Cincinnati Incorporated(CI)는 125년 동안 판금 가공 장비를 제작해 왔으며 수십 년 동안 내구성이 뛰어난 기계를 지속적으로 지원하고 있다. 하드웨어부터 소프트웨어까지 모든 것을 자체적으로 개발하기 때문에 가능한 일이었다. 그러나 독점 제어 기술의 추가 개발은 비용이 너무 많이 들고 지원하기가 어려워졌다. CI의 엔지니어들에 따르면 PC기반제어 로 전환한 이후 개발의 유일한 한계는 물리적인 제약이었다.
CLX 레이저 절단기는 신뢰성 높은 고정밀, 고속 CNC 금속 가공 성능을 제공하며, 이는 계약 제조업체(Contract Manufacturers)가 최대 생산 능력을 유지하는 데 필수적인 요소이다. © Beckhoff
오하이오주 해리슨에 위치한 Cincinnati Inc.는 금속 가공 분야의 선두를 지켜왔다. 신뢰성 높은 고성능 절곡, 절단, 레이저 가공 장비 등을 통해 이 회사는 미국을 대표하는 기계 제조 브랜드로 자리 잡았다. Cincinnati Inc.의 “Own It” 철학은 제품 개발과 판매부터 장기적인 서비스 및 지원에 이르기까지 모든 측면을 아우르는 핵심 원칙이라고 매트 가바리노(Matt Garbarino) 신규 기계 판매 사업부 리더는 설명한다. “수십 년 전에 출하한 기계는 여전히 사용 중이며, 많은 경우 지원을 받고 있습니다. 우리는 여전히 1940년대 장비의 예비 부품을 만들고 있습니다. 물론 새 장비와 구형 장비를 모두 지원하는 데는 어려움이 따릅니다”라고 가바리노는 말한다.
혁신에 대한 압력 증가
CLX 파이버 레이저 시스템을 통해 CI는 차세대 레이저 절단기 이상의 것을 설계해야 했다. 무엇보다도 고객층(약 1/3은 OEM, 2/3은 주문 제작 업체)에게 가장 중요한 점은 CLX 파이버 레이저 시스템이 빠르고, 직관적이며, 신뢰할 수 있는 기계가 되어야 한다는 것이었다. 레이저 절단 시스템에서 가동 중단(downtime)은 결코 용납될 수 없다. 이는 생산 시설 전체에 도미노 효과를 일으켜 작업 흐름에 큰 차질을 빚기 때문이다. “레이저 장비가 멈추면 프레스 브레이크 작업자들도 집으로 돌려보내야 하고, 몇 시간 후에는 용접공들까지 작업을 중단해야 합니다”라고 Cincinnati Inc.의 제품 관리자인 트로이 윌슨(Troy Wilson)은 말한다.
AX8000 멀티축 서보 시스템은 고급 모션 제어 기능을 제공하며, 설치 공간을 줄이고 설치 과정을 간소화한다. © Beckhoff
“80년대와 90년대에 우리는 미국 최초의 레이저 절단기 제조업체 중 하나로서 시장을 선도했습니다. 그러나 당시에는 새로운 기능을 추가하거나 기존 기능을 제거하고, 작업 방식을 변경하는 데 평균적으로 약 3년이 소요되었습니다. 오늘날에는 6~18개월이 걸립니다”라고 윌슨은 말한다.
오늘날 기계는 금속 가공 공정 사이에 처리 시스템을 추가하여 재료를 공급하고 완성된 부품을 제거하는 등 점점 더 복잡해지고 있다. 그러나 CI가 이전 공급업체로부터 사용하던 기존 모션 제어 시스템은 확장성이 부족했으며, IEC 61131-3 표준을 준수하지 않는 프로그래밍 언어를 사용하고 있었다. 이로 인해 개발 속도가 느려지고 새로운 엔지니어를 채용할 수 있는 인재 풀이 축소되었다.
또한 CI의 고객들은 더 높은 와트의 레이저 또는 기타 기능을 위해 정기적으로 기계를 개조하기를 원했다. 경쟁사들은 고객에게 새 기계를 구매하도록 요구하지만, CI는 이러한 요청을 수용하기 위해 과도하고 노동 집약적인 노력에 직면했다. 따라서 미래의 플랫폼은 유연하게 디바이스를 연결 및 분리하고 소프트웨어에서 매개변수를 쉽게 변경할 수 있어야 한다.
