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팜사이즈 임베디드 PC - 비용 효과적인 사전 유지보수 기능 지원

2018-03-20

프로젝트 소개

4차사업 개념을 토대로 인텔리전트 공장은 기계 모니터링 및 사전유지보수에 중점을 두고 혁신적인 제조기술을 도입하기 위해 노력하고 있습니다. 이는 생산 절차를 최적화하는 데 중요한 부분을 차지합니다. 관례적인 정기 유지보수 또는 긴급 고장 수리와 달리 사전유지보수 기능은 숨겨진 결함을 미리 탐지합니다. 금속절단 밴드톱 기계(metal-cutting band saw)를 예로 들 수 있습니다. 장비제조업체는 수천 번의 절단 작업으로 톱 칼날 또는 기타 부품이 마모된 후에 데이터를 수집 및 분석하여 사전예측을 하기 때문에 공장 관리자는 파손된 기계를 수리하기 위해 긴급하게 부품업자를 소환할 필요가 없습니다. 사전예측은 기계의 가동 휴지 시간을 줄이고 전반적인 공장의 생산성의 향상과 동시에 완성품의 품질을 향상시킵니다.

사전 유지보수 시스템은 장비데이터를 수집하기 위해 데이터 수집카드를 내장한 팬리스 컴퓨터를 사용합니다. 이를 위해 기계 제어 캐비닛에 하드웨어를 추가로 탑재하면 공간이 부족해지며, 캐비닛 내부의 복잡한 유선 설치는 외관에도 영향을 미칠 뿐만 아니라 유지보수 및 관리를 어렵게 합니다. 공간제약적인 해당 기계를 위해, 어드밴텍은 소형 팜사이즈 데이터 수집(DAQ)컴퓨터를 특수 제작하여 장비제조업체가 사전유지보수 시스템을 기계와 쉽게 통합하도록 하였습니다. 동시에 사용자를 위한 커스터마이징 서비스의 제공뿐만 아니라 데이터 수집의 정확성을 최적화하였으며, 전문적인 산업용 디자인을 통해 하이-엔드 제품 이미지를 창조하고 시장경쟁력을 강화하였습니다.


시스템 요구사항

정밀 기계 및 전기 기술을 제공하는 한 대만 기업은 다양한 금속가공을 위해 산업용 밴드톱 기계를 생산하여 세계적으로 유명한 장비 제조업체가 되었습니다. 40년전에 설립된 해당기업은 100가지 종류 이상의 절단 시스템을 제작하였습니다. 해당 제품은 전세계 80개국 이상에서 판매될 정도로 인정받은 제품이며, 유명 기업인 지멘스(Siemens), 슈나이더 일렉트릭(Schneider Electric), 보잉(Boeing)사 역시 해당 제품을 도입하였습니다. 4차 산업의 장점을 활용하여 제품의 가치를 향상시키고자 해당기업은 혁신적인 애플리케이션 개발에 적극적으로 투자하였습니다. 그 중 밴드톱 기계에 도입하기 원하는 특징은 기계 모니터링 및 사전 유지보수 기능입니다.

해당기업은 초기 개발 단계에서 미국산 USB 데이터 수집 하드웨어 제품을 사용할 계획이었습니다. 면밀한 평가작업 후, 금액이 높은 부품인 USB 데이터 수집 제품이 새로운 기술이 제공하는 경쟁력과 장점에 악영향을 미친다는 사실을 깨달았습니다. 해당 데이터 수집 카드를 장착한 컴퓨터는 상당한 공간을 차지하며 복잡한 유선으로 인해 실용성이 낮기 때문입니다. 이에 해당 기업은 더 나은 솔루션을 모색하기로 결정했습니다.  

사전 유지보수에 대한 요구사항을 충족하기 위해서는 멀티-채널 아날로그 I/O(기계 정보 수집을 위한 신속한 샘플링 지원), 멀티-채널 디지털 I/O(기계 제어), 네트워크 포트(백엔드 관리 시스템으로 데이터 업로드)와 같은 특정 기술에 대한 명확한 설명이 필요합니다. 산업용 금속 밴드톱 기계는 드라이브 모터를 가동하거나 중지할 때마다 발생하는 전기 노이즈와 절단 시 발생하는 먼지, 진동, 충격에 노출된 거친 환경에서 주로 사용됩니다. 해당 솔루션은 이러한 도전과제에 부응하는 정확한 정보 제공이 요구됩니다.


