표준 솔루션 vs 맞춤 솔루션! 정밀 모션 제어 솔루션 선택시 고려해야 할 7가지 기준

정밀 모션 제어 솔루션은 첨단 제조 및 검사 프로젝트의 성공을 결정짓는 핵심 요소다.

이 솔루션은 기계식 포지셔닝 스테이지, 제어 전자 장치 및 소프트웨어로 구성되며, 해당 프로젝트의 기반을 이루는 플랫폼 역할을 한다.모션 시스템을 정의할 때는 올바른 기술 요구 사항을 충족하면서도 예산 내에서 해결하는 것이 중요하다. 그러나 이는 경험이 풍부한 구매자에게도 쉽지 않은 과제다.

이러한 어려움은 표준 및 맞춤형 솔루션의 적합성을 구매 초기 단계에서 평가함으로써 줄일 수있다. 일반적으로 표준 제품을 활용하는 것이 간편하지만, 맞춤형 솔루션의 가능성을 초기에 검토하는 것이 유리할 수도 있다.표준 솔루션과 맞춤형 솔루션의 선택은 흑백논리로 구분되지 않는다. 애플리케이션에 따라 가장 적합한 접근 방식이 달라질 수있으며, 프로젝트 성공을 위해서는 표준과 맞춤형 솔루션 사이에서 적절한 절충안을 찾는 것이필수적이다. 다음은 정밀 모션 솔루션을 구매할 때 고려해야 할 7가지 주요 요소다.

1. 표준 솔루션의 적합성
 

표준 모션 솔루션은 이미 설계되고 검증이 완료된 선형 및 회전 포지셔닝 스테이지, 모터, 컨트롤러 등과 같은 카탈로그 수준의 제품으로 구성된다. 이러한 제품은 일반적으로 두 가지 유형으로 나뉘는데, 표준 기성품(Standard Off-the-Shelf)과 표준 주문형 구성(Standard Configured-to-Order)이다.

표준 기성품(Standard Off-the-Shelf)은 제조업체가 사전 생산및 검증을 마친 제품으로, 주문 후 즉시 배송이 가능하며 온라인 주문이 점점 증가하는 추세다. 추가적인 엔지니어링 작업이 필요 하지 않아 비용 절감 효과가 있으며, 기술 지원도 비교적 간단하다. 그러나 기성품 솔루션은 제품 선택과 적용 가능성에서 한계가 있을 수 있다. 따라서 기술적 타협이 필요할 수 있으며, 통합 과정 에서 상당한 시간을 할애해야 할 수도 있다.

표준 주문형 구성(Standard Configured-to-Order) 솔루션은 기성품 대비 더 많은 유연성을 제공한다. 구매자는 이동 거리, 모터 및피드백 옵션, 증폭기 전류 및 버스 전압 등의 변수를 선택할 수 있으며, 공급업체는 이미 지정, 설계 및 테스트가 완료된 구성 요소를 사용하여 구매자가 원하는 구성으로 제품을 제작한다. <그림1>에 그예가 나와 있다.

<그림1> 2축 XY 기계식 베어링 직접 구동 스테이지인 ‘PlanarDL’은 표준 주문형 구성 제품의 한 예이다.

2. 맞춤형 솔루션의 적합성
 

모션 포지셔닝 시스템은 다양한 수준에서 맞춤형 제작이 가능하 다. 맞춤형 솔루션은 특정 요구 사항을 충족하도록 설계되며, 크게 두 가지 범주로 나뉜다. 

맞춤형 엔지니어링 구성 요소 솔루션: 기계 제작 및 통합의 상당 부분을 직접 수행하고자 하지만 모션 및 포지셔닝 요구 사항을 충족하는 표준 구성 요소(모터, 컨트롤러 및 스테이지)를 찾을 수없는 구매자의 경우 맞춤형구성 요소를 고려할 수 있는 합리적인 옵션이다. 더 간단한 커스터마이징에는 패키징 및 마운팅 패턴 수정이 포함된다. <그림2>는 최종 사용자의 시설에 쉽게 통합할 수있도록 랙 마운트로 재패키징된 표준 드라이브 전자장치를 보여 주는 예시이다.

