[첨단 헬로티] 카토리 사다오 (鹿取 貞夫) 카토리사무소 Cast-Designer의 GA(진화론적) 최적화 및 간편한 DOE(실험계획법)에 의한 주조방안 최적화에 대해서는 발표를 거듭해 왔다. AI 기술의 실험도 추진되고 있는 가운데, 이 글에서는 자동 최적화에 유효한 신기술을 소개한다. Cast-Designer의 기술진은 절열의 법칙을 발전시킨 신기술 ‘가스 기포 “절열(Adiabatic)” 추적법’을 개발했다. 유저는 수축 공극률, 가스 공극률을 스텝 바이 스텝의 주의 깊은 관찰을 필요로 하지 않고, 최종 결과를 정확히 판정할 수 있는 기술이다. 용탕에 말려 들어가는 매우 작은 기포를 시뮬레이션하는 것은 어렵다. 요소 사이즈보다 작은 에어 영역은 사라져 버리기 때문에 실제로는 그것이 일으키는 최종적인 주조 결함의 가능성을 못보고 놓치게 된다. 신기술은 충전 시에 용탕에 말려 들어가는 극소 기포도 추적해, 그것이 결함에 미치는 영향을 결과로 나타냈다. 이하는 개발자의 논문 초안의 번역이기 때문에 표현이 생경한 것을 양해해 주기 바란다. Cast-Designer의 새로운 기포 모델 시뮬레이션 시에 2개의 팩터를 고려
[첨단 헬로티] 이토 아키히로 (伊藤 彰宏) 일본이에스아이(주) 다이캐스트의 수치 시뮬레이션 기술은 코스트 절감, 개발 프로세스의 관점에서 그 유용성에 대해서는 많은 사례가 보고되어 있으며, 주조기술자의 경험 세계에서 장래적인 기술 전승을 염두에 둔 기술의 일반화, 범용화 등의 점을 포함해 그 활용의 필요성은 충분히 인지되고 있다. 여기서 말하는 시뮬레이션 기술이란 다이캐스트 제품, 즉 주물의 품질 예측, 품질 개선을 주목적으로 한 용탕의 탕흐름 및 응고 프로세스에 착안한 것으로서 발전해 왔으며, 한편으로 다이캐스트 금형에 관해서는 제품 품질에 직접 관여하는 부분 이외에 대한 적용은 그 계산 시간이나 메시 작성 시간이 소요된다는 상황도 포함해 결과적으로 주목받지 못한 경위가 있다. 그러나 컴퓨터에 의한 계산 속도의 고속화에 동반해, 금형의 응력 변형 계산 등에 대해서도 현저한 스피드업이 인정됐다. 그 결과, 기존 주체적으로 취급되지 못했던 금형에 대해서도 품질 개선이나 코스트 다운, 납기 삭감 등을 목적으로 시뮬레이션 활용이 실용화되고 있다. 이 점 몇 가지 사례를 포함해 이미 그 활용 방법에 대해 제안이 있었다. 이 글에서는 이미 소개된 기술에 대해 일부
[첨단 헬로티] 미네무라 타카오 (峯村 貴央) SCSK(주) 오늘날 설계․제조 현장에서 CAE의 활용이 추진되고 있으며, 당사 취급 툴도 설계나 생산 기술의 현장에서 많이 이용되고 있다. 또한 CAE 활용이 추진됨에 따라 실제 기기에서 일어난 현상을 보다 정확하게 재현하고 싶다는 유저 요구가 해마다 증가하고 있다. 예를 들면 어떤 CAE 툴에서 구한 정확한 온도 분포를 다른 CAE 툴의 해석 조건으로서 활용하는 연계 해석 방법은 일반화되고 있다. 이 글에서는 당사가 취급하는 연구 개발, 제품 설계, 생산 기술, 재료 개발 등 여러 가지 분야용의 해석 툴 중에서 주조 프로세스 시뮬레이션 소프트웨어 ‘MAGMASOFT’와 차세대 대규모 구조해석 소프트웨어 ‘ADVENTURECluster’를 연계시킨 최신 토픽을 소개한다. 주조 프로세스 시뮬레이션 소프트웨어 MAGMASOFT MAGMASOFT는 독일 MAGMA사가 개발한 주조 프로세스 시뮬레이션 소프트웨어로, 용융 금속의 주형 내의 탕흐름․응고는 물론이고, 잔류응력, 그리고 열처리 프로세스까지 시뮬레이트할 수 있다. 주조 프로세스 시뮬레이션에 더해
