제조경쟁력향상을위한 Digital Manufacturing 홍익대학교기계 시스템디자인공학과임현준.
제조시스템의정의 생산요소 제품 설비, 작업자 공정 일정 생산요소의유기적결합 제조시스템 Page 2
제조업의불변과제 생산비용절감설계기간단축품질향상소비자요구에신속응답다품종다량생산작업자환경, 안전개선 Page 3
제조업환경의변화 20 세기 대량생산 (mass production) 노동집약적, 경험기반 전문화, 조직화 제조사중심 21 세기 대량맞춤 (mass customization) 정보집약적, 지식기반 분산및협업 ( 글로벌화 ) 소비자중심 Page 4
예 ) 자동차산업의환경변화 e-business Insights around buyers and their preferences New ordering channel is is emerging beyond experimental stage Emerging B2B business models purchasing & supply chain collaboration 시장의침체 Market growth is is relatively small Margins are thin average price per vehicle is is flat last 3 years Emerging B2B business models purchasing & supply chain collaboration 소비자요구급증 Build to Stock being replaced by Build to Order Considerable doubt that the exclusive in-dealer sales process will survive Integration / packaging of products & services 글로벌화 Increase in in mergers, acquisitions and joint ventures Global branding v. v. regional differentiation OEM globalization impacting expansion requirements of dependent suppliers 제품수명의단축 Importance of brand development and customer retention / capture Dramatic reduction in in product development time; product niches emerging in in prominence 주식가치의정체 Value driven by innovation and soft assets v. v. hard assets and scale Declining / stagnant valuations Low investor confidence in in investment capabilities for the future Page 5
제조경쟁력향상을위한요소 제품설계 설계기간단축 설계정보활용효과극대화 설비 설비개선및자동화, 로봇 인간공학 공정 공정효율개선 일정 정확한일정관리 실시간일정변경 Page 6
제조경쟁력향상을위한전략체계변화 우선순위선택 (Trade-Off) Win-Win 전략 부분최적화 전체최적화 규모의경쟁 효율과성장 경험적판단 지식시스템 부서별정보화 라이프사이클정보구축 분야별전문화 분산과협업 Page 7
Product Lifecycle Management 제품의기획단계에서부터설계 / 생산 / 판매 / 서비스까지제품의생명주기전분야에걸친제품정보관리 Page 8
제조분야 PLM Portfolio & Requirement Planning Product Concept & Development Manufacturing & Factory Planning Production Test & Quality Maintenance & Repair Operation CAD/CAM/CAE/CAT 제품개발주기 Data (BOM/CAD) & Process 관리 요구사양관리 Digital Manufacturing 제품설계구매관리 제품유지보수관리 제품개발주기 Project 관리 ( 자원, 일정, 위기, 비용등 ) 사내및협력업체를위한협업시스템설계및가공시검증및 Simulation을위한Digital Mockup 타관리시스템과의통합작업공법서및발주서등시스템기반의문서관리 Page 9
PLM 시스템의외적구성및위치 CRM KMS SCM Digital Factory ERP PLM PLM ERP 등과독립적으로운용가능 ERP 등회사의기존시스템과연동시효율극대 Intelligent Design System Digital Manufacturing System PDM System (PLM : 제품의라이프사이클정보통합관리 ) Page 10
PLM 시스템의내적구성및위치 SCM [Supply Chain Management]] ERP [Enterprise Resource Planning] E-Commerce Based on Internet Technology CRM [Customer Relationship Managemt]] PLM [Product Lifecycle Management] Intelligent Design System Digital Manufacturing System CAD CAE CAM Virtual prototyping Virtual Factory 3D Modeling Parametric Modeling Knowledge Based Design FEM Analysis Dynamic Analysis Kinematic Analysis Lathe Machining Surface Machining NC Fabrication Robotic OLP Process planning validation Scheduling validation Robot simulation NC simulation PLC simulation BOM DOCUMENT ROUTING WORK INSTRUCTION DRAWING Page 11 PDM [Product Data Management]
Digital Manufacturing 의역할 Digital Product Development Digital Manufacturing Manufacturing Execution Systems Point Solutions Multi-CAD Page 12 PLM XML Web Services TC Extensions (Application Interface) Project Mgmt Requirements Change Mgmt Configuration Mgmt PLM XML Process Web Services Features PMI GD&T Structure Geometry PLM Vis
