KR20180081257A - 자동차 부품 제작용 스마트 용접 공정 시스템 - Google Patents

자동차 부품 제작용 스마트 용접 공정 시스템 Download PDF

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KR20180081257A
KR20180081257A KR1020170002258A KR20170002258A KR20180081257A KR 20180081257 A KR20180081257 A KR 20180081257A KR 1020170002258 A KR1020170002258 A KR 1020170002258A KR 20170002258 A KR20170002258 A KR 20170002258A KR 20180081257 A KR20180081257 A KR 20180081257A
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Abstract

본 발명은 자동차 부품의 용접 공정을 스마트 팩토리화 하기 위한 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 발휘한다.
즉, 용접공정을 실시간 센싱 정보를 이용하여 제어함으로써 불량 용접에 대한 예방적 조치가 가능하다. 따라서 생산물에 대한 불량률은 줄이고 공정에서 불필요한 부분도 제거할 수 있어 생산성은 물론 경제적 이익도 증가시킬 수 있다. 추가적으로 공해업체로 인식되고 있는 용접업체에는 용접공정 스마트 팩토리 솔루션을 적용하면 최종적으로 에너지 절약효과와 공해발생량도 감소된다. 그리고 생산되는 제품에 대한 신뢰율도 높아지기 때문에 용접업체 1차 기업과 2차, 3차 기업 사이에서 시너지 효과를 기대할 수 있다.

Description

자동차 부품 제작용 스마트 용접 공정 시스템 {omitted}
본 발명은 자동차 부품의 용접 공정을 스마트 팩토리화 하기 위한 시스템에 관한 것이다.
용접공정을 스마트 팩토리화 시키는 것에 대한 비전은 스마트 팩토리 개념을 통해 설명할 수 있다. 스마트 팩토리는 제 4차 산업혁명으로 불리는 ICT(Information Communication Technology)와 제조업의 융합으로 기계 스스로 시뮬레이션을 통해 자동 생산하는 시스템이 구축된 공장이다. 스마트 팩토리는 미국에서는 오바마 정부 출범 이후 NNMI(National Networked Manufacturing Innovation) 정책 발표로 우주항공, 국방 등 3D Printer 산업을 중심으로 추진되고 있다. 독일의 경우에는 SAP, Siemans 등과 같은 SW와 정밀 기계 분야와 인터넷을 기반으로 하는 모든 제조업과 서비스 분야에서 Industry 4.0이 추진되고 있다. 이러한 스마트 팩토리는 국내에서 산업혁신 3.0 정책이 입안되면서 2020년까지 1만개 기업에 보급을 목표로 하고 있다.
스마트 팩토리는 Fig. 1과 같이 시시각각 변화하는 4M1E (Man, Machine, Material, Method, Energy)의 생산자원 정보를 실시간 현장에서 취합하여 최고경영자에게는 최상의 의사결정을 위한 실시간 정보를 제공하고, 고객에게는 주문된 생산 제품에 대한 납기 정보를 제공하며, 공장 관리자에게는 현장의 상태 정보를 실시간으로 제공한다. 이렇게 실시간으로 정보를 제공받은 최고 경영자, 고객, 공장 관리자는 공장 전체의 생산성 향상과 최적화 운영을 위한 피드백을 제공한다. 이를 바탕으로 IT 융합 생산 정보화 시스템에 기반을 둔 4Zero (Zero Waiting-time, Zero Inventory, Zero Defect, Zero Downtime)의 연속개선(CIP: Continuous Improvement Process) 관리를 구현하는 것이라 말할 수 있다.
공개특허 제10-2013-0034709호 (2013.04.08.)
본 발명에서는 다음과 같은 과제를 해결하고자 한다.
즉, 자동차 부품 제작용 스마트 용접 공정 시스템을 제시함으로써, 용접공정에서 전류전압, 가스유량, 용접길이, 팁 교환주기 정보를 감지하고 데이터베이스화하고자 한다.
또한, 감지된 생산, 현황정보를 기준으로 작업 실행 등 의사결정 시스템의 기반을 설계하고자 한다.
