디지털 트윈을 통한 CNC 안전

KU 루벤에서 온 석사과정 학생 두 명이 논문 작업의 일환으로 CNC 기계용 실시간 충돌 방지 시스템을 개발했어요.이 유망한 솔루션은 디지털 트윈을 사용하여 생산 중 기계 충돌을 예측하고 자동으로 방지해요. 이는 비용 관리, 안전, 생산 연속성에 직접적인 영향을 미칩니다.

ASCO는 1954년부터 국제 항공우주 산업에서 확고한 이름이에요.벨기에 회사는 2022년부터 몬태나 에어로스페이스 그룹에 속해 있어요. 몬태나 에어로스페이스 그룹은 전 세계적으로 약 6,000명을 고용하고 있어요.벨기에에서 자벤템 본사를 포함해 4개 사업장에 1,100여 명의 직원을 두고 있는 ASCO는 항공기 날개와 랜딩 기어용 복잡한 기계 부품을 개발하고 제조해요.이 부품들은 정밀도와 신뢰성이 중요한 Siemens 기술로 제어되는 최첨단 CNC 기계에서 생산돼요.

충돌: 산업계의 현실이에요

항공우주 생산에서 NC 프로그램은 CAM에서 기계로 전송되기 전에 디지털 트윈에서 일상적으로 시뮬레이션돼요.하지만 충돌 위험은 여전히 남아 있어요.공구 길이의 변화, 공작물 영점의 편차, 입력 중 인적 오류로 인해 가공 중에 충돌이 발생할 수 있어요.그 결과는 심각해요. 기계, 공작물 또는 생산 일정에 잠재적인 손상으로 인해 비용이 수만 유로에 달할 수 있어요.

ASCO의 수석 엔지니어 모하메드 엘 하트리 (Mohamed El Hatri) 는 “복잡한 생산 환경에서는 인간의 실수가 불가피해요”라고 말합니다.“공구 길이를 잘못 입력하거나 조그 모드에서 수동으로 조작하면 심각한 충돌을 일으킬 수 있어요.그래서 우리는 그 위험을 사전에 뿐만 아니라 가공 공정 중에도 능동적으로 관리할 방법을 모색했어요.항공우주 생산에서 우리는 엄청 비싸고 복잡한 CNC 기계로 작업해요.그런 CNC 기계의 스핀들 하나에만 10만 유로 이상이에요.사전에 광범위한 시뮬레이션을 했는데도 사소한 변형이나 사람의 실수로 인해 충돌이 일어날 수 있어요.위험을 제한할 뿐만 아니라 가공 공정 자체에서도 적극적으로 통제하고 싶었어요.”

2초 앞서요

이 구체적인 도전은 지멘스 인더스트리 아카데미, 항공우주 머시닝 아카데미, ASCO 간의 협업의 출발점이 되었고, 두 명의 KU 루벤 석사 학생이 혁신적인 솔루션을 개발했어요.2023년 10월부터 2024-2025 학년도말까지 진행된 이 프로젝트는 2초 전에 가공 공정을 실시간으로 시뮬레이션하는 시스템을 개발하는 데 초점을 맞췄어요.먼저, 기계의 디지털 트윈은 Siemens 840D sl 머신 컨트롤러와 지속적으로 통신하는 Siemens NX CAM과 NX MCD를 사용해서 만들어졌어요.시스템이 잠재적 충돌을 감지하면 자동으로 기계에 정지 신호를 보내요. 작업자가 개입할 수 있는 속도보다 빠르죠.이 프로세스는 CNC 프로그래밍, 설계, 시뮬레이션을 위한 지멘스의 소프트웨어 패키지인 SinuTrain으로도 테스트했어요.이 방법이 결국 가장 효율적인 것으로 판명됐어요.

