KR20180111871A - 생산율 및/또는 소모율을 제어하는 생산 시설 - Google Patents

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KR20180111871A
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요젭 클레크너
미햐엘 발터
볼프강 아놀트
마쿠스 흘라박
마틴 디터를레
크리스티안 키르혀
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 하나 이상의 시재료(21 내지 23)를 하나 이상의 제품(31, 32, 33)으로 가공하는 하나 이상의 가공 스테이션(41 내지 43); 그리고 상기 가공 스테이션(41 내지 43)에 작용하는 하나 이상의 조작 변수(61 내지 63)에 영향을 미침으로써, 제품(31 내지 33)의 품질 특징에 대한 척도이고, 그리고/또는 제품(31 내지 33)의 품질 특징과 연관성이 있는 하나 이상의 변수(71 내지 73)를 제어할 수 있는 공정 제어기(51 내지 53);를 포함하는, 하나 이상의 1차 시재료(2)로부터 하나 이상의 최종 제품(3)을 제조하기 위한 생산 시설(1)에 관한 것으로, 여기서 공정 제어기(51 내지 53)는 추가로, 조작 변수(61 내지 63)에 영향을 미침으로써, 가공 스테이션(41 내지 43)의 제품(31 내지 33) 생산율(31a 내지 33a) 및/또는 가공 스테이션(41 내지 43)의 시재료(21 내지 23) 소모율(21a 내지 23a)을 제어하도록 설계된다.

Description

생산율 및/또는 소모율을 제어하는 생산 시설
본 발명은, 하나 이상의 1차 시재료로부터 최종 제품을 제조하기 위한 하나 또는 복수의 가공 스테이션을 갖는 생산 시설에 관한 것이다.
산업 생산 공정은 수회 제어되어 진행된다. 시재료가 하나의 제품으로 가공되는 가공 스테이션은 공정 제어기를 포함하며, 이 공정 제어기는 하나 또는 복수의 조작 변수를 통해서 가공 스테이션에 작용하고, 하나 이상의 제어될 변수를 피드백으로서 받는다. 상기 변수가 예를 들어 제품의 품질 특징에 대한 척도이고, 그리고/또는 상기 변수가 제품의 품질 특징과 연관성이 있으면, 제조 공정에 교란 영향이 작용하는 경우에도 상기 품질 특징은 일정 수준으로 유지된다. 교란 영향은, 조작 변수가 공정 제어기에 의해 상응하게 추적됨으로써 보상된다.
상기와 같은 제조 공정 및 관련 공정 제어기는 예를 들어 EP 1 867 422 A2호로부터 공지되어 있다.
본 발명의 범주에서, 하나 이상의 1차 시재료로부터 하나 이상의 최종 제품을 제조하기 위한 생산 시설이 개발되었다. 이와 같은 생산 시설은, 하나 이상의 시재료를 하나 이상의 제품으로 가공하는 하나 이상의 가공 스테이션을 포함한다. 또한, 가공 스테이션에 작용하는 하나 이상의 조작 변수에 영향을 미침으로써, 제품의 품질 특징에 대한 척도이고, 그리고/또는 제품의 품질 특징과 연관성이 있는 하나 이상의 변수를 제어할 수 있는 공정 제어기가 제공된다.
시재료라는 용어는, 제품의 제조를 위해 가공 스테이션에서 필요로 하는 모든 물질, 매질, 물품 및 여타의 자원, 특히 이 경우에는 소모성 자원을 포함한다. 이 중에는 예를 들어 원료, 에너지, 첨가제, 소비재 그리고 다른 가공 스테이션에 의해서 제조된 중간 제품이 속한다. 마모되는, 그리고 이로써 단기간 또는 장기간에 걸쳐 소모되는, 가공 스테이션의 공구 및 다른 부재들도 시재료에 속한다.
제품이라는 용어는 일반적으로 가공 스테이션으로부터 공급되는 작업 결과물을 포함한다. 제품은, 특히 예를 들어, 정제되거나 가공된 원재료; 또 다른 가공 스테이션에 의한 추가 가공을 위한 중간 제품 또는 반제품; 또는 생산 시설에 의해 전체로서 제조될 대상일 수 있다.
생산 시설은 가공 스테이션들의 직렬 또는 병렬 배열, 또는 이들의 임의의 혼합 형태를 포함할 수 있다. 2개의 작업 스테이션의 직렬 배열은, 제1 가공 스테이션의 제품이 제2 작업 스테이션에 의해 시재료로서 이용됨을 의미한다. 2개의 작업 스테이션의 병렬 배열은, 상기 두 가공 스테이션이 동일한 시재료 또는 동종의 시재료를 포함하고, 이 시재료로 동일한 또는 동종의, 특히 서로 교환 가능한 제품들을 제조함을 의미한다.
1차 시재료는, 전체로서 간주되는 생산 시설에 통째로 공급되는 시재료이다. 최종 제품은, 전체로서 간주되는 생산 시설의 작업으로부터 통째로 얻어지는 제품이다.