또한, 현장과 통제 사무실용 소프트웨어(시각화 UI 포함)를 구현하고, FaaS 클라우드 서비스로 확장하고자 한다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여,
기존 설비 혹은 센서 장비에서 데이터를 수집하여 현장에서 모니터링하며 데이터베이스로 저장하는 모니터링부; 이력 데이터가 데이터베이스화 되어 UI 화면을 통해 현황을 조회하는 이력데이터조회부;를 포함하는 것을 특징으로 하거나,
FaaS 클라우드 서비스를 기반으로 현재 상태를 실시간 모니터링함과 동시에 축적된 데이터를 활용하여 용접공정에 의한 결과물과 불량률 예측하는 데이터가공부; 기존 설비 혹은 센서 장비에서 데이터를 수집하여 현장에서 모니터링하며 데이터베이스로 저장하는 모니터링부; 이력 데이터가 데이터베이스화 되어 UI 화면을 통해 현황을 조회하는 이력데이터조회부;를 포함하는 것을 특징으로 하거나,
데이터베이스에 저장된 데이터를 출력하기 위한 데이터출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 FaaS 클라우드 서비스를 기반으로 현재 상태를 실시간 모니터링함과 동시에 축적된 데이터를 활용하여 용접공정에 의한 결과물과 불량률 예측하는 데이터가공부; 기존 설비 혹은 센서 장비에서 데이터를 수집하여 현장에서 모니터링하며 데이터베이스로 저장하는 모니터링부; 이력 데이터가 데이터베이스화 되어 UI 화면을 통해 현황을 조회하는 이력데이터조회부;를 포함하는 것을 특징으로 하거나,
센싱된 데이터를 수집하고 저장할 Database Server; 용접공정 내에서 각종 응용 처리를 담당할 Application Server; 네트워크 중앙에 현장 단말 및 관리 단말로 데이터를 분류하여 전송할 수 있는 Hub;를 포함하며, TCP/IP 기반의 네트워크에 의해 통신하되, 용접장비로부터 전송되는 데이터는 PLC 및 WiFi를 통해 자동으로 수신하는 것을 특징으로 하거나,
용접현황과 토치원점, 팁(TIP)교환을 볼 수 있는 버튼이 메인화면에 배치되고, 메인화면으로부터 분기되는 화면으로 작업별로 현황을 바로 확인할 수 있도록 구성되며, 두 화면 모두 당일 작업과 현시점의 작업 데이터를 나타내며, 작업시작과 완료일, 가스유량, 용접 길이를 포함한 정보를 출력하고, 토치원점이 공정 순번별로 검사가 되었는지, 정확한 원점으로 보정이 되었는지를 출력하는 현장단말; 현장단말에서 조회되는 모든 작업이력을 출력하되, 일별, 주별, 월별 정보를 종합하여 출력하고, X-BAR/R 관리도는 날짜별로 누적 데이터를 조회하며 그래프로 표현하고, 센싱 정보와 작업 회수 등이 Database에 자동으로 누적되고, 설비와 생산제품에 대한 검사 기능을 제공하며, 관리자의 정보를 등록하거나 공장 또는 작업자의 작업 정보 이력을 관리하는 관리단말;을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 부품 제작용 스마트 용접 공정 시스템을 제시한다.
본 발명은 다음과 같은 효과를 발휘한다.
즉, 용접공정을 실시간 센싱 정보를 이용하여 제어함으로써 불량 용접에 대한 예방적 조치가 가능하다. 따라서 생산물에 대한 불량률은 줄이고 공정에서 불필요한 부분도 제거할 수 있어 생산성은 물론 경제적 이익도 증가시킬 수 있다. 추가적으로 공해업체로 인식되고 있는 용접업체에는 용접공정 스마트 팩토리 솔루션을 적용하면 최종적으로 에너지 절약효과와 공해발생량도 감소된다. 그리고 생산되는 제품에 대한 신뢰율도 높아지기 때문에 용접업체 1차 기업과 2차, 3차 기업 사이에서 시너지 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 전체적인 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 하드웨어 구성에 대한 예시 도면.
도 3은 본 발명의 소프트웨어 구성에 대한 예시 도면.
도 4는 용접공정 센싱 및 모니터링 방법에 대한 도면.
도 5는 현장단말의 차종별 메인 화면.
도 6은 현장단말의 용접현황 및 토치원점 화면.
도 7는 현장단말의 팁교환 및 HIVIS 측정 결과 화면.
도 8은 관리단말의 일별현황 및 월별현황 화면.
도 9는 관리단말의 HIVIS 측정현황 및 X-BAR 관리 화면.
도 10은 관리단말의 설비별 SPEC 관리 및 사용자 관리 화면.
이하 첨부된 도면을 바탕으로 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다. 다만 본 발명의 권리범위는 특허청구범위 기재에 의하여 파악되어야 한다. 또한 본 발명의 요지를 모호하게 하는 공지기술의 설명은 생략한다.
