CT 데이터 분석을 통해 TE Connectivity가 엔드 투 엔드 품질 검사의 궁극적인 목표를 달성하는 방법

제조업체는 설계, 시뮬레이션 및 제조 전반에서 Volume Graphics 소프트웨어를 사용하여 중요한 인사이트를 얻습니다.

올 디지털(all-digital) 움직임은 모델과 기계의 자동화, 연결성 및 신뢰성을 추구하는 제조업체를 끌어들이고 있습니다. 제조 리더십 위원회 등의 설문 조사에 따르면 제조 4.0 및 관련 디지털 설계 및 제조 이니셔티브를 통해 강력한 투자와 결과가 나타났습니다. 견고한 디지털 프레임워크를 구축하면 제품 데이터 생성 및 관리 방법에서 속도, 깊이 및 민첩성이 향상됩니다.

그림 1. 시뮬레이션은 재료 거동을 예측하고 설계 파라미터를 테스트하여 조기에 품질 측정 워크플로우를 제공합니다. 이 자동차 충전 인렛의 최종 CT 생산 스캔은 시뮬레이션 시 새로운 변형 및 제조 왜곡에 대한 정보를 제공합니다. 이미지 제공: TE-Connectivity.

전통적인 CAD/CAE/CAM 분야에 상호 연결된 디지털 플랫폼이 주는 이점이 큰 것과 마찬가지로 품질 검사를 위한 컴퓨터 단층 촬영(CT) 데이터 분석의 범위와 목적은 오늘날 성장하는 디지털 환경에서 크게 확장하고 있습니다. CT 데이터 분석이 설계, 시뮬레이션 및 제조의 핵심 도구에 미치는 새로운 영향력은 엄청납니다. CT 데이터 분석 소프트웨어는 일반적으로 상류 단계에서 사용되는 이러한 도구들이 제 역할을 더 잘하도록 만듭니다.

CT 분석에서부터 설계 및 생산까지의 피드백

모델 기반 정의(MBD)의 확립은 엔지니어링을 도면 및 하이브리드 접근법 그 이상으로 이끌고 있습니다. 데이터의 수동 판독에서 MBD로의 이동은 제품 제조 정보(PMI) 파일부터 기계 및 기타 프로그램에 이르기까지 제품 개발 전반에 걸쳐 더 깊고 넓은 정보 스레드를 생성합니다.

지오메트리 주석이나 제조 지침만 디지털 스레드 상으로 이동하는 것이 아닙니다. 기업들은 설계, 시뮬레이션 및 가상 테스트를 위한 정보 루프를 만들어 정확도, 사양 준수 및 생산 시간 단축 등의 개선을 이루고 있습니다.

이러한 새로운 개발 주기는 조기에 의사 결정을 내리고 제품 및 제조 방법의 후단계 검증은 줄이는 40년간의 추세를 강화하고 있습니다.

품질 검사를 위한 벤치마크 설정

전기차, 항공기, 디지털 지능형 공장, 풍력 및 태양 에너지, 코봇, IoT, 고속 연결 등을 위한 연결 및 감지 솔루션에 종사하는 기업이라면 MBD 및 고급 검사 방법에 투자하는 것이 합리적입니다. TE Connectivity는 신뢰성과 내구성이 뛰어난 전자 제품에 기반한 혁신적인 기술 변화를 만드는 데 도움을 주는 것을 목표로 삼으며 엔지니어링 품질을 중요하게 생각합니다.

이 "엔지니어링" 경로는 기존 설계 워크플로우를 사용할 때의 한계에 비해 ISO 제품의 형상 명세(GPS) 표준 및 가상 계측의 이점을 제공합니다. 기존 워크플로우는 도면, 2D 및 3D 디지털 시스템을 사용하고 MBD보다 복잡하지는 않지만 종종 모델 변환 중에 정보를 잃을 수 있으며 품질 측정 프로그램을 생성할 때 많은 수고와 수동 프로그래밍이 필요합니다.

TE Connectivity의 개발 이사인 Alexander Stokowski는 “GPS는 진정한 모델 기반 시스템과 정확한 수학적 정의를 구축할 수 있는 유일한 방법입니다"라고 설명합니다. Stokowski는 Baden-Württemberg Cooperative State University(DHBW)의 6시그마 블랙벨트 인증 교사이자 측정 기술 및 GPS 강사로 10년 동안 디지털 혁신에 참여해 왔습니다.

