최근 제조업에서 생산성 향상이 중요한 과제가 되고 있는 가운데 공작기계의 시각화 기술이 점점 더 주목을 받고 있다. 니덱오케이케이(주)에서는 이러한 시각화에 대응한 소프트웨어로서, 가동 감시 기능을 주체로 한 ‘Net Monitor’와 가공 중인 기계를 상세하게 분석하는 것을 목적으로 한 ‘로드로거’를 비롯해 공작기계 내장형 소프트웨어로서 기계의 온도 변화와 소비전력 정보 등을 가시화하는 기능을 제공하고 있다. 이들은 공작기계의 안정 가동이나 고능률 생산, 전력 사용량 절감 등에 도움이 되는 툴이다. 이 글에서는 이들 소프트웨어의 각 기능이 가져오는 이점과 특징 등에 대해서 소개한다.
가동 상태의 시각화 ‘Net Monitor’
제조업에서는 생산성 향상이 경쟁력의 열쇠로 되어 있으며, 공작기계 가동 상태의 실시간 파악은 오늘날과 같이 IoT가 활발한 시대보다 훨씬 이전부터 대응이 추진되어 생산라인의 효율이 낮은 영역이나 기계 트러블 등의 시각화에 의해 생산성을 향상시키는 구조 구축이 이루어져 왔다.
니덱오케이케이(주)의 가동 감시 애플리케이션인 Net Monitor는 1999년부터 제공되기 시작해 ‘손쉽게 도입’할 수 있는 가동 감시 툴로서 활용되고 있다. Net Monitor는 시판 퍼스널컴퓨터에 인스톨만 하면 되기 때문에 고가의 전용 서버 설치가 불필요하므로 간단히 도입할 수 있는 것이 특징 중 하나이다.
그림 1은 Net Monitor의 가동 감시 화면의 예이다. 사이클 스타트 중, 절삭 중, 알람 정지와 같은 가동 실적의 분 단위에 의한 누계 표시와 하루 동안의 상태 변화를 표시하고 전날과 비교해 표시하기도 한다. 월 단위의 표시도 가능하고, 데이터는 1년 분량을 축적하고 있으며, 일시를 지정한 표시도 가능하다. 얻은 정보는 데이터 해석에 적합한 CSV로서 출력할 수 있고 Excel 등에서 활용할 수 있다.
Net Monitor는 이와 같은 시각화에 의한 생산 프로세스 최적화나 비효율적인 작업의 특정 등과 같은 생산 효율 향상에 대응하는 외에, 가공 실적(워크 카운트) 기능이나 NC 프로그램의 입출력과 삭제·복사, 프로그램의 일괄 백업 등 가공 프로그램의 일원 관리 등을 쉽게 할 수 있는 기능(그림 2)도 갖추고 있으며, 공작기계가 네트워크에 연결됨으로써 얻을 수 있는 편리성을 높이고 있다. Net Monitor의 도입만으로 ‘연결’, ‘시각화’, ‘데이터 활용’을 커버할 수 있다.
1. 리모트 가동 감시
공장 이외에서도 기계의 가동 상황을 확인하고 싶다는 요구에 대응해 클라우드 서버와 스마트폰 앱과 연동함으로써 기계의 상태를 스마트폰으로도 확인할 수 있는 서비스도 전개하고 있다. 스마트폰 앱(그림 3)을 인스톨함으로써 공장의 기계 가동 상태의 일람 외에 선택한 기계의 상세 정보, 가동 분석, 알람 일람 등을 확인할 수 있다. 가공 시작·종료·알람 등의 기계 상태 변화는 푸시 알림에 의한 안내도 가능하다. 야간이나 휴일에도 기계의 상태를 언제나 파악할 수 있어 갑작스러운 트러블에도 신속하게 대응할 수 있다.
