다품종소량생산의 특징을 갖고 있는 금형공업에서 컴퓨터통합생산시스템(Computer Integrated Manufacturing System;CIMS)의 실현을 위한 중요한 분야의 하나는 부품설계도면으로부터 최종제품을 생산하는데 필요한 공정계획의 자동화, 즉 컴퓨터를 이용하여 공정계획을 자동적으로 생성하는 자동공정계획시스템(Computer Aided Process Planning;CAPP) 기술의 개발이다. 국내외적으로 CAPP분야의 연구는 컴퓨터 지원에 의한 자동화 기술의 급속한 발전과 더불어 지난 20여년 동안에 기계가공품에 관한 CAPP은 약 150여가지가 개발되었으나, 이는 컴퓨터 지원에 의한 설계의 자동화(Computer Aided Design;CAD)나 컴퓨터 지원에 의한 제조의 자동화(Computer Aided Manufacturing;CAM)분야에 비해 상대적으로 저조한 형편이다. 특히 금형을 대상으로 한 CAPP시스템의 개발은 아직 초기단계에 있기 때문에, 본 연구에서는 사출금형을 대상으로 하여 실용성이 있는 공정설계시스템을 개발함을 목적으로 한다. 일반적으로 공정계획은 "소재로부터 제품을 경제적, 효율적으로 생산하는데 필요한 제조공정의 체계적인 결정"이라고 정의할 수 있다. 공정계획은 제품의 종류와 수량, 재료와 부품의 종류, 보유 생산설비와 제조기술의 수준에 따라 다르나, 공정설계(Process Design)와 작업설계(Operation Design)로 구분할 수 있다. 본 연구에서는 공정계획을 광의의 공정설계로 정의하고, 공정설계와 공정계획을 동의어로 통용토록 한다. 기존의 CAPP시스템의 개발에 관한 기본적인 접근방법은 변성형방법(Variant method), 창성형방법(Generative method) 및 자동화방법(Automatic method)이 있다. 이들 CAPP시스템을 개발할 때 사용하는 기법은 크게 5가지- (1) GT(group Technology) 접근기법, (2) Bottom-up 접근기법, (3) Top-down 접근기법, (4) AI와 전문가시스템(Expert System) 접근기법, (5) 컴퓨터 프로그래밍 언어 - 로 분류할 수 있다. 본 연구에서는 전문가시스템 기법을 도입해서 사출금형 공정계획전문가의 지식과 경험을 획득하여 지식베이스를 구축하고, 전문가시스템 셀(shell)중 CLIPS를 이용하여 자동공정계획시스템인 Mold CAPP을 개발하였다.PP을 개발하였다.
최초의 산업용 로봇이 개발된 이래 산업 자동화의 중심에는 산업용 로봇이 있었으며 현대의 풍요로운 산업화는 자동화 장비를 통한 대량생산에 힘입은 바 크다. 산업용 로봇은 현재까지도 제조 산업에서 매우 중요한 역할을 차지하고 있으며 그 중요도는 점점 커질 것으로 예상된다. 현재의 산업용 로봇은 과거에 비해서 정밀도, 강성, 내구성측면에서 많은 발전을 이루었다. 그러나 그 외형의 측면에서는 큰 변화가 없었으며, 아직도 대부분의 사업장에서는 하나의 팔을 가진 로봇이 이용되고 있다. 이러한 하나의 팔을 가진 전통적인 싱글 암 로봇은 작업자가 두 손을 가지고 작업하는 작업장에서는 적용하기 곤란하며, 이는 산업용 로봇의 적용 범위를 제한하는 주된 이유 중의 하나임이 분명하다. 전자제품, 기계부품의 조립작업을 위해서는 인간과 같이 양팔을 가진 형태의 로봇시스템이 매우 효과적이며, 이러한 이유로 해외의 선진사를 중심으로 양팔을 가지는 제조용 로봇의 개발이 이루어지고 있다. 현재 시점에서는 상용화된 양팔로봇시스템은 소수에 불과하며, 기능적인 측면에서는 단순한 형태의 작업만이 가능하다. 그러나 기구학적 구성에 있어서 기존의 로봇과 달리 양팔구조를 가지고 있기 때문에 향후 매우 발단된 형태로 인간과 유사한 양팔 협조 작업을 수행하는 산업용 양팔로봇이 개발될 것으로 생각된다. 본 문헌에서는 현재의 제조용 양팔로봇 연구 동향을 간략히 설명하고, 한국기계연구원의 제조용 양팔로봇 시스템에 관련된 연구 내용을 소개하고자 한다.
