Beckhoff,PC 기반 제어가 사출성형공정에서 유연성 및 부품 품질을 향상시키다 [월간CONTROL 2017/08]

PC 기반 제어가 사출성형공정에서 유연성 및 부품 품질을 향상시키다

사출성형기 제조업체 Mitsubishi는 개방형 제어 아키텍처를 활용하다

일본 회사 Mitsubishi Heavy Industries Plastic Technology(이하 MHIPT)는 플라스틱 사출성형기를 전문으로 한다. 이 솔루션은 주로 자동차 산업뿐만 아니라 가전 제품 제조 및 PC 산업에서도 사용된다. MHIPT는 최신 MEIII 시리즈에 Beckhoff PC 기반 제어 기술을 적용하여 생산설비에 필요한 모든 것을 제공하고 미래 지향적인 제어 아키텍처의 개방성을 고려하였다. 반복성과 생산 유연성의 향상 외에도 MHIPT는 앞으로 나아가야 할 중요한 단계로 상태 모니터링 및 예측 가능한 유지보수 구현의 간단한 통합을 고려하고 있다.

새로운 MEIII 사출성형기 시리즈와 개발자들

사출성형기는 기본적으로 사출 유닛과 클램핑 유닛을 결합한다. 사출 유닛은 고압 노즐을 통해 툴에 주입하기 전에 원료를 가열하고 가소화한다. 클램핑 유닛은 툴(마운트)을 개폐하고 사출공정 동안 마운드의 양쪽이 닫히지 않도록 한다. 클램핑 유닛에 의해 가해지는 힘은 기계 사이즈 및 기계력의 지표이다. MHIPT의 기계 포트폴리오는 350에서 4000톤에 이르는 플램핑 힘을 가진 기계를 포함한다.

개방형 자동화 플랫폼이 경쟁 우위를 제공하다

MHIPT의 최신 사출성형기 세대인 MEIII는 550에서 850톤에 이르는 클램핑 힘을 가진 중형기계이다. 대부분의 사출성형기는 유압식 드라이브를 장착하고 있지만 MEIII의 드라이브 제어는 서보모터에 의해 이루어진다. “이것은 높은 생산 품질을 이끌어냈으며 전력 소비를 줄였습니다.”라고 MHIPT 엔지니어링 부문의 이사이자 최고 경영자인 Takashi Mizuno는 말한다. “MHIPT는 자동화 기술과 관련하여 이전 MEIII 기계 시리즈에 적용되었던 개발전략을 변경하였습니다. 현재 모든 MEIII 시리즈는 PC 기반 제어기에 의지합니다. 이전에 우리는 전적으로 자체 제어기를 개발했습니다. PC 제어시스템의 사용으로 인해 우리는 소프트웨어 개발에 온전히 집중할 수 있습니다. 우리는 사출성형기 제조업체로써의 전문지식을 사출성형 프로세스를 위한 소프트웨어에 통합하여 경쟁회사와 차별화하는 것을 목표로 하고 있습니다.”

앞선 MEII 시리즈와 마찬가지로 MEIII 시리즈에는 MHIPT가 자체 개발한 DD(direct drive) 모터가 장착되어 있다. 이 모터는 적은 회전 횟수로 높은 힘을 생성하기 때문에 감속기어가 필요하지 않다. 이것은 다이나믹한 사출 드라이브의 장점을 제공하며 풀리, 벨트 및 다른 소모품이 필요없기 때문에 유지보수가 용이하다. MEIII 시리즈는 2개의 DD 모터 사이의 기계적 연결 시스템을 고정밀 소프트웨어 동기화로 대체한 설계가 특징이다. “서보 전기 제어기의속도, 신뢰성 및 정밀도가 전적으로 제품의 품질을 결정합니다.”라고 Takashi Mizuno는 강조한다.

개방형 제거 기술 : 공급업체별 표준 및 사양으로부터 독립

MHIPT 엔지니어링 부문의 설계 책임자이자 MEIII 개발 프로젝트 팀장인 Takashi Takii는 설명한다. “제어 아키텍처 개방성의 큰 장점은 우리와 고객들이 더 이상 공급업체별 표준 및 사양에 의존하지 않는다는 것입니다. PC 기반 제어는 개방형 표준을 기반으로 매우 효율적이며 동시에 유연하고 보편적인 제어시스템을 제공하며 우리에게 필요한 신뢰성과 품질을 제공합니다.”

기계 개발의 고효율

PC 제어 플랫폼의 유연성 및 확장성을 통해 MHIPT는 생산할 플라스틱 부품의 형상을 얻을 수 있는 여러 툴이나 몰드의 사용에 대한 약 200가지의 선택 사양을 고객들에게 제공할 수 있다. “이것은 기존 제어기 보다 대략 3배나 많은 옵션입니다. 이전에는 추가 비용만으로 이용 가능했던 사양이 표준 가격 및 배달시간으로 고객들에게 제공될 수 있습니다. 또한, 개방형 표준의 사용은 고객이 지정한 센서 및 서보모터에 따르는 유연성을 제공합니다. EtherCAT 및 TwinCAT을 범용 통신 시스템 및 범용 소프트웨어 플랫폼으로 각각 사용함으로써 동일한 데이터 흐름을 달성할 수 있으며 기계작동의 반복성을 크게 향상시켰습니다.”라고 Takashi Takii는 설명한다.

