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공작기계 공급기업, 수요산업의 빠른 변화에 VPD·프론트로딩으로 대응

가상환경 기반으로 기획에서 제품 전달까지의 시간 단축 실현

[산업일보]
공작기계의 주요 수요 산업인 자동차, 반도체 등의 분야가 디지털화·전기동력화되는 등 빠른 변화의 사이클을 경험하고 있다.

이 때문에 공작기계 산업 역시 고속, 고정밀, 복합가공 등으로 성능과 신뢰성을 높이는 한편으로 빠르게 변화하는 수요 산업의 요구에 대응하기 위해 데이터를 기반으로 한 VPD(Virtual Product Development, 가상 제품 개발), 디지털 트윈 등의 가상 환경기술을 기반으로 최적화된 제품 개발을 추진하고 있다.

“수요 산업에서 어떤 가치가 5년, 10년 유지가 되는 게 아니라, 이제는 2~3년 동안 가치가 유지됐다가 사라지고, 다시 생성되는 사이클을 보이고 있다.”며 때문에 수요기업이 요구하는 장비를 적시에 전달하기 위해서 적극적으로 프론트로딩(Front Loading) 개념을 적용해야 한다.”

두산공작기계 이강재 부장은 최근 개최된 CAE 컨퍼런스에서 ‘수요산업 지향 공작기계 개발을 위한 VPD 고도화 및 디지털 트윈’을 주제로 이 같이 발표했다.
공작기계 공급기업, 수요산업의 빠른 변화에 VPD·프론트로딩으로 대응
▲두산공작기계 이강재 부장이 최근 개최된 CAE 컨퍼런스에서 ‘수요산업 지향 공작기계 개발을 위한 VPD 고도화 및 디지털 트윈’을 주제로 발표하고 있다.

일반적으로 완성된 제품을 출시하기 전에 프로토파입 제품을 제작해 성능을 확인하고 문제점을 파악해서 다시 제품을 개선하는 과정을 반복하게 된다. 이에 따라 시간과 비용이 소요돼 왔던 모습에서 두산공작기계는 트론트로딩 개념과 VPD 기술 등을 적용해 시간과 비용을 절감하면서 제품 제작의 시행착오를 줄여가고 있다.

이강재 부장은 “기존에는 프로토에서의 시험 결과를 보면서 장비를 평가하고 개선하고 다시 설계하고 하는 루프가 계속 돼 왔다. 그러다 보니 수요 시장 대응이 늦어지는 편인데, 두산공작기계는 VPD 프로세스를 통해서 이런 부분들을 적극적으로 줄이고 근원적인 설계 최적화를 구현해 빠르게 제품을 제작해 수요자에게 전달하고 있다.”고 밝혔다.

가상환경에서 제품을 제작하고 보다 이상적인 장비를 제작하기 위해서는 발열, 진동, 가공편차 등 다양한 해석 요소를 시뮬레이션에 적용해 검증하게 된다.

이 부장에 따르면, 공작기계의 해석요소에는 외란이 발생하는 절삭에 대응해야 한다. 이를 위해 다이내믹 특성을 고려해 오퍼레이팅 컨디션에서 얼마나 깎을 수 있을지, 진동은 발생할 수 있을지, 제거할 수 있을지를 판단해서 설계에 반영한다는 것.

또한, 스핀들의 평가 요소, 열변위, 강도, 수명, 장비 가공시 장소 및 놓인 위치에 따라 장비에 미치는 영향 등 다양한 해석요소를 적용해 장비를 최적화해나가야 한다.

이 부장은 두산공작기계에서 수요 기업들이 원하는 특성을 갖춘 장비들을 개발하고 생산하면서 2016년 300기종의 제품을 갖추게 됐고, 현재는 400기종을 넘는 장비를 생산하고 있으며, 매년 20여 대에서 30대 정도의 신규 장비를 계속 개발하고 있다고 밝혔다.

‘디지털 트윈’ 기반으로 장비의 유지관리·성능조건 확인 가능해
공작기계의 유지관리 부분에 디지털 트윈(Digital Twin) 기술을 적용해 장비의 고장시기 등을 예측하거나 통합 공정에서 변경된 데이터를 최적조건으로 재설정할 수 있을 것으로 보인다.

이강재 부장은 “통합 시뮬레이션을 디지털 트윈으로 만들고 장비에 적용한 센서로부터 사용자가 보유한 장비의 노후 수준을 평가할 수 있다. 또한, 장비에 적용되고 있는 중요 데이터가 변경됐을 때 작업자가 최적 조건을 변경해야 하는 상황이라면, 디지털 투입 모델을 운용해서 다시 평가하고 최적화된 조건을 제시할 수도 있다.”고 말했다.

이어 “디지털 트윈은 장비의 기획 단계나 실제 공정의 검증에도 사용할 수 있다. 예를 들면, AM(Additive Manufacturing, 적측가공) 하이브리드장비를 디지털 트윈을 통해서 실제 공정을 검증할 수 있는데, 어떤 충돌이 있을 수 있는지, 파우더는 뭘 사용해야 내가 원하는 형상을 적층할 때 안전한지 등 다양한 변수들을 적용해볼 수 있다.”고 덧붙였다.

한편, CAE 컨퍼런스는 지난 10일, '디지털트윈과 VPD를 위한 시뮬레이션'을 주제로 수원컨벤션센터 202-203호실에서 개최했다.
김원정 기자 sanup20@kidd.co.kr

제조기업 강국이 되는 그날까지, 공장자동화 스마트팩토리에 대한 뉴스를 기획·심층 보도하겠습니다.

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