본 발명의 맥락에서 변수의 제어라는 용어는, 특히 사전에 결정된 목표값 또는 목표값 파형에 맞추어서 변수를 제어하는 것뿐만 아니라, 예를 들어 상기 값이 구체적으로 사전 설정되지 않고도 상기 변수의 현재 값에 유지시키는 것도 포함한다. 일반적으로, 제어라는 용어는, 목표 상태로부터 벗어나는, 제어된 변수의 함수에 의해 정의된 실제 상태의 편차를 최소화하기 위하여 조작 변수에 작용하는 것을 포함한다.
제품의 품질 특징과 연관성이 있는 변수란 특히, 품질 특징의 존재 또는 부재에 대한 원인이 되는 값 또는 거동을 갖는 변수를 의미한다. 즉, 예를 들어 제품의 품질에 작용하거나 여타의 방식으로 제품의 품질을 위해 중요한 공정 변수일 수 있다.
본 발명에 따라, 공정 제어기는 추가로, 조작 변수에 영향을 미침으로써, 가공 스테이션의 제품 생산율 및/또는 가공 스테이션의 시재료 소모율을 제어하도록 설계된다. 생산율은, 특히 단위 시간당 가공 스테이션을 통해 공급되는 제품의 양으로서 정의될 수 있다. 소모율은 특히, 단위 시간당 가공 스테이션에 의한 시재료의 소모량으로서 정의될 수 있다.
확인된 사실은, 상기와 같은 조치에 의해서 놀랍게도 제조의 경제성이 개선된다는 것이다. 지금까지, 양에 따른 생산 제어는 주로 물류 관리 및 조립 분야에서 적용되었던 반면, 본질적인 제조 및 특히 생산 기술에서는 중요시되지 않았다. 그 대신, 정해진 생산 시간 및 품질 특징에서, 정해진 생산 능력 및 이를 위해 준비된 가공 공정이 그 자체로 볼 때 최적으로 활용되었다.
상기와 같은 최적의 활용은 경제적인 최적 조건과 일치하는 경우가 많지만, 항상 그러한 것은 아니다. 예를 들어, 절삭 제조 기계에서는, 제조된 제품당 제조 비용이 그 기계의 활용도에 좌우되는데, 그 이유는 기계의 완전한 활용 또는 완전한 과부하에서는 에너지 소비 및/또는 공구 마모가 불균형적으로(disproportionately) 증가하기 때문이다. 그 밖의 다른 상황에서, 예를 들어 엔진 제조 시, 정지가 임박해있기 때문에 많은 개수의 제품(예를 들어 디젤 인젝터)이 즉각 필요하다면, 단가 증가의 고려 없이 제조 기계를 최대한으로 가동시키는 것이 경제적으로 합당할 수 있다. 그와 달리, 추가 가공이 지연되고 있거나 또 다른 이유에서 급박한 수요가 덜함에 따라 더 적은 개수가 필요하다면, 최소의 단가를 들여서 활용하기 위한 작업점이 합당할 수 있다.
대안적으로 또는 생산율과 조합해서도, 가공 스테이션의 소모율도 제어될 수 있다. 이와 같은 제어에 의해서 예를 들어 자원 부족에 대응할 수 있다. 예를 들면, 복수의 가공 스테이션이 필요로 하는, 그리고 모든 가공 스테이션의 수요를 충족시키기 힘든 공급량을 갖는 반제품이, 가용 총량으로써 최대로 가능한 부가 가치에 도달할 수 있을 정도의 양으로 가공 스테이션에 분배될 수 있다.
생산율 및 소모율은, 공정 조작자에 의해 작동 상의 요건과 관련해서 조정될 수 있고 즉각 인지할 수 있는 파라미터이다. 이 경우, 제품의 품질 특징에 대한 척도이고, 그리고/또는 제품의 품질 특징과 연관성이 있는 변수의 제어는 생산율 및/또는 소모율의 제어와 대등할 수 있다. 하지만, 특히 바람직하게는, 제품 품질과 관련된 제어가 우선권을 갖는다. 특히, 예를 들어, 생산율 및 소모율의 변경을 목적으로 하는 조작 변수에 대한 개입은, 이 경우 제품 품질이 어느 시점에도 사전 설정된 임계값에 미달하지 않는 한에서만 경계 조건으로서 허용될 수 있다.
생산율 및 소모율은 비교적 느린 시간 상수와 함께 존재하거나 스캐닝될 수 있는 변수일 수 있다. 예를 들어 제품 및/또는 시재료가 낱개의 형태로 존재하면, 낱개 1개의 생산을 위해서 또는 소모를 위해서 필요한 시간이 시간 상수를 제한하게 된다. 하지만, 이는 명백하게, 제품의 품질 특징에 대한 척도이고, 그리고/또는 제품의 품질 특징과 연관성이 있는 변수와 함께 스캐닝되는 시간 상수를 제한하는 것은 아니다. 이 변수는, 제품의 하나의 낱개가 완성되어야 비로소 존재해야 할 필요는 없으며, 오히려 예를 들어 공정 변수일 수도 있고, 다름 아닌 가공될 제품의 제조 동안 높은 시간 해상도로 존재할 수 있다. 다시 말해, 공정 제어기는 지금까지와 마찬가지로 상기 제조 동안에 발생하는 간섭에 대하여 직접적으로 그리고 즉각적으로, 아래로 밀리 초 범위까지 이르는 클록 사이클로 반응할 수 있고, 그에 상응하게 조작 변수를 추적할 수 있다.