[첨단 헬로티] 타카기 유토 (高木 優斗), 야노 켄이치 (矢野 賢一) 미에대학 오구라 준이치 (小倉 純一) 야마하발동기(주) 다이캐스트 주조법은 용융한 금속을 슬리브 내에 주탕하고, 플랜저를 전진시켜 고속으로 금형에 사출한다. 이 특징적인 주조 공정으로 우수한 치수 정도를 가진 제품을 짧은 사이클 타임으로 대량 생산할 수 있기 때문에 자동차 부품 등 여러 가지 공업 제품의 생산에 이용되고 있다. 그러나 슬리브나 러너, 금형 내부의 용탕에 공기가 말려 들어가기 쉽고, 주물 내부에 블로홀 등의 결함이 발생하는 등의 단점도 존재한다. 그렇기 때문에 좋은 품질의 제품을 다이캐스트 주조법으로 제조하는 경우에는 주조 조건이나 방안을 적절하게 설계할 필요가 있다. 이와 같은 요구에 대해 최근에는 CAE 해석을 이용함으로써 실제로는 직접 관측하는 것이 곤란한 용탕의 흐름을 가시화하고, 주조 조건이나 방안의 설계에 해석 결과를 반영하는 시도가 이루어져 왔다. 또한 최적화 시스템을 이용해 자동적으로 설계를 하는 것도 가능해졌다. 한편 필자 등도 독자의 알고리즘을 탑재한 최적화 시스템을 개발, 다이캐스트 주조법에서 방안의 최적 설계에 적용해 왔다. 그러나 기존의 방법은 방안부
[첨단 헬로티] 마에다 야스히로 (前田 安郭) 다이도대학 주조 CAE에서 탕흐름, 전열․응고해석은 개발의 과도기를 끝내고 실용역에 들어갔다고 하는 의견도 있다. 실제로 주조 방안의 설계, 주조 결함의 예측, 결함 대책 툴로서 반드시 필요하다. 실용적으로 사용되고 있는 주조 CAE이지만, 결코 만능은 아니다. 결함 예측 정도의 향상과 신기능 개발의 요구는 많다. 한편, 최근에 들어 이동 경계의 문제에 강하다고 하는 입자법을 주조 프로세스에 적용하는 사례가 증가했다. 이 글에서는 입자법을 비롯해 필자 등이 개발하고 있는 주조 CAE의 시뮬레이션해석 기술의 일부를 소개한다. 오일러계의 주조 CAE 1. 탕흐름, 전열․응고해석의 변천 주조 CAE의 대상은 용탕으로, 비압축성 점성 유체로서 질량보존칙, 운동량 보존칙(Navier-Stokes 방정식), 응고 현상을 고려한 에너지 방정식을 연립해 푸는 것으로 탕흐름, 전열․응고 현상을 시뮬레이트한다. 그러므로 주조 CAE의 수치해석 기술은 컴퓨터 성능의 영향을 크게 받아 왔다. 주조 CAE는 전열․응고의 2차원 해석에서 시작됐다고 하며, 컴퓨터 하드웨어의 진화에 동반해 1990
[첨단 헬로티] 안자이 코이치 (安齋 浩一) 토호쿠대학 최신 주조 CAE 기술에 대해서는 다음 글에 소개가 있으므로, 여기서는 주조 CAE 기술의 역사적인 경위에 대해 개인적인 체험을 통해 소개한다. 3차원 응고해석용 프로그램의 개발 주조 CAE 기술이 실용 문제에 적용된 것은 1970년대 후반쯤의 응고해석 기술이다. 필자가 대학을 졸업하고 기업 연구소에 소속되어 3차원 응고 시뮬레이션 기술의 개발을 시작한 것이 1980년으로, 바로 주조 CAE 기술의 여명기에 해당된다. 당시 이용할 수 있었던 것은 이른바 범용 컴퓨터로, 컴퓨터 그래픽 환경이 나오기 시작한 시기였다. 그렇기 때문에 응고 계산을 실행하는 이른바 솔버 밖에 없고, 계산 결과는 프로터라고 불리는 2차원 제도에 의해 등고선 등을 그리고 있었다. 당연히 3차원 CAD 등이 없기 때문에 계산을 위한 요소 분할 등은 청사진의 주조방안도를 이용해 수동으로 하고 있었다. 필자가 3차원 응고 시뮬레이션 기술의 개발을 시작했을 때에는 직장 동료들이 사형주조품에 대한 싱크홀 결함 발생 예측 기술을 이미 개발했었다. 차분법에 의한 응고를 고려한 비정상 열전도 계산 프로그램에 온도 구배법 및 수정 온도 구배법을 도
