유명 플랜트 및 프로세스 자동화 기업, Mechatronics Concept Designer를 사용해 화장품 산업을 위한 유연한 패키징 기계 개발

유연한 운반 솔루션 제공

화장품 제조사 Dr. Kurt Wolff가 사은 행사로 기존 Alpecin 제품을 20% 증량해서 제공하려고 했을 때, 툴링을 다시 하기 위해 생산 라인을 중단할 필요가 없었습니다. Festo와 Siemens Digital Industries Software가 공동 개발한 MCS® (Multi-Carrier- System) 덕분에 버튼 한 번만 누르면 증량이 가능합니다. Festo는 Mechatronics Concept Designer™ 소프트웨어 모듈을 사용해 고객 요구사항에 맞는 유연한 운반 솔루션을 단 몇 분 만에 설계할 수 있었습니다.

Siemens Digital Industries Software가 NX™ software CAD 시스템에 기반해 개발한 Mechatronics Concept Designer는 운동학적 및 물리적 모션 시퀀스을 설계하고 시뮬레이션하며 모터와 액추에이터, 센서 등과 같은 기계와 장비의 가상 커미셔닝을 수행하는 솔루션입니다. 시스템 엔지니어링을 위한 다분야 애플리케이션입니다. 기계, 전기, 소프트웨어 엔지니어와 자동화 전문가는 이를 사용해 기계 컨셉트를 개발 및 검증하고 프로젝트 전반에 걸쳐 고객 요구사항에 기반한 공유 시스템 환경에서 대안 컨셉트를 빠르게 탐색할 수 있습니다. 분야별 엔지니어들은 Mechatronics Concept Designer를 사용해 프로젝트에 대한 동시 작업을 진행할 수 있으며, 이는 개발 시간을 최대 30% 단축시킵니다.

Mechatronics Concept Designer사용으로 CAD 시스템의 제품 모델을 사용하면서 기계 컨셉트와 세부 사항을 신속히 설계하고 검증할 수 있습니다. 이 소프트웨어는 3D 모델링을 컨셉트 시뮬레이션, 멀티바디 피직스 및 정확한 자동화와 함께 통합합니다. 비용이 많이 드는 프로토타입을 제작하는 대신, 실제 제어 소프트웨어를 사용해 기계와 시스템을 시뮬레이션하고 가상으로 운영할 수 있습니다.

Festo는 이 소프트웨어를 사용해 디지털 트윈 기계 또는 시스템을 생성하고 이를 가상으로 커미셔닝 할 수 있습니다. 이 기계 모델은 전체 애플리케이션 기능을 테스트 할 수 있도록 실제 기계 제어와 연결돼 있습니다. 기계 엔지니어는 이러한 기능을 활용해 실제 기계 커미셔닝 속도를 크게 향상시킬 수 있습니다.

Mechatronics Concept Designer는 물리적 힘과 이동 가능한 개체를 표시하고 시뮬레이션 할 수 있는 실제 같은 시뮬레이션 환경을 제공해 NX의 일반적인 설계 기능을 향상시킵니다. Mechatronics Concept Designer는 강체 및 비 탄성체의 물리적 특성을 시뮬레이션하기 위한 오픈소스 소프트웨어인 Bullet 물리 엔진을 사용합니다. 모션 시퀀스는 가상 CAM 프로파일을 사용해 정의하며, Gantt 차트에서 시각화하고 최적화 할 수 있습니다.

Festo와 전 세계 고객사를 위한 운반 솔루션 구현에 참여한 Multi- Carrier-System 프로젝트 매니저 Stefan Blaschke는 "우리는 NX에서 구성요소를 가져다 여기에 생명을 불어 넣었습니다" 라고 말합니다. Mechatronics Concept Designer를 사용해 전체 생산 프로세스에 걸쳐 개별 캐리어의 모션을 시뮬레이션 할 수 있습니다.

Festo와 Siemens의 공동 개발

MCS®은 화장품 산업에 유연성을 극대화한 패키징 기계를 제공하겠다는 목표 하에 Festo와 Siemens가 공동 개발했습니다. 화장품 산업 고객의 주요 요구사항은 하나의 생산 라인에서 다양한 제품과 형식을 채우고 포장할 수 있는 기능입니다. 제조사는 MCS를 사용해 컨테이너를 채우기, 라벨링, 포장용 개별 스테이션으로 운반하는 소형 선형 모터 구동 캐리어를 통해 이러한 유연성을 구현할 수 있습니다.

이 운반 시스템은 유연성과 인텔리전스가 필요한 경우에만 생산 프로세스에 사용됩니다. 캐리어 반환 경로가 포함된 생산 라인 내 MCS 섹션은 비용 효율적인 기존 운반 시스템으로 연결돼 있습니다.

Industry 4.0과 디지털 플랜트의 등장으로 유연한 운반 솔루션은 조립 라인과 같은 다른 영역과 애플리케이션에 사용하기도 적합합니다. 바로 이런 이유로 Festo와 Siemens는 더 넓은 고객층에 MCS를 제공하기 시작했습니다. 새로운 방법을 일일이 만들어내지 않고도 운반 솔루션을 더욱 효율적으로 설계할 수 있게 해줍니다.