“무엇보다 PC 플랫품의 사용으로 기계 엔지니어링이 훨씬 더 효율적입니다.”라고 Takashi Takii는 말한다. “제어 캐비닛의 모듈식 설계는 EtherCAT을 통해 통신하는 분산형 I/O 스테이션을 사용함으로써 간단해졌습니다. 그 결과 짧은 시간 내에 수정사항을 구현할 수 있는 유연성뿐만 아니라 기계의 제조, 분해, 운송 및 설치에 소요되는 시간을 단축할 수 있습니다. 궁극적으로 PC 제어 플랫폼의 뛰어난 확장성은 하나의 중앙 PC 기반 제어기를 사용하여 여러 애플리케이션에서 다양한 사이즈의 사출성형기를 제어할 수 있습니다.”

MHIPT 기계 소프트웨어는 플라스틱 사출성형 애플리케이션의 다양성 및 유연성을 달성하기위해 30,000개 이상의 데이터 포인트를 관리해야 한다. MHIPT는 소프트웨어 설계 구성 관리시 Oracle 데이터 베이스를 사용한다. “기존 제어시스템 공급업체의 툴을 사용해서는 필요한 데이터 베이스의 밀접한 연결을 달성할 수 없었습니다.”라고 Takashi Takii는 설명한다. “Oracle 데이터 베이스와 TwinCAT의 매끄러운 연결은 자동 또는 반자동 소프트웨어 구성을 구현하는 우리에게 큰 진보를 의미합니다. 게다가 온라인 디버거, 소프트웨어 오실로스코프 및 다른 개발 툴은 유용한 기능을 제공합니다.”

개방형 제어 아키텍처로 가능해진 새로운비즈니스 모델

Takashi Takii는 또한 PC 기반 제어 아키텍처에서 잠재적 사업 이점을 보고 있다. “대형 사출성형기는 특수기계 제조와 거의 상응하는 소량 및 대규모 생산의 전형적인 예입니다. 우리의 이상적인 시나리오는 고객의 모든 요구사항을 충족시키는 것입니다.

기존 제어 기술로는 제한이 있었지만 MEIII에 사용된 제어기는 효율적이고 유연한 소프트웨어 개발을 가능하게 합니다.

프로그래밍 없이 사출성형 프로세서의 다양한 옵션이 자동으로 소프트웨어에서 생성될 수 있습니다.

저는 소프트웨어 설계가 우리가 높은 고객 만족도를 누릴 수 있는 지점까지 도달했다고 자신있게 말할 수 있습니다.

품질, 비용 및 시간의 매직 트라이앵글은 비약적인 발전을 이루었습니다.”

Industrie 4.0을 위한 준비

Takashi Takii는 또한 제조업계의 현재 추세와 관련하여 개방형 제어 아키텍처에서 이점을 보고 있다. “EtherCAT 및 TwinCAT으로 개방적이고 유연하게 제어되는 데이터 흐름은 개별 사출성형기에만 국한되어 있지 않고 전체 공장에 걸쳐 데이터 흐름의 모듈화 및 균일성을 가능하게 합니다.

이러한 방식으로 우리는 독일의 Industrie 4.0 및 미국의 Industrial Internet of Things(IIoT)를 타깃으로 한 기술에 대한 대응력을 제공할 수 있습니다. MTBF(평균고장간격)을 연장하고 MTTR(평균수리 시간)을 단축하기 위해서 빅 데이터를 사용하는 것이 필수적이라고 생각합니다.

우리의 기계가 시간이 지남에 따라 어떻게 바뀌는지, 어떻게 사용되는지 및 어떻게 여러 생산환경에서 수집한 데이터를 표준화하고 비교할 수 있는지 결정하기 위해서 우리는 대량의 데이터를 수집, 저장 및 분석할 수 있는 위치에 있어야 합니다.”라고 Takashi Takii는 미래전략을 간략히 설명하고 결론지었다.

MEIII 개발에 참여한 MHIPT 및 Beckhoff의 직원들. 앞줄 왼쪽부터: Takashi Takii(MHIPT 엔지니어링 매니저), Toshimitsu Kawano(Beckhoff Japan 전무이사), Takashi Mizuno(MHIPT 엔지니어링 부문의 이사 겸 최고 책임자). 뒷줄 왼쪽부터: Tomohiro Umeda(MHIPT 엔지니어링 부서 차장), Osamu Aoishi(Beckhoff Japan), Masanori Obata (Beckhoff Japan), Tsutomu Ayusawa(MHIPT 엔지니어링 부서 부장) 및 Yasuhiro Kai(MHIPT 엔지니어링 부서 직원)