기계 공구 제조업체는 Mechatronic Concept Designer 및 SIMIT를 사용하여 기계 소프트웨어 테스트를 자동화합니다.

판금 가공 분야 혁신

휴대용 전자기기, 주방용품부터 자동차까지, 우리가 일상적으로 사용하는 많은 제품은 판금을 절단하고 성형하여 만든 부품으로 구성되어 있습니다. 차체 또는 하우징 부품에만 국한되는 것이 아닙니다. 판금 부품은 다양한 산업에서 구조적 컴포넌트로 사용됩니다. 판금 부품은 무게가 가볍고 대량 생산이 쉽기 때문에 이미 여러 분야에서 캐스팅 및 기계 가공 대신 이 방식을 적용하고 있습니다.

이는 판금을 절단하고 부품을 성형하는 특정 기계 공구 덕분에 가능합니다. 판금 가공 장비의 선구자이자 글로벌 선두 제조업체인 TRUMPF 그룹은 독일 슈투트가르트 인근 디칭엔에 본사가 있습니다. 1923년 설립된 TRUMPF는 1968년 세계 최초로 수치 경로 제어 기능을 갖춘 판금 가공 기계를 선보였으며 도구 교체를 포함하여 완전 자동화된 작업 공정을 구현했습니다. 또한 1979년에 레이저 기술을 복합 펀치 레이저 기계에 통합했습니다.

수입 빔 소스의 정밀도와 신뢰성이 떨어지자 TRUMPF는 자체 제조를 시작하여 1985년에 레이저 제조업체로 거듭났습니다. 이러한 자체 역량 덕분에 TruLaser 5030 같은 매우 경쟁력 있는 고속 레이저 커터의 개발을 촉진할 수 있었습니다. 아울러 비즈니스를 다양화할 수 있었습니다. TRUMPF는 3D 부품의 절단, 용접, 곡면 처리를 위한 레이저 시스템 외에도 고성능 레이저, 발전기 및 레이저 구동 AM(적층 제조) 솔루션을 제공합니다.

TRUMPF의 주력 분야는 유연한 판금과 튜브의 가공을 위한 기계 공구입니다. TRUMPF의 포트폴리오에는 벤딩, 펀칭, 펀치 및 레이저 복합 가공, 레이저 커팅 및 레이저 용접 관련 기계도 포함됩니다. 맞춤형 기계, 자동화, 네트워킹 및 소프트웨어 솔루션을 통해 2D 블랭크를 3D 완제품으로 변환하여 설계에서 생산 제어에 이르기까지 모든 기계 가공 작업을 지원합니다. 또한 독일과 미국의 스마트 공장에서 상담과 교육을 통해 고객에게 디지털 네트워크 산업 4.0 생산 솔루션을 소개합니다.

소프트웨어 테스트의 중요성 증가

TRUMPF는 연간 매출의 10% 이상을 R&D(연구 개발)에 재투자합니다. 즉 소프트웨어 개발에 투자하는 비용을 점점 늘리고 있습니다. 새로운 기계의 구매자에게 기능 확장과 제어 및 시각화 소프트웨어의 지속적인 개선 등의 이점을 제공할 뿐만 아니라 2년에 한 번 출시되는 소프트웨어를 통해 기존 TRUMPF 판금 가공 장비를 확장, 업데이트 및 업그레이드합니다.

TRUMPF Machine은 각 제품군의 핵심에 동일한 코어가 있어서 표준화되어 있지만 옵션이 매우 다양합니다. 이는 출시 전에 새로운 소프트웨어를 테스트할 때 난제가 됩니다. 기계의 PLC(프로그래머블 로직 컨트롤러)에서 사용하기 위해 제작한 소프트웨어와 특정 자가 테스트 루틴이 함께 제공되긴 하지만, 복잡한 메카트로닉 장비의 일시적인 행동을 보여주지는 않습니다. 과거에는 물리적 프로토타입을 사용하여 최종 테스트를 수행해야 했습니다. TRUMPF는 각 유형의 기계를 다양한 구성으로 분류하여 소프트웨어 테스트와 문제 해결을 위한 테스트베드로 사용했습니다.

TRUMPF의 기계 동역학 부서장인 Bernd Renz는 "소프트웨어 테스트 중에 실제 기계를 사용하여 기계의 기능을 살펴보는 것은 번거롭고 시간이 오래 걸렸습니다."라고 말합니다. "따라서 가능한 모든 구성 옵션과 오류 시나리오를 시도해볼 수 없었습니다."

테스트에 디지털 트윈 사용

이러한 단점을 극복하기 위해 TRUMPF Machine 동역학 부서의 엔지니어는 소프트웨어 테스트에 하드웨어 대신 각 기계에 대한 디지털 트윈을 사용하기로 결정했습니다. Renz의 말에 따르면 이러한 복잡한 작업에 적합한 소프트웨어를 찾는 것은 그 자체만으로 어려운 과제였습니다. 많은 모델링 소프트웨어 제품이 HiL(Hardware-in-the-Loop) 시뮬레이션을 사용하여 개별 시스템의 가상 커미셔닝에 최적화되어 있지만, 가상 세계에서 여러 컴퓨터 모델을 테스트하려면 SiL(Software-in-the-Loop) 시뮬레이션이 필요합니다.