목표/실제 비교의 목적으로, 공정 제어기의 제어 목표가 되는 변수들이 바람직하게는 공정 제어기 내로 피드백됨으로써, 폐쇄된 제어 루프가 존재하게 된다.
바람직하게, 공정 제어기는 가공 스테이션으로부터 하나 이상의 공정 변수를 추가 피드백으로서 받는다. 이와 같은 피드백은 예를 들어 가공 스테이션의 구성 요소들의 부하 한계와 같은 경계 조건의 모니터링을 위해서 이용될 수 있다. 또는 피드백이, 예를 들어 상기 공정 변수를 제어하도록 공정 제어기를 추가로 설계하기 위해서 사용될 수도 있다. 예를 들어, 공정 제어기는 생산율 및/또는 소모율을 사전 설정된 값으로 제어하려는 요구를 내부에서 하나 또는 복수의 공정 변수에 대한 규정으로 변환한다. 그 다음에, 원하는 생산율 및/또는 소모율이 공정 변수의 상응하는 제어에 의해서 새로운 규정으로 물리적으로 구현된다. 예를 들어, 절삭 제조에서는, 생산율 및/또는 소모율에 대한 규정이 가공력에 대한 규정으로 변환될 수 있다. 그 다음에 나머지 절삭 파라미터가 제어 과정 중에 새로운 가공력에 자동으로 매칭됨으로써, 일정한 품질의 제품들이 제조된다. 그 대안으로 또는 그에 조합된 형태로, 추가 피드백 공정 변수들은 그 자체로도 제품의 품질 특징에 대한 척도일 수 있고, 그리고/또는 제품의 품질 특징과 연관성이 있을 수 있다.
그에 대한 일례는, 시재료를 천공을 통해 하나의 제품으로 가공하도록 가공 스테이션이 설계되는 본 발명의 특히 바람직한 일 실시예이다. 공정 제어기는 예를 들어 천공기의 이송력(F)을 공정 변수로서 제어하도록 설계될 수 있다. 이 목적을 위해, 공정 제어기는 예를 들어 천공기의 회전수를 변경할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 상응하는 테스트에서는 천공기의 수명이 30%까지 연장될 수 있었다.
그와 유사하게, 본 발명의 또 다른 바람직한 특별한 실시예에서는, 시재료를 밀링에 의해서 하나의 제품으로 가공하도록 가공 스테이션이 설계될 수 있다. 이 경우, 공정 제어기는, 예를 들어 밀링 커터의 이송 속도(v)를 공정 변수로서 제어하도록 설계될 수 있다.
공정 제어기는 또한 밀링 커터의 채터링을 기술하는 측정 변수(R)를 추가 피드백 공정 변수로서 받을 수 있다. 밀링 커터의 채터링은, 가공 속도가 더 큰 경우에 더 많이 발생하고, 예를 들어 밀링 커터의 수명뿐만 아니라 가공 정확성까지도 감소시키는 진동이다. 이제 공정 제어기에서, 동일한 품질 요구 조건에서 가급적 높은 생산율의 규정이 만들어지면, 공정 제어기는, 예를 들어 적어도 가공품 가공의 초기의 거친 부분을 최대 속도로 그리고 강한 진동으로 수행하고, 높은 표면 품질의 의도에서 진동을 최소화하기 위하여 세선 세공(filigree) 구조의 마무리를 위해 속도를 확연히 감소시킴으로써, 상기 상황에 대응할 수 있다.
공정 제어기는 가공 스테이션의 고유한 제어와 무관한 유닛일 수 있으며, 가공 스테이션에 통합될 필요도 없다. 더 상세하게 말하자면, 예를 들어 복수의 가공 스테이션이 하나의 통신 연결부를 통해서 중앙의 공정 제어기와 결합되는 것이 가능하다. 또한, 지금까지는 개회로 제어를 통해서만 공급을 수행하고 폐회로 제어는 이루어지지 않았던 가공 스테이션에서는, 별도의 시스템 박스 형태의 공정 제어기가 설비 보완될 수 있다. 그와 반대로, 가공 스테이션의 제어 과정 처음부터 공정 제어기를 통합시키는 것도 가능하다.
가공 스테이션의 제어는 예를 들어 CNC 제어, SPS 제어, 또는 주파수 변환기용 회전수 제어일 수도 있다. 가공 스테이션으로부터 유래하며 공정 제어기가 추가 피드백으로서 받는 공정 변수는 예를 들어 가공 스테이션의 제어부로부터 유래하는 상태 정보일 수 있다. 또는, 공정 변수가 예를 들어 센서에 의해서 측정된 측정값일 수도 있다.
