KR101621089B1 - 제조 프로세스 시스템 및 제조 프로세스 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가공 표면(machined surface)의 신뢰도를 보장하기 위해 제조 프로세스를 제어하는 시스템(100)에 관한 것이다. 이 시스템은 정보를 저장하는 데이터베이스(120)와, 프로세서를 포함하며 상기 데이터베이스에 통신가능하게 결합되어, 제조 부품 프로세스(manufactured part process) 및 시료 테스트와 관련된 데이터를 수신하도록 구성된 컴퓨터 시스템(122)을 포함한다. 상기 컴퓨터 시스템은 또한, 적어도 하나의 제조 프로세스의 적용 절차와 상기 적어도 하나의 제조 프로세스의 적어도 하나의 파라미터 중 적어도 하나를 사용하여 부품의 서비스 수명에 영향을 줄 수 있는, 상기 부품 제조에 사용되는 적어도 하나의 제조 프로세스를 식별하여 상기 파라미터의 허용 범위를 결정하고, 상기 적어도 하나의 제조 프로세스 동안에 사용된 제조 프로세스 파라미터에 대한 조사 데이터(survey data) -상기 조사 데이터는 상기 부품을 제조하기 위해 공급 체인 전반에 걸쳐 판매자에 의해 사용된 제조 프로세스 및 제조 프로세스 파라미터 및 상기 프로세스 동안 사용된 상기 제조 프로세스 파라미터의 범위를 포함함- 를 평가하며, 상기 적어도 하나의 제조 프로세스에 의해 잠재적으로 영향을 받는 제조 부품에 대한 식별 데이터를 수신하고, 특징 시료 저주기 피로(LCF; low cycle fatigue) 실험 계획법(DOE; design of experiment) -상기 DOE는 시료 디자인(specimen design), 시료 기하구조에 대한 수명 정정(life correction for specimen geometry), 재료 계보에 대한 수명 정정(life correction for material pedigree) 중 적어도 하나를 포함함- 에 대한 데이터를 평가하되, 복수의 제조 프로세스 및 관련 프로세스 파라미터를 동시에 평가하며, 복수의 프로세스 파라미터 조건 세트에서 상기 부품 및 상기 제조 프로세스 중 적어도 하나를 평가함으로써 LCF 수명 분포를 결정하고, 상기 LCF 성능에 영향을 주는 프로세스 파라미터를 식별하며, 안전한 동작 -상기 안전한 동작은 허용가능한 저주기 피로 결과가 달성될 수 있는 부품의 동작을 지칭함- 을 위한 각각의 식별된 프로세스 파라미터에 대한 허용 범위를 결정하고, 프로세스 측정 통계치를 사용하여 상기 식별된 프로세스 파라미터 및 상기 결정된 허용 범위를 분석하며, 상기 프로세스 측정 통계치를 사용하여 각 프로세스를 평가하고, 각각의 프로세스 파라미터 세트의 허용성(acceptability)을 결정하기 위한 프로세스 특성 통계 방법을 이용하여 상기 LCF 결과에 기초한 상기 제조 프로세스 동안 사용되는 프로세스 파라미터의 허용 범위를 포함하는 부품 프로세스 윈도우를 결정하며, 상기 부품 및 상기 프로세스 중 적어도 하나와 관련된 사양(specification)으로 구현된 상기 프로세스 윈도우를 출력하도록 구성된다.

Description

제조 프로세스 시스템 및 제조 프로세스 제어 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR MACHINING PROCESS CONTROL}
본 발명은 일반적으로 제조 부품(manufactured parts)에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 그러한 부품을 제조하는데 사용되는 프로세스를 제어하는 방법 및 시스템에 관한 것이다.
적어도 일부 공지되어 있는 종래의 제조 프로세스는 제조 부품의 재료 특성의 열화를 방지하도록 제어되지 않으면 그러한 재료 특성을 열화시킬 수 있다. 재료 특성의 열화는 제조 부품의 피로 수명을 감소시켜 제조 부품이 디자인 의도(design intent)를 만족하지 않을 수 있다.
현재, 제조 공정의 제어는 조작자의 경험 및/또는 제조 모범사례 문서(manufacturing best practice documents)를 이용하여 수행된다. 이들 문서는 공지되어 있는 과거의 실패사례(past failure)에 기초할 수 있으며, 이들 문서에 대한 업데이트는 장래의 실패를 방지하기 위한 현장 경험에 기초할 수 있다. 그러나, 실패를 극복하기 위한 프로세스에 대한 이러한 주관적이고 비포괄적인 조정은 시간 소모적이고 부정확하기 쉽다.
