유연 생산 시스템이란 무엇인가? 유형, 특징 및 구조

기존의 대량 생산용 자동화 시스템은 유연성이 부족합니다. 소수의 안정적인 제품에 대해서는 뛰어난 생산성을 발휘하지만, 소량 생산이나 제품 종류가 다양한 경우에는 효율적으로 대응할 수 없습니다. 이러한 요구를 충족하기 위해 유연한 자동화 장비와 제조 시스템이 개발되었습니다.

유연한 생산 설비

유연 생산 시스템의 기본 장비로는 CNC 공작기계, 로봇, 자동 유도 차량, 자동화 창고 등이 있습니다.

CNC 기계는 컴퓨터나 전용 전자 제어기에 의해 제어됩니다. 가공 순서, 공정 파라미터 및 기계의 움직임은 수치 제어 프로그램에 코드화되어 CNC에 입력되며, 이를 통해 기계가 자동으로 작동합니다. 종종 위치 피드백 루프가 추가되어 폐쇄 루프 시스템을 구성하고 정밀도를 향상시킵니다. 효율적인 사용자는 여전히 공정 계획, 절삭 파라미터 선정, 올바른 공구 및 고정구 선정, 공구 측정, 기계에 대한 지식, 그리고 프로그래밍 기술을 갖추어야 합니다.

1. 공정별 분류

1. 일반 CNC 기계. CNC 선반, 밀링 머신, 보링 머신, 드릴링 머신, 연삭기, 기어 셰이퍼 및 기어 호빙 머신은 기존 동종 장비와 동일한 기본 공정을 수행하지만, 복잡한 형상을 자동으로 가공해 냅니다.
2. 자동 공구 교환 기능이 탑재된 머시닝 센터. 머시닝 센터에는 약 10~100개의 공구를 수납할 수 있는 매거진과 자동 공구 교환 장치가 장착되어 있습니다. 한 번의 세팅만으로 공작물에 대한 밀링, 선반 가공, 보링, 드릴링 및 리밍 작업을 자동으로 수행할 수 있습니다.
3. 다축 CNC 기계. 이 기계들은 더 많은 수의 축, 보통 3~5개를 제어합니다.

2. 공구 경로별 분류

1. 점대점 제어. 컨트롤러는 이동 중에 정지 없이 한 위치에서 다른 위치로 정확하게 이동합니다. 좌표 보링 머신과 CNC 드릴링 머신이 대표적인 예입니다.
2. 점-점 선형 제어. 컨트롤러는 엔드포인트의 위치와 두 점 사이의 직선 경로(일반적으로 기계 축을 따라)를 모두 관리합니다. 절단은 하나의 좌표축을 따라 수행될 수 있으며, 그 외에도 다양한 보조 기능을 사용할 수 있습니다.
3. 윤곽 제어. 연속 경로 제어는 두 개 이상의 축을 동시에 조정하고 절삭 전 과정에 걸쳐 속도와 위치를 제어하여 복잡한 형상의 가공을 가능하게 합니다. 대표적인 기계로는 CNC 선반, 연삭기, 밀링 머신 및 머시닝 센터 등이 있습니다.

FHN100T와 같은 윤곽 가공 센터는 일반적으로 X축, Y축, Z축 이동 장치, 다면 가공용 회전 테이블, 자동 공구 교환기(ATC), 그리고 CNC 컨트롤러로 구성됩니다.

이 기계의 제어 시스템은 시퀀스 제어와 터치 감지, 관리 및 적응 기능을 함께 사용합니다. T 코드는 공구를 선택하고, S 코드는 스핀들 속도를 제어하며, 회전 테이블은 인덱싱 기능을 제공합니다.

터치 센싱 기능은 공구를 스핀들 기준점으로부터 자동으로 중앙에 위치시키고, 공구 파손을 감지하여 기계를 정지시키며, 접촉 시까지 절삭 이송 속도의 두 배로 이동하여 공회전 시간을 단축하고, 열 변형 및 공작물 크기 변동을 보정하기 위해 X/Y/Z 기준면을 보정하며, 구멍 직경을 측정하여 시스템이 공구를 자동으로 조정할 수 있도록 합니다.

관리 기능은 사전 설정된 공구 수명과 실제 사용량을 비교하고, 대기 중인 공구를 자동으로 교체하며, 고장 진단을 위해 작동 정보를 모니터링합니다.

적응 제어(AC)는 축 이송 모터와 스핀들 모터에 장착된 감지기를 통해 부하를 모니터링합니다. 설정된 범위 내의 부하는 정상입니다. 부하가 설정 범위 아래로 떨어지면 사이클 시간을 단축하기 위해 이송 속도를 높일 수 있으며, 설정 범위 위로 올라가면 공구를 보호하기 위해 이송 속도를 낮춥니다.