항상 최첨단 기술
CLX 파이버 레이저 시스템은 C6030 초소형 산업용 PC를 활용하여 전체 CNC 기계를 제어한다. 확장 가능한 머신 컨트롤러는 유연한 인터페이스 옵션과 함께 충분한 처리 성능을 제공한다. 무엇보다도 이전의 노후화 문제를 해결할 수 있다. Beckhoff는 PC 기반 컨트롤러와 소프트웨어가 이전 버전과 호환되고 향후 기술 개발도 수용할 수 있도록 설계한다.
“우리가 Beckhoff를 선택하게 된 가장 큰 장점은 더 이상 제어 시스템의 노후화에 대해 걱정할 필요가 없다는 점이었습니다. Beckhoff가 이를 고객을 대신해 관리해 줍니다. Beckhoff에서 IPC 업그레이드는 제품 개발의 자연스러운 진행 과정일 뿐입니다. 우리가 자체적으로 CPU를 제작할 때는 칩이나 기타 부품이 단종되면 큰 어려움을 겪었습니다. 벤더가 이 모든 것을 대신 처리해준다는 것은 획기적인 일입니다”라고 매트 가바리노는 말한다.
Beckhoff의 맞춤형 듀얼 스크린 CP3924 제어판은 직관적이고 현대적인 운영자 인터페이스를 제공한다. © Beckhoff
최신 프로그래밍 표준 선택
범용 엔지니어링 및 런타임 플랫폼인 TwinCAT3 자동화 소프트웨어는 미래 지향적인 확장성을 보장한다. TwinCAT은 IEC 61131-3 표준을 준수하는 PLC 언어와 그 객체 지향 확장 기능, 사전 정의된 펑션 블록 및 맞춤형 펑션 블록, 그리고 컴퓨터 공학 표준을 지원한다. 또한 Microsoft Visual Studio®와의 통합을 통해 엔지니어들이 애플리케이션에 가장 적합한 프로그래밍 언어를 자유롭게 선택하여 사용할 수 있도록 한다. 이러한 변화는 기존 공급업체의 독점적인 스크립트 기반 시스템에서 벗어나, 한층 발전된 단계로 나아가는 중요한 전환점이 되었다.
소프트웨어 기반 오실로스코프인 TwinCAT Scope는 디버깅 과정에서 큰 도움이 되고 있다. 또 다른 장점은 TwinCAT의 무료 엔지니어링 환경으로, 런타임에서만 라이선스가 필요하다는 점이다. “TwinCAT에서 프로토타입 시스템을 개발하는 데 추가 비용이 들지 않습니다. 또한 코드의 유연성이 뛰어나기 때문에 소프트웨어 모듈을 한 프로그램에서 다른 프로그램으로 손쉽게 복사하고 붙여넣을 수 있습니다라”고 재커리 비쇼프(Zackary Bischoff), Cincinnati Inc.의 전기 엔지니어링 매니저는 설명한다.
CLX의 사용자 인터페이스(UI)를 통해 기계 작동 중 제어 시스템에 대한 접근이 더욱 직관적으로 개선되었다. 작업자와 유지보수 담당자는 오래된 레더 로직(Ladder Logic)을 뒤질 필요 없이 손쉽게 문제를 해결하고 기계를 조정할 수 있다. 마운팅 암에 설치된 듀얼 스크린 24인치 CP3924 컨트롤 패널은 넉넉한 화면 크기와 세련된 인터페이스를 제공하며, Cincinnati Inc. 브랜드 디자인에 맞춰 맞춤 제작되었다.
CLX 파이버 레이저 시스템 내부 모습 – 분산형 스위치 박스에 여러 개의 EtherCAT 터미널이 설치된 모습 © Beckhoff
EtherCAT을 통한 유연한 자동화
Beckhoff는 EtherCAT 산업용 이더넷 시스템과 서보 드라이브 기술을 통해 성능과 확장성을 더욱 향상시켰다. EtherCAT은 빠른 실시간 통신을 제공할 뿐만 아니라, 네트워크 토폴로지를 자유롭게 선택할 수 있도록 지원하며, 단일 네트워크에서 최대 65,535개의 노드를 처리할 수 있다. 개방형 프로토콜로서 다른 산업용 통신 프로토콜과의 연결을 간소화한다. CI는 TwinSAFE를 활용하여 비안전 장비와 동일한 I/O 세그먼트에서 기능 안전(Functional Safety)을 추가하고 있다.