일실시예에서, 가공 표면(machined surface)의 신뢰도를 보장하기 위해 제조 프로세스를 제어하는 시스템은 정보를 저장하는 데이터베이스와, 데이터베이스에 통신가능하게 결합된 컴퓨터 시스템을 포함한다. 이 컴퓨터 시스템은 프로세서를 포함하며, 제조 부품 프로세스(manufactured part process) 및 프로세스 평가 테스트와 관련된 데이터를 수신하도록 구성된다. 상기 컴퓨터 시스템은 또한 적어도 하나의 제조 프로세스의 적용 절차와 상기 적어도 하나의 제조 프로세스의 적어도 하나의 파라미터 중 적어도 하나를 사용하여 부품의 수명에 영향을 줄 수 있는, 부품 제조에 사용되는 적어도 하나의 제조 프로세스를 식별하여 상기 파라미터의 허용 범위를 결정하도록 구성된다. 상기 컴퓨터 시스템은 또한 적어도 하나의 제조 프로세스 동안에 사용된 제조 프로세스 파라미터에 대한 조사 데이터(survey data)를 평가하도록 구성되고, 상기 조사 데이터는 상기 부품을 제조하기 위해 공급 체인 전반에 걸쳐 제조 소스에 의해 사용된 제조 프로세스 및 제조 프로세스 파라미터 및 상기 프로세스 동안 사용된 제조 프로세스 파라미터의 범위를 포함한다. 상기 컴퓨터 시스템은 또한 적어도 하나의 제조 프로세스에 의해 잠재적으로 영향을 받는 제조된 부품에 대한 식별 데이터를 수신하고, 특징 시료 저주기 피로(LCF; low cycle fatigue) 실험 계획법(DOE; design of experiment)에 대한 데이터를 평가하되, 복수의 제조 프로세스 및 관련 프로세스 파라미터를 동시에 평가하도록 구성되며, 여기서 상기 DOE는 시료 디자인(specimen design), 시료 기하구조에 대한 수명 정정(life correction for specimen geometry), 재료 계보에 대한 수명 정정(life correction for material pedigree) 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 컴퓨터 시스템은 또한 복수의 프로세스 파라미터 조건 세트에서 상기 부품 및 상기 제조 프로세스 중 적어도 하나를 평가함으로써 LCF 수명 분포를 결정하고, 상기 LCF 성능에 영향을 주는 프로세스 파라미터를 식별하며, 안전한 동작을 위한 각각의 식별된 프로세스 파라미터에 대한 허용 범위를 결정하도록 동작하고, 상기 안전한 동작은 허용가능한 저주기 피로 결과가 달성될 수 있는 부품의 동작을 지칭한다. 상기 컴퓨터 시스템은 또한 절차 및 통계적 툴을 사용하여 상기 식별된 프로세스 파라미터를 분석하고 프로세스 측정 통계치를 사용하여 결정된 허용 범위를 분석하며, 상기 프로세스 측정 통계치를 사용하여 각 프로세스를 평가하고, 각각의 프로세스 파라미터 세트의 허용성(acceptability)을 결정하기 위해 프로세스 특성 통계 방법을 이용하여 상기 LCF 결과에 기초하여 부품 프로세스 윈도우를 결정하도록 구성된다. 부품 프로세스 윈도우는 상기 제조 프로세스 동안 사용되는 프로세스 파라미터의 허용 범위를 포함한다. 컴퓨터 시스템은 또한 상기 부품 및 상기 프로세스 중 적어도 하나와 관련된 사양(specification)으로 구현된 상기 프로세스 윈도우를 출력하도록 구성된다.
다른 실시예에서, 제조 프로세스 제어 방법은 제조 프로세스에 의해 영향을 받은 수명을 갖는 제조 부품의 집단을 결정하는 단계와, 각각의 결정된 부품과 관련된 제조 프로세스를 결정하는 단계와, 각 부품의 수명에 영향을 주는 제조 프로세스의 프로세스 파라미터를 결정하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 결정된 프로세스 파라미터에 의해 각 부품의 수명에 대한 영향을 결정하는 단계와, 각각의 결정된 부품에 대한 각 프로세스 파라미터의 허용 범위를 출력하는 더 포함한다.
또 다른 실시예에서, 제조 프로세스 제어 시스템은 정보를 저장하는 데이터베이스와, 상기 데이터베이스에 통신가능하게 결합된 컴퓨터 시스템을 포함한다. 상기 컴퓨터 시스템은 복수의 제조 부품에 대한 부품 데이터 -상기 부품 데이터는 상기 부품의 재료의 특성, 상기 부품의 수명 및 사용하는 동안의 상기 부품의 환경을 포함함- 를 수신하고, 상기 복수의 제조 부품 각각에서 수행된 하나 이상의 제조 프로세스에 대한 제조 프로세스 데이터 -상기 프로세스 데이터는 상기 부품의 수명에 잠재적으로 영향을 미치는 상기 프로세스의 파라미터에 대한 정보를 포함함- 를 수신하도록 구성된다. 상기 컴퓨터 시스템은 또한 특징 시료 저주기 피로(LCF; low cycle fatigue) 실험 계획법(DOE; design of experiment)을 이용하여 상기 정보를 분석하도록 구성되며, 하나 이상의 제조 프로세스 및 상기 프로세스의 관련 파라미터로부터의 데이터가 동시에 평가되고, 상기 DOE는 시료 디자인(specimen design), 시료 기하구조에 대한 수명 정정(life correction for specimen geometry), 재료 계보에 대한 수명 정정(life correction for material pedigree) 중 적어도 하나를 포함한다. 상기 컴퓨터 시스템은 또한 복수의 프로세스 파라미터 조건 세트에서 상기 부품 및 상기 제조 프로세스 중 적어도 하나를 평가함으로써 LCF 수명 분포를 결정하고, 상기 분석된 정보를 사용하여 LCF에 영향을 미치는 프로세스 파라미터를 식별하고, 안전한 동작을 위한 상기 식별된 파라미터에 대한 허용 범위를 결정하도록 구성되며, 상기 안전한 동작은 허용가능한 저주기 피로 결과가 달성되는 상기 부품의 동작을 지칭한다. 상기 컴퓨터 시스템은 또한 프로세스 측정 통계치를 사용하여 상기 식별된 프로세스 파라미터 및 상기 결정된 허용 범위를 분석하고, 상기 프로세스 측정 통계치를 사용하여 각각의 프로세스를 평가하고, 각각의 프로세스 파라미터 세트의 허용성(acceptability)을 결정하기 위해 프로세스 특성 통계 방법을 이용하여 상기 LCF 결과에 기초하여 상기 제조 프로세스 동안 사용되는 프로세스 파라미터의 허용 범위를 포함하는 부품 프로세스 윈도우를 결정하도록 구성된다. 상기 컴퓨터 시스템은 또한 상기 부품 및 상기 프로세스 중 적어도 하나와 관련된 사양(specification)으로 구현된 상기 프로세스 윈도우를 출력하도록 구성된다.