유연 생산 시스템: 특징, 유형 및 구조

유연 생산 시스템(FMS)은 정보 제어 시스템, 자재 보관 및 취급 시스템, 그리고 CNC 기계 군을 통합합니다. 이 시스템은 그룹 기술을 기반으로 특정 공작물 계열에 대한 공정을 정의하고, 이에 적합한 기계와 물류 체계를 선정하며, 컴퓨터 제어를 통해 수요 변화에 따라 생산 품목을 변경하면서 다양한 부품을 효율적으로 배치 단위로 생산합니다.

특징 및 적용 범위

FMS는 일반적으로 여러 대의 CNC 공작기계와 머시닝 센터, 자동 적재 및 하역 시스템, 저장 장치, 그리고 중앙 집중식 컴퓨터 제어 하에 이루어지는 자재 이송 시스템을 포함합니다. 경직된 자동화 방식과 비교할 때, FMS는 다음과 같은 이점을 제공합니다:

• 공정 요구 사항이 서로 다른 관련 부품에 대해 높은 유연성을 제공합니다.
• 무인 운용을 포함한 높은 자동화 수준.
• 설정 및 기타 보조 시간이 단축되어 장비 가동률이 높아집니다.
• 높은 생산성.
• 직접 인건비 절감 및 경제적 수익성 향상.

FMS는 유연성, 품질, 효율성을 겸비하여 단발성 및 소량 생산은 물론 중·대량 혼합 생산까지 지원할 수 있습니다.

FMS의 유형

1. 유연 제조 셀(FMC). 컴퓨터로 제어되는 CNC 기계 또는 머시닝 센터는 원형 또는 타원형 팔레트 컨베이어나 산업용 로봇과 결합됩니다. 이 기계는 가동을 중단하지 않고도 공작물을 교체할 수 있으며, 더 큰 규모의 FMS를 구성하는 기본 단위입니다.
2. 유연한 제조 시스템. 두 대 이상의 CNC 기계, 머시닝 센터 또는 셀이 레일 유도형 또는 자율 주행 차량이나 로봇을 통해 연결되며, 자동 팔레트 적재 또는 로봇 적재, 자동화 창고 시스템, 그리고 통합된 컴퓨터 기반 계획·일정 수립 및 모니터링 기능을 갖추고 있습니다.
3. 유연한 생산 라인. 여러 대의 머시닝 센터 또는 CNC 기계(일부는 부분적으로 특수화되어 있음)가 공정 순서에 따라 배치되어 있습니다. 이 라인에는 생산 택트가 설정되어 있을 수 있지만, 제품 변경에 신속하게 대응할 수 있으며 FMS 기능을 유지합니다.

시스템 구성 및 제어

FMS는 각각 여러 하위 시스템으로 구성된 물류 및 정보 시스템을 포함합니다. 주요 가공 장비는 일반적으로 2~6대의 수직 또는 수평 밀링·보링 센터와 선반 센터입니다. 컨베이어, 유도형 또는 자율 주행 차량, 산업용 로봇은 직선형, 순환형 또는 네트워크형 이송 시스템을 구성할 수 있습니다. 보관 방식으로는 자동화된 고층 창고와 스태커 크레인을 사용하거나, 바닥 보관 방식과 팔레트 스테이션을 사용할 수 있습니다.

팔레트는 이동식 고정구 역할을 합니다. 팔레트는 부품 고정구와 가공물을 하나의 단위로 운반하며, 이송 시스템에 의해 이동된 후 기계 테이블 위에 자동으로 위치 지정되고 고정됩니다. 또한 팔레트 스테이션은 임시 보관 및 완충 기능도 제공할 수 있습니다. 별도의 저장소에는 반제품, 완제품, 공구 및 고정구를 보관할 수 있습니다. 필요에 따라 세척, 디버링, 측정 및 검사 스테이션을 포함할 수 있습니다.

이 제어 시스템은 계층적 아키텍처에 따라 네트워크를 통해 여러 대의 컴퓨터와 장비 제어기를 연결합니다. 이 시스템의 기능은 다음 네 가지 영역을 포괄합니다:

1. 공정 계획. 제품 요구 사항을 바탕으로 프로세스를 정의하고, 일정 변경에 따라 이를 동적으로 조정합니다.
2. 생산 계획 및 일정 수립. 균형 잡힌 생산과 높은 설비 가동률을 유지하십시오.
3. 워크스테이션 및 장비 제어. 공작기계, 자재 이송 및 보관 장비, 측정기, 세척 장비, 로봇 및 기타 장비를 연계하여 운영합니다.
4. 상태 모니터링 및 품질 보증. 시스템이 안전하고, 신뢰할 수 있으며, 정상적으로, 그리고 안정적인 품질을 유지하며 작동하도록 모니터링하고 제어합니다.