종래 기술은 용접공정 모니터링에 있어서 기존 설비 또는 해당 장비에 센서 장비를 부착하여 그 장비에서 모니터링을 하는 방식이지만 본 과제에서는 센서 장비로부터 데이터를 수집하는 방식을 이용하며 이를 원격 컴퓨터나 데이터베이스에 저장하여 여러 형태의 리포트로 제공 가능하다. 이런 방식은 이력 데이터 조회에서도 기존의 현장 조회에 비해 데이터베이스화 된 데이터와 편리한 UI를 이용하여 방대한 데이터를 조회할 수 있다. 데이터의 활용에 대해서도 기존의 기술은 현 상태의 단순 조회 및 모니터링과 불량률 통계 등에 중점을 두고 있으나 본 연구의 기술은 용접공정의 결과물에 대한 불량률 예측과 감소, 예방 목적으로 사용되고 2차, 3차 기업에 대해 클라우드 서비스용으로도 활용이 가능하다
본 발명은 모니터링부, 이력데이터조회부, 데이터가공부, 데이터출력부로 구성된다.
모니터링부는 기존 설비 혹은 센서 장비에서 데이터를 수집하여 현장에서 모니터링하며 또한 데이터베이스로 저장하여 다양한 형태로 가치 있는 리포트 및 모니터링 제공한다.
이력데이터조회부를 통해 이력 데이터가 데이터베이스화 되어 있어서 UI 화면을 통해 다양한 조건으로 손쉽게 모든 현황을 조회할 수 있다. 손쉽게 HDD 용량을 추가할 수 있게 구성함으로써, 사실상 무제한의 데이터를 저장 가능케 한다.
데이터가공부는 현재 상태를 실시간 모니터링함과 동시에 축적된 데이터를 활용하여 용접공정에 의한 결과물과 불량률 예측, 예방하는 자료의 목적으로 활용한다. FaaS 클라우드 서비스를 접목시킨다.
데이터출력부는 필요한 데이터를 시스템을 통해 쉽게 출력하여 협력사에 대한 품질 인증시 필요한 데이터를 언제라도 제공 및 모니터링 가능케 할 수 있다.
본 발명은 ARC 용접 데이터 수집을 위한 센싱 기술과 수집 데이터를 데이터베이스화하여 현장 단말 및 관리용 단말 소프트웨어를 구축함과 동시에 시각화하는 것을 목적으로 한다.
먼저, ARC 용접 데이터 수집 방법에 대해 설명한다.
전류, 전압, 가스 유량, 용접길이, 실시간 용접모니터링을 위해 각 용접 프로세스에 적합한 다양한 센서 등을 사용하여 실시간으로 계측 및 결과분석을 할 수 있게 된다. 기본이 되는 데이터는 용접중의 전류, 전압 및 기타 관련 파라미터를 측정하고 적절한 상하한 값의 이탈 여부를 감시하는 단계로 시작되지만 본 발명에서는 이와 같은 기본적인 용접 데이터는 물론 실시간으로 용접품질을 측정 및 평가를 하여 용접부의 양부를 판단할 수 있는 정보를 획득할 수 있다. 즉 용접 프로세스, 또는 특정한 용접조건별로 필수 파라미터의 측정까지도 고려하여 개발을 진행한다. 측정된 값은 향후 최적의 패턴분석에 따라 용접부 품질평가를 할 수 있는 특정 알고리즘을 적용하거나 용접상태에 대한 판단확률을 최대한 높여서 실시간 전수검사 시스템에서 활용될 수 있도록 한다.
본 발명에서는 실시간으로 단일 또는 다수대의 용접장비에 대한 측정 및 측정값의 상하한 관리가 가능한 모니터링 시스템을 도 1과 같이 구현하였다. 각 용접장비별로 측정 장비 및 전용 센서류가 설치되고, 매 용접 비드마다 용접 시작신호 및 용접계열 신호등을 PLC등으로부터 받거나 또는 자동으로 trigger 신호(용접전류 또는 아크전압 등이 지정된 값 이상이 될 경우)를 받아 측정을 한다. 측정된 값들은 1차적으로 현장 단말에 저장되고 표시된다. 그리고 각 현장 단말에서 수집된 데이터들은 주로 TCP/IP와 WiFi(부분적으로 RS-485, RS-422 및 RS-232등)로 구성된 Office Network를 통해 Database Server로 전송한다. 이후 이것을 메인관리용 단말 및 Application Server로 보내고, 메인 단말에서는 전용 S/W를 통해 측정값의 상하한 관리, Error 발생시 NG Signal의 외부출력, 측정값의 자동 데이터베이스화, 데이터분석 및 자동보고서 작성 등 매우 다양한 기능들을 수행할 수 있다.