<그림2> 통합 및 패키징을 간소화하기 위해 특별히 제작된 표준 드라이브 전자 장치와 소프트웨어로 구성된 맞춤형 드라이브 랙

중간 정도의 사용자 지정에는 드라이브 펌웨어를 수정하거나 선형 스테이지를 위한 특수 이동 길이를 만드는 작업이 포함될 수 있다. 마지막으로, 일부 애플리케이션은 단일 최종 애플리케이션을 염두에 두고 구축된 완전한맞춤형 솔루션이 필요하다. <그림3>은 10도 회전, 6800N의 부하 용량 및 1초 미만의 위치 결정 분해능이 필요한 애플리케이션을 위해 구축된 솔루션의 예를 보여준다.

<그림3> 이 맞춤형 고니오미터(goniometer)는 초고하중 용량과 1초 미만의 위치 반복성 등 고유한 요구 사항을 충족하도록 설계됐다.

맞춤형 엔지니어링 모션 시스템 솔루션: 표준 및 맞춤형 제품의 정밀 조립은 공급업체의 표준 핵심 빌딩 블록을 사용하여 구매자의 요구사항에 맞는 고유한 설계를 생성한다. 여기에는 일반적으로 케이블 관리, 마운팅 브래킷 및 정밀 정렬과 같은 특별한 조립 고려 사항이 필요하며 글로벌 워크포인트 또는 기계 사양도 포함될수 있다.

맞춤형 모션 시스템은 모션 통합의 대부분을 공급업체가 수행하므로 기술적 위험을 최소화하는 데 도움이 된다. 맞춤형 엔지니어링 모션 시스템은 DIY 솔루션에 비해 총소유비용을 절감할 뿐만 아니라 사용자가 프로세스를 최대한 활용하고 경쟁 우위를 유지할 수 있도록 도와준다. 맞춤형 엔지니어링 모션 시스템의 예는 <그림4>에 나와 있다.

<그림4> 맞춤형 레이저 커팅 어플리케이션에 사용되는 브리지당 4개의 교차축 캐리지가 있는 듀얼 브리지 갠트리(Dual-bridge gantry). 표시되지 않은 드라이브 전자 장치와 컨트롤은 별도의 전기 인클로저에 패키징되어 있다.

통합 자동화 시스템 솔루션: 고유하고 세부적인 고객 요구사항을 충족하기 위해서는 높은 수준의 통합을 갖춘 완전 맞춤형 솔루션이 필요할 때가 있다. 리소스 집약적인 완전 맞춤형 솔루션은 기술적 타협이 가장 적게 필요하며 시간이 지남에 따라 총 소유 비용이 가장 낮고 공급망이 더욱 간소화되는 경우가 많다. 또한 통합 자동화 시스템을 선택하면 구매자는 프로토타입에서 생산 준비 시스템으로 쉽게 전환하여 최종 제품을 최대한 빨리 시장에 출시하는 동시에 구매자와 최종 고객이 요구하는 처리량과 품질을 달성할 수 있다. <그림5>는 완전한 맞춤형 통합 자동화 솔루션을 보여준다.

<그림5> 부품 처리 통합, 머신 비전 및 통합 안전 시스템을 갖춘 공정 제조 셀은 통합 자동화 시스템의 한 예이다.

3. 모션 솔루션에 대한 총 예산
 

처음에는 구매자의 관점에서 표준 모션 솔루션이 고도로 맞춤화된 솔루션보다 더 저렴해 보일 수 있다. 그러나 표준 솔루션을 사용하면 구매자의 엔지니어링 및 생산 팀이 요구 사항과 판매자의 공급 범위 사이의 차이를 좁히는 데 필요한 설계, 제조 및 통합 작업과 관련된 추가 비용이 발생할 가능성이 높다. OEM 프로젝트의 경우 대량 생산으로 인해 이러한 추가 비용이 증폭된다.

따라서 OEM과 최종 사용자는 맞춤형 솔루션을 고려하는 것이 유리할수 있다. 맞춤형 솔루션은 초기 가격이 다소 높을 수 있지만 장기 적으로는 더 큰 비용 절감 효과를 가져올 수 있다. 맞춤형 솔루션에는 엔지니어링 서비스, 특수 툴링 및 고정 장치와 관련된 비용을 충당하기 위한일회성 비용이 포함될 수 있다. 이로 인해 초기 비용이 높아질 수 있지만, 이러한 책임을 감당할 수없거나 원하지 않는 구매 조직의 기술적 및 재정적 위험을 줄일수 있다. 특히 대량 모션 시스템의 경우 프로젝트 수명 기간동안 일회성 비용이 상대적으로 적고 투자 수익률이 빠를 수 있다.