“GPS는 부품의 중심축을 도출하고, 90도 측정 방향을 얻고, 포인트를 검출하는 데 중요합니다. 수학적으로 정확하지 않으면 측정 시스템을 현실화하거나 자동화할 수 없습니다."라고 Stokowski는 말합니다.

Stokowski와 TE Connectivity가 MBD 및 GPS 적합성 및 CT 데이터 분석과의 통합을 향한 여정을 시작한 것은 2012년경 자동차 제품 사업부 시절부터였습니다. 이때 첫 번째 파일럿 프로젝트가 시작되었습니다. Stokowski는 "2013년 말, 시작한 지 2년이 되었을 때, 우리는 모든 새로운 제품 개발을 CT 측정 환경으로 옮기기로 결정했습니다. 목표 비율은 100%였습니다."라고 덧붙였습니다.

그림 2A. (왼쪽) Moldflow 소프트웨어에서 이전에 테스트한 고출력 충전 인렛 콤보 본체의 실제 성형 .  그림 2B. (오른쪽) 인렛의 CAD 모델과 공차가 적힌 PMI 품질 주석. Creo로부터 데이터 변환을 하지 않아도 됩니다. 세부 CAD PMI가 VGMETROLOGY로 자동으로 직접 가져옵니다. 이미지 제공: TE-Connectivity. 

새로운 ISO 표준이 업계에 도입되던 초기에 내려진 이 선구적인 결정은 PTC(Creo), TE Connectivity 및 Volume Graphics(VG) 간의 긴밀하고 집중적인 협력을 촉발하여 새로운 ISO 준수 GPS 기능을 통합했습니다.

그림 3: 가상 및 물리적 품질 워크플로우(왼쪽 및 오른쪽) 부품 설계 및 품질 측정 정의, 설계를 위한 디지털 보고서 및 시뮬레이션 피드백 생성(필요한 경우), PMI에서 부품 시각화 및 평가, 시뮬레이션 및 스캔 프로그램 내 AI를 사용하여 파라미터를 최적화, 실제 편차에 대한 CT 스캔 샘플 부품. Post-design: 인라인 검사 매크로를 준비하고 스캔, 분석 및 평가합니다. Post-Production 현장의 반환 부품을 분석하고 설계 피드백을 제공하여 지속적인 개선을 이끌어냅니다. 이미지 제공: TEConnectivity.

214단계와 242단계는 통합에 효과가 없었습니다"라고 Stokowski는 덧붙입니다. "우리는 Creo 툴킷과 ISO-GPS의 Application Programming Interface(API)를 사용하여 VGMETROLOGLY 및 VGSTUDIOMAX 소프트웨어와의 직접 인터페이스를 구축했습니다. FAI에서 파생된 값을 재사용할 수 있는 맞춤형 특수 기능을 추가한 것입니다. 이것으로 모두 끝난 것이죠. Creo 및 VGMETROLOGY의 기하학적 치수 및 공차(GD&T) 기능과 SIMCON의 VARIMOS 통합. 설계 및 시뮬레이션을 품질 측정과 상호 연결하기 위해 다른 소프트웨어가 필요하지 않습니다."

TE Connectivity의 디지털 계측 프로그램의 첫 번째 목표는 설계된 부품이 제조된 부품과 일치하는지 확인하는 것이었습니다. 대부분의 경우, 이는 성형 제품을 가지고 툴링의 중심 공차가 정상적인지 일반적인 푸시아웃 마크 및 작은 결함이 있는지 확인하는 것을 의미합니다. 금형 시뮬레이션 및 가상 계측은 금형 및 플라스틱 부품 생산의 기능적 및 미적 측면을 식별하고 해결하는 데 도움이 됩니다. FAI는 3D 모델과 시뮬레이션, 금형 및 제조된 부품에 불일치가 거의 없도록 조정 및 통합되는 피드백 루프로 연결됩니다. 여기에서 자동 검사를 위해 Volume Graphics 소프트웨어에서 품질 템플릿이 생성됩니다.

Stokowski는 "10년 또는 15년 전 디자이너들은 몰드의 디테일에 대해 시간을 많이 투자하지 않았습니다."라고 설명합니다. "그리고 그 대부분은 이제 툴링 소프트웨어와 우리가 만드는 자동화 루프를 통해 처리되고 있습니다. 이제 그 전체 데이터를 연구팀이 빠르게 확인하고 사용할 수 있습니다."

품질 투자 수익률(ROI)

대체적으로 품질의 가치는 별로 논의되지 않습니다. 품질은 브랜드를 구축하고 고객을 유치하며, 보증 청구나 서비스 인력 및 예상치 못한 문제의 근본 원인을 찾기 위해 공정 및 설계 방법을 재검토하는 백엔드 비용을 줄여줍니다.