Blaschke는 "Mechatronics Concept Designer를 사용하는 데에는 두 가지 필연적인 목표가 있습니다" 라고 말합니다. "우선 우리는 사이클 속도, 결과물 등 고객 요구사항을 충족할 수 있는지 여부를 파악하고 그 결과를 고객에 보여줄 수 있는 방법을 원했습니다. Mechatronics Concept Designer를 사용하면 개별 캐리어나 캐리어 그룹의 모션 시퀀스를 이해하기 쉬운 방식으로 확인할 수 있습니다. "또 다른 하나는 수반되는 물리적 힘을 올바르게 반영하는 Multi-Carrier- System을 정확하게 설계할 수 있도록 신뢰할 수 있는 시뮬레이션 툴이 필요했습니다."

준비된 운동학 CAD 모델 라이브러리

Mechatronics Concept Designer를 사용하면 NX나 다른 CAD 시스템에서 구성요소와 어셈블리를 가져오고 여기에 물리적 및 운동학 속성을 넣어 구속조건을 정의할 수 있습니다. 그러면 이 모델이 라이브러리에 저장되며, 주어진 속성과 함께 재사용할 수 있습니다. 예를 들어 Festo는 Mechatronics Concept Designer에서 MCS의 모든 필수 구성요소를 재생산했으며, 이는 새로운 시스템 설계 속도를 크게 단축시켰습니다.

MCS®는 생산 부품을 생산 라인의 개별 스테이션으로 자유롭게, 동시에 운반해 생산 유연성을 극대화합니다. Festo는 리니어 모터, 캐리어, 센서, 연결 및 어셈블리 구성요소와 같은 MCS의 메카트로닉스 구성요소를 개발하며, Siemens Digital Industries Software는 운반 솔루션의 제어와 작동을 위한 전자 장치 및 소프트웨어를 제공합니다. 이 유연한 운반 시스템은 Festo와 Siemens가 공동으로 제공합니다. 자유롭게 구성할 수 있으며, 기존의 인트라 로지스틱스에 쉽게 통합 할 수 있고 기존 운송 솔루션에 모듈식으로 통합할 수 있습니다.

Blaschke는 “고객 요구사항을 입력하면 단 몇 분 만에 결과를 생성할 수 있습니다. 물론 이후 최적화가 필요하긴 합니다" 라고 설명합니다. "NX 모델에 운동학 속성을 추가해 설계에 소요되는 시간이 크게 단축됐습니다."

사이클 시간, 가속 등과 같은 고객 매개변수는 사용자 정의 애플리케이션 인터페이스를 통해 Mechatronics Concept Designer 템플릿으로 전송됩니다. 이 매개변수는 물리적 속성 측면에서 설계 전송 솔루션에 필요한 프레임워크를 캡처합니다. 주어진 매개변수로 제어되는 동적 특성을 가진 일반적인 운동학 모델이라고 생각하면 됩니다. 시스템 구성을 어떻게 할 지는 고객 애플리케이션과 생산 라인 레이아웃 등에 따라 프로젝트 엔지니어가 정의합니다.

비디오 애니메이션은 고객에게 부가 가치를 제공합니다

고객별 운반 솔루션 작동은 주어진 매개변수에 따라 3D로 시뮬레이션되며, 이를 비디오 애니메이션으로 기록해 고객이 볼 수 있습니다.

“이는 시장에서 독보적인 기능입니다. 고객사에 견적 단계 초기에 이미 구현하려는 애플리케이션의 정상 작동을 보장하는 역할을 합니다.

그러나 Mechatronics Concept Designer가 애니메이션 이미지만 제공하는 것은 아닙니다. 시뮬레이션 데이터를 즉시 내보내기 해 개별 모터 세그먼트의 부하도 확인할 수 있습니다.

Blaschke는 “Mechatronics Concept Designer는 기계 및 시스템 설계 시 상당한 시간 절약 효과를 줍니다.

그러나 사용자가 이러한 효과를 보려면 우선 어느 정도 시간을 투자해야 합니다. 개별 구성요소를 준비하는 건 비교적 빨리 할 수 있지만, 라이브러리에 저장하기 위해 모든 물리적 특성을 갖춘 완전한 시스템을 모델링하려면 준비 시간이 더 필요하다는 것이 Blaschke의 설명입니다.

앞으로 Siemens Digital Industries Software 시뮬레이션 애플리케이션 사용자는 Festo의 드라이브 구성 요소를 보다 쉽게 설계할 수 있습니다. Festo는 CADENAS 3D 부품 카탈로그와 협력해 고객에 다운로드 할 수 있는 준비된 운동학적 선형 모터 및 기타 구성요소를 제공할 계획입니다. 이는 Festo 구성요소를 선택해야 하는 또 하나의 이유가 됩니다. 구매자는 주문 전 구성요소가 자사 애플리케이션에서 제대로 기능하는지 확인할 수 있기 때문입니다.