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'스마트팩토리 및 공장자동화'에 해당되는 글 4

  1. 2019.03.08 스마트공장개념등(요약)
  2. 2019.02.25 로봇 이야기1
  3. 2019.02.12 장비개발 세부check list 및 process
  4. 2019.02.11 FMEA( [Failure Mode and Effect Analysis]
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-.스마트공장 개념

기획·설계 → 생산 → 유통·판매 등 全 과정을 IoT·AI·빅데이터등으로 통합하여 자동화·디지털화 구현

최소 비용·시간으로 고객맞춤형 제품 생산

 

      -.스마트공장의 제조 단계별 모습

기획·설계

제품 성능 시뮬레이션 →

 제작기간 단축, 맞춤형 제품 개발

생산

설비-자재-시스템간 통신 → 

다품종 대량생산, 에너지, 설비 효율 제고

유통·판매

모기업-협력사간 실시간 연동 →

 재고 비용 감소, 품질, 물류 등 全분야 협력

-.스마트공장 수준별 단계

1. 고도화

IoT·CPS 기반
맞춤형 유연생산

설비, 자재, 시스템 유무선 네트워크로 연결(loT/CPS)

스스로 판단하는 지능형 설비, 시스템을 통한 자율적공장운영

全 제조 과정의 통합 운영

2. 중간수준2

IT·sw 기반
실시간 자율제어

관리 시스템을 통한 설비 자동 제어 ⇒ 실시간 생산 최적화

분야별 관리 시스템간 실시간 연동
개발 ↔ 생산 ↔ 자원관리

3. 중간수준1

광범위한 생산정보
실시간 집계·모니터링

설비 정보 자동집계 ⇒ 실시간 공장 운영 모니터링, 품질분석

분야별 관리 시스템간 부분적 연계
ex)
기준정보·엔지니어링 정보 생성, 수주정보 ⇒ 생산계획

4. 기초수준

생산이력 추적관리

생산실적 정보 자동집계 ⇒ 자재흐름 실시간 파악, Lot-tracking

부분적 관리 시스템 운영(설계, 영업, 재고, 회계 등)

5. ICT 미적용

Excel 정도 활용, 시스템을 갖추고 있지 못한 상태



국내 주요 대기업등은 거의 15년~20년 전부터 생산관리/C I M/등으로 하여 진행이 많이

이루어졌고 근자에 정부와 대기업,중소기업 협력하여 단계별 진행중이나 기본적인 부분에서

오해의 요소가 많이 있는것으로 알고있고 이에 일부관련되는 엔지니어로서 관련되시는 

분들과 상호 내용을 공유하고 공감대를 갖고져 합니다.


첨부사항 민관합동스마트공장협력단에서 정리한 자료입니다.


SF참조모델보고서(v3-1)스마트공장자료1.pdf





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-.로봇관련 이야기.



1.기술 개요

산업용 로봇 기술은 단순한 작동을 기계식으로 하는 것과 전자식으로 하는 것이 있다.

기계식의 산업용 로봇은 하나 아니면 두 가지 동작(1∼2자유도)을 하게 되며,

단순 반복작업에 유리하다.

그러나 작업동작이 3이상(3자유도 이상)이 되면 기계적인 방법으로는 기구의 구조

 해결하여야 할 문제가 많으므로 아예 전자적인 방법(전자제어)으로 문제를 해결하는 것 기계의 유연성을 증대시키는 데 유리하다. 이 기술이 산업용 로봇의 근본기술

로서 메카트로닉스(mechatronics)라 한다

메카트로닉스 기술은 기계와 인간과의 대화(對話)를 가능하게 한다.


2.로봇개요별 종류

1세대 로봇
단순한 반복작업만을 하는 것을 말하며 현존하는 대부분. 
 
