팅: 클라우드를 이용하여 데이터 저장과 분석을 효율적으로 수행하고 실시간 접근성을 제공합니다.
- CNC 기계: CNC 기계는 컴퓨터 지원 제조 기술로 정밀한 생산 작업을 수행하며, IoT 센서와 연결돼 데이터 수집과 관리를 지원합니다.
- 제조를 위한 설계: DFM과 DfMA 기술은 제조 공정을 고려하여 제품 설계를 최적화하고 생산성을 향상시킵니다.
- IoT / 엣지 컴퓨팅: IoT 기술은 무선 센서를 통해 데이터 수집과 분석을 가능하게 하며, 엣지 컴퓨팅은 로컬에서 데이터 처리를 수행하여 시간과 비용을 절감합니다.
- 시뮬레이션 / 디지털 트윈: 시뮬레이션과 디지털 트윈은 제조 전에 제품과 생산 과정을 디지털 방식으로 테스트하고 최적화하는데 사용되며, 생산 효율과 품질을 향상시킵니다.
스마트 공장을 위한 CNC 기술
이러한 스마트 제조 기술들은 제조 업계를 혁신적으로 변화시키고 생산 프로세스를 더욱 효율적이고 지능적으로 만들어나가고 있습니다. 스마트 공장으로의 디지털 전환이 CNC 가공 업계에 미치는 영향은 무엇보다 ‘연결의 중요성’입니다. CNC 기계가 완벽히 자동 작동하기 위해서는 IoT가 적절하게 구현되어 최적화된 부품을 제작할 수 있어야 하기 때문입니다.
이를 위해서는 기존의 CAM프로그램으로 3D 도면의 가공 툴패스를 보는 것에서 더 진화되어야 합니다. 예를 들어 CNC 관련 소프트웨어를 개발하는 회사는 제조 관련 데이터를 생산 및 누적하는 작업을 통해 가상 환경에서 가공 공정을 재현하는 시뮬레이션 프로그램을 만들기도 합니다.
정확한 시뮬레이션은 곧 해당 기계가 어떻게 작동하여 어떤 결과물을 낼지를 미리 파악한다는 것으로, IoT 기능으로 기계와 인터넷이 높은 수준으로 연동되어있는 것이 매우 중요한 것이죠.
기계 제조 현장은 매우 성장하고 있는 시장임과 동시에 인력과 기술이 부족한 곳이 많고 언제나 가공 시간 단축과 효율성 향상을 추구하는 분야입니다. 따라서 획기적인 생산성 향산을 실현하는 스마트 공장으로의 변모는 계속될 것이고, 이를 위한 관련 하드웨어 및 소프트웨어 기술과 제품들은 미래에는 더 다양하게 출시될 것입니다.
공작기계 산업에 관심이 있으시다면, 스마트 공장을 구현토록 하는 CNC 가공 관련 기술에 관심을 가져보시는 것은 어떨까요?
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