재구성 가능한 제조 시스템

Reconfigurable manufacturing system

재구성 가능한 제조 시스템(RMS)은 하드웨어 및 소프트웨어 컴포넌트뿐만 아니라 구조의 급격한 변화를 위해 처음부터 설계된 시스템입니다.이는 갑작스런 시장 변화 또는 본질적인 [1][2]시스템 변화에 대응하여 부품 패밀리 내에서 생산 능력과 기능을 신속하게 조정할 수 있도록 하기 위한 시스템입니다.

1996년부터 2007년까지 Yoram Koren은 자동차, 항공우주 및 엔진 공장에 구현된 RMS 과학 기반과 소프트웨어 및 하드웨어 도구를 개발하기 위해 3,250만 달러의 NSF 보조금을 받았습니다.

로드 힐이 그린 Koren의 RMS 개략도

제조업의 재구성성이라는 용어는 쿠시아크와 [4]리에 의해 만들어진 것으로 보인다.

RMS와 그 컴포넌트 중 하나인 재구성 가능한 공작기계(RMT)는 1998년 미시간 대학 [5][6][7]공대(University of Engineerable College of Engineering)의 재구성 가능한 제조 시스템을 위한 엔지니어링 연구 센터(ERC/RMS)에서 발명되었습니다.RMS 목표는 "필요할 때 정확히 필요한 용량과 기능"이라는 문구로 요약됩니다.

이상적인 재구성 가능한 제조 시스템은 모듈식, 통합성, 맞춤형 유연성, 확장성, 변환성 및 진단성의 [7][8]6가지 핵심 RMS 특성을 갖추고 있습니다.일반적인 RMS에는 이러한 특성이 몇 가지 있습니다.다만, 반드시 전부는 아닙니다.RMS는 이러한 특성을 보유할 경우 갑작스런 시장 수요 변화나 예기치 않은 기계 고장과 같은 예기치 않은 사건에 대한 제조 시스템의 응답 속도를 높입니다.RMS는 신제품의 신속한 생산 개시를 촉진하고 예기치 않게 달라질 수 있는 생산 수량을 조정할 수 있도록 합니다.이상적인 재구성 가능한 시스템은 필요한 기능과 생산 용량을 정확하게 제공하며,[9] 필요할 때 정확하게 경제성을 조정할 수 있습니다.이러한 시스템은 Yoram Koren의 RMS 원칙에 따라 설계 및 운영됩니다.

RMS의 컴포넌트는 CNC 머신,[10] 재구성 가능한 공작기계,[6][8] 재구성 가능한 검사[11] 머신 및 기계를 연결하여 시스템을 형성하는 자재 수송 시스템(갠트리 및 컨베이어 등)입니다.이러한 머신의 배치와 구성이 다르면 시스템의 [12]생산성에 영향을 미칩니다.RMS 과학 기반으로서 정의된 일련의 수학적 도구를 사용하여 가능한 한 적은 수의 기계로 시스템 생산성을 극대화할 수 있습니다.

RMS의 근거

세계화는 치열한 경쟁, 짧은 시장 기회, 빈번한 제품 수요의 변화 등 업계에 새로운 판도를 만들어냈습니다.이러한 변화는 위협과 기회 모두를 제시합니다.이 기회를 활용하려면 업계는 제품 패밀리 내에서 다양한 제품을 생산할 수 있는 제조 시스템을 보유해야 합니다.그 범위는 하나의 지역 시장이 아니라 여러 나라와 다양한 문화의 요건을 충족해야 한다.적절한 제품 조합을 위한 설계는 제품 조합 및 수량의 신속한 전환을 가능하게 하는 기술적 기능과 결합되어야 합니다.이것에 의해, 월단위로도 큰폭으로 변화할 가능성이 있습니다.재구성 가능한 제조 시스템에는 다음과 같은 기능이 있습니다.

RMS 시스템 아키텍처 및 운용

일반적인 RMS의 시스템아키텍처를 다음에 나타냅니다.

Y. Koren의 재구성 가능한 제조 시스템 아키텍처

시스템은 10, 20, 30, 40 등의 단계로 구성됩니다.각 단계는 CNC 밀링 머신 또는 RMT 머신과 같은 동일한 기계로 구성됩니다.이 시스템은 자동차 엔진 블록 또는 실린더 헤드와 같은 하나의 제품을 생산합니다.제조된 제품은 수평 컨베이어 위에서 이동합니다.그런 다음 Gantry-10이 제품을 잡고 CNC-10 중 하나로 가져갑니다.CNC-10의 처리가 완료되면 Gantry-10은 CNC-10을 컨베이어로 되돌립니다.컨베이어는 제품을 Gantry-20으로 이동하고, Gantry-20은 제품을 잡고 RMT-20에 적재하는 등의 작업을 수행합니다.검사 기계는 여러 단계에 배치되며 제조 시스템의 끝에 배치됩니다.