도 2는 도 1과 같은 시스템 구성을 위해 필요한 하드웨어를 단순화하여 나타낸 것이다. 센싱된 데이터를 수집하고 저장할 Database Server와 용접공정 내에서 각종 응용 처리를 담당할 Application Server를 설치하였고, 네트워크 중앙에는 현장 단말 및 관리 단말로 데이터를 분류하여 전송할 수 있는 Hub가 있다. 통신라인은 TCP/IP 기반의 네트워크이지만 용접장비로부터 전송되는 데이터는 PLC 및 WiFi를 통해 자동적으로 수신되도록 설계한다.
도 3은 용접공정 스마트 팩토리화를 위한 소프트웨어 구성을 보여주고 있다. 가장 기본적인 소프트웨어들로 구성하여 2차, 3차 벤더에서도 쉽게 구축할 수 있도록 한다.
도 4는 수집된 데이터에 대한 센싱 및 모니터링 방법을 나타낸 것이다. 본 발명에서는 OPC Server와 연결 및 통신을 수행하는 OPC Client 애플리케이션을 제시한다. 그리고 OPC Server에서 지원하는 다양한 Device의 연결이 가능하다. 또한 OPC Data를 Local Database에 저장하고 Local Database에서 메인 Database Server로 전송(Interface) 처리한다. 이와 같은 이원화된 Database 구조는 정보의 손실을 막을 수 있고 현장단말에서는 Local Database에 직접 접근함으로써 보다 빠른 정보 조회와 현황 파악이 가능하다.
다음은 용접 데이터의 시각화와 현장 단말 및 관리 단말 UI에 관한 설명이다.
본 구성은 센서를 통해 수집된 데이터를 자동화된 방법으로 저장하고 시각화하는 것을 목적으로 한다. 용접공정의 시각화 방식 및 여러 종류의 데이터를 출력하는 소프트웨어를 구현하였는데 현장단말과 관리단말로 구분하여 결과물을 나타낸다.
현장단말 소프트웨어 및 UI
용접공정의 현장단말 메인화면은 도 5와 같이 구현하였다. 용접공정 중에 가장 중요한 용접현황과 토치원점, 팁(TIP)교환 등을 볼 수 있는 버튼이 메인화면에 배치되어 있어서 현장의 작업자는 언제든 필요한 정보화면으로 전환할 수 있다.
도 6은 용접현황(좌측)과 토치원점(우측)을 나타내고 있다. 메인화면으로부터 분기되는 화면으로 작업별로 현황을 바로 확인할 수 있도록 되어 있다. 두 화면 모두 당일 작업과 현시점의 작업 데이터를 나타내도록 되어 있기 때문에 현장 작업자는 지금 작업 중인 용접공정에만 집중할 수 있다. 작업시작과 완료일, 가스유량, 용접 길이 등이 상세하게 표시되며 지나간 작업도 조회 가능하다. 토치원점도 공정 순번별로 검사가 되었는지, 정확한 원점으로 보정이 되었는지 등을 출력한다.
도 7 또한 용접공정에 필요한 정보를 출력하는데 TIP(커팅용 장비)교환과 관련된 정보를 보여주고(좌측), HIVIS를 측정한 결과(우측)도 시각적으로 보기 편하도록 측정결과의 최대, 최소치를 한 눈에 볼 수 있는 형태로 출력한다. 실시간 작업 중에도 현장 작업자가 정보를 쉽게 확인할 수 있도록 색상을 달리하였고, 현장에서 테스트하면서 레이아웃의 위치를 조정하였다.
관리단말 소프트웨어 및 UI
관리단말의 기능은 단품 작업보다는 업체에서 생산 중인 용접 제품 전체에 대한 용접현황을 관리할 수 있도록 구현한다. Database Server로부터 정보를 가져오기 때문에 모든 작업이력 조회가 가능하지만 현장단말과 구분되는 것은 일별, 주별, 월별 등의 정보를 종합해서 볼 수 있는 기능이 포함된다는 것이다.
즉, 관리 단말의 UI는 용접공정 전체 현황을 파악하고 실시간 정보 분석은 물론 누적된 용접 데이터를 효율적으로 시각화하는 것까지를 포함하고 있다. 따라서 용접공정의 생산성, 불량률 등을 파악할 수 있다.
도 8은 관리단말의 일별, 월별 작업현황을 보여주는 화면이다. 라인별, 품번, 순번별, 설비별 생산 현황을 일별, 월별로 출력하는 소프트웨어를 구현하고 이에 대한 UI는 그래프 등을 포함하여 일목요연하게 결과를 확인할 수 있다.
