디지털 가상생산 기술의 이해와

효율적인 적용 전략

노상도 (sdnoh@skku.edu)

성균관대학교 공과대학

시스템경영공학과

노상도 (曼成 盧相道) • KAIST 기계공학과 (1988~1992)

• 서울대학교 기계설계학과 석사, 박사 (1992~1999)

(박사학위논문:“협조적 엔지니어링을 위한 네트워크 가상생산”)

• 고등기술연구원 생산기술센터 선임연구원 (1999~2001)

• 성균관대학교 공과대학 시스템경영공학과 교수 (2002~현재)

• Visiting Researcher, Manufacturing Systems Research Lab, GM Global R&D Center (2008~2009)

• 주요 연구 분야: 엔지니어링 프로세스 및 생산시스템, 디지털 가상생산, PLM (Product Lifecycle Management), 엔지니어링 자동화 및

상호운용성, e-Manufacturing, 대량 맞춤형 네트워크 생산, 지속가능

생산

2

(전자 부품 공장, 2012)

관련 기술 적용 및 개발: 53건 • 자동차공장 24건 (프레스 4, 차체 5, 도장 2, 조립 13), 엔진/변속기

공장 4건, 금형공장 4건, 중공업(조선 3, 중장비 4) 공장 7건, 폐차공

장 2건, 전자조립공장 4건, 전자 부품 공장 2건, 자동차부품 공장 2

건, 건설/토목 4건

(자동차 프레스공장, 2009)

(중공업 형강공장, 2004) (자동차 조립공장, 2008) (자동차 프레스 라인, 2007)

(변속기 공장, 2008)

(자동차 조립공장, 2005)

(전자 조립 공장, 2013)

3

Contents

1. 디지털 가상생산과 엔지니어링 프런트로딩

2. 디지털 가상생산 - 개념, 적용 분야 및 효과

3. 지속적이고 효율적인 디지털 가상생산 기술 적용 전략

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Contents

1. 디지털 가상생산과 엔지니어링 프런트로딩

2. 디지털 가상생산 - 개념, 적용 분야 및 효과

3. 지속적이고 효율적인 디지털 가상생산 기술 적용 전략

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- 6 -

동시공학의 문제

개념, 설계, 계획, 일정과

실제 실행, 상황, 결과와의

불일치로 인한 오류 발생과

이를 수정하기 위한 재작업 6

엔지니어링 프론트로딩과 디지털 가상생산

20-24 14-17 1-3 +3

Num

ber

of Engin

eering C

hanges

Engineering Change Cost Magnitude

1X 100X 1000X

Product Introduction

(H. Crabb, 2001)

7

엔지니어링 프론트로딩과 디지털 가상생산

20-24 14-17 1-3 +3

Num

ber

of

Engin

eering C

hanges

Engineering Change Cost Magnitude

1X 100X 1000X

Product Introduction

(H. Crabb, 2001)

DFx (Design For x),

CE (Concurrent Engineering),

SE (Simultaneous Engineering),

Collaborative Engineering,

System Engineering,

FEED (Front End Engineering and

Design),

SBD (Simulation Based Design),

M&S (Modeling & Simulation),

PLM (Product Lifecycle Management)

적용방법, 수단, 콘텐츠, 내용

8

디지털 가상생산 -“문제의 가시화”

제품의 가시화

제조공정/작업의 가시화

설비/레이아웃/공장 가시화

문제의 가시화

(자동차 조립 공장, 2006)

9

디지털 가상생산 기반 가공데이터 생성 및 검증 (금형 가공공장, 2005)

생산현장 제품,공정,설비 (PLM)

디지털 가상생산

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machining simulation/okuma_setup1_edit.aviresource_creation/final.aviprocess_template/process_template.avi

모션캡쳐와 디지털휴먼 기반의 공정/작업 분석 (모듈 조립공장, 2012)

생산현장 공정/작업, 표준시간

디지털 가상생산

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Contents

1. 디지털 가상생산과 엔지니어링 프런트로딩

2. 디지털 가상생산 - 개념, 적용 분야 및 효과

3. 지속적이고 효율적인 디지털 가상생산 기술 적용 전략

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디지털 가상생산 - 개념

Design

Verify

Release

Build

“Make it in a computer”

Design

Build

Test

Fix

“Make it physically”

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디지털 가상생산 - 정의

신속하고 효율적인 제품 개발 및 생산을 실현하는

기술

제품 개발 및 생산의 초기 단계에서부터 제품수명

주기에 전반에 걸쳐 여러 부문에서 사전 검증, 최적

의 의사 결정과 제어를 수행함으로써

엄밀하게 모델링하여 통합된 컴퓨터 모델을 구성하

고, 여러 가지 새로운 정보기술들을 활용하여

생산시스템의 물리적, 논리적 구성요소들과 거동을 대상

방법

적용

목표

14

- 15 -

적용 분야 (1/4) - 가상 엔지니어링

• 3D CAD 시스템 활용, 제품/부품 모델 구성 및 관리 • DMU 구성, 설계 해석 및 평가 • 초기 단계에서 지속적인 DFx 적용

(엔진 조립 공장, 2004) (자동차 조립공장, 2004)

15

적용 분야 (2/4) – 공장 설계 및 운영

• 장비/시설 모델링 및 관련 정보 저장, 검색, 관리 • 공정계획과 일정계획 작성, 운영 시뮬레이션을 통한 최적화 • 공장 layout 결정 및 장비, 시설 보수 지원 • 작업자 교육 시스템 및 사용, 정비 설명서

(중공업 형강공장, 2003) (자동차 프레스공장, 2008)