[첨단 헬로티] 3D프린팅은 아웃소싱 비용 절감, 반복 작업 가속화, 생산 및 원형 제작 최적화 등의 강점을 앞세워 빠른 발전을 이루고 있다. 이는 3D프린팅 기술과 소재의 끝없는 진화가 있었기에 가능했다. 특히 3D프린팅 소재 개발은 산업 전반에 걸쳐 실현 가능한 응용 분야를 확장시키고 있다. ▲사진 : 게티이미지뱅크 빠르게 진화하는 3D프린팅 소재 플라스틱은 3D프린팅 분야에서 다양한 용도로 활용되는 소재다. 현재는 고성능 엔지니어링 폴리머, 탄성 소재, 복합재 등이 광범위하게 사용된다. 플라스틱은 유연성, 내구성, 강성, 인성, 안전성 등의 측면에서 최적의 부품으로 손꼽힌다. 플라스틱 기술 혁신으로 인해 수요가 많은 기타 특성 중에서도 생체 적합성, 내열 및 방수 특성을 제공한다. 점차 3D프린팅의 활용 경계가 확장되고 정밀 솔루션이 등장하면서, 소재와 관련한 3D프린팅 기술이 작동하는 방식을 이해해야 할 필요성이 커지고 있다. 이에 3D프린터 기업 3D시스템즈는 실용적인 접근 방식을 취해 독특하고 관례적인 비교 기준을 정의해 플라스틱 소재를 그룹화 한 백서를 공개했다. 특성 및 용도 범주로는 주조, 복합재, 풀 컬러, 범용, 견고성 및 내구성, 고온,
[첨단 헬로티] “불투명한 표면 및 광택 표면에서도 결함을 안정적으로 감지하고 코팅의 균일성과 두께를 모니터링한다.” 최상 품질의 플라스틱 필름을 얻기 위해서는 광택 또는 코팅 표면에서도 결함과 오차가 없어야 하며, 균일해야 한다. 고품질의 포장 필름만이 제품의 미관과 접착제 기능을 완벽하게 수행한다. 광학 특성 검사는 새로운 검사의 확장 및 연장선으로 플라스틱 필름의 품질을 안정적으로 검사하여 효율적인 솔루션을 제공한다. ▲ 최고 해상도로 제품의 균일한 제품 품질을 보장하며, 콤팩트한 디자인으로 어느 공간이나 설치가 용이하다. 특히, 식재료 포장 산업의 경우 제품을 신선하게 유지하기 위해서는 매우 실용적이고, 제품의 심미적인 조건을 모두 충족해야 한다. 이스라비젼의 솔루션은 새로운 차원의 검사 및 정밀성으로 단순한 결함 감지부터 광학 재료 특성까지 고려하여 품질 검사의 범위를 확대했다. 따라서 매우 어려운 애플리케이션 분야의 품질 검사까지 가능하다. Roll To Roll 기반의 모든 주요 프로세스 이스라비젼은 35년 동안 다양한 산업군과 주요 대기업에 약 10,000개소 이상의 설치 경험을 통해 입증된 기술력과 노하우를 제공하고 있다
[첨단 헬로티] * 본 콘텐츠는 10월 10일 ‘2019 로보월드’ 전시회의 부대행사로 열린 ‘2019 국제로봇컨퍼런스에서 한화정밀기계 라종성 로봇사업부장이 발표한 내용을 정리한 것이다. 한국 제조산업은 90년대 자동화 바람이 불기 시작했다. 당시 자동화는 무인화 개념이었다. 대다수 기업들은 소품종 대량생산 방식의 제조라인을 구축하고 있었고 제품은 공급자 중심이었다. 소비자들은 공급자(제조기업)가 만들어놓은 제품을 선택해 사용하는 형태였다. 때문에 단순 반복 작업을 어떻게 더 효율화 시킬 것인가에 대한 고민이 자동화 시스템을 개선하는 핵심이었다. 하지만 최근에는 제품의 변화에 따라 제조의 패러다임이 바뀌었다. 이제는 소비자 중심의 제조업이다. 품종은 다양해졌으며, 설령 같은 제품이라 해도 여러 옵션이 있기 때문에 기존 자동화 시스템은 효율성이 떨어질 수밖에 없다. 결국 제조 현장에서 유연성을 가지고 시장의 요구, 고객의 요구에 대응할 수 있어야 현재의 제조 환경에 적응할 수 있다. 앞으로도 이러한 흐름은 계속될 것이다. 이 시기와 협동로봇의 등장은 시기가 적절했다. 협동로봇은 기존 자동화 시스템보다 속도 측면에서는 약하지만 현