Digital Manufacturing 의위치 As Designed As Planned As Built As Maintained Requirements Specifications Standards Regulatory CAD Digital Manufacturing BOM Bill of Process Part Process Operations Build Capture Batch/Lot Date/Time Location Events Service Documentation Repair Paths Requirements Page 13
Digital Manufacturing ( 정의 ) Digital Manufacturing is an integrated suite of tools that work with product definition data to support tool design, manufacturing process design, visualization, simulation, and other analyses necessary to optimize the manufacturing process. Page 14
Digital Manufacturing ( 정의 ) 대상 생산시스템의물리적, 논리적구성요소들과거동을 방법 엄밀하게모델링하여통합된모델을구성하고, 컴퓨터, 네트워크, DB 등다양한 IT 기술을활용한시뮬레이션을통해 적용 생산의전과정에걸쳐관련된여러부문에서의의사결정과제어를수행함으로써 목표 신속하고효율적인제품의개발및생산을실현하고자하는 기술 { [ ( CAD + Simulation ) + 공유정보모델 ] + 엔지니어링 } Page 15
DMU vs. DM 설계 생산기술 무엇을만드는가 도면 Layout 무엇을사용하는가 Digital Mockup Digital Manufacturing 무엇을하는가 Page 16 실물을만들지않고 Digital Mock- Up상에서가능한한시뮬레이션을행하는것으로원가절감, 품질향상, 기간절감을실현한다. 공장, 생산라인을세우기전에 Digital Factory상에서가능한한시뮬레이션을행하는것으로양산시점을앞당긴다.
자동차설계및생산계획업무개선방향 Page 17
Digital Manufacturing (=simulation) 시뮬레이션 (simulation) 의효과 사전검증을통해실수및시행착오감소 쉽고빠른의사결정을통해제품개발기간단축 이해당사자간의커뮤니케이션용이 비용절감 Page 18
디지털 / 가상공장 Digital / Virtual Factory, Clone Factory, Genetic Factory: Digital manufacturing 을통해구성된가상공간의공장 ( 컴퓨터모델 ) 디지털 / 가상공장의기능적요소 공정설계 (Process planning) 공장설계 (Factory layout) 제조공정의시뮬레이션 (Robots, PLC, Transporters, ) 인간공학적분석및인적요소의분석 가시화와협업 Page 19
디지털 / 가상공장의역할 Page 20
디지털 / 가상공장의역할 일본의어떤회사 Page 21
PLM 틀에서 DM 의적용범주 Conceptual Design Product Engineering Process Engineering DM Manufacturing Maintenance & Training Page 22
Digital Manufacturing 의적용 설계중심 DM (Design-centered DM) 생산중심 DM (Production-centered DM) 제어중심 DM (Control-centered DM) 공장운영제어시스템 설계 생산준비 디지털생산시스템 공장생산실행 & 모니터링 공정장비 물류장비 ERP/PLM 시스템 일정계획 디지털생산 I/F 디지털생산 I/F 디지털생산실행 & 모니터링 공정장비모델 물류장비모델 Page 23 셀제어기 셀제어기모델 For internal use only 디지털생산 / Copyright I/F Siemens AG 2006. All rights reserved
설계중심 Digital Manufacturing 제품의설계과정에서새로운아이디어개발과관리를효과적으로수행할수있는개념설계환경을구축 가상시제품의제작과시각화, 가상시제품을이용한성능분석, 시험과평가와생산용이성및효율평가를지원 CAD 시스템과연계하여 DFM( 생산을고려한설계 ) 을 지원하는 PLM 시스템으로발전 ( 예, 제품설계변경 공정계획 / 공정데이터변경라인 / 설비의변경사이의원활한디지털협업달성 ) Page 24
설계중심 Digital Manufacturing Product Engineering Design for Assembly Design for Manufacturing Validate Integration of Systems Human System Integration Design for Cost Design for Maintainability Page 25 예 ) Tagos 23 : 수중탐사선 2 차원도면에서상세한부분의동작까지제어가능한 3 차원모델링으로의전환 효과 : 설계기간 6 개월단축 / 설계와설계검증에서 1,500,000 $ 비용절약
생산중심 Digital Manufacturing 생산계획단계에서제품생산을위한여러제조공정대안을분석하고, 생산라인과공장을설계또는최적화 제품을실제로생산하는데필요한제조시스템의설계 / 구축과각종제조정보의생성및검증을하나의 통합된환경에서지원 ( 디지털 / 가상공장 ) 제품개발에서양산까지다양한업무들에서제품, 공정, 자원들에대한표준화, 공유, 협업달성 Product Design Process Planning Time Measurement Layout Planning Page 26 Production Management Robotics/ Factory Flow NC Simulation & For internal use only / Copyright Siemens AG Ergonomics Simulation Quality Assurance 2006. All rights reserved
생산중심 Digital Manufacturing Process Engineering Assembly Sequencing and Planning Human Simulation Robotic Simulation Digital Mock-up of Production Tooling NC Part & Process Verification Facility Throughput Analysis.
