session 01 임현준 - mplo.net · 설계및가공시검증및simulation을위한digital mockup....

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제조 경쟁력 향상을 위한Digital Manufacturing

홍익대학교 기계·시스템디자인공학과임현준

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UGS PLM Software

제조 시스템의 정의

생산 요소제품설비, 작업자공정일정

생산 요소의 유기적 결합 제조 시스템


UGS PLM Software

제조업의 불변 과제

작업자 환경, 안전 개선

다품종 다량 생산

소비자 요구에 신속 응답

품질 향상

설계 기간 단축

생산 비용 절감


UGS PLM Software

제조업 환경의 변화

20세기대량생산 (mass production)노동 집약적, 경험 기반전문화, 조직화제조사 중심

21세기대량맞춤 (mass customization)정보 집약적, 지식 기반분산 및 협업 (글로벌화)소비자 중심


UGS PLM Software

글로벌화Increase in mergers, acquisitions and joint venturesGlobal branding v. regional differentiationOEM globalization impacting expansion requirements of dependent suppliers

글로벌화Increase in mergers, acquisitions and joint venturesGlobal branding v. regional differentiationOEM globalization impacting expansion requirements of dependent suppliers

주식 가치의 정체Value driven by innovation and “soft assets” v. hard assets and scaleDeclining / stagnant valuationsLow investor confidence in investment capabilities for the future

주식 가치의 정체Value driven by innovation and “soft assets” v. hard assets and scaleDeclining / stagnant valuationsLow investor confidence in investment capabilities for the future

제품 수명의 단축Importance of brand development and customer retention / captureDramatic reduction in product development time; product niches emerging in prominence

제품 수명의 단축Importance of brand development and customer retention / captureDramatic reduction in product development time; product niches emerging in prominence

소비자 요구 급증“Build to Stock” being replaced by “Build to Order”Considerable doubt that the exclusive in-dealer sales process will surviveIntegration / packaging of products & services

소비자 요구 급증“Build to Stock” being replaced by “Build to Order”Considerable doubt that the exclusive in-dealer sales process will surviveIntegration / packaging of products & services

시장의 침체Market growth is relatively smallMargins are thin – average price per vehicle is flat last 3 yearsEmerging B2B business models –purchasing & supply chain collaboration

시장의 침체Market growth is relatively smallMargins are thin – average price per vehicle is flat last 3 yearsEmerging B2B business models –purchasing & supply chain collaboration

e-Business Insights around buyers and their preferencesNew ordering channel is emerging beyond “experimental” stageEmerging B2B business models – purchasing & supply chain collaboration

e-Business Insights around buyers and their preferencesNew ordering channel is emerging beyond “experimental” stageEmerging B2B business models – purchasing & supply chain collaboration

예) 자동차 산업의 환경 변화


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제조 경쟁력 향상을 위한 요소

제품 설계설계 기간 단축설계 정보 활용 효과 극대화

설비설비 개선 및 자동화, 로봇인간공학

공정공정 효율 개선

일정정확한 일정 관리실시간 일정 변경


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제조 경쟁력향상을 위한 전략 체계 변화

분산과분산과 협업협업분야별 전문화

부서별 정보화

경험적 판단

규모의 경쟁

부분 최적화

우선 순위 선택 (Trade-Off)

라이프라이프 사이클사이클 정보정보 구축구축

지식지식 시스템시스템

효율과효율과 성장성장

전체전체 최적화최적화

WinWin--Win Win 전략전략


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제품의 기획 단계에서부터 설계/생산/판매/서비스 까지 제품의 생명주기 전 분야에걸친 제품정보 관리

Product Lifecycle Management


UGS PLM Software

제조 분야 PLMPortfolio &

RequirementPlanning

ProductConcept &

Development

Manufacturing& FactoryPlanning

ProductionTest &

Quality

Maintenance& Repair

Operation

요구 사양 관리

제품 설계 구매 관리 제품유지보수 관리

Digital Manufacturing

제품 개발 주기 Data (BOM/CAD) & Process 관리

제품 개발 주기 Project 관리 (자원,일정,위기,비용 등)