가공 상태의 시각화 ‘로드로거’
공작기계에서 얻을 수 있는 정보는 앞에서 말한 가동 정보 외에도 탑재하는 NC 장치로부터 매우 상세한 정보를 얻을 수 있다. 이들 정보를 기초로 가공 상태의 정밀한 분석을 할 수 있고, 절삭력의 변동이나 이상 등의 검지가 가능하다. 이와 같은 분석에 의해 절삭 조건을 최적화함으로써 공구 수명을 늘리고 생산성을 향상시키는 것을 기대할 수 있다. 로드로거는 이러한 요구를 만족시킬 수 있도록 가공 상황의 상세한 기록을 서포트하고 있으며, 트레이서빌리티나 에너지·코스트 등의 관리 면에도 응용할 수 있다.
로드로거에서는 주축이나 각 이송축의 로드, 이송 속도 외에 실행 중인 프로그램명, 시퀀스 번호, 블록 번호 등의 상세한 정보를 취득할 수 있다. 이러한 정보는 사이클 스타트(기계의 가공 시작)를 트리거로 자동적으로 기록이 이루어지므로 취급이 매우 간단한 것이 특징이다. 데이터는 CSV 파일로서 기록되므로 가공 조건 변경의 before and after 등을 Excel 등을 이용해 쉽게 가시화할 수도 있다. 소프트웨어의 취급이 간단하고, 또한 기계와의 접속 등도 전문적인 지식이 필요없어 쉽게 세팅을 할 수 있기 때문에 양산 전의 시절삭이나 트러블 슈팅을 효율적으로 실시할 수 있다.
1. 공작기계와의 접속
로드로거는 시판 퍼스널컴퓨터에 인스톨하고 LAN 케이블로 기계와 퍼스널컴퓨터를 접속만 하면 되는 매우 심플한 구성으로 사용할 수 있다(그림 4). 로드로거에서는 데이터 수집을 위해 NC 장치와 다이렉트로 통신을 하고 있어 IoT 플랫폼을 통할 필요가 없기 때문에 손쉽게 도입할 수 있는 외에, 데이터 해석에 필요한 밀도 높은 샘플링이 가능하다.
2. 로드로거에 의한 데이터 기록
약 20종류의 모니터 항목을 동시에 기록할 수 있는데, 필요한 항목만을 기록하는 선택이 가능하므로 기록 데이터를 콤팩트하게 할 수 있다. 기록하는 타이밍은 공작기계의 사이클 스타트에 연동하므로 세트가 끝나면 로드로거의 조작을 신경쓰지 않고 방치해도 상관없다. 따라서 가공을 위한 오퍼레이션에 집중할 수 있다. 물론 매뉴얼 조작에 의한 기록의 시작․중지도 가능하다.
3. 복수 기계의 동시 기록
로드로거에서는 여러 대의 공작기계를 동시 접속에 의한 데이터 기록이 가능하다. 접속 중인 기계의 상태는 패널 모양으로 배열되어 실시간으로 갱신되므로 일원적으로 모니터링하는 사용법도 가능하다.
4. 로드로거의 활용 사례
그림 5는 로드로거로부터 기록한 데이터를 기초로 시각화한 사례이다. 주축의 로드값과 동시에 기계의 좌표값도 기록할 수 있으므로 주축 로드값 항목에서 데이터 소트를 하고, XY의 좌표값을 산포도로서 플롯하면 주축 로드값의 임계값별 공구 궤적을 얻을 수 있다. 가공 부위의 어떤 부분이 고부하 상태인지 한눈에 확인할 수 있다. 시퀀스 번호·블록 번호도 동시에 기록할 수 있기 때문에 NC 프로그램의 어느 부분인지도 특정할 수 있다.
그림 6은 고능률 생산의 시험으로, 가공 조건을 변화시켰을 때의 기록이다. 가공 시간의 변화나 주축 부하의 변화도 비교하기 쉽다. 리퍼런스가 되는 데이터 기록과 비교함으로써 트레이서빌리티 면에서도 활용할 수 있다.
