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그 기업엔 무언가 특별한 것이 있다.

 

양대 전자기업의 금형가공 혁신 기술 (1) : 지능형 금형·사출공장의 현재와 미래

한국을 TV, 스마트폰, 가전 강국으로 세계에 띄운 삼성전자와 LG전자가 이들 제품과 부품 양산을 위한 혁신적 금형기술의 개발, 확보방안을 소개했다. 엘지전자와 삼성전자는 한국금형기술사회가 주최한 ‘한국금형비전포럼 2019’에서 현재 집중하여 개발하는 금형기술과 미래 금형기술 개발 방향 등을 소개했다. 엘지전자는 ‘지능형 금형공장’을, 삼성전자는 ‘인공지능의 적용’과 그 방향성을 제시했다. 양사의 금형공장은 지능화가 한창이거나 지능화한 공장을 지향하고 있다. 이는 산업 전반에 부는 환경변화에 바탕을 두고 있다. 즉 스마트공장, 인공지능과 같은 첨단 기술의 등장에 따라 이들 기술을 접목하면서 금형기술을 혁신시키는 것이다.

글/ 신동완 기자

 

지능형 금형시스템…설계 전의 제품 검증과 성형해석

엘지전자 백만인 센터장은 “제조에 관련한 주변기술이 세대를 거듭할수록 빠르게 변화하여 이를 기반으로 이제 고도의 자동화 및 지능형 생산 시스템 구축이 가능한 환경이 됐다”고 말했다. 이에 따라 제품개발단계에서는 고객의 빅데이터를 개발에 반영하고 양산성을 사전에 검증한다. 생산현장은 에너지 절약형 공장으로, 그리고 환경과 안전에 영향을 주는 이상 징후를 감지하는 기술을 적용한다. 물류는 무인창고로 운영되며 제품의 위치는 실시간으로 추적되어 고객 서비스의 질을 높인다. 생산설비와 제품 품질은 미리 이상을 파악할 수 있으며 원격 제어와 가상공장도 운영할 수 있다. 생산라인은 지능형의 자동화 라인이며 유연생산이 가능한 시스템이다.

이렇게 단계별, 공정별 적용할 수 있는 첨단기술들이 빠르게 발전하고 있다. 금형산업에서 설계 분야만 하더라도 1980년대 2D 도면시대에서 불과 20~30년이 지난 현재는 Full 3D 디자인 시대를 맞아 전체 금형 제조공정을 효율적이고 정확하게 수행할 수 있게 됐다. 장비 환경, 통신 환경도 빠르게 변화하여 전반적인 금형 제조공정의 자동화나 지능화가 가능하게 됐다.

백만인 센터장은 “엘지전자는 설계, 장비 등 요소기술의 발전에 기반하여 지능형 금형 시스템을 구축하고, 이를 통해 전자제품의 유연한 제조생산 시스템 구축을 목표로 하고 있다”고 소개했다. 이에 따라 현재 엘지전자가 집중하고 있는 금형기술은 ‘지능형 금형 시스템 구축’으로 요약된다.

엘지전자의 지능형 금형 시스템은 설계, 제작, 가공 등의 각 단계에서 현재의 혁신적이고 첨단의 기술을 접목하여 금형생산 체계 전반이 유연하도록 엮는 것이다. 엘지전자는 각 단계에서 수행하는 첨단 기술의 융합이 일부는 이루어져 적용되기도 하고 일부는 개발을 진행하고 있다.

먼저 금형 설계단계에서는 DFM(Design for Manufacturing) 기술로 사출 제품의 두께 등을 사전 검증한다. 이 시스템은 제품 살두께 검증과 조립부 간섭 체크, 작동부 모션을 검증하는 모듈로 구성되어 있다. 백만인 센터장은 “빅데이터 및 정보화 기반의 인공지능형 도면 검증 모듈로 초보자도 전문가 수준의 도면 검증이 가능한 시스템으로 개발했다”고 밝혔다. 엘지전자는 현재 금형의 설계 단계 이전에 이 시스템을 적용한다. 이 시스템을 적용하면 금형 제작 및 양산성 품질이 선행 검증된 설계를 수행할 수 있다. 따라서 사후 불량 및 재작업 로스가 줄어든다.

지능형 금형 시스템을 구축하는 다음단계는 성형해석(CAE) 단계. 엘지전자는 수많은 경험 데이터를 바탕으로 구현된 시뮬레이션 시스템을 통하여 사전 평가, 조정을 통한 생산 로스를 줄이고 이론과 실제 데이터의 적확도 향상 활동과 연산 로직 고도화를 통한 성형해석 업무효율화를 도모하고 있다. 엘지전자는 성형해석 목표를 이론과 실제 데이터의 적확도 향상에 두고 있다. 적확도 향상이 이루어지면 프로세스 자동화를 통한 해석업무가 고도화된다. 시간이 많이 걸리는 메쉬의 자동 생성, 게이트/러너 자동 생성 로직, 사출조건 파라메터 최적화 등 전처리가 자동화 되는 것이다. 이 같은 성형해석 작업이 끝나면 그 결과의 리포트가 자동으로 생성되어 출력된다.