반면에 재무 관리자들은 기본적인 운영 투자를 제외한 모든 것에 의문을 제기하고 수익이 나는 현재에 만족합니다. 엔지니어는 이전 프로그램보다 새롭고 훨씬 더 복잡한 시스템을 적응시켜 나가는 데 좌절감을 느낄 수 있습니다. 품질 업그레이드에 대한 투자, 학습 및 구현은 조직에 다양한 방식으로 부담을 주기도 합니다.

TE Connectivity의 진정한 품질 가치는 시간을 절약하는 것입니다."라고 Stokowski는 설명합니다. "고객들은 내구성이 뛰어나고 신뢰할 수 있는 뛰어난 제품에 시간과 가치를 투자합니다.

Stokowski는 "엔지니어링에서 절약하여 운송에서 사용할 수 있는 4~6주간의 개발 시간이 지니는 가치는 얼마일까요?"라고 묻습니다. "기계 및 소프트웨어 비용과 비교하여 어떻게 계산해야 할까요? 정확한 답변은 없습니다"라고 말합니다. "그러나 당사에는 고객과 협력하고 직원을 교육하며 혁신에 기여하는 품질 인프라를 만드는 우수성 센터(CoE)가 있습니다. 이는 그 자체로 비즈니스가 지닌 가치를 나타내는 것입니다."

그림 4. 200개의 전기 연결 핀이 있는 자동차 엔진 제어 장치(ECU). 이는 TE-Connectivity가 품질 검사를 자동화하려는 노력을 처음 테스트해 본 것이었습니다. 사진 제공: TEConnectivity.

시간 절약 및 초기 엔진 제어 장치

우리는 설계, 시뮬레이션, 스캐닝 및 디지털 계측 보고서 생성에 걸리는 턴어라운드를 10일로 목표하고 있습니다."라고 Stokowski는 말합니다. "지금은 많은 일이 일어나고 있습니다. 우리는 물리적인 부분을 붙들기 전에 가능한 한 많은 일을 끝내고 싶습니다."

그림 5. 인공 지능 및 머신 러닝은 자동 CT 검사 중 식별 및 조치에 쓰이는 라벨링, 품질 데이터 분류, 문제 위치 지정 및 결함 세그먼트화를 위한 강력한 기술입니다. 이미지 제공: Volume Graphics

Volume Graphics는 적응형 측정 템플릿을 통해 TE Connectivity가 이러한 프론트 로딩 및 데이터 루핑을 수행하는 데 도움을 주었습니다. 템플릿은 AI 및 머신 러닝을 사용하여 결함을 분류, 국소화 및 세그먼트화할 수 있습니다. 또한 스캔 분석의 대부분을 자동화한 다음 측정 보고서용 정보를 캡처합니다. TE Connectivity의 목표는 분석 시간을 10일에서 5일로 줄이는 것입니다.

Stokowski의 "클래식 디자인 사이클" 프로젝트 중 하나는 Volume Graphics 소프트웨어를 사용한 2014년 CT 디지털 분석 이니셔티브가 시작되기 직전에 진행되었습니다. 여기에는 엔진 컨트롤 유닛의 금형 및 부품 개발이 포함되었습니다. 자동차 부문에 속하는 이 장치에는 200개 이상의 전기 연결 핀이 있었으며, 업계 최초이기도 했습니다.

Stokowski는 이렇게 설명합니다. "부품을 도면 요건에 맞춰 가져오는 데 거의 1년이 걸리고 반복 루프를 10회 이상 실시해야 했습니다. 끝날 것 같지 않은 힘든 일이었죠. 그리고 불과 3년 반 후, 첫 번째 툴링 교체를 수행해야 했습니다. 팀의 반응을 상상해 보세요! “휴... 컨디셔닝과 교정 루프를 만드는 데 또 1년이 걸릴 거라고 생각한 거죠."라고 Stokowski는 웃었습니다.

“그때까지 우리는 이미 디지털 계측 프로세스를 구현했고 하나의 루프 내에서 금형 설계를 만들었습니다."라고 설명했습니다.

그림 6. (왼쪽 및 오른쪽) 성형 시뮬레이션 선임 엔지니어 Patrick Bertram, CT 측정 및 디지털화를 위한 최초의 ECU 프로젝트를 담당하는 Engineering Transformation 이사 Alexander Stokowski, COE GD 계측 관리자 Tabrez Ahmed Ajaz. 이미지 제공: TEConnectivity. 