이하에서는 예를 통해 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명은 산업, 상업 및 주거 애플리케이션에서 제조 및 프로세스 제어의 분석적이고 방법론적인 실시예에 일반적으로 적용된다.
본 명세서에서, 단수형 요소 또는 단계는 특별한 언급이 없는 한 복수의 요소들 또는 단계들을 배제하지 않는 것으로 이해해야 한다. 또한, 본 발명의 일실시예에 대한 참조는 개시된 특징들을 포함하는 부가적인 실시예의 존재를 배제하는 것으로 해석해서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 예시적인 시스템(100)의 간소화된 블록도이다. 시스템(100)은 제조 프로세스 제어 시스템으로서, 후술하는 바와 같이 제조 프로세스에서 객관적인 제어를 유지하는 것을 용이하게 하기 위해 사용자에 의해 활용될 수 있다.
보다 구체적으로는, 이 실시예에서, 시스템(100)은 서버 시스템(112), 서버 시스템(112)에 접속된 복수의 클라이언트 서브시스템을 포함하는데, 이 클라이언트 서브 시스템을 클라이언트 시스템(114)이라고도 한다. 일실시예에서, 클라이언트 시스템(114)은 웹 브라우저를 포함하는 컴퓨터이며, 따라서 서버 시스템(112)은 인터넷을 사용하여 클라이언트 시스템(114)에 액세스할 수 있다. 클라이언트 시스템(114)은 LAN(local area network) 또는 WAN(wide area network)과 같은 네트워크, 전화 접속(dial-in-connection), 케이블 모뎀 및 초고속 ISDN 라인을 포함하는 다수의 인터페이스를 통해 인터넷에 접속된다. 클라이언트 시스템(114)은 웹 기반 전화, PDA(personal digital assistant) 또는 다른 웹 기반 접속 장비에 상호접속할 수 있는 임의의 디바이스일 수 있다. 데이터베이스 서버(116)는 데이터베이스(120)에 접속되는데, 데이터베이스(120)는 다양한 문제에 대한 정보를 포함하며, 이에 대해서는 상세히 후술한다. 일실시예에서, 중앙 집중식 데이터베이스(centralized database)(120)는 서버 시스템(112)에 저장되고 클라이언트 시스템들(114) 중 하나를 통해 서버 시스템(112)에 로그온함으로써 클라이언트 시스템들(114) 중 하나에서의 잠재적인 사용자에 의해 액세스될 수 있다. 다른 실시예에서, 데이터베이스(120)는 서버 시스템(112)으로부터 원격으로 저장되고 비집중화(non-centralized)될 수 있다. 데이터베이스(120)는 제조 부품 데이터와, 제조 프로세스 동안에 제조 부품이 겪게 되는 프로세스들에 대한 머신 프로세스 데이터와, 테스트 과정에서 겪는 테스트 표본과 관련된 테스트 데이터와, 제조 부품 데이터 및 머신 프로세스 데이터에 대한 테스트 데이터와 관련된 분석 데이터와, 제조 프로세스 동안 사용된 프로세스 파라미터를 한정하는 프로세스 윈도우 데이터를 저장할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 시스템(122)의 서버 아키텍처의 일실시예의 확대 블록도이다. 도 1의 시스템(100)의 구성요소들과 동일한 시스템(122)에서의 구성요소들은 도 2에서 도 1에서 사용된 참조번호와 동일한 참조번호를 사용하여 식별된다. 시스템(122)은 서버 시스템(112) 및 클라이언트 시스템(114)을 포함한다. 서버 시스템(112)은 또한 하나 이상의 프로세서(212)를 사용하여 동작 및/또는 액세스할 수 있는 데이터베이스 서버(116), 애플리케이션 서버(124), 웹 서버(126), 팩스 서버(128), 디렉토리 서버(130), 메일 서버(132)를 포함한다. 디스크 저장 유닛(134)은 데이터베이스 서버(116) 및 디렉토리 서버(130)에 결합된다. 서버(116, 124, 126, 128, 130, 132)는 LAN(136)에 결합된다. 또한, 시스템 관리자의 워크스테이션(138), 사용자 워크스테이션(140), 슈퍼바이저의 워크스테이션(142)이 LAN(136)에 결합된다. 이와 달리, 워크스테이션(138, 140, 142)은 인터넷 링크를 사용하여 LAN(136)에 결합되거나 인터라넷을 통해 접속된다.
각각의 워크스테이션(138, 140, 142)은 웹 브라우저를 갖는 개인용 컴퓨터이다. 워크스테이션에서 수행된 기능들은 각각의 워크스테이션(138, 140, 142)에서 수행되는 것으로 도시되어 있지만, 이러한 기능들은 LAN(136)에 결합된 다수의 개인용 컴퓨터들 중 하나에서 수행될 수 있다. 워크스테이션(138, 140, 142)은 단지 LAN(136)에 대한 액세스를 갖는 개인들에 의해 수행될 수 있는 상이한 유형의 기능들의 이해를 용이하게 하기 위해 개별 기능과 관련되는 것으로 도시되어 있다.