본 발명의 특히 바람직한 일 실시예에서는, 2개 이상의 가공 스테이션이 제공되며, 이 경우 제1 가공 스테이션의 하나 이상의 제품이 제2 가공 스테이션의 시재료가 된다. 그 다음에, 예를 들어 제2 가공 스테이션의 예비 제품 소모율과 제1 가공 스테이션의 상기 예비 제품 생산율이 서로 매칭될 수 있음으로써, 가공되지 않은 예비 제품이 제1 가공 스테이션과 제2 가공 스테이션 사이에서 정체되는 상황도 발생하지 않게 되고, 예비 제품의 갑작스러운 부족으로 인해 제2 가공 스테이션이 정지하는 상황도 발생하지 않게 된다. 또한, 예를 들어 복수의 가공 스테이션에는, 상류에 접속된 하나의 동일한 가공 스테이션으로부터 예비 제품들이 공급될 수 있다. 그와 반대로, 예를 들어 동일한 또는 동종의 예비 제품을 제조하는 복수의 가공 스테이션이, 상기 예비 제품을 시재료로서 필요로 하는 하류에 접속된 가공 스테이션에 예비 제품을 공급할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특히 바람직한 일 실시예에서는, 각각의 가공 스테이션으로부터 각각 하나 이상의 공정 변수를 피드백으로서 받고, 제1 가공 스테이션에 작용하는 조작 변수에 영향을 미치는 제1 공정 제어기가 제공된다. 또한, 제2 가공 스테이션으로부터 유래하는 하나 이상의 공정 변수, 그리고 제품의 품질 특징에 대한 척도이고, 그리고/또는 제품의 품질 특징과 연관성이 있는 하나 이상의 변수를 피드백으로서 받고 제2 가공 스테이션에 작용하는 조작 변수에 영향을 미치는 제2 공정 제어기가 제공된다. 이 경우, 제1 공정 제어기는 예를 들어 주로 생산율 또는 소모율과 관련된 규정을 실행하기 위해서 이용될 수 있다. 제2 공정 제어기는 예를 들어 주로 최종 제품의 일정한 품질을 보장하기 위해서 이용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특히 바람직한 일 실시예에서는, 가공 스테이션의 개별 제품 생산율에 대한 그리고/또는 가공 스테이션의 개별 시재료 소모율에 대한 공정 제어기의 목표값에 영향을 미침으로써, 생산 시설의 하나 이상의 1차 시재료 소모율 및/또는 생산 시설의 최종 제품 생산율을 제어하도록 설계된 생산 제어기가 제공된다.
전체로서의 생산 시설의 소모율 및 생산율은 경제적인 관점에서 궁극적으로 관련이 있는 변수이다. 이제, 개별 가공 스테이션의 평면에서 공정 제어기가 재차 소모율 및/또는 생산율에 대한 규정에 따라 동작함으로써, 2개의 평면 사이에 논리성 위배(logical violation)가 전혀 존재하지 않는다. 상기 방식으로, 서로 부분적으로는 직렬로 그리고 부분적으로는 병렬로 배열된 기지국들로 구성된 복합 네트워크도 계속 구현될 수 있다.
더 나아가, 생산 제어기는, 상기와 같은 복합 결합체 내에서 가장 빈번하게 발생하는 두 가지 장애, 즉, 한 편으로는 가공 스테이션의 고장 및 다른 한 편으로는 자원 부족에 대하여 매우 간단하게 곧바로 반응할 수 있다. 예를 들어, 가공 스테이션의 고장은, 동일한 제품을 제조하는 다른 가공 스테이션의 활용을 증가시킴으로써 보상될 수 있다. 그와 반대로, 특정 시재료가 부족한 경우에는, 이 시재료를 더 긴급하게 필요로 하는 다른 가공 스테이션에서 상기 부족한 시재료를 사용할 수 있도록, 상기 가공 스테이션이 후순위로 동작할 수 있다. 즉, 생산 제어기가 개별 가공 스테이션들의 협력을 상황에 맞게 조율함으로써, 부가 가치 및 이를 위해 필요한 자원 소모가 최적의 비율로 유지된다.
생산 제어기는, 소모율 또는 생산율과 관련된 규정들을 각각의 최대 생산 능력에 맞추어 표준화된 계수 인자(scaling factor)의 형태로 개별 가공 스테이션에 전달할 수 있으며, 이 경우 0의 값은 정지 상태를 나타내고, 1의 값은 전용량(full capacity)을 나타낸다. 생산 제어기는 최종 제품의 생산율과 관련된, 그리고/또는 1차 시재료의 소모와 관련된 규정을 예를 들어 SAP와 같은 관리 시스템 또는 생산 관리 시스템(Manufacturing Execution System, MES)으로부터 받고, 자신의 편에서 생산율 또는 소모율의 실제 상태를 관리 시스템으로 피드백한다.
생산 제어기와, 개별 가공 스테이션을 담당하는 공정 제어기 사이에 각각 폐쇄된 피드백 제어 루프가 반드시 존재할 필요는 없다. 전체로서의 생산 시설의 소모율 또는 생산율의 제어를 위해, 생산 제어기는 상기 소모율 또는 생산율의 실제 상태만을 알고 있으면 된다. 제어 품질은, 공정 제어기가 가공 스테이션의 실제 상태에 대한 집계된 정보를 생산 제어기로 전달함으로써 개선될 수 있다. 예를 들어 일 가공 스테이션이 고장인 경우, 그 가공 스테이션의 활용도를 높이기 위한 생산 제어기의 모든 시도는 불필요하다.