RMS는 "구조의 급격한 변화를 위해 처음부터 설계된 시스템"으로 정의됩니다.실제로 이 기능은 각 단계에서 갠트리에 접근할 수 있는 열린 공간을 설계함으로써 구현됩니다.이러한 공간은 이러한 공간에 기계를 추가함으로써 빠르게 증가하는 시장 수요를 충족시킬 수 있으며, 이에 따라 생산 속도가 향상됩니다.

제품은 여러 생산 경로에서 생산 중에 이동할 수 있습니다.그림에는 3가지 경로가 나와 있습니다.각 단계의 CNC 기계는 동일하지만 실제로는 동일한 기계의 정밀도에 약간의 차이가 있어 제조 제품에 누적 오류가 발생합니다.오차의 크기는 제품이 이동한 경로에 따라 달라집니다. 각 경로에는 고유한 "변화 스트림"(Y.[13][14] Koren이 만든 용어)이 있습니다.

RMS 특성

이상적인 재구성 가능한 제조 시스템은 모듈성, 통합성, 맞춤형 유연성, 확장성, 변환성 및 진단성의 [5][6]6가지 핵심 특성을 갖추고 있습니다.1995년 Yoram Koren 교수가 도입한 이러한 특성은 전체 제조 시스템의 설계뿐만 아니라 재구성 가능한 기계, 컨트롤러 및 시스템 제어 소프트웨어 등 일부 구성 요소에 적용됩니다.

RMT 특허 도면:US 5943750 모듈러 구조의 재구성 가능한 공작 기계로, 서로 다른 가공 작업을 허용하도록 재구성할 수 있는 스핀들 모듈을 포함합니다.

모듈성은 재구성 가능한 제조 시스템이 구성되는 모듈을 말합니다.시스템 수준에서 기계는 모듈입니다.기계 수준에서 운동 축은 모듈입니다(RMT 그림 참조).시스템 제어는 제어 모듈로 구성될 수 있습니다.모듈은 유지 보수 및 업데이트가 용이합니다.

통합성은 모듈 통합과 통신을 가능하게 하는 기계, 정보 및 제어 인터페이스를 통해 모듈을 신속하게 통합하는 기능입니다.시스템 수준에서 기계는 재구성 가능한 제조 시스템을 형성하기 위해 자재 운송 시스템(컨베이어 및 갠트리 등)을 통해 통합된 모듈입니다.

커스터마이즈에서는 FMS의 일반적인 유연성과 달리 제품 패밀리만을 중심으로 시스템 유연성을 설계할 수 있습니다.커스터마이즈에서는 퍼포먼스를 희생하지 않고 투자 비용을 절감할 수 있습니다.

컨버터빌리티란 기존 시스템, 머신 또는 컨트롤의 기능을 새로운 프로덕션 요건에 맞게 쉽게 전환할 수 있는 기능입니다.예를 들어 시스템 내의 기계를 다른 유형의 기계로 변경하여 필요한 새로운 기능에 대응하거나 밀링 머신의 스핀들을 전환하는 것(예: 알루미늄의 경우 저토크 고속 스핀들에서 티타늄의 경우 저토크 저속 스핀들)이 있었습니다.

scalability는 제조 자원을 증설(또는 삭감)함으로써 생산 능력을 쉽게 변경할 수 있는 기능입니다.제조 시스템의 scalability는 머신을 추가하여 급격한 시장 성장에 맞춰 시스템 생산률을 확대함으로써 향상됩니다.기계를 추가하려면 스테이션 간트리의 범위를 확장해야 합니다.

Diagnosability는 제조된 제품의 품질 또는 정밀도의 결함의 원인을 자동으로 검출하고 진단하는 기능입니다.이 자동 진단을 통해 결함을 신속하게 수정할 수 있습니다.RMS는 제품 검사 기계를 시스템의 최적의 위치에 내장하여 설계해야 합니다.

RMS 원리

재구성 가능한 제조 시스템은 Yoram Koren 교수가 공식화한 일련의 기본 원리에 따라 작동하며 Koren의 RMS 원리로 불린다.이러한 원칙이 특정 제조 시스템에 더 많이 적용될수록 해당 시스템의 재구성 가능성이 높아집니다.RMS 원칙은 다음과 같습니다.