생산중심 Digital Manufacturing Manufacturing Validate Sequence of Operations Validate Build Packages Determine acceptable build around conditions Robotic Off-Line Programming NC & CMM Program Verification.
예 ) 생산중심 DM 의고려대상 Container Transport PLC Tools Robots Page 29 Robots Produc Product Workers Container Weld points t
제어중심 Digital Manufacturing 실제제품이생산되는과정에서공정의최적화을위하여시뮬레이션활용 실제제조시스템과정보시스템에대한기능을모두컴퓨터상에서디지털모델로가상적으로표현, 실제 시스템을모니터링, 제어 관리자의효율적이고올바른의사결정을지원 공정장비 물류장비 셀제어기 디지털생산 I/F 디지털생산 I/F 디지털생산 I/F 공정장비모델 물류장비모델 셀제어기모델 Page 30 < 실제생산시스템 > <DM 시스템 >
DM 의세부응용분야 응용분야 제품개발 제품가상엔지니어링 공장설계및운영 내용 새로운아이디어의개발과관리를효과적으로수행할수있는개념설계지원 빠르게변화하는고객의요구를만족시키는신속한제품개발 3차원 CAD를통한제품설계와연계 제품, 부품모델, DMU 구성을통한해석및종합평가환경구축, 운영 건축물, 설비와각종부속물등에대한통합적인모델링, 검증 건축 / 시설 / 장비모델및관련정보통합관리 공정설계 / 계획, 일정계획작성, 검증과최적화 공장레이아웃결정및최적화 유지보수와작업자교육지원, 멀티미디어설명서로활용 Page 31
DM 의세부응용분야 응용분야 생산운영시뮬레이션 공정검증및평가 내용 공정 / 자재흐름분석및최적화 싸이클타임, 생산량, 납기, 필요공간등의신뢰성있는예측 병목현상식별, 대체수단평가 가상가공을통한 NC 프로그램작성, 검증및최적화 각종치공구설계및검증 로봇시뮬레이션과 OLP를통한로봇프로그램 작성, 검증 및최적화 조립품시각화및분석, 부품 / 치공구들간의간섭확인및조 립공정 / 작업최적화 인간공학적분석을통한작업성평가, 안전도검증 Page 32
DM 의세부응용분야 응용분야 검사 / 품질관리 제품 / 공정 / 설비 / 공장시각화 정보 / 공유관리 (PLM) 내용 측정장비시뮬레이션과 OLP, 허용한계분석 품질예측, 불량요인도출및대안검토 제품 / 공정 / 설비 / 공장시각화에따른작업자의이해증진 작업오류방지와개선안도출및평가 제품설계와제조과정의통합, CE의실현 제품, 공정및생산시스템에대한정보 Infrastructure 구성 제품의전 Life Cycle에걸친 Workflow, Information flow 모델링및관리, 구성원들사이의용이한 Communication 달성 Page 33
Digital Manufacturing 적용효과 As-Is To-Be 제품설계 수정 / 변경 제품설계 ` 수정 / 변경 생산엔지니어링 현장 Trial/ Check 생산엔지니어링 현장 Trial/ Check Effort Effort 100% Page 34 제품설계 현장 Trial/Check 수정 / 변경 생산엔지니어링 Model Fix 100% 제품설계 생산엔지니어링 수정 / 변경 현장 Trial/Check 양산 Time Model 양산 Time Fix
DM 기대효과 구현방법 / Solution 기대효과 정보표준화, 재사용에따른, 조기공법설계 Simulation 에의한검증및최적화 Digital 화에의한정보전달과동시 공유 (Web) 생산공정정보의일원화된관리 리드타임단축 양산개시기간단축, 품질 / throughput 향상 Communication 의질과속도의향상생기노하우자산화 Concurrent Engineering DM 은 PLM 에의한제조 Process 에서필요한역할수행 Page 35