[첨단 헬로티] 하루 평균 약 700만 명이 이용하는 곳, 바로 290개의 역이 있는 서울 시내 지하철(서울교통공사 기준)이다. 이용하는 승객만큼이나 다양한 안전사고가 발생하는 곳 역시, 지하철이다. 실제로 최근 5년간 서울 지하철에서 발생한 안전사고로 인한 부상자가 2500여 명이 넘는 것으로 밝혀졌다. 이런 이유로 지하철 내에는 보이지는 않지만, 안전과 관련된 많은 장치가 있다. 그중 하나가 바로 스크린도어다. 그러나 아이러니하게도 지하철 사고의 1위는 승강장 끼임이 차지했다. 스크린도어가 존재하지만 이런 사고가 일어나는 이유는 뭘까. 그 이유는 바로 스크린도어가 물체의 유무를 제대로 포착하지 못해서이다. 3세대 레이저 스캐너 스크린도어가 정상적으로 개폐되기 위해서는 가장 먼저 센서가 검출 범위 내의 물체를 감지해야 한다. 기존 스크린도어에 사용되고 있는 센서들의 대부분은 1세대 포토센서나 2세대 에리어센서(다수의 광원을 사용하여 특정 영역을 검출하는 센서)였다. 하지만 안전과 직결되는 만큼 보다 정확하고 민감하게 물체를 감지할 수 있는 센서가 필요했다. 그래서 적용된 것이 바로 레이저 스캐너이다. 레이저 스캐너란, 적외선 레이저를 이용해 정해진 범위내에
[첨단 헬로티] 예인시스템은 국내외 완성차와 Tier 1 기업, 물류 기업에 신뢰성 높은 자동인식 솔루션을 제공하고 있는 업체로 바코드, RFID, 오토 라벨러와 같은 하드웨어뿐만 아니라 소프트웨어까지 제공하는 토털 솔루션 제공 업체이다. 예인시스템은 주요 메이저 완성차 기업, 그리고 최근에는 온라인 쇼핑의 활성화로 인해 물류 센터에도 발루프의 RFID 솔루션을 공급하기 시작했다. 꾸준히 발루프의 RFID을 이용하고 있는 예인시스템의 김원진 대표이사와 시스템사업부의 신철준 부장을 만나 발루프의 RFID 솔루션을 도입한 배경에 대해 이야기를 나눴다. ▲ 예인시스템은 국내 자동차 부품 모듈 공장에 발루프의 RFID 솔루션을 도입했다. 예인시스템은 국내외 완성차 제조라인에 20년 넘게 이력추적 솔루션을 공급 중이다. 예인시스템의 김원진 대표는 국내 자동차 부품 모듈 공장에 발루프의 RFID 솔루션을 처음 도입했다. 당시에 생산라인이 매우 길었고 부품을 조합하여 모듈을 조립해 나가는 방식이었다. 각 공정별로 모듈이 안착된 스키드가 공정별로 이동할 때마다 정보 교환 과정을 거쳤다. 하지만 각 스키드에 RFID 태그를 부착시켜 전체 공정을 통과시키면서 정보 교환 단계가
[첨단 헬로티] 최근 적층조형(Additive Manufacturing)의 업계는 연평균 약 30%라고 하는 큰 폭의 성장을 달성하고 있다. 이러한 상황은 적층조형에 의한 최종 제품, 이른바 직접 조형(Direct Manufacturing)을 목적으로 한 기술의 이용이 증가한 것을 주된 원인으로서 들 수 있다. 1990년대에는 적층조형품의 대부분은 시제작품 제조에 이용되고 있었는데, 2017년에는 직접 조형에 의한 매출 비율이 33%에 달했다. 단기간에 시제작품 제조가 가능한 동시에, 적층조형법의 중요한 장점으로서 다음과 같은 점을 들 수 있다. • 제품 요구 기능에 최적인 제조가 가능하고, 높은 설계자유도를 실현 • 예비 부품의 공급 리드타임을 단축 • 적층조형법에 의한 제조 프로세스는 금형 제조의 필요성이 낮아 특주 제품의 제조가 용이 • 수리의 경우는 비용과 시간의 절감이 가능 2017년의 총 시장 규모는 약 73억 달러로, 적층조형법에 의한 생산은 여전히 니치한 분야이다. 단, 독립조사기관 10사가 조사한 바에 의하면 앞으로 몇 년 간의 연간 성장률은 31%로 예상됐다. 이와 같이 적층조형법은 미래적으로는 분야를 초
