자동화장비 전장설계 효율화 방안 및 기대효과

국내 자동화 장비 제조업체에서는 생산성 향상을 위해 품질(Q), 원가(C), 납기(D)를 최적화하기 위한 노력을 하고 있다. 이를 위한 방법의 일환으로 생산성 향상을 위한 장비 제조의 모듈화를 제안하고 있는 추세다.

- 아진엑스텍 김순호 이사 -

모듈화(Modulation)

모듈화란 장비를 기능별로 소단위로 나누어 생산하는 것을 의미한다. 소단위 모듈 조립 후 제품을 테스트하는 과정이 전체 조립 전에 진행되므로 모듈 단위의 품질을 미리 관리할 수 있고, 이를 통해 성능 및 품질 향상에 기여할 수 있다.

또한, 모듈 설계를 규격화하여 표준품으로 양산하게 된다면 특주품에 비해 생산원가를 줄이는 효과를 얻을 수 있고, 여러 개의 모듈을 동시에 조립하는 것이 가능하기 때문에 장비를 순차적으로 조립하는 경우에는 대비 생산 Lead Time(상품 생산 시작부터 완성까지 걸리는 시간)을 경감할 수 있다.

이러한 모듈화는 장비 설계 단계에서부터 구분을 통해 치밀하게 설계되어야 하는데, 기구설계와 전장설계가 동시에 이루어질 수 있도록 설계가 이뤄져야 한다.
기구부의 모듈화는 비교적 쉽지만, 전장부의 모듈화는 적용하는 데에 있어 어려움이 발생할 수 있다.

기구부는 조립의 기준면을 기준으로 기능별로 분리하여 모듈화 설계를 하는 것이 가능하지만 전장부는 제어기에서 센서까지 연결되는 연속성을 보유하고 있기 때문에 기구부에 비해 모듈화가 용이하지 않다. 따라서 이러한 전장부 모듈화를 위해서는 이에 적합한 제어기를 선택하는 것이 매우 중요하다고 할 수 있다.

집중화와 모듈화의 장, 단점

위에서 설명한 전장부 모듈화를 차질 없이 진행하기 위해서는 Power부와 제어부를 구분하여 설계하고, 제어기를 분산형으로 선택하여, IO와 드라이브가 적절히 분산 배치될 수 있도록 설계하여야 한다.
 

즉, Power부, 제어부, 구동부, IO부 등등을 분산 배치하고 각각을 모듈화 할 수 있는 최적의 방안을 강구해야 하는 것이다.

기구부가 구분된 모듈에 맞추어 전장부도 모듈화 되어야 하므로 기구부 설계 시 전장부의 분리도 검토하여야 한다.
예를 들어, 기구부가 Loading부, 본체, Unloading부로 구분된다면, 전장부도 IO와 모터 드라이브를 기구부와 같은 단위로 분산 배치하고, 전장 판넬로 모듈화한 후, 외부에서 조립하여 본체에 부착이 가능하도록 설계한다.

이러한 전장 모듈화 설계 시 나타나는 장단점을 비교해보면, 집중형의 경우 장점으로는 제어기가 한 곳에 있어 접근이 용이하다는 점과 소형 장비에 적합하다는 점을 들 수 있다.
반면, 단점으로는 케이블이 한곳에 집중되어 있기 때문에 복잡성이 증가한다는 점, 전장 판넬 제작 시 다소 시간이 걸릴 수 있다는 점, 장비 내 공간 확보가 어렵다는 점, 케이블 문제가 발생할 시 재포설이 어렵다는 점, 조립 완료 전까지 테스트를 시행하는 것이 어렵다는 점을 들 수 있다.

한편, 모듈화의 경우 장점으로는 모듈 단위로 테스트가 가능하기 때문에 품질 향상을 꾀할 수 있다는 점, 분산 배치를 통해 케이블의 간소화를 이룰 수 있다는 점, 전장품 공간 확보가 용이하다는 점, 판넬 구성 시 시간을 단축시킬 수 있다는 점, 장비 조립 일정을 단축시킬 수 있다는 점을 들 수 있다.

하지만 이러한 모듈화는 설계 시 고려해야 할 항목이 많다는 단점과 모듈 테스트용 JIG 제작이 필요하다는 단점을 가지고 있기도 하다.
이와 같은 집중형과 모듈화가 각각 가지고 있는 장, 단점을 표로 간략히 정리하면 다음과 같다.

모듈화는 장비의 개념 설계부터 시작 되어야 한다. 기구부 모듈 구분 시에 전장부도 같이 모듈화 설계가 반영 되어야 하며, 품질 검사를 위한 JIG도 설계되어야 최대의 효과를 볼 수 있다. 

아진엑스텍, 세계 2번째 개발 ‘소프트IP’...“MMA 인증 완료”

로봇 모션제어기기 전문회사인 아진엑스텍이 범용 프로그래머블반도체(FPGA)칩에 특정기능을 적용할 수 있는 소프트웨어인 ‘소프트IP’를 세계 2번째로 개발하고 세계 최초로 시판에 나섰다.
아진에스텍에서 개발한 소프트IP는 메카트로링크용으로 알테라와 세계 FPGA칩 시장 점유율 1위 업체인 자일링스의 제품을 대상으로 자체 성능시험을 마쳤고 최근 메카트로링크협회(MMA) 인증을 완료했다.

소프트IP(Interactual Property)는 범용 FPGA(Field-Programmable Gate Array) 칩에 특정 기능을 입혀주는 SW다. 아진엑스텍 소프트IP는 범용 칩을 메카트로링크 통신 칩으로 바꿔준다. FPGA는 노트북과 데스크톱에 탑재되는 CPU와 유사하지만, 특정 기능을 구동하기 쉽게 재프로그래밍할 수 있고 CPU보다 25배 더 빠르다 .

메카트로링크용 소프트IP를 개발한 것은 아진엑스텍이 세계 두 번째인데, 일본 반도체장비 회사 도쿄일렉트론(TEL)이 앞서 메카트로링크용 소프트IP를 개발했다. 하지만 TEL은 이 소프트IP를 내부용으로만 인증 받아 사용한다. 따라서 시중에 유통하는 소프트IP는 아진엑스텍 제품이 세계 최초인 셈이다.

한편 빅데이터, 인공지능, 가상현실 관련 시장이 확대됨에 따라 제품이나 개발에 사용되는 FPGA 수요가 늘어날 것으로 전망되고 있다. FPGA 세계 1위 자일링스사의 한국총판인 매커스도 인공지능로봇이나 가상현실(VR) 제품 개발이나 연동에 사용되는 FPGA 솔루션 판매를 검토 중이다. 가상현실(VR)이나 인공지능로봇 등 새로운 분야에 맞는 반도체를 개발해야하는데 반도체 개발이나 소프트웨어 연동 등에는 FPGA가 사용된다. 이러한 FPGA는 반도체에 입력과 삭제를 할 수 있고 개발 기간을 단축할 수 있다. 

자료제공 | 아진엑스텍(www.ajinextek.com)