공정 제어기 및 생산 제어기는 각각, 별도로 판매될 수 있는, 그리고 기존의 가공 스테이션에 또는 기존의 생산 시설에 보완될 수 있는 독자적인 유닛으로서 형성될 수 있다. 그렇기 때문에, 전술된 바에 따르면, 본 발명은 또한, 조작 변수를 통해서 중개되는 가공 스테이션에 영향을 미침으로써, 기지국의 생산율 및/또는 소모율을 추가로 제어하도록 설계된 공정 제어기와도 관련이 있다. 또한, 본 발명은, 기지국의 생산율에 대한 그리고/또는 소모율에 대한 공정 제어기의 목표값에 영향을 미침으로써 생산 시설의 생산율 및/또는 소모율을 제어하도록 설계된, 복수의 가공 스테이션으로 구성된 생산 시설을 위한 생산 제어기와도 관련이 있다.
본 발명은, 종래 기술에 비해 다음과 같은 중요한 장점들을 갖는다:
개별 가공 스테이션의 조작 변수 및 공정 파라미터의 매칭은 더 이상 독자적이고 수동적인 과정이 아니다. 공정 제어기에 의해서, 조작 변수 및 공정 파라미터는 각각의 공구 상태를 위해서뿐만 아니라, 공구와 가공품 간의 각각의 개별 페어링(pairing)을 위해서도 최적으로 설정되고 유지된다.
최종 제품과 관련된 품질 특징은, 타당한 한계 안에서 가변적인 공정 파라미터에서 달성될 수 있다. 그 결과, 개별 가공 단계들의 공정 안정성이 보장된다.
생산 제어기는 개별 가공 스테이션의 조작 변수에 직접적인 영향을 미치고, 이로써 제조 템포 및 단가에도 영향을 미친다.
생산 제어의 순수 경제적인 최적화 목적 외에, 부가 가치 체인 내에서의 포괄적인 결합도 가능하다. 또한, 기계 고장 또는 계획되지 않은 자원 부족에 대해서도 신속하게 반응할 수 있다.
본 발명을 개선하는 또 다른 조치들은, 도면을 참조하여 이루어지는 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명과 더불어 이하에서 더욱 상세하게 서술된다.
도 1은 가공 스테이션(41)을 갖춘 본 발명에 따른 생산 시설(1)의 실시예를 도시한 도면이다.
도 2는 직렬 연결된 2개의 가공 스테이션(41 및 42)을 갖춘 본 발명에 따른 생산 시설(1)의 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 생산 제어기(9)를 갖춘 본 발명에 따른 생산 시설(1)의 실시예를 도시한 도면이다.
도 1에 따르면, 생산 시설(1)은 단 하나의 가공 스테이션(41)을 포함한다. 전체로서의 생산 시설(1)에 공급되고 생산 시설(1)에 의해서 비율(2a)로 소모되는 1차 시재료(2)는 동시에 가공 스테이션(41)의 시재료(21)이기도 하다. 가공 스테이션(41)은 시재료(21)를 비율(21a)로 소모하고, 이 시재료(21)를 비율(31a)로 하나의 제품(31)으로 가공한다. 상기 제품(31)은 동시에 생산 시설(1)의 최종 제품(3)이기도 하다. 전체로서의 생산 시설(1)의 생산율(3a)은 단 하나의 가공 스테이션(41)의 생산율(31a)과 동일하다.
가공 스테이션(41)에 할당된 공정 제어기(51)는, 제품(31)의 품질 특징에 대한 척도인 변수(71) 외에, 가공 스테이션(41)의 소모율(21a)뿐만 아니라 생산율(31a)도 받는다. 이로써, 공정 제어기(51)는, 제품(31)의 품질이 일정한 경우에 소모율(21a), 생산율(31a), 또는 소모율(21a)과 생산율(31a)의 조합을 선택적으로 제어할 수 있게 된다. 이를 위해, 공정 제어기(51)는 가공 스테이션(41)에 작용하는 조작 변수(61)에 영향을 미친다. 변수(71)는 최종 제품(31)에서 인식될 뿐만 아니라, 동시에 훨씬 더 빠른 기간(timescale) 내에, 가공 스테이션(41) 내에서 진행되는 공정 직후에 도출된다.
추가로, 공정 제어기(51)는 가공 스테이션으로부터 또 다른 공정 변수(81)를, 경계 조건의 모니터링을 위해서 이용될 수 있는 추가 피드백으로서 받는다.
도 2에 도시된 실시예에서, 생산 시설(1)은 서로 직렬 연결된 2개의 가공 스테이션(41 및 42)을 포함한다. 1차 시재료(2)는 동시에 제1 가공 스테이션(41)의 시재료(21)이기도 하며, 1차 시재료(2)의 소모율(2a)은 제1 가공 스테이션(41)의 소모율(21a)과 동일하다. 제1 가공 스테이션(41)은 비율(31a)로 제1 제품(31)을 생산한다. 상기 제1 제품(31)은 동시에 제2 가공 스테이션(42)의 시재료(22)이기도 하며, 상기 제2 가공 스테이션은 시재료(22)로부터 비율(32a)로 제2 제품(32)을 제조한다. 이 경우, 제2 제품(32)은 생산 시설(1)이 전체적으로 제조하는 최종 제품(3)과 동일하며, 최종 제품(3)이 제조되는 비율(3a)은 제2 가공 스테이션(42)의 생산율(32a)과 동일하다. 하지만, 제2 가공 스테이션(42)의 소모율(22a)은 반드시 제1 가공 스테이션(41)의 생산율(31a)과 동일한 것은 아니다. 그 대신, 제품(31)은 제2 가공 스테이션(42)에 시재료(22)로서 공급되기 전에 임시 보관될 수 있다.