서버 시스템(112)은 피고용인(144)을 포함하는 다양한 개인들과, ISP 인터넷 접속(148)을 사용하여 예컨대, 공급자, 고객, 조정자(regulator)와 같은 제 3자에게 통신가능하게 결합된다. 예시적인 실시예에서 통신은 인터넷을 사용하여 수행되는 것으로 도시되어 있지만, 다른 실시예에서는 다른 WAN 타입의 통신을 활용해도 되는데, 즉, 시스템 및 프로세스는 인터넷을 사용하여 수행되는 것에 제한되지 않는다. 또한, WAN(150)보다 LAN(136)을 WAN(150) 대신에 사용해도 된다.
예시적인 실시예에서, 워크스테이션(154)을 갖는 허가된 개인은 시스템(122)에 액세스할 수 있다. 클라이언트 시스템들 중 적어도 하나는 원격 위치에 위치하는 관리자 워크스테이션(156)을 포함한다. 워크스테이션(154, 156)은 웹 브라우저를 갖는 개인용 컴퓨터이다. 또한, 워크스테이션(154, 156)은 서버 시스템(112)과 통신하도록 구성된다. 또한, 팩스 서버(128)는 전화 링크를 사용하여 클라이언트 시스템(156)을 포함하는 원격으로 위치된 클라이언트 시스템과 통신한다. 팩스 서버(128)는 또한 다른 클라이언트 시스템(138, 140, 142)과 통신하도록 구성된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "소프트웨어"와 "펌웨어"는 교환가능하며, 개인용 컴퓨터, 워크스테이션, 클라이언트 및 서버에 의한 실행을 위해 RAM 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리 및 비휘발성 RAM(NVRAM) 메모리를 포함하는 메모리에 저장된 임의의 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 상기 메모리 유형은 예시적일 뿐이며, 따라서 컴퓨터 프로그램의 저장부에 사용할 수 있는 메모 리의 유형들에 대해 한정하지 않는다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 관리 머신 프로세스의 예시적인 방법(300)의 순서도이다. 프로세스는 예를 들어 제조 부품에 대한 제조 라인과 같은 측정 가능한 출력을 생성하는데 사용되는 가공 파라미터, 툴 및 재료를 제어하기 위해 사용되는 커팅 툴 기하구조(cutting tool geometries), 커팅 툴 재료, 커팅 플루이드 애플리케이션의 고유한 조합이다. 이 프로세스는 통계적인 방법들에 의해 평가될 수 있는 고유의 통계적 변이(variability)를 갖는다. 이 예시적인 실시예에서, 방법(300)은 제조 프로세스 윈도우를 확립하고 제어하도록 제공된다. 여기서 사용되는 바와 같이, 프로세스 윈도우는 제조 프로세스에서 프로세스 단계들을 정의하는 하나 이상의 파라미터에 대한 범위를 지칭한다. 예를 들어, 드릴링 프로세스에 대한 파라미터는 드릴링 프로세스에 사용된 드릴 비트의 회전 속도일 수 있다. 프로세스 윈도우는 드릴 비트 속도의 허용 범위를 나타낼 수 있다. 프로세스 윈도우는 제조 프로세스에 상호의존적으로 관계하는 여러 파라미터들을 고려할 수 있다. 예를 들어, 드릴링 프로세스에서, 드릴링 동안 비트에 윤활유가 공급되면 드릴 비트의 속도를 증가시키는 것이 가능할 수 있다. 프로세스 윈도우는 하나 이상의 제조 프로세스의 결과에 영향을 줄 수 있는 다양한 파라미터의 허용 범위를 나타낸다.
방법(300)은 제조 부품의 수명에 영향을 줄 수 있는 제조 프로세스를 식별하는 단계(302)를 포함한다. 일부 제조 프로세스는 제조 부품의 재료 처리에 손상을 줄 수 있다고 알려져 있다. 예를 들어, 금속 부품의 현미경 구조가 제조 프로세스로 인해 동작 중에 제조 부품의 성능에 영향을 주는 방식으로 변경될 수 있다. 제조 부품을 제조하는데 사용되는 것으로 알려져 있는 제조 프로세스의 적용 절차가 조사(review)된다. 이 조사는 어느 프로세스가 제조 부품의 재료 특성에 악영향을 줄 수 있는 지 검사한다. 프로세스의 파라미터는 프로세스 동안 사용될 수 있는 파라미터의 허용 범위를 결정하도록 조사된다. 이 식별(302)은 관심 부품들의 집단 내의 각 부품에 대해 수행되거나 또는 관심 집단에 들어온 개별 부품들에 대해 수행될 수 있다.
실패하기 쉽지 않는 부품의 특징에 사용되는 프로세스는 조사되지 않을 수 있다. 이력 데이터를 사용하여 다양한 애플리케이션에서 부품의 실패 모드 및 실패 이력을 갖는 특정 부품들을 확인할 수도 있다. 예를 들어, 상이한 환경 조건을 갖는 상이한 애플리케이션에 사용되는 유사하거나 동일한 부품들의 이력 데이터를 사용하여 프로세스를 실패의 특정 모드와 관련시킬 수도 있다. 실패 모드는 실패에 대한 다른 이유들보다도 제조 프로세스로 인한 실패를 나타낼 수도 있다.