사내 및 협력업체를 위한 협업 시스템

타 관리 시스템과의 통합

CAD/CAM/CAE/CAT

작업 공법서 및 발주서 등 시스템 기반의 문서 관리

설계 및 가공 시 검증 및 Simulation을 위한 Digital Mockup


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PLM시스템의 외적 구성 및 위치

Digital FactoryDigital Factory

ERPERP

CRMCRMKMSKMS

IntelligentDesignSystem

DigitalManufacturing

System

PDMSystem

PLMPLMPLM

ERP등과 독립적으로 운용 가능

ERP등 회사의 기존시스템과 연동 시 효율 극대

(PLM : 제품의 라이프사이클 정보 통합 관리)

SCMSCM


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PLM시스템의 내적 구성 및 위치

Intelligent Design System Digital Manufacturing System

CAD CAE CAM Virtual prototypingVirtual FactoryProcess planning validationScheduling validationRobot simulationNC simulationPLC simulation

PLM[Product Lifecycle Management]

PDM [Product Data Management]

3D ModelingParametric ModelingKnowledge Based Design

FEM AnalysisDynamic AnalysisKinematic Analysis

Lathe MachiningSurface MachiningNC FabricationRobotic OLP

BOM DOCUMENT ROUTING WORKINSTRUCTION

DRAWING

ERP[Enterprise Resource Planning]

SCM[Supply Chain Management]]

CRM[Customer Relationship Managemt]]

E-CommerceBased on Internet Technology


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Multi-C

AD

PLM XML

TC Extensions (Application Interface)

Web Services

PLM XML GeometryGeometry

StructureStructurePMI GD&TPMI GD&T

FeaturesFeatures

ProcessProcess

PLM Vis

Web Services

Project MgmtRequirements

Change MgmtConfiguration Mgmt

Digital Product Development

Digital Manufacturing의 역할

Manufacturing Execution Systems

Point Solutions

Point Solutions

Digital Manufacturing


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As DesignedAs Designed As PlannedAs Planned As BuiltAs Built As MaintainedAs Maintained

SpecificationsSpecificationsStandardsStandardsRegulatoryRegulatory

RequirementsRequirements

Part Part ProcessProcessOperationsOperations

Bill of Bill of ProcessProcessCADCAD BOMBOM Build CaptureBuild Capture

Batch/LotBatch/LotDate/TimeDate/TimeLocationLocationEventsEvents

ServiceService

DocumentationDocumentationRepair PathsRepair PathsRequirementsRequirements

Digital ManufacturingDigital Manufacturing

Digital Manufacturing의 위치


UGS PLM Software

Digital Manufacturing is an integrated suite of tools that work Digital Manufacturing is an integrated suite of tools that work with product with product definition data to support tool design, manufacturing process dedefinition data to support tool design, manufacturing process design, sign,

visualization, simulation, and other analyses necessary to visualization, simulation, and other analyses necessary to optimize the optimize the manufacturing process. manufacturing process.

Digital Manufacturing (정의)


UGS PLM Software

Digital Manufacturing (정의)

대상

방법

적용

목표

생산시스템의 물리적, 논리적 구성요소들과 거동을

엄밀하게 모델링하여 통합된 모델을 구성하고, 컴퓨터, 네트워크, DB 등 다양한 IT 기술을 활용한 시뮬레이션을 통해

생산의 전과정에 걸쳐 관련된 여러 부문에서의 의사결정과

제어를 수행함으로써

신속하고 효율적인 제품의 개발 및 생산을 실현하고자 하는

기술

{ [ ( CAD + Simulation ) + 공유 정보 모델 ] + 엔지니어링 }


UGS PLM Software

실물을 만들지 않고 Digital Mock-Up상에서 가능한 한 시뮬레이션을

행하는 것으로 원가절감, 품질향상, 기간절감을 실현한다.

공장, 생산라인을 세우기 전에

Digital Factory상에서 가능한 한

시뮬레이션을 행하는 것으로 양산

시점을 앞당긴다.