지각(知覺) 판단 로봇
센서에 의해 판단할 수 있는 지각을 가지고 이로부터 얻어진 정보를 기초로 하여 작업 순서나 위치를 어느 정도까지 변경할 수 있는 산업용 로봇으로 아크용접(Arc Welding)이나 조립 작업등에 많이 쓰인다
 
지능로봇(Intelligent Robot)
감시기능 및 인식기능에 의해서 행동 결정을 할 수 있는 산업용 로봇, 패턴 인식능력을 가진 것이 지능 로봇의 전형. 
직각좌표로봇
(Cartesian Coordinates Robot)
전후,좌우,상하와 같이 직각 교차하는 3개의 축 방향의 동작을 조합하여 작업용 핸드(, Hand)의 위치를 결정하는 산업용 로봇으로 단순, 저가 .
원통좌표로봇
(Cylindrical Coordinates Robot)
수평면내의 회전 운동과 상하 방향의 승강운동, 반경방향의 신축운동을 조합하여 작업용(,Hand)의 위치를 결정하는 산업용 로봇 .
극좌표로봇(Polar Coordinates Robot)
수평면내의 회전운동과 절구질 운동 및 반경방향의 신축운동을 조합하여 작업하는 핸드(,Hand)의 위치를 결정하는 산업용로봇. 
다관절로봇(Articulate Robot)
상대적으로 회전운동(원운동)을 하는 관절을 여러개 가지고 있는 산업용 로봇으로서 인간의 어깨와 팔의 구조와 유사한 것, 각 관절 부분의 오차가 누적되어 정밀도가 나쁘다. 
스카라형로봇(Scara Type Robot)
Selective Compliance Assembly Robot Arm의 약어로서 수평면내의 반력에 대해서 강성이 낮고, 수직 방향의 반력에 대해서는 강성이 높은 구조로 된 산업용 로봇 핀(Pin)을 구멍에 삽입하는 경우와 같이 약간의 엇갈림이 있어도 수평방향의 반력을(Arm)이 적당히 흡수.

양팔형로봇(Double Arm Type Robot)
2개의 팔을 가진 산업용 로봇으로여러 가지 팔의 동작을 조화시킴으로써 1개의 목적을 위해 서로 다른 작업을 할 수 있으며생산성이 크게 향상 .

이동로봇(Moving Robot)
이동능력을 가진 로봇으로서 자동적으로 목적지에 이동하여 하역이나 조립 등의 작업을 한다. 무인 반송차와 같이 바퀴로 주행하고 센서와 마이크로 컴퓨터 정도의 CPU를 가지고 작업용 팔을 가진 구조.

보행로봇(Walking Robot)
이동 로봇의 일종으로서 사람이나 동물과 같이 2, 또는 그 이상의 발을 가지고 보행하는 것 .



3.산업용도별 종류

-.산업용 로봇로봇의 종류

1.직각좌표로봇

:고정도의 볼스크류/벨트를 사용한 로봇으로 최근엔 LM기반형도 개발되어 실용화되고있다

: 매우활용 범위가 넓어 일정공간에서 반복적인 작업이 가능한곳이면 대부분이 사용하고있다

: 직각좌표 로봇은 클린형,방폭형,일반형태로 분류되면 이외에 겐트리 타입도 있다

: 겐트리 로봇(-피니온타입)은 직각조합으로 주로 자동차용으로 사용

2.리니어 로봇

: 리니어 모터를 채용하여,고속도,고정도(샤프트리니어,평판리니어)

: 둥근 모터를 반을 잘라 펼쳐놓은 상태로 이해하면 되겠다

3. 수평다관절 로봇

: 일반적으로 스카러 로봇을 말한다,회전 반경에 의한 이송용,중정밀도

4.수직다관절 로봇

: 일반적으로 자동차 라인에 많이 사용하며,매우 복잡한 모션을 수행한다

: 용접용이나,도장용,일반조립용으로 활용되며,중정밀도 수준이다

: 최근들어서는 고정밀도형 로봇이 속속 개발되어 FPD용 으로도 활용하고 있다

5. 트랜포터 이송용 로봇

: 디스플레이 시장에서 주로 사용 하는 로봇으로 LCD,FPD,반송,반전용

6.웨이퍼 이송용 로봇

: 반도체에서 주로 사용하는 로봇,반송,반전용

7. 진공로봇

: 고 진공도를 요구하는 반도체,우주산업 로봇을 FPD용 로봇이라고 총칭하기도 한다.


