Force 에너지 절감 사례

프리미엄 금속 절삭 공구 및 가공 기술의 설계 및 제조 분야를 선도하는 기업 샌드빅코로만트의 스웨덴 GIMO 생산 공장은 씨지텍(CGTech)의 VERICUT Force™의 장점을 다양한 분야에 활용하고 있습니다. 이 회사는 부품 가공의 물리적 조건을 분석하고 최적화하는 소프트웨어로 가공 시간과 에너지를 크게 절감하고 있습니다. 그 결과는 인상적입니다.

샌드빅코로만트의 GIMO 생산 공장은 밀링/드릴링/선반용 인덱서블-인서트 커터의 툴바디(홀더)를 생산합니다. 이 공장은 약 15,000종의 양산품과 맞춤 제작형 공구를 생산하고 있습니다. GIMO 공장은 2019년 세계경제포럼에서 4차 산업혁명을 위한 전 세계 15개 디지털 ‘등대’ 중 하나로 인증받기도 했습니다. 그 이유는 분명합니다. 

GIMO 공장은 연중무휴(연 8,760시간) 운영되며 자동화가 광범위하게 진행되는 현장입니다. 무인으로 진행되는 야간 근무는 수백 대의 산업용 로봇과 자동화된 안내 차량(AGV)이 담당합니다. 이뿐만 아니라, 고객의 주문부터 납품까지 모든 것을 자동화하는 디지털 ‘스레드’가 전체 공정에 실행됩니다. 생산 과정의 피드백이 공정관리시스템에서 분석되고 지속적으로 개선됩니다. 샌드빅코로만트의 생산 엔지니어 Björn Ljunggren은 ‘고객이 주문을 하면 파라메트릭 기반의 설계 공정이 자동으로 시작된다’고 설명합니다. “다음으로 생산을 위해 로봇용 프로그램 자동 생성, 측정 시스템, 장비 등이 준비됩니다. 프로그래밍 단계는 VERICUT을 이용한 철저한 검증과 시뮬레이션을 포함합니다.”
 

안정성이 곧 생산 능력
공정에서 필수적인 안정성을 VERICUT이 보장해 줍니다. GIMO 현장은 10년 넘게 VERICUT을 사용해 왔으며 그 기간 중 장비 충돌이 없었습니다. 지금은 프로그램 최적화 소프트웨어 VERICUT Force도 자동화 공정의 한 부분으로 도입하고 있습니다. GIMO 공장은 전체 셋업이 공장만을 위해 제작된 자동 배치 모드 환경에서 단독으로 운영됩니다. 이제 설계 엔지니어나 생산 엔지니어가 CADCAM실에 근무하는 대신 시스템이 자동으로 가공 소재 및 소요 시간 등을 결정합니다. 

VERITCUT Force 최적화는 가공 시간을 단축합니다. GIMO 공장에서는 점점 더 많은 기업이 사용하고 있는 이 소프트웨어의 장점을 살려 더 큰 목표를 이루는 데 활용하고자 합니다. 바로 2035년까지 탄소중립 공장으로 거듭나는 것입니다. 

"우리의 목표는 에너지 소비를 줄이고 지속 가능성을 높이기 위해 에너지 효율적인 제조입니다."라고 Ljunggren씨는 설명합니다. "이것이 우리가 시뮬레이션과 검증뿐만 아니라 Force 최적화를 사용하는 이유입니다. 생산 시간 단축과 에너지 절감을 병행합니다.”
 

시간이 지나면 알게 될 것
VERICUT Force를 사용한 프로그램 시간 단축은 스핀들 시간 단축, 모터 사용 단축, 윤활유 사용 절감 등과 관련이 있습니다. 에너지 소비를 면밀하게 관찰하는 GIMO 공장은 현재 매일 56-58MWh의 전기를 소비합니다. 비교를 위해 영국의 에너지 규제 기관인 Ofgem은 영국, 스코틀랜드 및 웨일스의 일반 가정에서 연간 2.7MWh를 사용하는 것으로 추정하고 있습니다. VERICUT Force를 평가하기 위해 샌드빅코로만트는 인기 드릴링 제품인 CoroDrill® DS20의 가공과 관련된 실험을 요청했습니다. 이 드릴의 재료는 프리미엄 난삭재 강입니다. 장비는 새로 도입한 STAMA CNC 수직 머시닝센터로 여러 개의 센서가 갖추어져 있어 장비뿐 아니라 압축 공기 시스템, 고압 윤활유 펌프 등의 전기 소비를 모니터링할 수 있습니다. 
 

Force의 효과
실험은 드릴 공구의 칩 공간과 플루트에 적용한 밀링과 슬롯 밀링 황삭 작업에 VERICUT Force를 사용하고 나머지 가공에 VERICUT 에어컷 최적화를 적용했습니다. GIMO 공장의 최신 데이터관리 소프트웨어는 비교를 위해 모든 장비 데이터를 기록했습니다. Ljunggren 씨는 "VERICUT Force 최적화로 에너지 소비가 15% 감소했습니다. 이는 전체 가공 공정에 대한 최종 결과입니다."라고 말합니다. "물론 부품과 운영 시간, kWh 가격에 따라 다릅니다.”
투명한 실험을 위해 시간당 3개의 드릴 홀더를 가공하는 것을 기준으로 계산했고 장비는 하루 16시간 운영합니다. VERICUT Force 최적화 전후의 데이터를 비교한 결과 부품당 0.59kWh의 절감 효과가 나타났으며, 이는 15.3% 감소한 수치입니다. 이는 하루에 1.77kWh, 연간 10,000kWh 이상을 절약하는 것입니다. 전력 가격이 kWh당 28센트일 경우, 재정적인 절감 효과는 기계당 연간 3,000유로로 환산됩니다. 이 결과는 일반 가공 공장이 에너지 소비를 절감하는 것만으로도 장비 10대일 때 3만 유로, 20대일 때 6만 유로, 30대라면 9만 유로를 아낄 수 있다는 계산이 나옵니다. 가공 시간 단축, 공구 파손 방지, 생산량 증가로 절감 효과는 배가됩니다. 
 

큰 잠재력 
장비 한 대로 실험을 한 결과가 400대의 장비를 운용하는 샌드빅코로만트 GIMO 공장에 적용될 경우 기대할 수 있는 효과는 금전적으로도 환경적으로도 매우 클 것입니다. "물론 가공 시간 단축으로 추가적인 절감 효과가 발생합니다."라고 Ljunggren씨는 설명합니다. "Force 최적화를 통해 드릴 바디의 총 가공 시간이 12% 감소한 것으로 나타났습니다."
현재 GIMO 공장에서는 VERITCUT Force 최적화를 다른 드릴 제품군에 적용하는 작업을 진행 중입니다. 6대의 장비로 운영하는 2개의 셀이 이미 소프트웨어를 실행하고 있습니다. 2024년 여름까지 11대의 장비로 증가할 것입니다. "Force는 배우기 어렵지 않습니다. 소재를 선택하고 몇 가지 최적화 파라미터를 지정하면 실행할 수 있습니다. 소프트웨어 도입 과정에 CGTech의 기술 지원을 많이 받았고 이번 실험이 성공하는데도 큰 도움이 되었습니다.”