“우리는 Beckhoff의 다양한 EtherCAT I/O 모듈을 폭넓게 활용하고 있습니다”라고 재커리 비쇼프는 말한다. “핫 커넥트 기능(진행 중인 작업에서 EtherCAT 장비를 연결하고 분리하는 기능)은 특히 자동 노즐 체인저(ANC)를 통해 매우 강력해졌습니다. 향후 로봇을 통합하고, 나아가 프레스 브레이크까지 포함하는 종합적인 제조 라인을 구축할 때, 이러한 유연성은 더욱 중요한 역할을 하게 될 것입니다.”
AX8000 다축 서보 시스템은 공간 절약형 폼 팩터로 강력한 모션 제어 솔루션을 제공한다. 듀얼 채널 드라이브는 AM8000 시리즈 서보모터 각각 두 개를 구동할 수 있으며, OCT(One Cable Technology)를를 통해 단 하나의 케이블만으로 전력 공급과 피드백 신호 전송이 가능하다. 그 외에도 Beckhoff 서보 솔루션은 높은 동적 성능과 정밀도를 제공한다.
“이전 시스템에서는 제어 하드웨어와 네트워킹에 한계가 있었습니다. 이제 더 이상 한계가 없습니다"라고 트로이 윌슨은 말한다. "이제 우리의 한계는 오직 물리 법칙뿐입니다.”
CLX 파이버 레이저 시스템은 Cincinnati Inc.가 선보이는 차세대 CNC 솔루션으로, 125년의 기계공학 전통과 지속적인 기술 발전을 결합하여 금속 가공의 미래를 향한 혁신적인 접근을 제공한다. © Beckhoff
다음 세대를 위한 소유권
CLX 파이버 레이저 시스템은 놀라운 성과를 달성했지만, 엔지니어링 팀은 여기서 멈추지 않고 계속해서 혁신을 이어가고 있다. 2세대 장비는 2024년 말에 출시될 예정이다.
PC 기반 제어 기술이 제공하는 클라우드로의 머신 데이터 전송 기능은 Cincinnati Inc.의 인더스트리 4.0 전략과 완벽하게 맞물려 있다. 폴 프레드릭(Paul Frederick), Cincinnati Inc. 엔지니어링 부문 부국장(Associate Director of Engineering)에 따르면, 회사의 클라우드 기반 기계 모니터링 소프트웨어 솔루션은 연결된 CLX에서 직접 성능 및 진단 데이터를 수집할 수 있다. 또한 엔지니어들은 원격으로 로그인하여 절단 셀 내부의 세 개의 머신 비전 카메라를 통해 실시간으로 기계 상태를 확인하거나, TwinCAT Scope를 활용해 추가 분석을 수행할 수도 있다.
“설계 과정과 성능 평가에서 Beckhoff 제어 장치로부터 데이터 접근을 관리하는 것이 훨씬 쉬워져 성능을 최적화할 수 있었습니다. 장비의 모든 매개변수를 실시간으로 그래프로 표시할 수 있었습니다”라고 프레데릭은 말한다.
엔지니어링 팀은 앞으로 Beckhoff를 표준화하여 프로그래밍과 지원을 간소화할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 제조 장비들이 개별적으로 작동하는 ‘자동화의 섬(Islands of Automation)’에서 벗어나 유기적으로 협업하기 시작하면서, Cincinnati Inc.의 엔지니어링 디렉터인 레스 로저스(Les Rogers)는 모듈화가 핵심 요소라고 강조한다. “수직적 제조 전략에 따라 자체적으로 구축한 전용 보드에 의존하는 대신 이제 비즈니스의 모든 측면에 배포할 수 있는 모듈형 플랫폼을 갖추게 되었다. 모듈화는 기존 장비에 업그레이드 경로를 제공하는 방법도 지원합니다. 우리는 앞으로 모든 고객을 지원할 수 있는 훌륭한 기반을 갖추게 되었습니다”라고 그는 말한다.
링크:
www.beckhoff.com/sheet-metal-working/
연락처:
Beckhoff Automation Co., Ltd
www.beckhoff.com