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-.자동화장비 및 제조장비개발에 check list 및 process


자동화장비나 제조장비의 자체개발도 중요하지만 고객에게

주문사양을 접수하고 제안서를 제출하고 발주를 받는것은 실제

상당한 과정과 어려움이 많은 작업이므로 초기부터 세밀한 사양과

순서를 기반으로 하지 않으면 많은 오류로 수주실패 또는 개발실패로

결과를 맞이하는 경우가 대부분이 이므로 이에 근번 사안에서는 자주사용하지만

흔히 사소한 소홀함으로 중요한 수주/매출 또는 개발비용의 손실을 초래하는 경우를

최대한 줄이고져 여러 방법을 사용하나 그중에 한가지를 서술하고져 합니다.


우선 전체 process를 대략정리하면


1. 고객과의 초기 장비의 주문사양의 접수 및 세부사양의 협의

 : 기술영업직원 과 설계(기구,전장,s/w)들의 공동적인 작업으로 수행한다.

 : 고객과의 사양협의 이므로 문서적인 기록과 상호 합의내용이 중요하다.


2. 고객사양을 협의후는 자체적으로 콘셉작업과 제안서를 도출하여

 내부적으로 dr을 실시하고 문제점을 사전에 발견하여 점검,수정한다.


3. 1차 고객에게 제안서를 제출하고 상호 합의점에 대하여 그리고

목표사양에 접근하는지를 세밀한 협의로서 합의를 도달한다.


4. 대고객선에 대한 1차견적 및 제안서(수정본)을 준비하여 제출한다.

: 이에 내부적인 원가부분에 대한 아주 세밀한 분석이 필요하다.


5. 여러 단계를 거처서 어렵게 목표사양을 합의하여 발주를 접수한다.


6. 발주 접수후에는 승인도,전체일정,납기등의 세밀한 사항을 기한내에 제출한다.


7. 전체일정 및 승인도를 승인후에는 자체적인 세부일정을 수립하여

일별,주간별,월별 일정에 대한 부서별 점검과 check가 필요하다.


8. 발주후에는 고객선에 주간,월간으로 전체적인 진척도를 공유한다.


9. 장비중에 민감한 사양에 대하여는 세부설계시 고객선과 지속적으로

상호가 교류하며 조율을 하여야한다.


10. 자체적으로는 전체일정별로 지속적인 dr이 이루어 져야 자체내부적으로도

오류를 그만큼 줄여나갈수 있다.


  -- 중 략 ---


이에 좀더 나은 프로젝트(장비부문)를 관리하기 위한 일편의 필수사항과 process에

대한 내용을 첨부합니다.


설비세부CHECKLIST(참고)pdf (1).pdf



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-. FMEA 


기계(시스템)를 사용하는 중에 발생하는 사고에, 사고와 원인의 관계를 계열적으로 

해석하는 신뢰성 해석수법의 한 가지.


고장형태 영향분석이라고도 한다. 기계부품(시스템요소)의 고장이 기계(시스템) 전체에 

미치는 영향을 예측(결과 예지)하는 해석방법으로, 기계부품 등의 기계요소가 고장을

일으킨 경우에 기계 전체가 받는 영향을 규명해 나가는 것이다. 


에프엠이에이에서는 예상되는 고장 빈도, 고장의 영향도, 피해도 등에 관하여 평가기준을

설정해두고, 개개의 구성요소에 대하여 고장 평가를 하고 이것을 종합하여 치명도를 구한다.
치명도가 높을수록 중점적인 관리가 필요하다.