TRUMPF의 엔지니어는 TruLaser 5030 레이저 절단기 모델링에 3D를 사용하여 여러 소프트웨어 제품에 대한 인텔리전스를 획득했습니다. 경쟁력 있는 벤치마크에 따라, Siemens Digital Industries Software의 포괄적인 통합 소프트웨어 및 서비스 포트폴리오인 Xcelerator™ 포트폴리오에서 가상 커미셔닝 솔루션으로 자주 사용하는 제품의 조합을 선택했습니다. 이 제품의 조합은 컴퓨터 지원 설계, 엔지니어링 및 제조(CAD/CAE/CAM)를 위한 NX™ 소프트웨어 포트폴리오의 일부인 Mechatronics Concept Designer™ 소프트웨어와 SIMIT 시뮬레이션 플랫폼으로 구성됩니다.

Renz는 "이 두 가지 시뮬레이션 솔루션을 통해 가상 TRUMPF Machine을 만들 수 있었습니다."라고 말합니다. "모델 라이브러리를 통해 각 소프트웨어 테스트 실행에 필요한 다양한 기계에 대한 디지털 트윈을 반자동으로 수월하게 생성합니다."

완전한 가상 환경에서의 테스트

TRUMPF 엔지니어는 Mechatronics Concept Designer를 사용하여 TruLaser 5030 구성에서 사용할 수 있는 모든 컴포넌트와 어셈블리에 대한 운동학적 모델을 만들었습니다. 이를 위해 CAD 소프트웨어에서 3D 모델을 가져와 관성 또는 중력 효과와 관련된 운동학적 의존성과 물리적 속성에 대한 정보를 바탕으로 솔리드를 풍부하게 만들었습니다.

Renz는 "Mechatronics Concept Designer의 사용자 친화적인 처리 기능과 강력한 가져오기 기능을 통해 디지털 트윈을 테스트 베드로 사용할 수 있는 기반을 쉽게 마련했습니다."라고 말합니다. "완전한 3D 모델링 엔진을 통해 모델 단순화와 같은 즉각적인 변화를 촉진하여 성능을 향상합니다."

SIMIT 시뮬레이션 플랫폼에서는 자동화 시스템 하드웨어를 사용하지 않고도 시뮬레이션과 자동화 환경을 HiL 또는 SiL로 쉽게 결합할 수 있습니다.

플랫폼은 포괄적인 기능 모델을 생성하기 위해 산업별 및 시뮬레이션 컴포넌트가 있는 다양한 라이브러리를 제공합니다. 또한 TRUMPF 엔지니어는 SIMIT 템플릿을 사용하여 모든 TruLaser 5030 컴포넌트를 갖추고 컴포넌트의 일시적인 동작을 보여주는 모델 라이브러리를 구축했습니다.

가상 TRUMPF Machine

자동화 테스트를 위해 TRUMPF 전문가는 SIMIT 모델 라이브러리를 사용하여 여러 개별 기계 모델을 반자동으로 구성하는 구성 소프트웨어를 개발했습니다. 이 디지털 트윈 구성 소프트웨어를 통해 시뮬레이션 커넥터에 대한 공유 메모리 인터페이스의 매개변수를 설정할 수 있습니다. 아울러 사내 링크를 개발했으며 SIMIT 동작 모델을 VNCK(가상 숫자 제어 커널)와 동기화하고 관련된 모든 소프트웨어 도구를 조정할 수 있습니다.

그중에서 SIMIT 및 Mechatronics Concept Designer와 자체 개발된 소프트웨어 도구는 버전 상태가 서로 다른 부품과 어셈블리를 사용할 수 있도록 지원하여 이른바 가상 vTM(TRUMPF Machine)의 가능한 모든 구성에 대한 포괄적인 디지털 트윈을 컴파일할 수 있습니다. 계속해서 기계에 장착할 수 있는 모든 자동 취급 장비가 추가될 것입니다. "표준 기계의 디지털 트윈은 SIMIT 80%, Mechatronics Concept Designer 모델 20%로 구성될 것입니다."라고 전체 소프트웨어 솔루션 개발을 담당했던 기계 동역학 엔지니어인 Kevin Diebels는 말합니다. "기계에 자동 처리 기능이 탑재된 경우 이 비율은 반대가 됩니다."

단기간 내 소프트웨어 테스트 시행

모든 필요한 기계 구성에 대한 포괄적 디지털 트윈을 자동으로 생성하는 자동화 테스트 솔루션에 투자함으로써 여러 측면에서 성과를 거두고 있습니다. 그중 하나는 모델 라이브러리에 특정 유형 기계의 모든 컴포넌트가 포함된 경우, 물리적 프로토타입이 아닌 디지털 테스트를 위한 새로운 기계를 구성하는 데 소요되는 시간과 비용을 크게 절감했다는 것입니다. "2일 내에 비슷한 기계를 모델링할 수 있었습니다."라고 Diebels는 말합니다.

테스트에 필요한 시간은 놀라울 정도로 단축되었습니다. "이전에는 소프트웨어 릴리스 테스트에 몇 주가 소요되었지만 이제는 하룻밤 사이에 테스트를 완료할 수 있습니다."라고 Diebels가 덧붙입니다. "Mechatronics Concept Designer 및 SIMIT를 사용한 자동화 테스트 절차는 더 다양한 구성 옵션을 제공합니다."

Renz는 "가상 TRUMPF Machine을 테스트 베드로 사용하는 소프트웨어 테스트를 통해 버그가 없는 소프트웨어를 보장하는 동시에 혁신 제품의 출시 시간을 크게 단축할 수 있습니다."라고 말합니다. "1년 이내에 투자 수익이 발생할 것으로 기대합니다."