본 연구에서는 자동화된 VLSI 제조 시스템 환경에서의 로트 조정기 및 범용 셀 제어기의 구축에 필요한 새로운 소프트웨어 구조 및 프로토콜을 제시하였다. 반도체 제조 시스템의 운용 제어 활동은 로트 조정기와 범용 셀 제어기가 상호 협조적으로 통신하는 클라이언트/서버 구조로 모형화 되었으며, 로트 조정기는 하나 이상의 작업을 수행할 수 있는 범용 셀 제어기에 작업을 의뢰하는 클라이언트로서 작동된다. 반도체 제조 시스템의 운용 소프트웨어와 관련된 기존의 연구들이 개념적인 구조와 전략 만을 다루었던 것과는 달리, 본 연구에서는 생산 설비 뿐만 아니라 물류운반 장치의 제어를 위하여 상세한 수준에서의 설계가 제시되었다. 본 연구의 특징으로는 설비 구성, 로트 형태, 일정 계획 규칙 등의 변경에 대한 동적 재구성 가능성을 들 수 있다. 또한 제안된 설계는 상용화된 프로세스 통신 기능을 사용하여 구현이 용이하다.
국제적으로 증가되어지고 있는 제조업분야의 경쟁으로 인하여 사업체들 간에는 경쟁적으로 이상적인 방법의 공장자동화 (Factory Automation)를 품질향상 및 생산성증가를 위한 한 방법으로 채택하고 있다. 치열해지는 경쟁력으로부터 시장을 고수하기 위해 공장자동화가 기업들 간에는 근본대책으로 설정되고 있는데, 이러한 경향은 사업체들이 보다 나은 품질의 제품을 저렴한 가격으로 소비자에게 제공하고 생산력향상을 경제적으로 달성하기 위하여 많은 액수의 비용을 투자하게끔 하고 있다. 현재 여러 종류의 공장자동화 방법이 개발되고 있고, 채택되어지고 있다. 그 중에서도 현재 많은 각광을 받고있는 분야가 유동제조시스템(Flexible Manufacturing System ; FMS)이다. 본 연구에서는 유동제조시스템을 공장자동화의 한 방법으로 채택하기 위해 필요한 기본적인 두 가지 요소, 정당화 및 계획과정에 관하여 논하였다. 우선적으로 정당화되어야 할 문제점들 중에는: 1) 유동성에 대한 이해와 경제성에 대한 연구, 그리고 2) 노사관계에 관한 문제점들을 고찰하여 각 기업의 특성에 맞게 조절을 해야한다. 이러한 점들에 대한 이해, 연구, 고찰이 이루어지고 정당성이 성립이된 후에는 유동제조시스템을 점차적으로 정착시킨다. 이 진행과정에서 성립되어야 할 점들은 다음과 같다. 첫째, 시스템 채택방법을 택하고, 둘째, 분임조를 결성시켜 설정되어진 과제들을 분담하여 해결해 나아가면서 유동제조시스템이 하나의 고유적인 방법으로 회사의 특색 및 실정에 맞게 정착되도록 한다.
최근 4차 산업혁명이 이슈가 되면서 빅 데이터나 인공지능에 대한 연구가 활발해지고, 이를 통해 자동화 및 자율화가 제조 공정이나 차량 운행 등에서 활용되고 있다. 또한 이를 위해서 데이터를 분석하고 정제하며 시각화를 효과적으로 하는 방법에 대한 관심도 같이 늘어나고 있다. 본 논문에서는 자동화 공장의 제품을 관리함에 있어 데이터를 쉽게 이해할 수 있도록 시각화하는 방법에 대한 연구를 수행했다. 이를 위해 D3 자바스크립트 라이브러리를 통해 웹기반으로 구현한 제품과 장애를 효과적으로 관리할 수 있는 시스템을 개발했다. 제안하는 관리 시스템은 자동화 공장의 제조 공정 중 제품이나 장애 상황에 대한 이해를 빠르게 하도록 하여 의사결정 하는데 기여할 것이다.