1. FMEA 란 ? 

개발제품에 대하여 예상 가능한 모든 고장의 형태가 고객에게 어떤 영향을 미치며 고장의
원인이 어디에 있는지를 추정하여  해석해가는 수법으로서  설계단계에서  실행하여 

목표  품질의 조기 확보와 양질의 제품을 고객에게 인도 하기 위한 수단


2. 목 적 

잠재고장모드를 확인하고 그 영향에 대한 중요도 평가

  중요관리특성을 확인
  공정/설계의 잠재결함에 대한 순위를 결정
  제품/공정상 문제들의 제거 및 문제예방에 도움

3. 종 류 

 ① 설계 FMEA 

      제품들이 양산되기 전에 제품을 해석하기 위해 사용
      설계결함에 기인되는 제품의 잠재적인 고장모드에 중점 
  ② 공정 FMEA 
      제조 및 조립공정을 해석하기 위해 사용
      제조 및 조립공정상의 결함에 기인된 제품의 잠재고장모드에 중점

4. FMEA 적용이점 
  ① 일반사항 
      제품에 대한 품질 신뢰성 및 안정성 증진
      회사 이미지 제고 및 경쟁력 확보
      고객만족 확대
      제품 개발시간 및 비용 절감
      고장을 줄이기 위해 취해진 행위를 문서화시키고 추적 가능케 함
  
  ② 설계 FMEA 
      제품개발 초기단계에서 제품의 잠재고장모드의 확인을 용이하게 함
      제품의 모든 잠재고장모드 및 조립에 미치는 그것들의 영향의 예측 가능성을
      증진

      안전상의 문제들을 제거할 수 있는 제품 설계행위들을 확인함으로써,잠정
      안전문제들을  밝혀내는 것을 용이하게함.

      
      설계요인들 및 대안들에 대한 평가를 용이하게 함.
      제품에 대한 철저한 설계검증 계획을 용이하게 해주는 정보를 제공
      중요관리특성을 쉽게 확인
      설계 개선조치들간에 우선순위를 설정
      향후 제품설계개발을 유도하며, 제품 설계변경후 그 근거의 문서화 

  ③ 공정 FMEA 
      신규제조 및 조립공정의 해석을 용이하게 함.
      제조 및 조립공정상의 잠재 고장모드와 그 영향이 검토될 수 있는 가능성을 증진
      Engineer들로 하여금 불량발생을 절감하거나 불량탐지력을 증대시킬 수 있는
      관리수단  

      또는 방법에 초점을 맞출 수 있도록, 공정결함을 밝혀냄  
      중요관리특성을 밝혀내고 제조관리계획 개발을 용이하게 함.
      공정개선조치들간에 우선순위를 설정

FMEA의 적용 
1. FMEA를 작성 및 개정 책임 
  ① 작성 
      기본적으로 팀을 구성후 작성
      팀구성 : 책임있는 엔지니어로 모든 관련부문의 직접적이고 실질적인 대표자가
                  포함 

                : 시스템 제품개발, 생산관련 엔지니어가 팀을 주관
                : 구성원은 설계, 제조, 조립, 품질, 신뢰성, 서비스, 구매, 실험, 협력업체
                  및 적절한 관련전문가를 포함

                   
      외부독자설계는 협력업체에서 작성하고 공급자의 설계부서가 평가,승인 
  ② 개정 
      담당시스템, 제품 또는 제조/조립 엔지니어가 FMEA를 개정, 유지
      협력업체의 FMEA는 협력업체가 개정, 유지 책임

2. FMEA 시작, 개정, 완료 시점 
  ① 시작시점 
      새로운 시스템, 제품 및 공정이 설계될 때 (New)
      현재의 설계 : 공정이 변경될 때 (Change)
      Carry-over된 설계, 공정이 새로운 적용 또는 환경에 사용될 때(Carry-over)
      문제해결기법 적용의 완료후 문제의 재발방지를 위해 사용될 때
      설계 FMEA - 제품기능의 설정이후부터 설계승인 및 제조로의 출도전
      공정 FMEA - 제품의 도면이 사용 가능한 때 
  ② 개정시기 
      제품의 설계, 적용, 환경, 재료 또는 제조/조립공정에 대한 변경이 있을 때마다
     개정 가능 