도 9는 HIVIS 측정현황과 X-BAR 관리 정도를 조회하고 출력할 수 있는 화면이다. 이 또한 원하는 정보를 언제든 조회할 수 있고, 특히 X-BAR/R 관리도는 날짜별로 누적 데이터를 조회하며 그래프로 표현할 수 있다. 이를 통해서 공장별, 라인별, 측정일별로 다양하게 관리 계획을 세우는 것이 가능하다.
도 10은 관리단말에서 필수적인 기능인 설비별 SPEC 관리 및 사용자(공장 또는 작업자)관리 화면을 보여주고 있다. 설비별 SPEC 관리는 생산 설비의 관리를 통해 생산 계획과 유지보수 계획 등을 세우는데 필수적이다. 센싱 정보와 작업 회수 등이 Database에 자동으로 누적되고 설비와 생산제품에 대한 각종 검사 기능이 있기 때문에 이들을 통해서 설비별로 다양한 SPEC 관리가 가능하다. 사용자관리는 관리자의 정보 등을 등록하거나 공장 또는 작업자의 작업 정보 이력을 관리할 수 있는 기능이다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

Claims (5)

  1. 기존 설비 혹은 센서 장비에서 데이터를 수집하여 현장에서 모니터링하며 데이터베이스로 저장하는 모니터링부;
    이력 데이터가 데이터베이스화 되어 UI 화면을 통해 현황을 조회하는 이력데이터조회부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    자동차 부품 제작용 스마트 용접 공정 시스템.
  2. FaaS 클라우드 서비스를 기반으로 현재 상태를 실시간 모니터링함과 동시에 축적된 데이터를 활용하여 용접공정에 의한 결과물과 불량률 예측하는 데이터가공부;
    기존 설비 혹은 센서 장비에서 데이터를 수집하여 현장에서 모니터링하며 데이터베이스로 저장하는 모니터링부;
    이력 데이터가 데이터베이스화 되어 UI 화면을 통해 현황을 조회하는 이력데이터조회부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    자동차 부품 제작용 스마트 용접 공정 시스템.
  3. 데이터베이스에 저장된 데이터를 출력하기 위한 데이터출력부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    FaaS 클라우드 서비스를 기반으로 현재 상태를 실시간 모니터링함과 동시에 축적된 데이터를 활용하여 용접공정에 의한 결과물과 불량률 예측하는 데이터가공부;
    기존 설비 혹은 센서 장비에서 데이터를 수집하여 현장에서 모니터링하며 데이터베이스로 저장하는 모니터링부;
    이력 데이터가 데이터베이스화 되어 UI 화면을 통해 현황을 조회하는 이력데이터조회부;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    자동차 부품 제작용 스마트 용접 공정 시스템.
  4. 센싱된 데이터를 수집하고 저장할 Database Server;
    용접공정 내에서 각종 응용 처리를 담당할 Application Server;
    네트워크 중앙에 현장 단말 및 관리 단말로 데이터를 분류하여 전송할 수 있는 Hub;를 포함하며,
    TCP/IP 기반의 네트워크에 의해 통신하되, 용접장비로부터 전송되는 데이터는 PLC 및 WiFi를 통해 자동으로 수신하는 것을 특징으로 하는
    자동차 부품 제작용 스마트 용접 공정 시스템.
  5. 용접현황과 토치원점, 팁(TIP)교환을 볼 수 있는 버튼이 메인화면에 배치되고,
    메인화면으로부터 분기되는 화면으로 작업별로 현황을 바로 확인할 수 있도록 구성되며,
    두 화면 모두 당일 작업과 현시점의 작업 데이터를 나타내며,
    작업시작과 완료일, 가스유량, 용접 길이를 포함한 정보를 출력하고,
    토치원점이 공정 순번별로 검사가 되었는지, 정확한 원점으로 보정이 되었는지를 출력하는 현장단말;
    현장단말에서 조회되는 모든 작업이력을 출력하되, 일별, 주별, 월별 정보를 종합하여 출력하고,
    X-BAR/R 관리도는 날짜별로 누적 데이터를 조회하며 그래프로 표현하고,
    센싱 정보와 작업 회수 등이 Database에 자동으로 누적되고,
    설비와 생산제품에 대한 검사 기능을 제공하며,
    관리자의 정보를 등록하거나 공장 또는 작업자의 작업 정보 이력을 관리하는 관리단말;을 포함하는 것을 특징으로 하는
    자동차 부품 제작용 스마트 용접 공정 시스템.
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