4. 장비 납품 일정
 

표준 기성품은 일반적으로 주문 후 며칠 이내에 수령할 수 있지만, 표준 주문형 구성품은 구성 요소와 하위 시스템을 최종 제품 으로 조립해야 하기 때문에 다소 더 오래 걸릴 수 있다. 대부분의 구매자는 커스터마이징을 긴리드 타임과 연관시킨다. 하지만 항상 그런 것은 아니다.

표준 카탈로그 제품 또는 약간 수정된 표준 제품으로 조립되는 맞춤형 시스템은 핵심 구성 요소를 구성하는 제품과 더 밀접하게 관련된 배송 시간을 제공할 수 있다.그러나 맞춤형 솔루션은 제조 시작 전에 항상 엔지니어링 설계 기간이 필요하며 프로젝트의 복잡성에 따라 그 기간이 몇 시간 에서 몇 달까지 다양할 수 있다는 점을 고려하는 것이 중요하다. 납기 측면에서 볼 때 사전 계획은 구매자의 선택권을 열어두는 데 도움이 될 수 있다.

5. 애플리케이션 유연성
 

표준 또는 맞춤형 모션 장비를 사용할지 여부는 기술 애플리케이션 요구 사항을 표준 솔루션에 얼마나 가깝게 정의할 수 있는지와 맞춤형 솔루션을 애플리케이션에 맞게 얼마나 잘 조정할 수 있는지에 따라 결정된다. 또한구매자는 요구 사항과 원하는 사항을 명확하게 구분해야 한다. 많은 상황에서 맞춤형 솔루션은 표준 솔 루션보다 애플리케이션의 요구 사항을 더 효과적으로 충족할 수있다.

예를 들어, 엄격한 정확도 및 반복성 사양, 기하학적 또는 동적 동작 성능 요구 사항, 초고진공 또는 클린룸 환경에서의 작동 호환성을 달성하기 위해 맞춤형 장비가 필요할 수 있다. 반대로, 구매자는 표준 모션 솔루션의 기능을 중심으로 애플리케 이션이나 프로세스를설계하는 것을 고려할 수 있다. 이는 매우 복잡한 프로젝트를 과도하게 제약할 수 있지만 다양한 애플리케 이션에 현명한 접근 방식이 될 수 있다. 경험이 풍부한 모션 제어 공급업체는 구매자가 모션 솔루션의 기능과 작업명세서를 정의 하고 애플리케이션의 요구 사항과 관련하여 표준 제품과 맞춤형 제품 간의 장단점을 고려할 수 있도록 기꺼이 지원할 수 있다.

6. 구매자와 공급업체의 작업 범위
 

엔지니어링 및 생산 부서에 충분한 인력을 갖춘 대규모 조직은 정밀 통합 및 커스터마이징 작업을 수행하기에 더 유리한 위치에 있을 수 있으므로 표준 모션 솔루션을 구매한 다음 애플리케이션 요구 사항을 충족하기 위해필요에 따라 커스터마이징 및 통합을 고려할 수 있다. 

반면에 이러한 조직의 엔지니어링 및 프로덕션 직원은 밀린 업무가 많아 모션 통합보다는 부가가치 프로세스에 더 집중하는 경우가 많다. 또한, 더 큰 규모의 작업을 독립적으로 수행하는 구매자는 더 큰 위험을 감수해야 한다. 이러한 이유로 맞춤형 솔루션은 대규모 조직에 매력적인 편의성을 제공할 수 있다.

7. 솔루션의 예상 사용 사례 및 수명 주기
 

단발성 프로젝트에서는 표준 솔루션이 적절할 수 있지만, 동일한 시스템이 장기간 사용되거나 대량 생산될 경우 맞춤형 솔루션이 더 큰 이점을 제공할 수 있다. 맞춤형 솔루션은 구매자가 제품의 수명 주기와 변경 관리를 적극적으로 제어할 수 있도록 해준 다.

공급업체가 제품 수명 주기 동안 모든 관리 책임을 지는 표준 모션 제품과 달리, 맞춤형 모션 솔루션은 구매자와 공급업체 간에 개방적이고 협력적인 프로세스를 구축한다. 이러한 점에서 맞춤형 솔루션은 구매자가 제품 수명 주기 및 변경 관리를 제어할 수있는 권한을 가지며, 이는 특히 OEM 및 기타 대량 구매자에게 매력적으로 다가갈 수 있다.

자료제공: Aerotech(www.aerotech.com)