제조 프로세스는 각각의 프로세스 동안 사용되는 제조 프로세스 파라미터를 결정하기 위해 조사된다(304). 제조 프로세스 및 제조 프로세스 파라미터는 부품에 대한 공급 체인을 통해 조사된다. 부품들을 공급하는 판매자 사이에 프로세스 파라미터의 변화 범위가 알려지도록 상당한 수의 공급자 프로세스가 조사되고 추가적으로 평가될 수 있다. 지금까지, 상이한 판매자는 프로세스 파라미터가 판매자들 사이에서 일관되지 않은 부품들을 공급할 수도 있다. 본 발명의 실시예들은 각 판매자가 부품의 재료 특성에 대한 이들의 영향에 대해 평가된 프로세스들 및 제조 프로세스로 인한 재료 특성 손상을 실질적으로 제거하도록 결정된 프로세스의 파라미터들을 사용하여 형성된 부품들을 공급한다는 것을 보장한다. 제조 프로세스 조사는 사용되는 파라미터들의 범위가 평가될 수 있도록 임의의 특정 프로세스에 대한 현재의 제조 기술의 폭을 이해할 수 있게 한다.
방법(300)은 부품의 중요한 영역에서의 재료 특성을 감소시킬 수 있는 제조 프로세스에 의해 잠재적으로 영향을 받는 제조 부품을 식별하는 단계(306)를 포함한다. 식별(306)은 재료 특성이 그대로 남는 것이 중요한 부품의 영역을 갖는 부품들에 적용되는데, 이 영역이 제조 프로세스에 의해 영향 받는다. 각각의 제조 프로세스는 복수의 부품에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 많은 상이한 부품들이 드릴링 프로세스에 의해 영향을 받는다. 드릴링 프로세스에 의해 영향을 받은 일부 부품들은 또한 밀링 프로세스에 의해 영향을 받을 수 있다. 부품을 가공하는데 사용된 다양한 프로세스들의 누적 효과가 측정된다. 또한, 적절한 테스트 시료 양에 대한 허용 기준 및 예컨대 숏피닝(shot peening)과 같은 후 가공 처리(post machining processing)에 대한 의존도가 설정된다(308).
방법(300)은 복수의 제조 프로세스 및 관련 파라미터(피드(feeds), 속도, 툴 마모 및 컷의 깊이)로 특징 시료 저주기 피로(LCF; low cycle fatigue) 실험 계획법(DOE; design of experiment)을 수행하는 단계(310)를 포함한다. 예시적인 실시예에서, DOE는 시료 디자인(specimen design), 시료 기하구조에 대한 수명 정정(life correction for specimen geometry), 재료 계보에 대한 수명 정정(life correction for material pedigree)을 포함한다.
부품의 LCF 또는 수명에 영향을 주는 프로세스 파라미터가 식별된다. 식별된 파라미터는 각각의 제조 프로세스에 있어서 일반적으로 상이하다. 예를 들어, 드릴링 프로세스에서는, 커팅 속도 파라미터가 중요하지만, 브로칭(broaching) 프로세스에서는 커팅 속도 파라미터가 중요하지 않다. 다른 예에서, 드릴링 프로세스에서는 냉각 애플리케이션이 중요하지만, 브로칭 프로세스에서는 툴 기하구조가 중요하다. 예를 들어, 드릴링, 브로칭, 밀링, 에지 브레이킹(edge breaking), 또는 제어되지 않으면 부품을 손상시킬 수 있는 파라미터들을 터닝하는 것과 같은 모든 결정된 프로세스에서의 모든 잠재적인 변수들이 결정된다.
부품에 영향을 줄 주 있는 파라미터가 식별된 후에, 안전한 동작을 위한 이들 파라미터 각각에 대한 허용 범위가 결정된다. 여기서 사용된 바와 같이, 안전 동작은 허용가능한 완전한 저주기 피로 결과를 달성하는 동작을 지칭한다. 예를 들어, 3개의 파라미터가 중요한 것으로 식별되는 경우, 3개의 파라미터가 모두 안전한 허용 범위가 동시에 결정될 필요가 있다. 이 프로세스가 그 범위 내에서 안전하다는 것을 보장하기 위해 통계적 분석이 사용된다.
프로세스 평가 데이터 및 평가 결과를 분석하기 위해 프로세스 측정 통계치가 사용된다. 각각의 프로세스는 프로세스 측정 통계치를 사용하여 평가된다. 프로세스 측정 통계치는 저주기 피로 성능 베이스라인에 대한 프로세스의 측정 가능한 특성이며 프로세스 측정 인덱스로서 표현될 수 있다. 프로세스 등급이 사전 결정된 인덱스 번호보다 더 크면, 그 프로세스는 강인한(robust) 프로세스로 간주된다. 프로세스 등급이 사전 결정된 인덱스 번호보다 약간 낮으면, 이 프로세스는 그것이 강인한 프로세스인 지의 여부에 관계없이 유효한 것으로 평가되며, 프로세스 등급이 사전 결정된 인덱스 번호보다 더 낮으면, 이 프로세스는 강인한 프로세스가 아닌 것으로 간주된다.
예시적인 실시예에서, 저주기 피로 실험을 수행하기 위해 테스트 쿠폰이 사용된다(312). 각각의 프로세스에서, 어떤 파라미터는 일정하게 유지되고 다른 프로세스는 그 프로세스가 테스트 시료 상에서 수행되는 동안 가변한다. 시료 디자인이 제조 동안에 프로세스를 거치는 각각의 부품을 정확히 나타내기 위해 통계적 분석이 이용된다. 또한, 테스트 시료의 기하구조와 실제 부품 사이의 차를 설명하기 위해 수명 정정이 결정된다. 각각의 시료를 제조하는데 사용된 재료 샘플과 부품 사이의 재료 특성의 변이를 설명하기 위해 테스트된 시료에 대한 재료 계보(material pedigree)가 계산된다. 또한, 다양한 스트레스 레벨 및 온도에서 테스트가 행해진다. 스트레스 레벨 및 온도는 기체 터빈 엔진 동작 조건을 적절히 처리하도록 선택된다. 테스트는 부품 제조의 후처리와 함께 또는 이러한 후처리 없이 수행될 수 있다.