생산 시설(1)은 2개의 공정 제어기(51 및 52)를 포함한다. 제1 공정 제어기(51)는 제1 가공 스테이션(41)의 소모율(21a) 및 생산율(31a)을 피드백으로서 받는다. 추가로, 제1 공정 제어기(51)는 제1 가공 스테이션(41)으로부터 제1 공정 변수(81)를 받고, 제2 가공 스테이션(42)으로부터 제2 공정 변수(82)를 받는다. 제1 공정 제어기(51)는, 제1 가공 스테이션(41)에 작용하는 조작 변수(61)에 영향을 미친다. 제1 공정 제어기는, 생산량 및 자원 소모량의 사전 목표값을 실행할 때 주요 작업을 담당한다.
제2 공정 제어기(52)는 제2 가공 스테이션(42)의 소모율(22a) 및 생산율(32a)을 피드백으로서 받는다. 제2 공정 제어기(52)는 제품(32)의 품질 특징에 대한 척도인 변수(72)를 추가 피드백으로서 받는다. 이로써, 제2 공정 제어기(52)는, 동시에 생산 시설(1)의 최종 제품(3)이 되기도 하는 제품(32)의 최종 제어를 담당한다. 도 1과 유사하게, 변수(72)는 완성된 제품(32)을 참조해서도, 그리고 훨씬 더 빠른 기간 내에 가공 스테이션(42)에서 진행되는 공정으로부터 직접 도출된다.
도 3은, 본 발명에 따른 생산 시설(1)의 또 다른 일 실시예를 보여준다. 본 실시예에서는, 4개의 가공 스테이션(41, 42a, 42b 및 43)으로 구성되고 직렬 및 병렬 배열 방식이 혼합된 구조가 제공되어 있다.
제1 가공 스테이션(41)은, 동시에 전체로서의 생산 시설(1)의 1차 시재료(2)이기도 한 시재료(21)를 소모율(21a)로 소모하고, 상기 시재료(21)로부터 생산율(31a)로 제1 제품(31)을 제조한다. 제1 가공 스테이션(41)에 할당되고, 조작 변수(61)를 통해 제1 가공 스테이션(41)에 작용하는 공정 제어기(51)는 제1 가공 스테이션(41)의 소모율(21a) 및 생산율(31a)을 받으며, 제1 제품(31)의 품질 특징에 대한 척도인 변수(71)도 피드백으로서 받는다. 공정 제어기(51)는, 변수(71) 외에 제1 가공 스테이션의 소모율(21a) 및/또는 생산율(31a)도 제어하도록 설계된다.
제1 제품(31)은, 병렬 배열된 2개의 가공 스테이션(42a 및 42b)에 시재료(22)로서 공급되는 중간 제품이다. 2개의 가공 스테이션(42a 및 42b)은 시재료(22)로부터 제2 제품(32)을 제조한다. 이 경우, 가공 스테이션(42a)의 시재료(22) 소모율(22a1)은 가공 스테이션(42b)의 시재료(22) 소모율(22a2)과 상이하다. 이와 마찬가지로, 가공 스테이션(42a)의 제2 제품(32) 생산율(32a1)도 가공 스테이션(42b)의 제2 제품(32) 생산율(32a2)과 상이하다. 2개 가공 스테이션(42a 및 42b)의 시재료(22) 소모율들(22a1 및 22a2)의 총합이, 상기 시재료(22)가 가공 스테이션(41)을 통과하여 제1 제품(31)으로서 제조될 때의 생산율(31a)과 반드시 일치할 필요는 없다. 한 편으로 가공 스테이션(41)과 가공 스테이션(42a) 사이에 그리고 다른 한 편으로 가공 스테이션(41)과 가공 스테이션(42b) 사이에는, 가공 스테이션(41) 측에서의 생산 과잉을 수용하고, 가공 스테이션(42a 및 42b) 측에서의 수요 과잉을 충족시키는 보관 용량이 존재한다.
가공 스테이션(42a)에 할당된 공정 제어기(52a)는, 조작 변수(62a)의 매개 하에 가공 스테이션(42a)에 영향을 미친다. 공정 제어기는, 가공 스테이션(42a)의 소모율(22a1) 및 생산율(32a1), 그리고 가공 스테이션(42a)에 의해 제조되는 제2 제품(32)의 품질 특징에 대한 척도인 변수(72a)를 피드백으로서 받는다.
그와 유사하게, 가공 스테이션(42b)에 할당된 공정 제어기(52b)는, 조작 변수(62b)의 매개 하에 가공 스테이션(42b)에 영향을 미친다. 공정 제어기는, 가공 스테이션(42b)의 소모율(22a2) 및 생산율(32a2), 그리고 가공 스테이션(42b)에 의해 제조되는 제2 제품(32)의 품질 특징에 대한 척도인 변수(72b)를 피드백으로서 받는다.
2개의 가공 스테이션(42a 및 42b)에 의해서 제조되는 제2 제품(32)은 동시에 가공 스테이션(43)을 위한 시재료(23)이기도 하다. 가공 스테이션(43)은 소모율(23a)로 시재료(23)를 소모하고, 이로부터 생산율(33a)로 제3 제품(33)을 제조하며, 상기 제3 제품은 동시에 전체로서의 생산 시설(1)의 최종 제품(3)이기도 하다.