2초 규칙은 신중하게 선택해야 해요.Siemens 컨트롤러의 매우 빠른 반응 시간과 인적 요소를 모두 설명해요.작업자가 있는 경우 시뮬레이션된 이미지는 작업자가 화면에서 실제 시설로 주의를 돌리는 순간의 기계 실제 상태와 거의 일치해요.동시에 이 시스템은 자율적으로 또는 밤새 작동하는 무인 기계에 중요한 안전층을 제공해요.

충돌 방지 시스템이 현재 생산 단계에 있지는 않지만 ASCO는 분명한 미래 기회를 보고 있어요.이 솔루션은 항공우주 산업에 만연해 있는 문제, 즉 많은 기계가 최신 세대가 아니고 충돌 손상이 큰 영향을 미치는 문제를 해결해요.

기술들의 결합이요

학생들은 개발을 위해 NX CAM, NX MCD, NX Open, SinuTrain과 구형 머신의 통합을 가능하게 하는 Brown Field Connector 게이트웨이를 포함한 광범위한 Siemens 소프트웨어 스택을 사용했어요.지멘스의 MC MTS 서비스 운영 팀 리더인 얀 베리케 (Jan Vereecke) 는 이렇게 말합니다. “이 프로젝트의 강점이자 과제는 이러한 Siemens 기술의 가능한 조합에 있습니다.“NX 캠/SinuTrain, 디지털 트윈, 840D sl 컨트롤러를 직접 연결하여 가공 프로세스를 실시간으로 시뮬레이션할 수 있었어요.즉, 디지털 트윈은 설계 도구일 뿐만 아니라 생산 시 액티브 세이프티 레이어 역할도 해요.이 프로젝트를 특히 어렵게 만들었고 동시에 학생들에게 매우 관련성이 높은 것은 바로 이 혁신적인 접근 방식 때문이었어요. 학생들은 최첨단 기술을 사용하여 작업하면서 그 조합이 어떻게 구체적인 산업 문제를 해결할 수 있는지 봤어요.”

Siemens 인더스트리 아카데미 내 공동 창작

이 프로젝트는 실제 산업 과제에 대한 공동 창작을 강조하는 Siemens 인더스트리 아카데미의 철학과 완벽하게 일치해요.학생들은 학계 전문가와 업계 엔지니어들의 지도를 받아 전문적인 환경에서 일할 기회를 얻어요.ASCO의 경우 부가가치가 순수한 기술적 결과를 넘어섰어요.이 이니셔티브는 진행 중인 생산에 영향을 주지 않으면서 혁신적인 기술을 탐구하고 평가하는 동시에 귀중한 내부 지식을 구축할 수 있는 공간을 제공했어요.

모하메드 엘 하트리는 이렇게 말합니다. “이 프로젝트는 Siemens 및 학계와의 협력이 우리가 미래를 내다보는 데 얼마나 도움이 되는지 완벽하게 보여줘요.“학생들은 새로운 관점을 제시하고 우리는 산업 경험을 가져다 줍니다. Siemens Industry Academy에서는 진행 중인 생산에 영향을 주지 않으면서 혁신적인 아이디어를 탐구할 수 있어요.첫 번째 개념 증명을 함께 개발함으로써 지식을 쌓고 신기술에 대한 통찰력을 얻고 단계적이고 사려 깊은 방식으로 혁신에 접근할 수 있어요.이번 협력은 산업, 교육, 기술 파트너가 어떻게 서로를 강화하고 함께 항공우주 부문에서 더 안전하고 스마트한 생산을 구축하는지 확인시켜줘요.”

학생들에게도 프로젝트는 똑같이 가치가 있었어요.“우리는 실제 산업 환경과 같은 소프트웨어와 조건으로 작업했어요.이로 인해 프로젝트가 기술적으로도 어려웠지만 특히 교육적으로도 어려웠어요.ASCO와 Siemens의 지침 덕분에 우리는 무엇이 실현 가능하고 실제로 관련이 있는지를 끊임없이 고민해야 했어요.” 석사과정 학생인 Rohan Vits가 결론을 내렸어요.