  ③ 완료시점 
      FMEA는 살아있는 문서이므로 설계나 제조/조립공정상에 중요변경이 발생한 경우  
      언제든지 개정 가능

      설계 FMEA - 제품설계도가 양산용으로 출도되었을 때
      공정 FMEA - 중요관리특성이 기술되고 관리계획이 완료되었을 때

3. FMEA 적용에 대한 기본사항 
  ① System의 구성 
      System은 정해진 많은 기능을 달성하기 위하여 몇 개의 Subsystem의 조합으로
  되어 있고,
 
또 이 Subsystem은 각각의 구성품 단위로 조립되어 요구 기능을 충족시킴. 
 간단한 System에서는 Subsystem을 생략할 수도 있다.
  ② 해석 Level 
 FMEA를 실시하는데 있어서 System 또는 부품, 공정을 어느 Level까지 분해 하고 해석 
하여 FMEA를
전개할 것인가를 결정하기 위한 FMEA 전개 대상 단위.
일반적으로 System의 FMEA는 Subsystem 혹은 구성품 Level로 분해하여 해석을 행한다.
Subsystem의 FMEA는 구성품 Level에, 구성품의 FMEA는 부품 Level 까지 분해하여
해석을 
행하는 것이 원칙이다. 
단, Relay Switch, Tank, Pump 등 특별 기능품은 분해시키지 않고 최소의 단위로서
취급하는 것이
효과적이다. 
  ③ 신뢰성 Block 도 
      System을 이루고 있는 구성품목간의 기능관계는 신뢰성 해석의 기본이다.
      따라서, 복잡한 System의 신뢰성을 해석하기 위하여 해당제품의 구성관계 를
     표시한 
신뢰성 Block을  작성하기 위해서는 다음과 같이 하는 것이 좋다.
      ⓐ 구성 Block은 대개 동일 해석 Level로 하는 것이 좋다.
      ⓑ 1개의 기능 Block에는 다른 기능의 품목을 넣어서는 안된다.
      ⓒ 동일 임무를 달성하는 몇 개의 기능 Block은 각각 독립될 때 직렬접속 을 한다.

      ⓓ 동일 임무를 달성하는 몇 개의 기능 Block 중 2차적인 기능을 갖는 Block은

     병렬접속을   한다.

  ④ Buttom-up 방법 
     고장이 발생시 이를 해석하기 위해서는 다음과 같은 단계가 필요하다.
     보통 System 의 구성은 부품 → 조립품 → 기능품 → Subsystem → System으로
    되기 때문에
 System사용중 결함 또는 고장의 문제는
 
「부품고장 → Subsystem 의 기능에 미치는 영향 → System의 기능에 미치는 영향」과
 같이 소 →
 대 방향으로 검토한다.
이러한 방법을 Buttom-up방법이라 한다. 

설계 FMEA 실시 요령 
1. 개요 
   FMEA는 설계된 시스템의 전품목에 대하여 시운중 발생할 수 있는 잠재적인
고장 Mode를
 가정하고 이 고장이 상위 구성품,
Subsystem, 최종적으로 System의
기능설정에 미치는 영향을  검토하고
신뢰성상의 문제점을 파악 하여 그 대책을
수립함으로써
고장 요인을 사전에 방지 

2. 전개순서 
   ↓ 시스템 및 구성부품의 기능 확인
   ↓ 해석 LEVEL 결정
   ↓ 신뢰성 BLOCK 작성
   ↓ 고장 모드의 예측


   ↓ 고장의 영향 추측

   ↓ 고장의 원인 추측

   ↓ 현재의 설계관리상태 작성

   ↓ 정량분석 : 발생도, 심각도, 검출도

   ↓ RPN 산출 (Risk Priority Number)
   ↓ 중요 문제 항목에 대한 대책 수립

   ↓ 문제 항목 개선 상태 F/U

       심각성 정도의 평가는 공정엔지니어/팀의 경험과 지식영역밖에 있을 수있다.  


   ↓ 조치후 2차 RPN 산출

   ↓ 요구수준 확인

   ↓ 설계적용 및 고객 품질정보와 비교


3. 위험 우선 순위 

   잠재적 불량유형의 상대적 척도로서, 설계 우선순위 결정시 사용 

   RPN = 심각도(S) × 발생도(O) × 검출도(D) 

   심각도가 높은 경우, RPN에 상관없이 특별한 주의 

   1) 심각도(S) 

       정의 : 고장이 발생할 경우 구성품, 하위시스템, 시스템 또는 고객에게 미치는
      영향의 심각한 정도를
  평가한 것.