반도체 제조시설의 효율성을 위해 대부분의 현장에서는 물류 자동화 시스템 (AMHS, Automated Material Handling System)을 도입하여 운영하고 있다. OHT(Overhead Hoist Transfer)는 반도체 공정에서 주로 활용되는 Monorail 컨베이어 형태의 자동 반송 시스템의 일종으로 작업물을 들고 제조라인 위에 설치된 레일을 따라 자율적으로 이동하는 방식으로 운영된다. 도체 물류 시스템의 계층적인 구조적 특징과 고가의 재료를 다루고, 외부유출이 어려운 실제 공정 현장, 실험 환경의 시간, 공간적 구축 등의 현실적 특징 때문에 반도체 제조 공정의 자동화 물류시스템에 대한 모델링 및 시뮬레이션을 통한 연구의 필요성이 대두되고 있다. 본 논문에서는 OHT를 효율적으로 제어하기 위해 DEVS(Discrete Event System Specifications) 형식론을 기반으로 OHT 시스템 모델링 및 시뮬레이션 설계 방법을 제안한다. 이를 위해 반도체 제조 시스템의 전반적인 물류 과정에 대해 분석하고, DEVS 형식론에 대해 연구하며, 이를 바탕으로 반도체 물류 시스템을 위한 모델링 및 시뮬레이션을 설계하였으면, 실험을 통해 제안된 모델리 반도체 물류 시스템 시뮬레이션을 수행할 수 있음을 보인다.
인터페이스 시스템은 많은 장치들을 빈번히 제어하고, 비동기적으로 사건의 입력 스트림을 보내야 하며, 사용자의 행동과 시스템 반응 사이에 지체감이 없도록 보장해야 한다는 요구 사항을 만족해야 하는 특징이 있다. 결과적으로 인터페이스 시스템은 빈번한 기능 추가 또는 변경에 의한 수정 때문에 자주 프로토타입으로 만들어지고 반복적으로 수정되어져야한다. 본 논문은 제조공정의 설계 자동화 시스템인 GDS(Grating automatic Drawing System)를 계발함에 있어서 인터페이스 시스템 설계 및 구현 과정에서 있을 수 있는 설계 변경 및 이에 따른 다른 변경 요인들을 정확하게 파악하고, 구현상의 변경으로 인한 전체 시스템의 영향 등을 체계적으로 정립한 소프트웨어 설계 방법론을 적용함으로 해서 소프트웨어 설계 시 또는 설계 변경 후 인터페이스 시스템의 중요한 동적 특성을 미리 파악할 수 있다.
작업물(Work)을 기계에 장입출, 가공에 필요한 공구류의 공급 등이 완전 자동화 된 기존의 사출성형기 Series를 제조하는 FA Systme은, MAP 대응의 FA System 으로 개량되었다. 이 논문은, MAP 대응 새 FA 시스템의 MAP에서 분산.통괄의 역할을 하도록 개발된 Cell controller의 정보관리기능 가운데 하나의 응용으로서 제조공정을 자동적으로 Scheduling 하는데 Expert 시스템(전문가시스템)을 적용한 idea를 소개하는 것이다. 이 idea의 적용 으로 인하여 제조공정의 scheduling 작염은 종래의 주단위로 부터 일일단위의 작업으로 처리가 가능해졌고, 또, 공구수명관리기능의 부가로 무인운전시의 기계의 가공율도 종래보다도 녹일 수가 있었다.
생산품을 제조하는 과정에서 처리 시간에 따른 제조 기계를 최적의 수로 결정함으로서 공정 과정에서 비효율적인 제조 기계의 활용 비율을 줄일 수 있으며, 이는 공정 과정의 비용을 최소화할 수 있는 방법 중에 하나이다. 본 논문에서는 핸드폰에 사용되는 여러 가지 모델의 배터리를 생산하는 공장의 작업 과정을 조사하고, 일정하기 않은 처리 시간과 작업에 필요한 제조 기계를 조사하였다. 이를 인공 신경망(ANN)의 역전파 알고리즘을 이용하여 생산현장에서 효율적인 처리 시간과 공정 과정에서 생산에 적합한 기계의 수를 최적화시키는 방법을 제안한다.
국내 제조업체들은 자사제품의 경쟁력을 높이기 위한 일환으로, 개발공정 CAE 시뮬레이션 시스템 도입과 개발정보의 신속한 전달 및 검색시스템 구현이 절실히 필요한 상황이다. 따라서 본 연구는 기업경영에서 중요한 부문을 차지하고 있는 연구개발 분야를 중심으로 설계자동화, 설계모듈화, 설계표준화, 품질검증 자동화 및 설계 지식정보를 제공하는 통합설계 시뮬레이션 시스템을 구축하여 신제품의 설계완성도 향상을 통한 제조 경쟁력 실현과 고객으로부터 제품의 만족도를 높였다. 또한 본 연구의 결과로 완성된 개발 시뮬레이션 시스템은 초보단계임을 감안하여 신제품을 대상으로 시범 운영을 추진하고 있으며 시범 운영기간 동안 시스템의 보완점을 찾아 개선을 실시하고 시뮬레이션의 유효성을 높이기 위해 각종 실험데이터를 축적하면서 활용도를 높이고 있다. 따라서 본 연구는 세계초일류기업으로 성장하는데 학술적 실무적인 가치가 크다 하겠다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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