무엇을무엇을사용하는가사용하는가

무엇을무엇을만드는가만드는가

무엇을무엇을하는가하는가

설계 생산기술

DMU vs. DM

Digital Mockup Digital Manufacturing

도면 Layout


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자동차 설계 및 생산계획 업무 개선 방향


UGS PLM Software

Digital Manufacturing (=simulation)

시뮬레이션(simulation)의 효과사전 검증을 통해 실수 및 시행착오 감소쉽고 빠른 의사 결정을 통해 제품 개발 기간 단축이해 당사자간의 커뮤니케이션 용이비용 절감


UGS PLM Software

디지털 / 가상 공장

Digital / Virtual Factory, Clone Factory, Genetic Factory: Digital manufacturing을 통해 구성된 가상공간의 공장(컴퓨터모델)

디지털/가상공장의 기능적 요소공정설계 (Process planning)공장 설계 (Factory layout)제조 공정의 시뮬레이션 (Robots, PLC, Transporters, …) 인간공학적 분석 및 인적 요소의 분석가시화와 협업


UGS PLM Software

디지털/ 가상 공장의 역할


UGS PLM Software

디지털 / 가상 공장의 역할

일본의

어떤 회사


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Conceptual Design

•• Product EngineeringProduct Engineering

•• Process EngineeringProcess Engineering

•• ManufacturingManufacturing

Maintenance & Training

PLM 틀에서 DM의 적용 범주

DM


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• 설계중심 DM (Design-centered DM)

• 생산중심 DM (Production-centered DM)

• 제어중심 DM (Control-centered DM)

설계

공장 생산실행 & 모니터링

ERP/PLM시스템

공정장비

물류장비

셀 제어기

디지털 생산실행 & 모니터링

공정장비모델

셀 제어기모델

일정계획

공장

운영제어시스템디지털 생산시스템

디지털생산 I/F

디지털생산 I/F

디지털생산 I/F

생산준비

물류장비모델

Digital Manufacturing의 적용


UGS PLM Software

설계중심 Digital Manufacturing• 제품의 설계과정에서 새로운 아이디어 개발과 관리를

효과적으로 수행할 수 있는 개념설계 환경을 구축

• 가상시제품의 제작과 시각화, 가상시제품을 이용한 성능

분석, 시험과 평가와 생산 용이성 및 효율 평가를 지원

• CAD 시스템과 연계하여

DFM(생산을 고려한 설계)을지원하는 PLM 시스템으로

발전 (예, 제품설계 변경 →

공정계획/공정데이터 변경 →

라인/설비의 변경 사이의

원활한 디지털 협업 달성)


UGS PLM Software

– Design for Assembly

– Design for Manufacturing

– Validate Integration of Systems

– Human System Integration

– Design for Cost

– Design for Maintainability

Product EngineeringProduct Engineering

설계중심 Digital Manufacturing

예) Tagos 23 : 수중 탐사선

– 2차원 도면에서 상세한 부분의 동작까지 제어 가능한 3차원

모델링으로의 전환

– 효과 : 설계 기간 6개월 단축 / 설계와 설계 검증에서 1,500,000 $ 비용 절약


UGS PLM Software

생산중심 Digital Manufacturing

• 생산계획 단계에서 제품 생산을 위한 여러 제조공정

대안을 분석하고, 생산라인과 공장을 설계 또는 최적화

• 제품을 실제로 생산하는 데 필요한 제조시스템의

설계/구축과 각종 제조정보의 생성 및 검증을 하나의

통합된 환경에서 지원(디지털/가상공장)

