오늘날 제조 시스템 OEM 업체와 자동화 최종 사용자들은 업무 효율성을 높여줄 기술 발전을 끊임없이 추구하고 있습니다. 인더스트리 4.0 혁신은 디지털 전자 장치와 통신 인터페이스를 결합하여 더욱 정교하고 기능적이며 사용하기 쉬운 새로운 스마트 기술들을 탄생시켰습니다.

제조 기업들이 인더스트리 4.0에 대비한 기술을 도입함에 따라, 새롭게 등장하는 스마트 메카트로닉스 기술은 기계에 더욱 뛰어난 지능과 다용성을 제공하고 있습니다. 이러한 첨단 시스템은 기존 방식보다 사양 지정, 주문 및 배포가 간편하여 OEM 업체와 최종 사용자 모두에게 더욱 큰 가치를 제공합니다.

스마트 메카트로닉스의 기능을 이해하면 시스템 설계 엔지니어는 이러한 메카트로닉스를 최대한 활용하여 제조 솔루션의 경쟁력을 높이는 최적의 방법을 평가할 수 있습니다.

현대 메카트로닉스는 통합적이고 다재다능합니다.

메카트로닉스는 서로 다른 기계 및 전자 부품을 결합하여 특정 작업을 수행하는 시스템 및 하위 어셈블리입니다. 모션 분야에서 메카트로닉스 선형 모션 시스템과 카르테시안 로봇은 제품 조립 및 운송에 활용되는 대표적인 예입니다. 메카트로닉스의 핵심은 전자 모터, 제어 장치, 센서 및 선형 부품의 긴밀한 통합입니다. 메카트로닉스는 산업 4.0 기술의 선두 주자로 여겨질 수 있습니다.

스마트 메카트로닉스는 이러한 개념을 한 단계 더 발전시켜 첨단 센서와 사용자 친화적인 제어 플랫폼을 통합한 완벽한 솔루션 형태로 구현합니다. 이러한 시스템은 다음과 같은 이점을 제공합니다.

• 기기 성능에 대한 실시간 데이터
• 해당되는 경우 제조 품질에 대한 실시간 데이터 제공
• 동작 시퀀스의 정밀한 제어 및 실행
• 생산 데이터 및 처리량의 자동 추적
• 기계 수준 및 공장 전체 관리 시스템과의 손쉬운 연결

스마트 메카트로닉스 1단계: 온라인 구성

스마트 메카트로닉스는 기존 메카트로닉스 시스템보다 설계 및 시운전이 더 빠르고 간편합니다. 이는 메카트로닉스가 본질적으로 매우 복잡하기 때문에 여러 선형 부품, 드라이브, 컨트롤러 및 조작자 인터페이스를 동시에 고려하고 크기를 결정한 다음 신중하게 조합해야 한다는 점에서 유용합니다.

스마트 메카트로닉스 기계를 설계, 구매 및 시운전하는 첫 번째 단계는 공급업체 포털을 통해 접속할 수 있는 온라인 도구를 활용하는 것입니다. 이러한 구성 도구를 사용하면 엔지니어는 최소한의 프로그래밍만으로 바로 작동 가능한 지능형 시스템을 구축할 수 있습니다. 따라서 전기 및 유압 구동(선형 운동 포함)과 모션 제어에 대한 기본적인 이해만 있는 엔지니어에게 특히 유용합니다. 사용자는 스트로크, 공작물 무게, 사이클 시간과 같은 매개변수를 입력하면 온라인 도구의 CAD 환경에서 검증할 수 있는 출력 결과가 생성됩니다. 이어지는 크기 조정 및 구성 프롬프트를 통해 카르테시안 로봇, 프레스 기계 또는 접합 기계와 같은 전체 메카트로닉스 솔루션에 필요한 모든 구성 요소를 한 번에 지정할 수 있습니다. 이 옵션을 통해 엔지니어는 단일 공급업체로부터 완벽한 솔루션을 얻을 수 있으며, 사전 프로그래밍된 모션 시퀀스가 ​​포함된 통합 시스템을 받아 바로 가동할 수 있습니다.

더욱 스마트하고 간편한 운영 제어

스마트 메카트로닉스는 일반적으로 실시간 상태 모니터링을 위한 센서를 통해 "투명한" 생산 공정을 제공함으로써 생산성과 유연성을 향상시킬 수 있습니다.

일부 제조업체가 이러한 모니터링을 지원하기 위해 특정 작업에 특화된 메카트로닉 기능 키트를 제공하는 방식을 생각해 보십시오. 예를 들어, 프레스 기계용 기능 키트에는 프레스 및 접합 조립 작업을 지원하는 전기 기계식 실린더, 서보 드라이브, 모터, 컨트롤러, 센서 및 운영자 소프트웨어가 포함될 수 있습니다. 이러한 기능 키트를 사용하여 제작된 기계는 구성 요소에 운영 소프트웨어가 사전 설치되어 있고 서보 드라이브에서 바로 실행될 수 있도록 자동 파라미터 설정이 되어 있어 구현이 간편합니다. 따라서 기계를 가동하는 데 모션 제어 프로그래밍 지식이 필요하지 않습니다. 소프트웨어는 드래그 앤 드롭 방식의 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 제공하여 작업자가 볼 베어링을 하우징에 프레스하는 것과 같은 생산 순서를 직관적으로 구성할 수 있도록 합니다.