프로세스 구동 수명 변동 변화 및 평균 수명 시프트를 설명하고 정정하기 위해 결과의 테스트 데이터가 분석된다(314). 평균 수명 시프트는 평가 결과의 평균이 표준에 대해 얼마나 가까운가를 나타내는 메트릭(metric)이다. 프로세스 구동 수명 변동은 표준 기준 집단의 변이에 대한 결과의 변이를 측정하는 메트릭이다. 이들 두 메트릭은 가공 부품이 표준보다 양호한 지 불량한 지 그리고 얼마나 양호 또는 불량한 지를 나타내는데 사용된다. 예를 들어, 복수의 부품의 평가의 결과는 대략 가공된 시료 부품이 표준보다 약간 불량하다는 것을 나타낼 수 있지만, 이들 부품에 대한 추가적인 분석은 시료의 일부가 표준을 만족시키지만 테스트 결과 중에서 변이가 크고 따라서 부품들 중 나머지 부품은 상당히 표준 이하임을 나타낼 수 있다. 많은 경우에, 대부품이 표준 오차 내에 있음에도 불구하고 임의의 표준 이하의 결과를 갖는 것이 프로세스를 표준 이하로 만든다. 함께 사용된 평균 수명 및 수명 변동은 프로세스 성능의 정확한 평가를 제공한다. 방법(300)은 각각의 프로세스 조건 세트에서 LCF 수명 분포를 설정하는 단계(316)를 포함한다.
방법(300)은 또한 각각의 프로세스 파라미터 세트의 허용성을 결정하기 위해 프로세스 특성 통계 방법을 이용하여 LCF 결과에 기초하여 부품 프로세스 윈도우를 결정하는 단계(318)를 포함한다. 부품 프로세스 윈도우는 부품의 제조 동안에 사용된 프로세스 파라미터에 대한 허용 가능한 범위를 포함한다. 부품 윈도우는 동일 프로세스에서 다른 파라미터의 파라미터 범위에 기초하여 일부 파라미터에 대한 조건 범위를 포함할 수 있다.
각 부품의 재료 조건에 영향을 주는 모든 제어가능한 파라미터에 대한 수락가능한 프로세스 윈도우가 결정되면, 프로세스 윈도우가 수록된다(320). 예시적인 실시예에서, 사양(specification)은 부품 도면을 사용하여 그 부품에 대한 각각의 프로세스와 관련된다. 이들 사양은 부품 특성이 LCF 계획 특성에 부합한다는 것을 보장하기 위해 이들 프로세스 윈도우가 제조 소스에서 제어되도록 하는 특정 요건을 포함한다. 이들 사양은 초과해서는 안 되는 파라미터에 대한 제약 및 프로세스가 수행되는 방법에 대한 제약을 포함한다. 이들 제약은 실질적으로 프로세스가 부품에 대해 재료 손상을 일으키지 않도록 방지한다. 표면 이상(surface anomaly)은 이들 사양을 사용하여 제어된다(322). 이 부품에 대한 사양에서 설명된 것 외의 프로세스에 따라 제조된 부품은 부품 도면 사양에서 표시된 지정된 프로세스를 사용하여 제조된 부품과 동일한 것으로 또는 대체물로 간주될 수 없다. 중요한 엔진 부품은 수명 제어 부품 또는 강화된 제조 부품 도면 표시에 의해 식별된다(324). 사양을 지정해야 하는 특징들 및 부품들의 유형은 실용 계획 문서(design practice document)에 문서화된다(326).
본 명세서에서 사용된 프로세서란 용어는 중앙 처리 장치, 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, RISC(reduced instruction set circuits), ASIC(application specific integrated circuits), 로직 회로 및 전술한 기능을 실행할 수 있는 기타 회로 또는 프로세서를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "소프트웨어"와 "펌웨어"는 교환가능하며, RAM 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리 및 비휘발성 RAM(NVRAM) 메모리를 포함하는 메모리에 저장되어 프로세서(212)에 의해 실행되는 임의의 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 상기 메모리 유형은 예시적일 뿐이며, 따라서 컴퓨터 프로그램의 저장부에 사용할 수 있는 메모리의 유형들에 대해 한정하지 않는다.
전술한 사양에 기초하여 알 수 있듯이, 전술한 실시예는 컴퓨터 소프트웨어, 펌웨어, 하드웨어 또는 이들의 임의의 조합 또는 서브셋을 포함하는 컴퓨터 프로그래밍 또는 공학 기술을 사용하여 구현될 수 있으며, 그 기술적 효과는 제어된 제조 프로세스를 사용하여 표준 수명 방법에 의해 요구되는 재료 특성 및 의도하는 계획에 부합하는 하드웨어를 생성하는 것이다. 컴퓨터 판독 가능한 코드 수단을 갖는 그러한 프로그램은 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능한 매체에 수록되거나 제공될 수 있으며, 따라서 본 발명의 전술한 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램 상품, 즉 제조 물품을 형성한다. 컴퓨터 판독가능한 매체는, 예를 들어 고정 (하드) 드라이브, 디스켓, 광 디스크, 자기 테이프, ROM(read-only memory)과 같은 반도체 메모리 및/또는 인터넷 또는 기타 통신 네트워크 또는 링크와 같은 임의의 송신/수신 매체일 수도 있다. 컴퓨터 코드를 포함하는 제품은 하나의 매체로부터 직접 코드를 실행하거나, 한 매체로부터 다른 매체로 코드를 카피하거나 또는 네트워크를 통해 코드를 전송함으로써 제조 및/또는 사용될 수 있다.