  1. RMS는 긴급한 요구에 대응할 수 있도록 조정 가능한 프로덕션 리소스를 위해 설계되었습니다.
    • RMS 용량은 적은 양의 최적의 증분으로 빠르게 확장할 수 있습니다.
    • RMS 기능은 신제품 생산에 빠르게 적응할 수 있습니다.
  2. 제조 시스템의 응답 속도를 향상시키려면 핵심 RMS 특성이 전체 시스템 및 구성 요소(기계, 통신 및 제어)에 포함되어야 합니다.
  3. RMS는 부품 패밀리를 중심으로 설계되어 있으며, 제품 패밀리의 모든 부품을 생산하는 데 필요한 맞춤형 유연성을 갖추고 있습니다.
  4. RMS에는 유연한 기계(예: CNC), 재구성 가능한 공작기계, 재구성 가능한 검사 기계 및 재구성 가능한 조립 스테이션의 경제 기기가 혼합되어 있습니다.
  5. RMS는 외부(시장 변화) 및 내부(기계 장애) 이벤트 모두에 대해 예측할 수 없는 이벤트에 비용 효율적으로 대응하는 하드웨어 및 소프트웨어 기능을 보유하고 있습니다.

RMS 및 FMS

재구성 가능한 제조 시스템(RMS)과 유연한 제조 시스템(FMS)의 목표는 다릅니다.FMS는 생산되는 부품의 종류를 늘리는 것을 목표로 하고 있습니다.RMS는 시장 변화와 고객의 요구에 대한 대응 속도를 높이는 것을 목표로 하고 있습니다.또한 RMS는 유연하지만 제한된 범위에서만 사용할 수 있습니다. RMS의 유연성은 부품군을 생산하는 데 필요한 범위로 제한됩니다.이것은 「커스터마이즈된 유연성」또는 커스터마이즈 특성입니다.이것은 FMS가 제공하는 일반적인 유연성이 아닙니다.커스터마이즈된 유연성을 통해 생산 속도를 높일 수 있습니다.RMS의 다른 중요한 장점은 원하는 볼륨에 대한 신속한 확장성과 제조업체에 합리적인 비용으로 제공되는 변환 가능성입니다.FMS의 가장 좋은 적용은 작은 제품 세트의 생산에서 찾을 수 있다[위키피디아 참조].

RMS 과학 기반

RMS 기술은 재구성 가능한 제조 시스템의 설계 및 운영에 대한 체계적인 접근 방식을 기반으로 합니다.이 접근법은 RMS 과학 기반이라고 불리는 핵심 요소로 구성됩니다.이러한 요소를 아래에 요약합니다.

  • 시스템 레벨의 프로세스 플래너는 부품 패밀리, 원하는 볼륨 및 혼합에 따라 대체 시스템 구성을 제안하고 생산성, 부품 품질, 변환성 및 확장성 [15][16]옵션을 비교할 수 있습니다.Genetic Algorithm과 [17][18]통계를 기반으로 자동 시스템 밸런싱을 수행할 수 있습니다.이러한 태스크를 수행하는 데 유용한 소프트웨어 패키지는 PAMS 및 공유입니다.
  • 동적 프로그래밍과 옵션 이론을 혼합한 라이프 사이클 경제 모델링 방법론은 라이프 사이클 동안 최적으로 이익을 얻을 수 있는 시스템을 권장한다.
  • 재구성 가능한 공작기계(RMT) 설계 방법론을 [19]통해 기계가공되는 부품군의 특징부터 시작하여 기계를 체계적으로 설계할 수 있습니다.미시건의 ERC/RMS에서 설계 및 구축된 새로운 아치형 RMT는 기계 연구의 새로운 방향을 위한 기초를 형성합니다.
  • 대형 제조 시스템의 시퀀싱 및 조정 제어를 위한 논리 제어 설계 방법론은 산업용 PLC에서 [20]구현할 수 있는 재구성 가능하고 형식적으로 검증 가능한 컨트롤러를 낳습니다.
  • 상태-공간 제어 이론과 프로세스 내 통계를 혼합한 SoV(Stream-of-Variations) 방법론은 재구성 후 체계적인 확대에 대한 새로운 이론적 접근 방식을 형성하며, 결과적으로 시장 출시 시간을 대폭 [13][14]단축합니다.
  • 표면 다공성 결함을 검사하기 위해 재구성 가능한 검사 스테이션에 통합된 기계 비전 알고리즘(General Motors Flint Engine[21] Plant에 설치됨).

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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  2. ^ Michigan Engineering, ERC에 대해서
  3. ^ NSF 조성: 재구성 가능한 가공 시스템을 위한 엔지니어링 연구 센터
  4. ^ Kusiac, A. 및 Lee, G.H., 재구성을 위한 컴포넌트 및 제조 시스템의 설계, 제1회 통합 설계 및 프로세스 기술에 관한 세계 회의의 진행, 텍사스 오스틴, 페이지 14-20, 1995년 12월
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