이 논문은 철근 가공 산업 현장에서 스프레드쉬트에 의해 수작업으로 행하던 절단 작업의 계획 수립을 자동화된 시스템에 의해 최적의 절단 계획을 생성하도록 하는 소프트웨어의 개발을 다룬다. 이를 위하여, 먼저 시스템의 데이터 표현과 최적 문제 풀이를 위한 자동 계획 알고리듬의 설계가 요구된다. 이것은 다중 규격의 1차원 자재 절단 문제를 푸는 것으로, 동적계획법에 근거하여 자재 절단 문제를 재구성하고, 유한 범위의 조합 열에서도 근사 최적의 해를 찾을 수 있는 탐색 기법을 사용한 자재 절단 계획 알고리듬을 사용하였다. 그리고, 자동화된 철근 가공 산업용 소프트웨어는 작업 환경에 맞게 사용이 편리한 그래픽 화면과 사용자 인터페이스가 요구되는데, 공개 소프트웨어를 활용한 GUI 라이브러리 툴킷인 GTK+를 활용하여 이를 구현하였다.
최근 기계가공은 제품생산의 리드타임(lead time)의 단축 및 가공시간 단축을 통하여 비용을 절감하고 생산성을 극대화하는데 초점이 맞춰지고 있다. 고속가공(HSM: high-speed machining)은 별도의 연마 공정 없이 그 자체로 고품위, 고정도의 가공물을 생성하여 공정을 축소시키며, 가공시간을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있다. 이러한 고속가공에 있어서 가공특성은 공작기계의 특성, 공구 및 가공조건뿐만 아니라 제품 형상 등의 다양한 요인에 의해 결정되어진다.(중략)
공정계획은 공작물을 원자재 형태의 초기단계로부터 원하는 형상의 마무리 단계까지 경제적이고 완전하게 가공할 수 있는 상세한 방법을 체계적으로 결정하는 것으로 정의되며, 형상으로부터 가공 공정을 추출하여 각 공정을 수행할 수 있는 공작기계 및 공구를 결정하는 과정이 공정계획의 출발점이 된다. 분산공정계획은 형상으로부터 추출된 각 공정에 적합한 가공작업, 공구 등과 같은 다양한 가공자원들을 서로 조합하여, 공작기계의 부하를 고려한 생산계획을 용이하게 수립할 수 있도록 한다. 본 연구에서는 분산공정계획 시스템을 위하여 가공자원 데이터베이스를 구축하고, 가공특징형상을 기반으로 한 작업공정 추출과 각 공정에 유용한 가공자원들을 조합하여 최적의 가공자원을 추출하기 위한 알고리즘을 제안하고 구현하였다.
이 논문에서는 철근 절단 작업의 계획 문제를 동적 계획법으로 해결하여 근사 최적의 절단 계획을 생성하도록 하는 소프트웨어의 구현을 다룬다. 일반적으로 실제 절단 작업에 요구되는 제약사항을 반영하여 최적의 자재 절단문제의 해를 얻는 알고리듬의 설계가 필요하다. 하지만, 이것은 다중 규격의 1차원 자재 절단 문제를 풀어야 하는 것으로, 최적의 해를 얻는 선형계획법은 폭발적인 계산량과 기억용량의 한계로 적용하기 어렵다. 이러한 한계를 해결하기 위하여, 동적계획법에 근거하며 자재 절단 문제를 재구성하고, 휴리스틱을 적용하여 유한 범위의 조합 열에서도 근사 최적의 해를 찾을 수 있는 탐색 기법을 사용한 자재 절단 계획 알고리듬을 제시하였다. 그리고, 자동화된 철근 가공 산업용 소프트웨어는 작업 환경에 맞게 사용이 편리한 그래픽 화면과 사용자 인터페이스가 요구되는데, 공개 소프트웨어를 활용한 GUI 라이브러리 툴킷인 GTK+를 활용하여 이를 구현하였다. 개발된 소프트웨어는 철근 가공의 현장 지식을 바탕으로 휴리스틱 지식을 획득하여 동적계획법에 적용시킨 것으로, 지역 전통 산업과 첨단 IT 산업이 접목된 융합 IT를 시도한 사례 연구이다.
