초록 ▼

□ 연구개요
○ 공작기계를 이용한 제품제조 시 공정조건의 최적화는 생산원가를 결정하는 매우 중요한 요소로, 일반적으로 CAM을 이용하여 도출된 가공조건을 숙련된 작업자가 경험을 바탕으로 수정한 뒤 수 차례의 실험을 통해 최종 가공조건을 도출하며, 이에 시간과 비용이 소모됨.
○ 생산 원가 최소화, 가공 시간 최소화, 에너지소비 최소화 등 다양한 목표에 따라 다양한 최적 가공조건이 존재하며 상황에 따라 최적화 목표를 수정해야 제조 효율성을 높일 수 있으나 실험을 바탕으로 가공조건을 최적화하는 기존의 방법에서는 이러한 상황에

□ 연구개요
○ 공작기계를 이용한 제품제조 시 공정조건의 최적화는 생산원가를 결정하는 매우 중요한 요소로, 일반적으로 CAM을 이용하여 도출된 가공조건을 숙련된 작업자가 경험을 바탕으로 수정한 뒤 수 차례의 실험을 통해 최종 가공조건을 도출하며, 이에 시간과 비용이 소모됨.
○ 생산 원가 최소화, 가공 시간 최소화, 에너지소비 최소화 등 다양한 목표에 따라 다양한 최적 가공조건이 존재하며 상황에 따라 최적화 목표를 수정해야 제조 효율성을 높일 수 있으나 실험을 바탕으로 가공조건을 최적화하는 기존의 방법에서는 이러한 상황에 대응하기 어려움.
○ 본 과제에서는 디지털 트윈을 기반으로 최적화 알고리즘을 구성하여 가상공간 상에서 다양한 목표에 대한 최적의 가공조건을 도출함으로써 실험을 위한 시간과 비용 소모를 줄이고 최적화 성능을 높여 생산성을 향상시킬 수 있는 기술을 연구함.

□ 연구 목표대비 연구결과
⦁ 추진목표 : (1차년도) 직선가공 중 디지털 트윈을 이용한 위치 및 절삭력 예측값(RMS)의 정확도 80% 이상
⦁ 달성내용
- 추종오차(RMS) 예측 정확도: X축 93.4%, Y축 95.3%, Z축 88.7%
- 절삭력 예측 정확도(RMS): 87.6%
⦁ 달성도(%) : 100%

⦁ 추진목표 : (2차년도) 가공조건 최적화 후 가공원가, 가공시간 감소율 10% 이상
⦁ 달성내용
- 가공시간 감소율: 45.4%
- 가공원가 감소율: 63.7%
⦁ 달성도(%) : 100%

⦁ 추진목표 : (3차년도) 장비 상태변화 시 추정 정확도 80% 이상 (시뮬레이션을 이용한 검증)
⦁ 달성내용
- 하중 추정 정확도(정상상태): 85.2%
- 점성마찰계수 추정 정확도(정상상태): 97.6%
⦁ 달성도(%) : 100%

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
○ 제조업 생산성 향상
▸제안하는 기술을 이용하여 ‘최소생산원가’, ‘최소가공원가’, ‘최단가공시간’ 등 다양한 목적에 따라 최적화된 가공조건을 제공함으로써 제조 효율성을 높일 수 있음.
▸별도의 센서 부착 없이 공구마모, 장비노후화 등 장비 상태를 모니터링 함으로써 생산성을 향상시킬 수 있음.
○ 다양한 공정/장비로의 확장
▸본 과제에서 연구한 디지털 트윈 플랫폼을 활용하여 제조 셀을 구성하는 다양한 장비의 디지털 트윈을 구축한 후 이를 통합하여 제조 셀 단위의 모니터링 및 최적화에 활용할 수 있음.
▸제안한 기술은 공작기계 이외에 산업용 로봇, 전기자동차 등 모터가 적용되는 다양한 기계시스템에 적용하여 그 성능을 향상시킬 수 있으며, 이를 통한 기술적/경제적 파급효과를 기대할 수 있음.
○ 사업화 아이디어
▸상용 CNC 제어기 적용장비 대상: 기존 조건에서의 G-code, 공구위치, 주축부하측정결과 입력 시 절삭이송속도 최적화 결과가 적용된 수정 G-code를 생성하는 소프트웨어를 개발함.
▸CNC 제어기의 해석기, 보간기, 인터페이스를 직접 수정하여 제어기 내 절삭이송속도 최적화 옵션을 탑재함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 최종 목표 ... 4
• 2) 연구의 배경 및 필요성 ... 4
• 3) 기존 연구와의 차별성 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 1차년도: 공작기계 디지털 트윈 구축 및 정확도 검증 ... 5
• 2) 2차년도: 디지털 트윈 기반 가공공정 최적화 연구 ... 9
• 3) 3차년도: 공작기계 모니터링 알고리즘 연구 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 12
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 12
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 12
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 13
• [붙임1] 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• [붙임2] 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 15
• 끝페이지 ... 23