이 경우, 한 편으로 가공 스테이션(42a)과 가공 스테이션(42b) 사이에 그리고 다른 한 편으로 가공 스테이션(42a)과 가공 스테이션(43) 사이에 다시 보관 용량이 존재함에 따라, 가공 스테이션(43)의 소모율(23a)이 가공 스테이션들(42a 및 42b)의 생산율(32a1 및 32a2)의 총합과 반드시 일치할 필요가 없다.
가공 스테이션(43)에 할당된 공정 제어기(53)는, 가공 스테이션(43)의 소모율(23a) 및 생산율(33a), 그리고 제품(33)의 품질 특징에 대한 척도인 변수(73)를 피드백으로서 받는다.
도 1 및 도 2와 유사하게, 변수들(71, 72a, 72b 및 73)은 완성된 제품(31, 32 및 33)을 참조해서 결정될 뿐만 아니라, 훨씬 더 빠른 기간 내에, 가공 스테이션(41, 42a, 42b 및 43)에서 진행되는 공정들로부터 직접 도출된다.
가공 스테이션(41)만이 전체로서의 생산 시설(1)의 1차 시재료(2)와 동일한 시재료(21)를 소모하기 때문에, 제1 가공 스테이션(41)의 소모율(21a)은 전체로서의 생산 시설(1)의 소모율(2a)과 동일하다.
가공 스테이션(43)만이 전체로서의 생산 시설(1)의 최종 제품(3)인 제품(33)을 제조하기 때문에, 가공 스테이션(43)의 생산율(33a)은 전체로서의 생산 시설(1)의 생산율(3a)과 동일하다.
생산 제어기(9)는 생산 시설(1)의 소모율(2a) 및 생산율(3a)을 피드백으로서 받는다. 생산 제어기는, 소모율(2a) 및/또는 생산율(3a)을 제어하도록 설계된다. 이러한 목적으로, 생산 제어기(9)는 가공 스테이션(42, 42a, 42b 및 43)의 소모율(21a, 22a1, 22a2, 23a) 및/또는 생산율(31a, 32a1, 32a2, 33a)에 대한 목표값(91, 92a, 92b 및 93)에 영향을 미친다. 이 경우, 생산 제어기는, 편의상 도 3에 표시되지 않은, 가공 스테이션(42, 42a, 42b 및 43)의 상태에 대한 추가 피드백을 더 받을 수 있다.
생산 제어기(9)에 의해, 전체로서의 생산 시설(1)이 최대 생산율(3a)의 극단과 최소 소모율(2a)의 극단 사이에서 운전될 수 있다. 또한, 예를 들어 가공 스테이션(42b)의 활용도를 상응하게 높이는 방식으로, 가공 스테이션(42a)의 고장에 대응할 수 있다.

Claims (13)

  1. 하나 이상의 시재료(21, 22, 23)를 하나 이상의 제품(31, 32, 33)으로 가공하는 하나 이상의 가공 스테이션(41, 42, 42a, 42b, 43); 그리고 상기 가공 스테이션(41, 42, 42a, 42b, 43)에 작용하는 하나 이상의 조작 변수(61, 62, 62a, 62b, 63)에 영향을 미침으로써, 제품(31, 32, 33)의 품질 특징에 대한 척도이고, 그리고/또는 제품(31, 32, 33)의 품질 특징과 연관성이 있는 하나 이상의 변수(71, 72, 72a, 72b, 73)를 제어할 수 있는 공정 제어기(51, 52, 52a, 52b, 53);를 포함하는, 하나 이상의 1차 시재료(2)로부터 하나 이상의 최종 제품(3)을 제조하기 위한 생산 시설(1)에 있어서,
    상기 공정 제어기(51, 52, 52a, 52b, 53)는 추가로, 상기 조작 변수(61, 62, 62a, 62b, 63)에 영향을 미침으로써, 가공 스테이션(41, 42, 42a, 42b, 43)의 제품(31, 32, 33) 생산율(31a, 32a, 32a1, 32a2, 33a) 및/또는 가공 스테이션(41, 42, 42a, 42b, 43)의 시재료(21, 22, 23) 소모율(21a, 22a, 22a1, 22a2, 23a)을 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 생산 시설(1).
  2. 제1항에 있어서, 공정 제어기(51, 52, 52a, 52b, 53)가 가공 스테이션(41, 42, 42a, 42b, 43)으로부터 하나 이상의 공정 변수(81, 82)를 추가 피드백으로서 받는 것을 특징으로 하는, 생산 시설(1).
  3. 제2항에 있어서, 공정 제어기(51, 52, 52a, 52b, 53)가 추가로, 공정 변수(81, 82)를 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 생산 시설(1).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 가공 스테이션(41, 42, 42a, 42b, 43)은 시재료(21, 22, 23)를 천공을 통해 하나의 제품(31, 32, 33)으로 가공하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 생산 시설(1).