사용 전력의 시각화 ‘전력 모니터 기능’
생산 활동이 환경에 미치는 영향을 파악해 기업의 환경에 대한 부하를 줄이고 환경 보호에 공헌하는 대응이 요구되고 있다. 전력 모니터 기능은 이러한 요구에 대응할 수 있도록 개발된 기능으로, 기계의 운전이나 가공에 의한 소비전력 변동을 NC 화면에 트렌드 그래프로서 나타내 시각화한다. 화면에 표시되는 그래프와 수치로부터 소비전력의 변화 모습이나 누계 전력량을 간단히 확인할 수 있는 외에, 전력 사용량으로부터 CO2 배출량에 대한 환산값도 표시할 수 있다. 또한 전력량이나 CO2 배출량은 가공 프로그램마다 집계되어 일람 표시할 수 있으므로 공구경로나 절삭 조건 등의 변경에 의한 에너지절감 효과를 비교하면서 효율 좋은 기계 운용을 목표로 하는 대응에도 이용할 수 있다.
1. 전력 변동 그래프
전력량 그래프는 10분, 24시간, 월, 연 등에 따라 스코프를 전환할 수 있다. 짧은 시간 범위에서는 기계의 순간 전력 변동을 가시화할 수 있어, 예들 들면 동일한 가공이 평상시와 다른 것을 빨리 알아챌 수 있다. 24시간 단위의 그래프에서는 하루 동안의 전력 사용법이나 피크타임을 확인할 수 있기 때문에 생산 스케줄의 최적화나 절전 대책에도 기여할 수 있다. 월·연 단위에서는 전력의 사용 패턴에 의해 환경 부하의 변동을 고려한 지속가능한 생산 목표의 설정 등에 활용할 수 있다(그림 7).
2. 프로그램별 소비전력
가공에서 사용한 프로그램의 소비전력․CO2 배출량을 일람 표시하고 있다. 최근 200건의 데이터를 표시할 수 있다. 각 프로그램의 전력 소비를 비교해 특정 프로그램이 다른 것보다 많이 전력을 사용하고 있는 경우, 프로그램에 대한 개선책을 검토할 수 있다(그림 8).
기계 온도 변화의 시각화 ‘소프트 스케일 지원 기능’
머시닝센터의 온도 변동은 기계 각 부에 영향을 미치고 이들이 제품의 치수 정도에 반영되므로 적절한 온도 관리는 이러한 변동을 최소한으로 억제해 정확한 가공을 실현하기 위해서는 매우 중요하다. 온도 관리는 품질·생산성 등 여러 요소에 영향을 미치므로 제조 프로세스 전체의 효율과 신뢰성을 향상시키는 열쇠라고도 할 수 있다. 니덱오케이케이(주)의 머시닝센터에서는 각 부에 배치되어 있는 온도 센서의 정보를 시각화함으로써 온도 관리를 지원하고 있다.
1. 온도 변화의 표시
온도 모니터 화면상에서는 기계 각 부에 배치된 온도 센서의 변화가 그래프화된다. 또한 열변위 보정량도 동시에 그래프화되어 표시된다(그림 9).
급격한 온도 변화로 가공에 영향을 미칠 가능성이 예측되는 경우는 경고를 표시할 수 있다. 온도 센서의 출력이나 열변위 보정량이 실시간으로 가시화되므로 기계의 상태나 보정 효과를 직감적으로 파악할 수 있고, 문제가 발생한 경우에 신속하게 대응할 수 있다. 이들의 그래프 표시는 시간의 경과에 따른 온도 변동이나 보정 효과를 나타내기 때문에 이상한 패턴이나 변동이 보이면 이에 근거해 예방적인 대책을 강구할 수 있다.
맺음말
제조업에서 ‘시각화’ 기술은 생산성 향상, 제품 품질 향상 등에 반드시 필요한 요소이다. 앞으로는 AI와 통합함으로써 더욱 심화되어 혁신을 가져올 것으로 예상되며, 현재와 같이 환경에 대한 배려가 강조되는 가운데서는 생산 활동의 지속가능성 향상에도 크게 기대되고 있다.
이상으로 니덱오케이케이(주)의 ‘시각화’에 기여하는 소프트웨어에 대해서 소개했는데, 앞으로도 시각화 기술을 구사한 애플리케이션 개발로 사용자의 제조에 기여해 갈 계획이다.