[첨단 헬로티] ‘Society 5.0’이란 무엇일까. 우선은 그것에 대해 알아보자. 이 말이 처음 등장한 제5기 과학기술기본계획에 따르면, “ICT를 최대한으로 활용해 사이버 공간과 물리적 공간(현실 세계)을 융합시킨 대응에 의해 사람들에게 풍요로움을 가져다주는 ‘초스마트 사회’를 미래 사회의 모습으로 공유하고, 그 실현을 위한 일련의 대응을 더욱 심화시키면서 ‘Society 5.0’으로서 강력하게 추진해 세계에 선구적으로 초스마트 사회를 실현해 간다.” 라고 되어 있다. 요약하면 초스마트 사회의 실현을 위한 대응의 총칭이 Society 5.0이다(주1). 그러면 ‘초스마트 사회’란 무엇일까. 이것은 위의 문구에 이어서 “필요한 것·서비스를 필요한 사람에게, 필요한 때에, 필요한 만큼 제공하고 사회의 다양한 요구에 세심하게 대응할 수 있으며, 모든 사람이 질 높은 서비스를 받을 수 있고 연령, 성별, 지역, 언어 등의 다양한 차이를 극복, 생기 넘치고 쾌적하게 사는 것이 가능한 사회” 라는 정의가 눈에 띈다. 아직은
[첨단 헬로티] 최근 스마트 시티라는 말이 세상을 흔들고 있다. 원래 학회가 아니라 산업계에서 나온 말이라는 설도 있고 여러 가지 정의가 난립하고 있는 상황인데, 대체로 ‘정보통신 기술을 활용해 효율적으로 운영되는 미래 도시’, 도시 전체에 깔려 있는 IoT 디바이스가 송전과 교통망의 동적인 최적화를 실현하고, 데이터 드리븐의 접근 방식이 공공시설의 배치나 토지 이용 등에 관한 다양한 의사 결정을 서포트하는, 지금까지 본 적 없는 새로운 도시의 형태라는 의미로 이용되고 있다. 도시계획가 앤소니 타운센드(Anthony Townsend)에 따르면 현재 스마트 시티 붐은 대규모 경영 컨설팅 펌인 부즈 앨런 해밀턴(Booz Allen Hamilton)이 2007년에 발표한 보고서―노후화된 인프라의 개선과 진행되고 있는 도시화에 대응하기 위해 2030년까지 전 세계적으로 41조 달러의 투자가 필요해질 것이라는 추산을 발표했다―에 그 원류를 찾을 수 있다고 한다(다음 해의 금융 위기를 겪은 민간 투자의 위축도 돕고, IT 기업의 눈은 급속하게 공공사업으로 향하게 됐다). 그러나 정보 기술을 이용해 도시의 운영을 효율화하려는 생각 자체는 특별히 새로
[첨단 헬로티] 고정구 교체 시간과 비용 절감에 탁월 바슬러(Basler) 고객인 Alsontech는 중국의 첨단 기술 회사다. 이 회사는 무작위로 쌓여있는 재료들을 위해 특별히 설계된 3D 로봇 비전 위치파악시스템을 제공한다. Alsontech사의 고객인 Valeo사는 세계적인 자동차 부품 제조업체다. 자동차 검사 공정에서 생산 라인의 전조등은 임의로 배열되며 전원 플러그 위치를 파악하기 위해 사람이 직접 특별히 고안되어 도구화된 고정구에 끼워 넣어야 한다. 그러면 로봇이 배치된 전조등을 쥐고 전원 공급 장치에 연결해 작동 상태를 점검한다. 하지만 수백 가지 전조등 모델들이 있기 때문에 모델마다 위치 파악용 고정구를 만드는 방식은 비용이 너무 많이 든다. 게다가 부품들의 모양이 제각각이라 고정구의 도움을 받더라도 사실 정확도가 낮을 뿐만 아니라 전조등 모델이 바뀔 때마다 고정구를 교체하는 데도 많은 시간과 수고가 따른다. 자동 위치 파악의 문제점 많아 전조등 일부는 반사유리로 제작되며 나머지는 복잡한 형태의 검정색 플라스틱으로 만든다. 일반적인 위치파악시스템으로 정확한 데이터를 얻기는 매우 어렵다. 같은 생산라인에서 수백가지의 전조등 모델을 자
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