  5. 제3항 및 제4항에 있어서, 공정 제어기(51, 52, 52a, 52b, 53)는 천공기의 이송력(F)을 공정 변수(81, 82)로서 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 생산 시설(1).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 가공 스테이션(41, 42, 42a, 42b, 43)은 시재료(21, 22, 23)를 밀링을 통해 하나의 제품(31, 32, 33)으로 가공하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 생산 시설(1).
  7. 제3항 및 제6항에 있어서, 공정 제어기(51, 52, 52a, 52b, 53)는 밀링 커터의 이송 속도(v)를 공정 변수(81, 82)로서 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 생산 시설(1).
  8. 제2항, 및 제6항 또는 제7항에 있어서, 공정 제어기(51, 52, 52a, 52b, 53)는 밀링 커터의 채터링을 기술하는 측정 변수(R)를 추가 피드백 공정 변수(81, 82)로서 받는 것을 특징으로 하는, 생산 시설(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 2개 이상의 가공 스테이션(41, 42, 42a, 42b, 43)이 제공되며, 제1 가공 스테이션(41)의 하나 이상의 제품(31)은 제2 가공 스테이션(42)의 시재료(22)인 것을 특징으로 하는, 생산 시설(1).
  10. 제9항에 있어서, 각각의 가공 스테이션(41, 42)으로부터 각각 하나 이상의 공정 변수(81, 82)를 피드백으로서 받고, 제1 가공 스테이션(41)에 작용하는 조작 변수(61)에 영향을 미치는 제1 공정 제어기(51)가 제공되며; 제2 가공 스테이션(42)으로부터 유래하는 하나 이상의 공정 변수(82), 그리고 제품(32)의 품질 특징에 대한 척도이고, 그리고/또는 제품(32)의 품질 특징과 연관성이 있는 하나 이상의 변수(72)를 피드백으로서 받고, 제2 가공 스테이션(42)에 작용하는 조작 변수(62)에 영향을 미치는 제2 공정 제어기(52)가 제공되는; 것을 특징으로 하는, 생산 시설(1).
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 가공 스테이션(41, 42, 42a, 42b, 43)의 개별 제품(31, 32, 33) 생산율(31a, 32a, 32a1, 32a2, 33a)에 대한 그리고/또는 가공 스테이션(41, 42, 42a, 42b, 43)의 개별 시재료(21, 22, 23) 소모율(21a, 22a, 22a1, 22a2, 23a)에 대한 공정 제어기(51, 52, 52a, 52b, 53)의 목표값(91, 92a, 92b, 93)에 영향을 미침으로써, 생산 시설(1)의 하나 이상의 1차 시재료(2)의 소모율(2a) 및/또는 생산 시설(1)의 최종 제품(3) 생산율(3a)을 제어하도록 설계된 생산 제어기(9)가 제공되는 것을 특징으로 하는, 생산 시설(1).
  12. 가공 스테이션(41, 42, 42a, 42b, 43)에 작용하는 하나 이상의 조작 변수(61, 62, 62a, 62b, 63)에 영향을 미침으로써, 제품(31, 32, 33)의 품질 특징에 대한 척도이고, 그리고/또는 제품(31, 32, 33)의 품질 특징과 연관성이 있는 하나 이상의 변수(71, 72, 72a, 72b, 73)를 제어할 수 있는, 생산 시설(1) 내의 가공 스테이션(41, 42, 42a, 42b, 43)용 공정 제어기(51, 52, 52a, 52b, 53)로서, 상기 가공 스테이션(41, 42, 42a, 42b, 43)이 하나 이상의 시재료(21, 22, 23)를 하나 이상의 제품(31, 32, 33)으로 가공하는, 공정 제어기에 있어서,
    상기 공정 제어기(51, 52, 52a, 52b, 53)가 추가로, 조작 변수(61, 62, 62a, 62b, 63)에 영향을 미침으로써, 가공 스테이션(41, 42, 42a, 42b, 43)의 제품(31, 32, 33) 생산율(31a, 32a, 32a1, 32a2, 33a) 및/또는 가공 스테이션(41, 42, 42a, 42b, 43)의 시재료(21, 22, 23) 소모율(21a, 22a, 22a1, 22a2, 23a)을 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 공정 제어기.
  13. 2개 이상의 가공 스테이션(41, 42, 42a, 42b, 43) 및 하나 이상의 공정 제어기(51, 52, 52a, 52b, 53)를 포함하는 생산 시설(1)을 위한 생산 제어기(9)로서, 제1 가공 스테이션(41)의 하나 이상의 제품(31)이 제2 가공 스테이션(42)의 시재료(22)인, 생산 제어기에 있어서,
    상기 생산 제어기(9)는, 가공 스테이션(41, 42, 42a, 42b, 43)의 개별 제품(31, 32, 33) 생산율(31a, 32a, 32a1, 32a2, 33a)에 대한 그리고/또는 가공 스테이션(41, 42, 42a, 42b, 43)의 개별 시재료(21, 22, 23) 소모율(21a, 22a, 22a1, 22a2, 23a)에 대한 공정 제어기(51, 52, 52a, 52b, 53)의 목표값(91, 92a, 92b, 93)에 영향을 미침으로써, 생산 시설(1)의 하나 이상의 1차 시재료(2) 소모율(2a) 및/또는 생산 시설(1)의 최종 제품(3) 생산율(3a)을 제어하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 생산 제어기.
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