시스템 설명

어드밴텍 MIC-1810 제품은 PC기반 제어 플랫폼과 통합된 신호조정, 프로세싱 변환을 지원하는 세계 최초 임베디드 데이터 수집 컴퓨터 모듈입니다. 해당제품을 밴드톱 제어 캐비닛에 설치한 후 MIC-1810와 전류 센서 및 RTD (Resistance Temperature Detector)센서와 연결하면 장비 제조업체는 유지 및 대체가 필요한 부품의 벨류를 보여주는 머신 모델링을 위해 데이터를 정확하게 수집하여 사전 유지보수를 구현할 수 있습니다

어드밴텍은 MIC-1810제품의 크기를 축소하여 기존의 임베디드 컴퓨터를 개선하였습니다. MIC-1810은 불필요한 시스템 기능을 제거하고 팬리스 디자인을 도입한 손바닥 크기의 제품입니다. 제품에 내장된 터미널 블록은 센서 시그널 라인과 직접 연결되어 공간을 줄이고 몇몇 배선을 제거해줍니다. 또한, 해당제품은 DIN 레일 마운팅으로 모든 종류의 기계제어 캐비닛과 분산형 박스와 호환이 가능하며, 진동과 먼지 차단은 거친 환경에서도 시스템을 안정적으로 운영하게 합니다.

멀티 I/O 채널 기능을 갖춘 MIC-1810은 전기 전류 및 온도 시그널을 제공하는 아날로그 인풋 채널을 통해 실시간 모니터링을 지원합니다. 또한, 디지털 인풋 및 아웃풋 채널을 통해 제조공정 제품의 모션을 제어하며, 이더넷 포트를 통해 머신 정보를 클라우드로 업로드하여 원격모니터링 합니다.

소프트웨어 측면에서 WebAccess/MCM와 MIC-1810제품은 소프트웨어 개발 툴이자, 브라우저 기반 머신 모니터링 시스템입니다. 사용자는 소프트웨어 라이센스 요금을 지불할 필요가 없으며, 엔지니어는 프로그래밍이 필요 없는 단순한 설정을 토대로 사전 유지보수 시스템을 설계합니다. 해당 소프트웨어 제품은 시스템 설계의 완성을 가속화하는 다양한 모니터링 기능을 제공합니다. 예를 들어, 수집된 신호는 실제 물리적 현황으로 직접 변환되며, 맵핑테이블을 만들어 사용자의 시간을 절약합니다. FFT(고속 푸리에 변환: Fast Fourier Transform)로 인한 노이즈 필터 기능은 시그널 분석을 단순화하며, 즉각적인 신호 파형을 보여주기 위한 오실로스코프(oscilloscope)는 장치가 제대로 작동하는지 확인해줍니다. WebAccess/MCM은 클라우드를 통해 기계 데이터를 수집하여 명확하고 쉬운 관리를 위해 시각 디스플레이 기능을 제공합니다.


프로젝터 적용 제품

  • MIC-1810: 데이터 수집 컴퓨터, Intel Core i3-3217UE 프로세서 탑재, 8-ch 전류 인풋 and 4-ch RTD 지원 
  • WebAccess/MCM: 브라우저 기반 기계 상태 모니터링 시스템

시스템 구성도









결 론

이번 프로젝트에서 해당 산업용 밴드톱 제조업체는 기술적 진보와 프로세스 혁신을 위해 전념했습니다. 수년 동안 해당 기업은 Taiwan's Golden Pin Design Award 수상경력이 있으며, 미국 철강 센터로부터 절단 서비스 분야의 최고의 브랜드로 평가 받았습니다. 기계의 내부에 사용되는 부품은 상대적으로 높은 요구사항을 충족하여 최고의 브랜드 이미지와 기업 명성을 유지하도록 하였습니다. 비용 효과적인 MIC-1810 제품은 성능과 외관에 대한 고객의 요구사항을 완벽히 해결하였습니다 

어드밴텍은 신호 수집 인터페이스 문제를 다루는 커스터마이징 서비스를 지원하고 고객전용 로고를 제작하였으며, 금속 밴드톱 기계에 모니터링과 사전유지보수 기능을 제공하였습니다. 이로 인해 어드밴텍 솔루션은 현재 세계시장에서 성공적인 경쟁력을 갖춘 고부가가치 제품으로 자리매김하였습니다.

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