• 제품개발에서 양산까지 다양한 업무들에서 제품, 공정, 자원들에 대한 표준화, 공유, 협업 달성

Product Design Layout Planning

Robotics/ErgonomicsNC Simulation &

Quality AssuranceFactory Flow Simulation

Time MeasurementProcess Planning

Production Management


– Assembly Sequencing and Planning

– Human Simulation

– Robotic Simulation

– Digital Mock-up of Production Tooling

– NC Part & Process Verification

– Facility Throughput Analysis

Process EngineeringProcess Engineering



ManufacturingManufacturing– Validate Sequence of Operations

– Validate Build Packages

– Determine acceptable “build around” conditions

– Robotic Off-Line Programming

– NC & CMM Program Verification



UGS PLM Software

예) 생산중심 DM의 고려 대상

Workers

Transport

Product

Tools

PLC

Container

Weld points

Robots

Container

Product

Tools

Robots


UGS PLM Software

제어중심 Digital Manufacturing

• 실제 제품이 생산되는 과정에서 공정의 최적화을 위하여

시뮬레이션 활용

• 실제 제조시스템과 정보시스템에 대한 기능을 모두

컴퓨터상에서 디지털 모델로 가상적으로 표현, 실제

시스템을 모니터링, 제어

• 관리자의 효율적이고 올바른 의사결정을 지원

공정장비

물류장비

셀 제어기

공정장비모델

셀 제어기모델

디지털생산 I/F

디지털생산 I/F

디지털생산 I/F

물류장비모델

<실제 생산시스템> <DM 시스템>


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DM의 세부 응용 분야

– 새로운 아이디어의 개발과 관리를 효과적으로 수행할 수 있는 개념

설계 지원

– 빠르게 변화하는 고객의 요구를 만족시키는 신속한 제품 개발

제품 개발

– 건축/시설/장비 모델 및 관련 정보 통합 관리

– 공정설계/계획, 일정계획 작성, 검증과 최적화

– 공장 레이아웃 결정 및 최적화

– 유지보수와 작업자 교육 지원, 멀티미디어 설명서로 활용

공장 설계 및

운영

– 3차원 CAD를 통한 제품설계와 연계

– 제품, 부품 모델, DMU 구성을 통한 해석 및 종합 평가 환경 구축,

운영

– 건축물, 설비와 각종 부속물 등에 대한 통합적인 모델링, 검증

제품

가상 엔지니어링

내용응용 분야


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– 공정/자재흐름 분석 및 최적화

– 싸이클타임, 생산량, 납기, 필요 공간 등의 신뢰성 있는 예측

– 병목 현상 식별, 대체 수단 평가

생산 운영

시뮬레이션

– 가상가공을 통한 NC 프로그램 작성, 검증 및 최적화

– 각종 치공구 설계 및 검증

– 로봇 시뮬레이션과 OLP를 통한 로봇 프로그램 작성, 검증

및 최적화

– 조립품 시각화 및 분석, 부품/치공구들 간의 간섭 확인 및 조

립 공정/작업 최적화

– 인간공학적 분석을 통한 작업성 평가, 안전도 검증

공정 검증 및 평가

내용응용 분야



UGS PLM Software

– 측정장비 시뮬레이션과 OLP, 허용 한계 분석

– 품질 예측, 불량 요인 도출 및 대안 검토검사/품질 관리

– 제품/공정/설비/공장 시각화에 따른 작업자의 이해 증진

– 작업 오류 방지와 개선안 도출 및 평가

제품/공정/설비/공장

시각화

– 제품설계와 제조과정의 통합, CE의 실현

– 제품, 공정 및 생산시스템에 대한 정보 Infrastructure 구성

– 제품의 전 Life Cycle에 걸친 Workflow, Information flow

모델링 및 관리, 구성원들 사이의 용이한 Communication

달성

정보/공유 관리

(PLM)

내용응용 분야



UGS PLM Software

As-Is To-Be

제품설계 수정/변경

생산 엔지니어링 현장 Trial/

Check

제품설계` 수정/변경

생산엔지니어링 현장 Trial/

Check

Time

Effort

100%

ModelFix

양산

제품설계 생산엔지니어링

현장 Trial/Check

수정/변경

Time

Effort

100%

ModelFix

양산

제품설계

생산엔지니어링

현장 Trial/Check

수정/변경

Digital Manufacturing 적용 효과


UGS PLM Software

리드 타임 단축리드 타임 단축

양산 개시 기간 단축,품질/ throughput 향상

양산 개시 기간 단축,품질/ throughput 향상

Communication의질과 속도의 향상Communication의질과 속도의 향상

생기 노하우 자산화Concurrent Engineering생기 노하우 자산화Concurrent Engineering

정보 표준화, 재사용에 따른,조기

공법설계

Simulation에 의한 검증 및 최적화

Digital화에 의한 정보 전달과 동시

공유 （Web)