       심각도는 단지 영향에만 적용된다.

       심각도 등급의 감소는 오직 설계변경에 의해서만 가능 


   2) 발생도(O) 

      발생도는 파악된 원인/메카니즘이 발생할 가능성이다.

      설계변경만이 발생도(O) 등급을 감소시킬 수 있는 유일한 방법이다.

      발생도(O) 등급 결정시 고려사항 

      - 유사부품의 서비스 이력/필드 사례

      - 구성품이 이관부품인가? 새로운 부품인가

      - 구성품 적용이 변경되었나 

      - 환경의 변화는 무엇인가 

      발생도(O) 등급은 순위부여에만 관련되고 실제의 발생 가능성을 반영한 것은 아니다. 


  3) 검출도(D) 

     검출도는 잠재적 원인/메카니즘을 양산도면 배포전에 검출할 가능성으로 정의한다.
     현 설계


     관리 유형(2)과 유형(3)에 의해 고장형태를 발견할 수 있는지의 능력을 평가하는
     것이다. 


     검출방법 

     - 어떤 설계관리기법을 고장모드의 원인을 탐지하는데 사용할지 결정

     - 고장 탐지에 이용될 설계관리기법의 효율성 평가(효용을 평가)

     - 고장모드가 발생했음을 가정하고 전체적 효율성을 토대로 각각 관리 기법에         대한 등급을 매긴다.

 
공정 FMEA 실시 요령 
1. 개요 
   공정 FMEA는 제품에 관련된 공정상의 고장모드를 확인하고 그 고장모드가
  사용자에게 미
   제조 또는 조립 공정상의 원인을 파악, 고장원인의 개선을 위한 관리에 초점을
  두기 위해 중요공정의
  변수를 확인 한다.

2. 전개순서 
   ↓ 공정 FLOW의 확인
   ↓ 공정의 기능 분석 LEVEL 결정
   ↓ 가공 PROCESS BLOCK 작성
   ↓ 고장 모드의 예측
   ↓ 고장의 영향 추측
   ↓ 고장의 원인 추측
   ↓ 현재의 공정관리상태 작성
   ↓ 정량분석 : 발생도, 심각도, 검출도
   ↓ RPN 산출 (Risk Priority Number)
   ↓ 중요 문제 항목에 대한 대책 수립
   ↓ 문제 항목 개선 상태 F/U
   ↓ 조치후 2차 RPN 산출
   ↓ 요구수준 확인
   ↓ 공정적용 및 고객 품질정보와 비교
3. 위험 우선 순위 
   잠재적 불량유형의 상대적 척도로서, 설계 우선순위 결정시 사용 
   RPN = 심각도(S) × 발생도(O) × 검출도(D) 
   심각도가 높은 경우, RPN에 상관없이 특별한 주의 
   1) 심각도(S) 
       정의 : 잠재적 고장형태가 고객에게 미치는 영향의 심각한 정도를 평가
     한것 심각도는 단지
 영향에만 적용된다. 
   2) 발생도(S) 
       발생도는 파악된 원인/메카니즘이 발생할 가능성이다.
       발생도 등급 시스템은 일관성이 보장되어 사용되어야 함.
       잠재적 고장률은 공정이 가동되는 동안 예측되는 고장횟수에 근거
       유사공정의 검토와 통계적 데이터 분석을 통해 발생도 등급 결정 
   3) 검출도(D) 
       현 공정관리에 의해 잠재적 원인/메카니즘을 검출할 확률의 평가로
      정의되거나 부품 또는 구성품이
제조공정을 떠나기 전 공정관리에 의해
      고장 형태를 검출할 확률의 평가로 정의 현재 관리상태에서 열거된

     각각의 관리방법이 고장모드를 탐지할 수 있는 능력을 추정하여 등급을 결정





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