DM 기대효과 ( 생산프로세스혁신 ) 제품설계와공법설계단기간에동시진행, 수직양산이가능한생산준비프로세스를실현 공수 공법설계의선행 설계IT와연계한공정설계및공정검증툴활용 현재 Full 양산 DM 을통한협업설계 생산공정정보의통합 / 공유에의한공정설계업무전체효율화 철저한가상공정검증사전검증의확충에따른실부품의수정배제 ( 수직실시 ) Page 36 Virtual Engineering Physical Engineering 시간
Digital Manufacturing 적용효과 개요 조사기관 : 조사방법 : 미국, 유럽, 일본의자동차, 항공, 조선의 12 개사대상 출처 : The Benefits of Digital Manufacturing, Mar. 2003 DM 을적용한전반적이점 Reduction in overall production cost : 13 % Increased production throughput: 15 % Reduction in overall time-to-market : 30 % Page 37
Digital Manufacturing 적용효과 제품과툴설계 제품설계시간 : 10 % 감소 툴설계개선 : 30 % 향상 ( 제조환경Visualization) 커뮤니케이션 / 협업 : 35 % 향상 ( 제품설계Visualization) 설계변경 : 65 % 감소 ( 동시공학과시뮬레이션 ) 공정계획 생산전공정검증에따른품질향상에의한비용절감 : 15 % 생산공정계획시간단축에의한비용절감 : 40 % ( 동시공학적환경하에서제품계획과공정계획의수행, 프로세스시뮬레이션을통한프로세스검증, Best Practice 를통한품질의향상 ) Page 38
Digital Manufacturing 적용효과 작업계획과생산 재고감소에따른비용절감 : 10 % 최적화된레이아웃설계에따른비용절감 : 25 % 작업자작업분배율향상에따른비용절감 : 30 % 물류 / 자재흐름최적화에따른비용절감 : 35 % 작업설비감소에따른비용절감 : 40 % ( 작업장모델링을통한생산과조립작업의시뮬레이션을통한간섭 / 충돌등조립문제의최소화, 라인밸런싱및혼류생산, 공장레이아웃의디지털검증 ) Page 39
업종별 DM 의효과분석 적용대상 중앙집약적대량생산 제조업 ( 자동차, 반도체등 ) 복잡한제품소량제조업 ( 항공, 조선등 ) Page 40 중앙집약적대량생산제조업 ( 자동차, 반도체등 ) 매우복잡한제품을소량생산하는산업 ( 항공, 조선등 ) Time-to-market 30-50% 감소 ( 효과적 concurrent engineering) 제품가격 10-25% 감소 (DFM, DFA 실현 ) ECR 80-90% 감소 ( 모든제조프로세스가 Virtual Manufacturing 환경에서디버깅 ) 라인개조, 설계시간 20% 감소 ( 현존라인분석, 제품변화, 프로세스개선등의신뢰성있는검토용이 ) 생산성증가, 조립과정과툴링개선및개발용이 ( 복잡한제품, 공정에대한용이하고정확한파악 ) 단품생산시초기생산시간과 MH 58% 감소, 추후생산시 42% 절약 ( 항공산업의예 ) 프로젝트수주, 영업활동용이 ( 정확한생산가능성 / 비용산출 가능, customer relation 에시뮬레이션활용 ) (D. H. Brown Associates, Inc., 1999)
A few quotes. Deloitte, Mastering Innovation: Over the next six years, more than 70% of today s products will be obsolete. Michael Grieves (U. of Arizona), DM in PLM Environments, CIMdata: DM의 point solution들을사용하는것보다 DM을 full로사용하여야, DM만단독으로사용하는것보다 PLM과연계하여함께사용하여야, PLM만을사용하는것보다는 ERP, SCM, CRM등과함께사용하여야훨씬효과적인혁신을이룰수있다. Peter Drucker, Next Society: Next Society 는 knowledge worker 가주도하는세상이될것이며특히 Page 41 knowledge technologist 가급상승할것이다.
Thank you for your attention! Page 42