개발 시간 75% 단축 목표

오늘날 TE Connectivity는 금형 및 부품 개발 공정을 기존에 걸리던 시간에서 25% 줄이기를 희망합니다. Stokowski는 약간의 수동 작업도 항상 있을 것이라 말합니다. GD&T의 수동 개선, 또는 문제를 논의하거나 프로그램을 연결하는 "스레드"에서 디지털 불일치를 해결하는 등의 작업이 여기에 해당됩니다. 또한 모든 금형이 실험 설계(DOE)를 통과할 수 있는 리소스도 없습니다. 그러나 회사에서 중요한 금형은 DOE를 사용하며 모든 새로운 금형은 VGMETROLOGY 소프트웨어를 통과합니다.

공급업체들 역시 새로운 접근법을 채택하고 있습니다. 많은 기업들이 자체 가상 계측 시스템을 구입했습니다. 외부 툴 제조업체의 20~30%가 전체 통합 디지털 시스템을 사용합니다. 그 외 기업들은 외부에서 스캐닝을 하고 소프트웨어를 내부적으로 사용합니다. 모든 툴 제작업체는 TE Connectivity가 COE에서 전체 계측 보고서를 수행하기에 앞서 재료 준수 확인 및 기본 측정을 수행합니다.

Stokowski는 결국 TE Connectivity의 품질 프로세스가 모든 공급업체에 따라 조정될 것이라고 예상하지만, GPS와 가상 계측 모두에 대한 비용과 문화적 장벽이 존재하기 때문에 바로 실현되지는 않을 것이라 봅니다. 한편 그의 팀과 CoE는 실무적인 이유로 "업무의 75%에만 적용될 것”이라고 예상하더라도 미래의 "푸시 버튼" 프로세스를 향해 노력할 것입니다."라고 Stokowski는 말합니다.

품질 프로세스 개선 접근법의 결과로 TE Connectivity는 다음과 같은 많은 진전과 이정표를 달성했습니다.

• 모든 새 사출 성형 부품이 MBD로 구현됩니다.
• 사출 성형 부품의 100%를 스캔하며 더 이상 촉각 측정이 필요하지 않습니다.
• 부품 사양은 Creo에서 ISO-GPS 표준으로 생성되고
• Creo와 VGMETROLOGY 소프트웨어 간의 통합은
• 모든 제품 데이터의 75%가 PMI를 통해 전송됩니다.
• 인터페이스 비호환성으로 인해 개별적인 재작업만 수행됩니다

최종 부품 검사를 위해 TE Connectivity는 EMEA 지역에 사출 성형 부품을 위한 6대의 인라인 스캐너를 보유하고 있습니다. 스캐너와 Volume Graphics 소프트웨어는 부품 전체가 아닌 부품의 주요 치수와 목표 영역을 측정 후 보고합니다. 여기에서 비용과 시간을 생각해야 합니다. 또한 First Article Inspection 중 검사와 결합된 초기 가상 설계, 분석 및 부품 테스트는 공장 현장에서 규정 준수를 충족하고 재검사했음을 보장합니다. 이 회사는 전 세계적으로 23개의 스캐너와 Creo의 글로벌 라이선스 및 Volume Graphics의 전체 소프트웨어 제품군을 유지합니다. 또한 이러한 디지털 기술을 통합하고 배포하기 위한 역량 센터를 운영하고 있습니다.

품질이 최종 목표입니다

기술에 얼마나 투자해야 하는지에 대한 비즈니스 토론에는 끝이 없으며 그 사실을 밝히는 데 회계학이 사용되는 경우는 거의 없습니다. 그러나 품질은 많은 연구소, 특히 제조업체의 최종 목표입니다. 품질은 고객을 유치하고, 유지하며, 엔지니어링팀이 중요한 가치에 집중하도록 하며 조직의 영향력에 녹아듭니다.

"TE Connectivity의 품질 도구와 디지털 시스템은 당사의 제품에 대해 많은 것을 말해줍니다. 어떻게 개선해야 하고, 왜 이런 방식으로 행동해야 하는지, 그리고 어떻게 변화를 파악하고 예측해야 하는지를 알 수 있죠."라고 Stokowski는 말합니다. 가장 즉각적으로 우리는 시간을 절약하고 전기차와 같은 분야를 발전시키는 우수한 제품을 만들고 있습니다."라고 설명합니다. "가상 계측 및 디지털화는 사용하기로 선택한 기업에게는 무한한 보물 상자를 선사합니다."