생산 공정 정보의 일원화된 관리

DM은 PLM에 의한 제조 Process에서 필요한 역할 수행DM은 PLM에 의한 제조 Process에서 필요한 역할 수행

DM 기대 효과

구현방법 / Solution 기대효과


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공수

시간Virtual Engineering Physical Engineering

현재

Full양산

철저한 가상공정검증사전 검증의 확충에 따른실 부품의 수정 배제(수직 실시)

제품설계와 공법설계 단기간에 동시 진행, 수직양산이가능한 생산준비 프로세스를 실현

공법설계의 선행설계IT와 연계한 공정설계

및 공정 검증 툴 활용

DM을 통한 협업 설계생산공정 정보의 통합 / 공유에의한 공정설계 업무 전체 효율화

DM 기대 효과 (생산프로세스혁신)


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개요조사기관 :조사방법 : 미국, 유럽, 일본의 자동차, 항공, 조선의 12개사 대상출처 : The Benefits of Digital Manufacturing, Mar. 2003

DM을 적용한 전반적 이점Reduction in overall production cost : 13 %Increased production throughput: 15 %Reduction in overall time-to-market : 30 %


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제품과 툴 설계제품설계 시간 : 10 % 감소툴 설계 개선 : 30 % 향상 (제조 환경 Visualization)커뮤니케이션/협업 : 35 % 향상 (제품 설계 Visualization)설계변경 : 65 % 감소 (동시공학과 시뮬레이션)

공정 계획생산 전 공정 검증에 따른 품질 향상에 의한 비용 절감 : 15 %생산 공정 계획 시간 단축에 의한 비용 절감 : 40 %(동시공학적 환경하에서 제품계획과 공정계획의 수행,프로세스 시뮬레이션을 통한 프로세스 검증,Best Practice를 통한 품질의 향상)



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작업 계획과 생산재고 감소에 따른 비용 절감 : 10 %최적화된 레이아웃 설계에 따른 비용 절감 : 25 %작업자 작업 분배율 향상에 따른 비용 절감 : 30 %물류/자재 흐름 최적화에 따른 비용 절감 : 35 %작업 설비 감소에 따른 비용 절감 : 40 %(작업장모델링을 통한 생산과 조립작업의 시뮬레이션을 통한간섭/충돌 등 조립문제의 최소화, 라인 밸런싱 및 혼류 생산,공장레이아웃의 디지털 검증)



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업종별 DM의 효과 분석

• 중앙 집약적 대량 생산 제조업(자동차, 반도체 등)• 매우 복잡한 제품을 소량 생산하는 산업(항공, 조선 등)

적용 대상

• Time-to-market 30-50% 감소(효과적 concurrent engineering)

• 제품 가격 10-25% 감소(DFM, DFA 실현)• ECR 80-90% 감소(모든 제조 프로세스가 Virtual

Manufacturing 환경에서 디버깅)• 라인 개조, 설계 시간 20% 감소(현존 라인 분석, 제품 변화,

프로세스 개선 등의 신뢰성 있는 검토 용이)

중앙집약적

대량생산

제조업(자동차, 반도체 등)

• 생산성 증가, 조립 과정과 툴링 개선 및 개발 용이(복잡한

제품, 공정에 대한 용이하고 정확한 파악)– 단품 생산시 초기 생산 시간과 MH 58% 감소, 추후 생산시

42% 절약(항공산업의 예)• 프로젝트 수주, 영업 활동 용이(정확한 생산가능성/비용 산출

가능, customer relation에 시뮬레이션 활용)

복잡한 제품

소량 제조업(항공, 조선 등)

(D. H. Brown Associates, Inc., 1999)


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A few quotes ….Deloitte, Mastering Innovation:

“Over the next six years, more than 70% of today’s products will be obsolete.”

Michael Grieves (U. of Arizona), DM in PLM Environments, CIMdata:

“DM의 point solution들을 사용하는 것 보다 DM을 full로 사용하여야,

DM만 단독으로 사용하는 것 보다 PLM과 연계하여 함께 사용하여야,

PLM만을 사용하는 것 보다는 ERP, SCM, CRM등과 함께 사용하여야

훨씬 효과적인 혁신을 이룰 수 있다.”

Peter Drucker, Next Society:

“Next Society는 knowledge worker가 주도하는 세상이 될 것이며 특히

knowledge technologist가 급상승할 것이다.”


UGS PLM Software

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