더욱 빠르고 스마트하게! 가상 커미셔닝을 위한 디지털트윈

디지털트윈 및 시스템 레벨 모델링 도구를 사용함으로써
가상 커미셔닝은 Industry 4.0 기술 가운데 더욱 강력한 기술이 되고 있습니다.


많은 기업들이 디지털트윈이 활용하여 시간과 비용을 절감하고 있습니다.

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  언뜻보기에 최신 시스템처럼 작동하는 제조 시스템을 상상해보십시오. 겉으로는 평범해 보이지만, 이 시스템내의 자동화된 기계는 기대 이상으로 다운타임이 짧을 것입니다. 이는 각 기계가 실제 기계 내부의 모든 역학 및 구성 요소에 해당하는 가상의 실시간 모델과 함께 작동되기 때문입니다. 시스템이 오작동할 가능성이 높아지면, 가상 모델은 컨트롤러를 약간 조정하거나, 문제가 생겨 다운타임이 발생하기 전에 유지 보수 담당자에게 알리는 두 단계로 진행됩니다.

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  최신식이면서 효율적인 기계 설계에 대한 이 접근 방식은 빠르게 비용을 절감하고 보다 스마트한 제품을 보장하는 핵심 기술이 되고 있습니다. 이 프로세스의 기술은 Industry 4.0에서 디지털트윈이라고 부르며 , 최신 시스템 레벨 모델링 도구를 사용함으로써 가상 커미셔닝 프로세스의 중요한 부분이 되고 있습니다.

이제 막 시작하려는 사람들을 위한 디지털트윈은 물리적 제품을 동적이면서 가상적으로 표현한 것입니다. 이는 용도와 품질면에서 다양하게 분류되긴 하지만, 진단, 설계 변경 및 가상 커미셔닝이라는 새로운 프로세스와 제품간을 연결하는 중요한 역할을 합니다. 기업들은 디지털트윈을 산업 전반에 걸쳐 사용함으로써 이전에는 불가능했던 방식으로 제품을 최적화 할 수 있게 되었습니다.

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그림 1: 디지털트윈과 공통 통합 표준의 등장으로, 가상 모델은 가상 제어 코드, PLC하드웨어 및 물리적 제품 자체와 연결할 수 있습니다.

  초기의 디지털트윈은 실제 제품이 작동된 후에 만들어졌습니다. 제품의 센서로부터 방대한 양의 데이터를 사용하여 진단 및 개선을 지원하는 예측 모델을 만들 수 있었습니다. 하지만 이제는 MapleSim과 같은 시스템 수준 모델링 툴을 사용하여 모델 구동형 디지털트윈과 디자인 프로세스를 동시에 시작할 수 있습니다. 의미있는 디지털트윈은 실제 제품이 완성되기 전에 생성할 수 있기에, 강력한 테스트 플랫폼에서 이전보다 더 빠른 제품 성능 검증이 가능합니다.

이 기술은 제품 설계의 시스템 통합 단계에서 엔지니어가 직면하는 가장 일반적인 고민을 해결합니다. 제품 디자인의 커미셔닝 단계는 가장 불확실하고 비용이 많이 듭니다. 모든 하드웨어와 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)를 통합하다보면 다양한 버그와 설계 결함이 발생하기 때문에, 기업들은 프로젝트가 지연되거나 명성과 수익성 모두 상실하지 않기 위해 마감기한을 정하여 이러한 문제를 해결해야합니다.

가상 커미셔닝 단계에서 엔지니어는 CAD 설계를 MapleSim과 같은 툴로 직접 가져와서 시스템 다이나믹스의 충실도가 높은 모델로 만들 수 있습니다. 이 모델은 엔지니어에게 비용이 많이 드는 커미셔닝 단계 이전에 시스템 통합 문제를 신속하게 파악할 수 있는 새로운 기능을 제공합니다. 또한 엔지니어는 모터 파라미터를 가져와서 제품의 모션 프로파일을 정의하고 시뮬레이션 후에 전체 결과 세트에 쉽게 액세스 할 수 있습니다.