제조 프로세스를 제어하는 방법 및 시스템의 전술한 실시예는 수명 방법론에 의해 요구된 재료 특성 및 계획 의도와 부합하는 하드웨어를 생성하기 위해 요구된 제조 프로세스의 사용을 위한 비용면에서 효율적이고 신뢰할 수 있는 수단을 제공한다. 보다 구체적으로는, 본 명세서에 개시된 이들 방법 및 시스템은 그 수명이 제조 프로세스에 의해 영향을 받을 수 있는 부품들 및 그 부품에 사용되는 모든 제조 프로세스가 용이하게 식별되어 평가될 수 있게 한다. 또한, 전술한 방법 및 시스템은 사양을 사용하여 제조되지 않는 부품들은 동일 또는 대체 부품으로 간주되지 않도록, 부품을 정의하는 사양을 이용하여 프로세스에 사용된 절차의 파라미터를 제어하는 것을 용이하게 한다. 그 결과, 이들 방법 및 시스템은 비용면에서 효율적이고 신뢰할 수 있는 방법으로 제조 프로세스를 제어하는 것을 용이하게 한다.
이상, 다양한 특정 실시예를 통해 본 발명을 설명하였지만, 당업자는 첨부한 청구범위의 사상 및 범주 내에서 변형이 이루어질 수 있음을 알 수 있을 것이다.
도 1 내지 3은 본 명세서에 개시된 방법 및 시스템의 예시적인 실시예를 도시한 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 예시적인 시스템의 간소화된 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 시스템의 서버 아키텍처의 일실시예의 확대 블록도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 머신 프로세스 관리 방법의 순서도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100, 122 : 시스템
112 : 서버 시스템
114, 124 : 클라이언트 시스템
116 : 데이터베이스 서버
120 : 데이터베이스
126 : 웹 서버
128 : 팩스 서버
130 : 디렉토리 서버
132 : 메일 서버
134 : 디스크 저장 장치
136 : LAN
138, 140, 154, 156 : 워크스테이션
142 : 슈버파이저 워크스테이션
144 : 피고용인
146 : 조정기
148 : ISP 인터넷 접속
150 : WAN
212 : 프로세서
300 : 방법

Claims (7)

  1. 가공 표면(machined surface)의 신뢰도를 보장하기 위해 제조 프로세스를 제어하는 시스템(100)으로서,
    정보를 저장하는 데이터베이스(120)와,
    프로세서를 포함하며, 상기 데이터베이스에 통신가능하게 결합되어, 제조 부품 프로세스(manufactured part process) 및 시료 테스트와 관련된 데이터를 수신하도록 구성된 컴퓨터 시스템(122)을 포함하되,
    상기 컴퓨터 시스템은 또한,
    적어도 하나의 제조 프로세스의 적용 절차와 상기 적어도 하나의 제조 프로세스의 적어도 하나의 파라미터 중 적어도 하나를 사용하여 부품의 서비스 수명에 영향을 줄 수 있는, 상기 부품 제조에 사용되는 적어도 하나의 제조 프로세스를 식별하여 상기 파라미터의 허용 범위(available range)를 결정하고,
    상기 적어도 하나의 제조 프로세스 동안에 사용된 제조 프로세스 파라미터에 대한 조사 데이터(survey data) -상기 조사 데이터는 상기 부품을 제조하기 위해 공급 체인 전반에 걸쳐 판매자에 의해 사용된 제조 프로세스 및 제조 프로세스 파라미터와, 상기 프로세스 동안 사용된 상기 제조 프로세스 파라미터의 범위를 포함함- 를 평가하며,
    상기 적어도 하나의 제조 프로세스에 의해 잠재적으로 영향을 받는 제조된 부품에 대한 식별 데이터를 수신하고,
    특징 시료 저주기 피로(LCF; low cycle fatigue) 실험 계획법(DOE; design of experiment) -상기 DOE는 시료 디자인(specimen design), 시료 기하구조에 대한 수명 정정(life correction for specimen geometry), 재료 계보에 대한 수명 정정(life correction for material pedigree) 중 적어도 하나를 포함함- 에 대한 데이터를 평가하되, 복수의 제조 프로세스 및 관련 프로세스 파라미터를 동시에 평가하며,
    복수의 프로세스 파라미터 조건 세트에서 상기 부품 및 상기 제조 프로세스 중 적어도 하나를 평가함으로써 LCF 수명 분포를 결정하고,
    상기 LCF 성능에 영향을 주는 프로세스 파라미터를 식별하며,
    안전한 동작 -상기 안전한 동작은 허용가능한 저주기 피로 결과가 달성되는 상기 부품의 동작을 지칭함- 을 위한 각각의 식별된 프로세스 파라미터에 대한 허용 범위를 결정하고,
    프로세스 측정 통계치를 사용하여 상기 식별된 프로세스 파라미터 및 상기 결정된 허용 범위를 분석하며,
    상기 프로세스 측정 통계치를 사용하여 각 프로세스를 평가하고(rate),
    각각의 프로세스 파라미터 세트의 허용성(acceptability)을 결정하기 위한 프로세스 특성 통계 방법을 이용하여 상기 LCF 결과에 기초한 부품 프로세스 윈도우 -상기 부품 프로세스 윈도우는 상기 제조 프로세스 동안 사용되는 프로세스 파라미터의 허용 범위를 포함함- 를 결정하며,