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적용 분야 (3/4) – 공정 검증 및 평가

• 가공 시뮬레이션과 NC 프로그래밍 − NC 프로그램 작성, 검증 및 최적화

• Jig/Fixture 설계 및 결정, 검증

• 로봇 시뮬레이션과 off-Line 프로그래밍 − 로봇 프로그램 작성 및 검증

• Assembly 시뮬레이션/DPA − 조립품 시각화, 부품과 Jig/Fixture간의

간섭 확인 및 조립 공정/작업 최적화

• Human 모델링 − 작업성 평가, 안전도 검증, 작업 표준 작성

(자동차 모듈 조립공장, 2012)

17

• 공장 시뮬레이션 – 작업공정 시뮬레이션 수행; 생산성/물류

분석, 병목현상 식별, 대체수단 평가 등

• 검사/품질관리 – 측정장비 off-Line 프로그램 작성(CMM),

허용한계 분석

– 품질 예측, 불량 요인 도출 및 대안 분석

• 제품/설비/공정 시각화 – 제품/설비/공정의 시각화에 따른

작업자의 이해 증진

– 작업 오류 방지와 개선안 도출 용이

적용 분야 (4/4) – 공장 분석, 평가 및 시각화

(자동차 조립공장, 2006)

(자동차 차체공장, 2012) 18

디지털 가상생산 – 부문별 적용 효과

As-Is

제품설계 수정/변경

생산 엔지니어링 현장 Trial/

Check

Time

Effort

100%

Model Fix 양산

제품설계 생산엔지니어링

현장 Trial/Check

수정/변경

To-Be

제품설계` 수정/변경

생산엔지니어링 현장 Trial/

Check

Time

Effort

100%

Model Fix 양산

제품설계

생산엔지니어링

현장 Trial/Check

수정/변경

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Contents

1. 디지털 가상생산과 엔지니어링 프런트로딩

2. 디지털 가상생산 - 개념, 적용 분야 및 효과

3. 지속적이고 효율적인 디지털 가상생산 기술 적용 전략

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디지털 가상생산 적용 시 문제점 (1/3) (모델의 규모와 복잡성)

Problem formulation Setting of objectives and overall project plan

Model Conceptualization Data collection

Model translation

Verified ?

Validated ?

Experimental design

Production runs and analysis

More ?

Documentation and reporting

Implementation

Product

+ Part A

-Assy B

Part I

Part II

Feature

Weld 1

Weld 2

Product

Process

+ Process A

- Process B

Op. 1

Op. 2

Process

Layout

+ Line A

- Line B

Station I

Station II

Drawing

Drawing

Plant

In-Class

+ Lib A

Tool A

Tool B

Unit I

Unit II

Resource

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디지털 가상생산 적용 시 문제점 (2/3) (데이터, 모델의 변경)

제조라인 변경

제조계획 변경

제조라인 신설

일, 주 단위로 변경 월 단위로 변경 분기, 년 단위로 변경

공정배분 및 작업시간 ,

자재운반 및 투입 방법/장

비/인력, 자재 취급 및 저

장소 등

제조 순서, 라인 구성, 작

업 (셀) 변경 및 추가

신규 라인의 개념, 형

태, 계획, 작업(셀) 배치

• 경험을 바탕, 엑셀 관리

• 예상과 다른 경우가 다수 발생 (납기지연 유발)

• 생기 주관으로 다수의 회의, 협의를 통해 결정

• 효율적 검증 필요

• 신뢰성있는 데이터 확보 난이

• 외주 용역 검토

22

디지털 가상생산 적용 시 문제점 (3/3) (모델 구성, 적용 시점)

Phase 0:

Planning

Phase 1:

Concept

Development

Phase 2:

System-

Level Design

Phase 3:

Detail Design

Phase 4:

Testing and

Refinement

Phase 5:

Production

Ramp-Up

데이터 확보 용이성

적용 모델 복잡성

분석 결과 정확성

공수대비 적용 효과 높음 작음

낮음(실제와 차이 존재) 높음(실제와 거의 일치)

낮음(난이) 높음(용이)

낮음(대략적) 높음(상세함)

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디지털 가상생산과 상호운용 기술

Phase 0:

Planning

Phase 1:

Concept

Development

Phase 2:

System-

Level Design

Phase 3:

Detail Design

Phase 4:

Testing and

Refinement

Phase 5:

Production

Ramp-Up

데이터 확보 용이성

적용 모델 복잡성

분석 결과 정확성

공수대비 적용 효과 높음 작음

낮음(실제와 차이 존재) 높음(실제와 거의 일치)

낮음(난이) 높음(용이)

낮음(대략적) 높음(상세함)

상호운용 기술 (정보/프로세스 표준화, 프

로세스 연동, 정보 자동교환 및 업무 수행

자동화)을 바탕으로 한 디지털 가상생산

모델링&시뮬레이션 자동화, 초기 단계에

서부터의 지속적인 엔지니어링 수행

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디지털 가상생산과 상호운용 기술

• 정보/프로세스 표준화 − 계획, 설계, 분석, 개선 프로세스와 개별 업무들의 정형화 − 업무별 입출력 데이터와 모델, 참조/보고 장표들의 표준화 − 다양한 사용자 관점에서의 M&S기반 업무 프로세스와 지원

시스템 설계

• 프로세스 연동 − 대상 프로세스들의 연동을 위한 표준 정보 모델 구성 − 표준 정보 모델과 연동 업무별, 엔지니어링 소프트웨어별 표준

모델 정의

• 정보 자동 교환 및 업무 수행 자동화 − 이기종 업무/엔지니어링 소프트웨어들의 모델링&시뮬레이션

자동화

− 이기종 업무/엔지니어링 소프트웨어들의 간의 상호운용성 구현과 자동화

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감사합니다. (Q&A)

노상도 (sdnoh@skku.edu)

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