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그림 2 : MapleSim에 오토매틱 CAD 불러오기

  이제 엔지니어는 가상 커미셔닝의 핵심 프로세스로 이용할 준비가 되었습니다. 또한 MapleSim모델을 업계 표준 기능의 실물 모형 인터페이스(FMI)로 내보낸 후, 가상 통합 테스트를 위한 표준 자동화 툴에 연결할 수 있습니다. 이제는 동일한 환경에서 디지털트윈 모델과 PLC설계가 실제 커미셔닝이 필요하기 훨씬 전에 통합 문제를 테스트하는 것이 가능합니다.

PLC시스템은 실제 제품의 높은 충실도, 기능성 모델에 대해 테스트하므로 엔지니어는 실제로 배치한 후에 자동화된 설계가 어떻게 작동할지 훨씬 더 명확하게 예측할 수 있습니다. 가상 커미셔닝 단계에서 발생하는 모든 문제는 실제 커미셔닝 중에 발생할 수 있는 예기치 않은 문제 중 하나가 됩니다. 가상 플랫폼에서 문제를 해결하는 것이 실제 제품을 수정하는 것보다 훨씬 쉽기 때문에 몇 가지 문제를 조기에 파악하는 것만으로도 기업의 시간과 비용이 크게 절약할 수 있습니다.

모델 구동형 디지털트윈의 힘은 가상 커미셔닝에서 끝나지 않습니다. 실제 제품과 쌍을 이루는 하이파이 모델을 보유함으로써, 커미셔닝 단계 이후의 전체 설계 프로세스에도 이점이 작용합니다. 디지털트윈을 이용한 모델 구동 방식을 채택한 기업들은 기계를 작동하는 내내 이 모델을 사용합니다. 기업들은 인라인 디지털트윈으로부터 토크, 관성 등에 관한 정보를 제공받을 수 있기 때문에 실시간 진단을 위해 이를 사용합니다. 따라서 문제를 조기에 발견하고 신속하게 해결하여 다운타임을 줄일 수 있습니다. 또한 하이파이 모델은 기존에 값비싼 물리적 센서로부터 얻었던 많은 정보를 제공하기 때문에, 많은 기업들은 디지털트윈을 사용하여 비용을 절감합니다.

모델 구동형 디지털트윈의 유용성이 증가하면서, 이 기술이 Industry 4.0의 필수 기술로 자리 매김하고 있습니다. 디지털트윈은 설계 과정 중 많은 단계에서 놀라운 통찰력을 제공하는 것처럼 보이지만, 여전히 사용하는 것을 주저할 수 있습니다. 가상 커미셔닝과 같은 디지털트윈 기반 설계 기술을 채택하면 엔지니어의 설계 프로세스가 변경될 수 있기 때문입니다. 디지털트윈의 좋은 점만 지나치게 부각되어 실제로는 그렇게 될 수 없다고 생각할 수 있기에, 앞으로의 미래가 분명하지는 않습니다.

이러한 문제를 극복하기 위해 많은 기업들은 디지털트윈 툴 공급업체와 협력하여 파일럿 프로젝트를 진행하고 있습니다. MapleSim과 같은 툴을 사용하는 기업은 공급업체와 협력하여 디지털트윈을 생성하고 자동화 소프트웨어에 연결하며 각 과정에서 교육을 제공합니다. 이 과정은 한 회사가 단일 프로젝트를 통해 성공을 거둘 수 있도록 도와주고, 그들의 속도에 맞게 디지털트윈을 다른 제품으로 만들 수 있는 내부 기술을 제공합니다.

혁신의 주기가 빨라짐에 따라 디지털트윈은 산업 전반에 걸쳐 위험을 줄이고 신제품 출시를 앞당기기 위한 수단으로 점점 각광받고 있습니다. 발전하는 Indusrty 4.0 가운데 고급 모델링 툴을 사용하는 모델 구동형 디지털트윈은 현대 디자인 프로세스의 필수 구성 요소로 자리 매김할 것입니다.



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