또한, 기계에는 작동을 측정하고 추적하는 통합 힘 센서가 장착될 수 있습니다. 예를 들어, 베어링 프레스 장비에서 이러한 센서는 선형 액추에이터를 추적하여 베어링 하우징에 볼을 삽입하는 데 필요한 정확한 힘을 가하는지 확인할 수 있습니다. 한편, 시스템 제어는 액추에이터가 정밀하게 제어된 시퀀스를 따라 제대로 작동하는지 확인함으로써 품질 관리를 수행할 수 있습니다. 프레스 기계에서 이러한 시퀀스는 일반적으로 시간당 수백 또는 수천 번 반복되므로 시스템 컨트롤러는 각 동작 주기의 측정값을 기록하고 저장합니다. 작업자는 컨트롤러 패키지에 포함된 도구를 사용하여 공정 결과를 시각화할 수 있습니다. 이러한 시각화는 프레스 힘이 공정 임계값을 초과했는지 또는 미달했는지 여부를 보여주고 작업자가 작업대에서 실시간으로 힘-변위 곡선을 분석할 수 있도록 합니다. 이러한 데이터를 통해 숙련된 기계 작업자는 전문 소프트웨어 엔지니어의 특수 프로그래밍이나 품질 분석 개발 없이도 최고의 제조 품질과 생산성을 유지할 수 있습니다.

또한, 시스템 인터페이스를 통해 공장 전체 또는 클라우드 기반 제조 분석 시스템으로 데이터를 내보낼 수 있으므로 스마트 메카트로닉스 시스템은 기업의 인더스트리 4.0 플랫폼의 필수 구성 요소가 됩니다.

이와 유사한 기능은 물품 집기 또는 운반 작업에 사용되는 카르테시안 핸들링 로봇과 같은 선형 모션 시스템을 포함한 다른 공장 자동화 시나리오에도 적용되고 있습니다. 이러한 시스템들은 유사한 온라인 구성 도구를 사용하여 완전한 핸들링 시스템에 필요한 모든 선형 모듈, 액추에이터 및 엔드 이펙터, 케이블, 센서, 전기 구동 장치 및 컨트롤러의 크기와 사양을 결정합니다.

스마트 메카트로닉스 응용 사례

스마트 메카트로닉스는 정교한 기술이 복잡한 엔지니어링 문제를 보다 간단하게 해결할 수 있음을 보여줍니다. 일반적인 산업 현장에서 기계 제조업체들은 선형 액추에이터, 컨트롤러, 전원 공급 장치, 엔드 이펙터 등과 같은 개별 구성 요소를 주문하고 통합하여 자체 메카트로닉스 어셈블리를 개발하려고 시도해 왔습니다. 이러한 과정은 종종 번거롭고 시간이 많이 소요됩니다.

많은 회사나 시스템 통합 업체에서 기계 엔지니어링 그룹은 한 세트의 부품을 지정하고 주문하는 책임을 맡고, 전기 그룹은 또 다른 세트의 부품을 주문하는 것이 일반적입니다. 이러한 방식은 구매 부서에 더 많은 어려움을 초래하며, 엔지니어링 팀은 모든 부품을 물리적으로 조립하고 프로그래밍하여 사양대로 작동하는지 확인하는 임무를 맡게 됩니다.

스마트 메카트로닉스 개념은 이러한 패러다임을 바꾸어 엔지니어들이 더욱 복잡하고 어려운 설계 문제에 시간과 자원을 집중할 수 있도록 해줍니다. 스마트 메카트로닉스 기술이 제공하는 이점과 장점은 제조업체들이 산업 4.0 요구 사항을 충족하는 지능형 센서 기술을 내장한 생산 준비 시스템을 더욱 쉽게 구축할 수 있도록 도와줄 것입니다.

스마트 메카트로닉스 개념은 매우 직관적이지만, 완벽하고 고성능의 메카트로닉스 솔루션을 구축하는 데 필요한 모든 구성 요소(선형 모션 제품, 컨트롤러, 서보 드라이브 및 운영 소프트웨어)를 포괄하는 포트폴리오와 엔지니어링 전문성을 갖춘 메카트로닉스 공급업체와 협력하는 것이 중요합니다. 또한, 스마트 메카트로닉스 무브먼트가 약속하는 사용 편의성을 처음부터 끝까지 완벽하게 구현할 수 있도록 구성 도구의 품질과 사용 편의성을 평가하는 것도 중요합니다. 이를 통해 기계 제작자와 최종 사용자는 스마트 메카트로닉스의 플러그 앤 플레이 방식의 이점을 최대한 활용할 수 있습니다.