표준화를 바탕으로 한 설계 자동화, 전사 적용을 목표로

성형해석이 끝나면 이를 바탕으로 설계에 들어가는데, 이 설계 시스템 역시 자동화 시스템으로 구축했다. 백 센터장은 “현재 표준 템플릿에 기반하여 3D 설계자동화 시스템 구축과 설계 오류 체크를 통해 불량 감소와 제작원가를 절감하고 있다”고 밝혔다. 엘지전자는 향후 설계의 완전 자동화 체계 마련에 지속적인 기술개발을 진행하고 있다.

엘지전자의 자동설계 시스템의 특징은 설계 오류 체크가 자동으로 생성된다는 점이다. 몰드베이스를 자동으로 구성하고, 코어나 슬라이드의 규격을 자동으로 생성한다. 백 센터장은 “이들을 엘지전자의 모든 업무에 적용하기 위해 표준화를 선행한데 이어 설계 자동화 시스템으로 구축했다”고 밝혔다.

엘지전자의 CAM 자동화는 CAM 작업의 무인화 확대를 목표로 개발했다. 백 센터장은 CAM 자동화의 적용 사례를 소개했는데, 전극 단품별 작업방식에서 CAM 자동화를 통하여 열 개 항목의 수작업을 세 개로 줄였으며, 동시에 멀티 부품 작업이 가능하도록 하여 CAM 작업의 무인화를 확대하고 캐파를 확보할 수 있었다고 설명했다. 백 센터장은 “CAM 자동화 시스템은 사람의 수작업을 자동화 하는 방안으로 프로그램을 만들었는데, 현재는 엘지전자가 활용하는 모든 전극에 적용하고 있다”고 밝혔다.

엘지전자가 지능형 금형 시스템을 구축하는데 포함시켜 개발한 또 하나의 기술은 3D 작업 지도서다. 3D 작업 지도서는 금형의 조립에서 매우 유용하게 활용하는데, 부품의 누락 등을 사전에 검증할 수 있다. 이 기술은 고용량의 3D 설계 데이터를 경량화 기능을 통하여 복잡한 부품을 조립 애니메이션으로 구현하여 쉽게 표현한다. VR(가상현실) 관점의 가상작업을 검증할 수 있는 초경량의 3D 포맷 시스템이다. 3D CAD를 일반 PC에서 빠르게 로딩할 수 있으며 시각적 가시성 등 풍부한 표현이 가능한데, 조립 순서 등 제조정보를 하나의 파일화 한 것이다.  3D 작업 지도서는 3D 간섭 체크 등 디자인 리뷰, 가상의 조립 검증이 가능할 뿐 아니라 서비스 문서 작성 및 선행 검증도 수행할 수 있다.

 

금형가공 단계의 설비 모니터링 시스템

백 센터장은 “엘지전자의 금형기술센터에는 100여대의 설비가 있는데, 실시간으로 가동상태와 가공실적을 모니터링하는 시스템을 구축했다”고 밝혔다. 기계 가동상태 모니터링은 가공설비의 이상상태를 감지하기 위한 시스템으로 구축했으며, 가공상태 모니터링은 기계의 무인 생산을 지향하는 차원에서 시스템 구축을 진행하고 있다. 현재 생산 모니터링 시스템은 생산설비에 직접 인터페이스하거나 매핑 체계를 구축하여 실시간 설비가동 상태를 감시하고 공정을 추적, 관리한다. 이를 통해 금형 가공이 진척되는 상황을 모니터링하는 시스템을 구축한 상태다. 엘지전자는 이로써 향후 고도의 빅데이터 활용기반도 마련한 상태다.

이제 금형이 제품을 성형하는데 따른 지능화 기술개발 사례다. 엘지전자는 이를 스마트 성형 시스템이라 한다. 스마트 성형시스템은 금형 내 센서를 이용하여 노하우 중심의 시행착오 한계를 극복하고자 한 시스템이다. 흔히 사출조건에 따라 제품이 달라지는데, 조건이 변화하지 않도록 온도 센서 등을 적용한다. 센서에서 획득한 데이터로 표준 알고리즘 및 지능형 성형조건 모니터링 시스템을 구축한 것이 스마트 성형 시스템이다. 백만인 센터장은 “이 시스템은 사출조건을 자동으로 보정할 수 있는 지능형 시스템으로 협력업체의 금형은 물론 해외에 있는 금형에도 적용할 수 있다”고 밝혔다. 엘지전자는 지능형 성형조건 모니터링 시스템 구축을 통하여 독자적 생산 시스템 구현을 지향하고 있다. 

엘지전자는 엘지유플러스와 빠르고 정확한 5G의 정보전달 체계를 기반으로 자율주행 물류시스템을 개발하여 현재 검증 중이다. 자율주행 물류 시스템은 AGV와 로봇을 결합한 형태다. 이 시스템은 물류를 담당하는 것뿐만 아니라 실시간으로 온도, 습도, 먼지를 모니터링하는 기능도 갖게 된다. 엘지전자는 또 생산장비와 생산 제품, 품질 검사를 연계하는 스마트 커넥팅 기술도 적용하여 인공지능을 활용한 비전검사, 5G 통신 시스템 실현, AR 활용 장비 모니터링이 가능한 시스템 구축을 준비하고 있다.

지능형 금형 시스템 구축의 일환으로 원거리에서도 제어할 수 있는 생산 물류 시스템이며,  현재 공작물에 RFID를 부착하여 상태를 확인하는 수준까지 도달했다.