    상기 부품 및 상기 프로세스 중 적어도 하나와 관련된 사양(specification)으로 구현된 상기 프로세스 윈도우를 출력하도록 구성되는
    제조 프로세스 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴퓨터는 또한,
    프로세스 구동 수명 변동 변화(process driven life variation changes) 및 평균 수명 시프트 -상기 프로세스 구동 수명 변동은 표준 기준 집단의 변이에 대한 결과의 변이를 나타내는 메트릭(metric)이고, 상기 평균 수명 시프트는 평균 평가 결과의 표준에 대한 근접도를 나타내는 메트릭을 포함함- 를 측정(account)하고 정정하며,
    적절한 테스트 시료 양에 대한 허용 기준 및 후 가공 처리(post machining processing)에 대한 의존도를 결정하도록 구성되는
    제조 프로세스 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴퓨터는 또한 상기 부품의 수명에 영향을 주는 하나 이상의 프로세스 파라미터가 존재할 때 각 프로세스 파라미터의 상대적인 기여를 결정하기 위해 상기 결정된 프로세스 파라미터를 통계적으로 확인하도록 구성되는
    제조 프로세스 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴퓨터는 또한 상기 시료에 대한 테스트 데이터를 수신하도록 구성되고,
    상기 테스트 데이터는 기체 터빈 엔진 동작 조건을 시뮬레이트하도록 선택된 복수의 스트레스 레벨 및 온도에서의 테스트로부터의 재료 특성 데이터를 포함하는
    제조 프로세스 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴퓨터는 또한 시료 디자인이 제조 동안에 상기 프로세스 처리된 각각의 부품을 정확히 나타내는지 확인하는 것과, 상기 시료의 기하구조와 상기 부품 사이의 차를 설명하기 위해 수명 결정을 정정하는 것과, 상기 부품에 대한 상기 시료의 재료 계보를 평가하는 것 중 적어도 하나를 수행하도록 구성되는
    제조 프로세스 시스템.
  6. 제조 프로세스 제어 시스템(100)에 있어서,
    정보를 저장하는 데이터베이스(120)와,
    상기 데이터베이스에 통신가능하게 결합된 컴퓨터 시스템(122)을 포함하되,
    상기 컴퓨터 시스템은
    복수의 제조 부품에 대한 부품 데이터 -상기 부품 데이터는 상기 부품의 재료 특성, 상기 부품의 수명 및 사용하는 동안의 상기 부품의 환경을 포함함- 를 수신하고,
    상기 복수의 제조 부품 각각에 대해 수행된 하나 이상의 제조 프로세스에 대한 제조 프로세스 데이터 -상기 프로세스 데이터는 상기 부품의 수명에 잠재적으로 영향을 미치는 상기 프로세스의 파라미터에 대한 정보를 포함함- 를 수신하며,
    특징 시료 저주기 피로(LCF; low cycle fatigue) 실험 계획법(DOE; design of experiment) -상기 DOE는 시료 디자인(specimen design), 시료 기하구조에 대한 수명 정정(life correction for specimen geometry), 재료 계보에 대한 수명 정정(life correction for material pedigree) 중 적어도 하나를 포함함- 을 이용하여 상기 정보를 분석하되, 하나 이상의 제조 프로세스 및 상기 프로세스의 관련 파라미터로부터의 데이터를 동시에 평가하고,
    복수의 프로세스 파라미터 조건 세트 및 저주기 피로 테스트 조건 중 적어도 하나에서 상기 부품 및 상기 제조 프로세스 중 적어도 하나를 평가함으로써 LCF 수명 분포를 결정하며,
    상기 분석된 정보를 사용하여 상기 시료의 LCF 수명에 영향을 미치는 프로세스 파라미터를 식별하고,
    안전한 동작 -상기 안전한 동작은 허용가능한 저주기 피로 결과가 달성되는 부품의 동작을 지칭함- 을 위한 상기 식별된 가공 파라미터에 대한 허용 범위를 결정하며,
    프로세스 측정 통계치를 사용하여 상기 식별된 프로세스 파라미터 및 상기 결정된 허용 범위를 분석하고,
    상기 프로세스 측정 통계치를 사용하여 각각의 프로세스를 평가하고,
    각각의 프로세스 파라미터 세트의 허용성(acceptability)을 결정하기 위한 프로세스 특성 통계 방법을 이용하여 상기 LCF 결과에 기초한 부품 프로세스 윈도우 -상기 부품 프로세스 윈도우는 상기 제조 프로세스 동안 사용되는 프로세스 파라미터의 허용 범위를 포함함- 를 결정하며,
    상기 부품 및 상기 프로세스 중 적어도 하나와 관련된 사양으로 구현된 상기 프로세스 윈도우를 출력하도록 구성되는
    제조 프로세스 제어 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 컴퓨터는 또한 각 부품의 상기 수명에 영향을 주는 하나 이상의 프로세스 파라미터가 존재할 때 각 프로세스 파라미터의 상기 LCF에 대한 영향의 상대적인 기여를 결정하기 위해 상기 식별된 프로세스 파라미터를 통계적으로 평가하도록 구성되는
    제조 프로세스 제어 시스템.
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