가장 대표적인 공작기계인 선반은 가공물에대한 바이트의 이송운동에따라 여러가지 종류의 가공물을 효과적으로 절삭할 수 있기 때문에 절삭 가공에 널리사용된다. 특히, 기계요소로 많이 사용되는 회전체의 절삭에 필요하므로 가장 먼저자동화가 요구되는 분야이다. 그러므로, 보다 효율적인 자동절삭의 목표를 달성하기위한 기초작업으로서 현재의 연구가 수행되었다. 본 연구에서 PC 사용을 전제로 소수의 입력 정보로부터 자동으로 최적의 가공계획 수립을 위한 프로그램의 개발을 목표로 먼저 준비단계로 임의의 외경절삭용 자동 가공계획 시스템을 개발하였다. 개발된 프로그램은 작업자의 자료입력을 최소화 했으며 이 입력자료를 토대로 자동으로 절삭공구의 가공경로 및 절삭에 필요한 자료를 생성하고 가공 전과정을 컴퓨터 그래픽으로 처리하여 사용자의 이해 를 돕도록 하였다. 이러한 기능은 컴퓨터 기억장치를 통하여 저장하고 그장된 자료를 NC code화 하거나 직접 PC로 부터 NC 기계를 구동하면 가공에 관하여 극히 초보자인 경우도 실제 가공을 수 행할 수 있다. 참고로 본 프로그램은 개인용 컴퓨터에서 사용을 전제로 프로그램언어는 Fortran, 그래픽 Library로 Halo를 이용하였고사용자의 이해를 보다 높이기 위하여 EGA Color Monitor를 채택하였다.
One of the most important processes is the face milling in processing task. It makes the smooth surface of processed goods. In processing stage, the formation of burr is inevitable. The formed burr decreases a detailed drawing and effects the safety of workers. So, it causes a deburring process for removing and a bottle-neck condition. Therefore, the study which can minimize the generation of burr is needed. In this paper, complex feature, such as line, arc, circle, spline is studied more reality than any other papers. And also, the algorithm which can predict the path of generated burr is established. Moreover, the finality goal is that the system which can produce tool-path minimized has to be developed.
이 논문은 다목적 공정순서계획 알고리즘을 소개한다. 공정순서계획이란 가용한 기계들을 이용하여 원재료를 가공 완료된 부품으로 변형해주는 최적 공정순서들을 결정하는 일이다. 어느 컴퓨터 지원 공정계획 시스템에서나, 가공작업 순서의 결정은 부품 가공이나 부품 도면상의 기술적인 요구사항들을 충족시켜주기 위한 가장 중요한 활동 중의 하나이다. 여기서, 목표는 생산시간, 생산비용, 기계가동률 또는 이들을 복합적으로 만족시켜주는 최적 가공순서를 생성하는 일일 것이다. 파레토 스트라튬 니치 큐비클 (PS NC) 유전 알고리즘이 두 가지 상호 배타적인 기준인 생산비용과 생산품질을 동시에 최적화 시켜주는 가공순서들을 찾는데 이용되었다. 예제에 의한 검증은 제안된 PS NC 유전자 알고리즘이 공정계획문제에 있어서 효과적이며 효율적인 결과를 가져오는 것을 보여준다.
대부분의 금형 제작에 있어서 face milling은 가공물의 표면을 매끄럽게 하는 가장 중요한 마무리 공정이다. 이 마무리 단계에서 burr의 형성은 가히 탐탁지 않은 현상중의 하나가 된다. 또한, burr는 가공물의 정밀도를 감소시키고 작업자의 안전에 영향을 미치기 때문에 이를 제거하기 위해 후처리(deburring)과정을 야기 시키며, 불필요한 비용의 발생과 작업의 병목현상을 불러오게 된다. 따라서, burr의 생성 원리를 이해하고 burr의 발생을 최소화 할 수 있는 연구가 필요하게 된다. 이를 바탕으로 deburring의 비용을 줄일 수 있는 최적의 가공계획을 수립해야만 제품의 정밀도를 높일 수 있고, 작업 능률과 생산성을 향상시킬 수 있다. 본 논문에서는 지금까지의 연구보다 좀더 현실적으로 접근하기 위하여 피삭재의 형상이 line, arc, circle, spline 등의 여러 가지 형상으로 복합적으로 이루어진 복합형상에 대하여 burr의 발생을 연구하였고 이에 다중가공 경로까지 고려하여 burr의 형성을 예측할 수 있는 알고리즘을 수립하였다. 더 나아가 본 연구의 궁극적 목적인 burr를 최소로 발생시키는 가공경로를 설계할 수 있는 시스템을 개발하고자 한다
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[게시일 2004년 10월 1일]
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