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노이즈에 대한 체계적인 공정 개선(Systematic Process Improvement with Noise)

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판재의 성형 공정을 디자인하는 일은 점점 더 복잡해지고 있습니다. 이것은 스탬핑 제품의 지오메트리가 나날이 복잡해짐과 동시에 고강도강(HSS)이 여러가지로 적용되고 있기 때문입니다. 또한 시장 경쟁이 치열해질수록 더욱 빠른 납기내에 우수한 품질의 스탬핑 파트의 제작이 요구되고 있습니다. 이러한 자동차 산업의 도전 과제에 맞서, AutoForm Engineering에서는 성형 공정을 체계적으로 개선해주는 혁신적인 접근 방법을 개발하였습니다. 이 방식은 성형 프로세스에 투명성을 부여하여 공정 이해도를 높여주고, 스탬핑 안정성을 높여주며 개발 및 트라이아웃 시간을 단축해줍니다. 효율성이 증대되므로 엔지니어는 제작하기전에 제조의 핵심적인 문제들에 집중하여 해결할 수 있습니다.

체계적인 공정 개선(Systematic Process Improvement)

엔지니어는 스탬핑 시뮬레이션을 통해 성형 공정 초기에 주름이나 파단과 같은 문제점과 에러를 확인할 수 있습니다. 툴과 공정을 설계하는 과정에는 제품의 반지름(radii), 바인더 형상, 여육 형상, 드로비드의 사용 및 포지션, 블랭크홀더력(blankholder force) 및 마찰(lubrication) 등과 같은 많은 설계 변수들이 정의되어야 합니다. 엔지니어는 주로 회사의 표준과 경험을 바탕으로 결정을 내리며, 이것은 성형 공정의 품질에 직접적인 영향을 줍니다. 어떠한 설계 변수가 어느 정도로 제품 품질에 영향을 주는지 알아내는 것은 중요합니다. 여러개의 스탬핑 시뮬레이션이 자동으로 실행됩니다. 이러한 시뮬레이션들이 실행되면서 엔지니어가 달성해야 할 목표 품질에 초점을 맞추는 동안에, 설계 변수가 다양하게 변경됩니다. 품질 목표는 한 개 혹은 그 이상의 구체적인 시뮬레이션 아웃풋 변수일 수 있습니다. 예를 들면, 주름 없음, 파단 없음 혹은 충분한 스트레칭(sufficient stretching) 등이 될 수 있습니다. 이런 방법을 사용하면, 툴 및 공정 설계 단계에서 미리 스탬핑 제품에 가장 큰 영향을 끼치는 설계 변수를 확인할 수 있으며, 엔지니어는 필요한 필요한 부분을 수정할 수 있습니다. 따라서 이것은 성형 프로세스를 체계적으로 개선하는 데 기여합니다. 선택된 최상의 설계 변수 값들이 성형 가능한 공정을 탄생시켜 줍니다.

공정 안정성(Robustness)

공정 설계는 성형 가능해야 할 뿐만 아니라, 반드시 안정적이어야 합니다. 매일의 생산 현장에서 제품은 어느 날에 순조롭게 생산되었다가도 다음날 아무런 조건이 바뀌지 않았는데도 문제가 발생합니다. 이것은 자연스럽게 발생하는 “노이즈(noise)” 및 성형 프로세스의 변형(variation) 때문입니다. 노이즈가 성형 공정에 끼치는 영향을 분석하기 위해 안정성 분석을 합니다. 유저는 노이즈를 일으키는 모든 변수의 평균값을 정의하고 관련된 표준 편차를 사용합니다. 이러한 변수(variation)를 바탕으로 여러 개의 시뮬레이션이 자동으로 실행됩니다. 모든 시뮬레이션은 노이즈 변수를 근거로 한 품질 분석에 초점이 맞추어져 있습니다. 안정성 분석을 통해, 다양한 매개변수에 의한 일반적인 노이즈 영향들 속에서 성형 공정이 제품을 균일하게 생산하는지를 확인시켜줍니다. 안정성 분석은 성형 공정 속에 포함된 노이즈와 가변성을 고려하므로 실제 제조 현실을 더욱 잘 반영해줍니다.

노이즈에 대한 체계적인 공정 개선(Systematic Process Improvement with Noise)

프로세스를 개선하고 안정성 분석 일들을 나중에 할 것이 아니라, 이제 그러한 작업은 ‘노이즈 개선’이라는 하나의 작업이 되었습니다. 이 분석에서는 최상의 설계 변수 값을 위해 노이즈 변수로 인한 결과 변이(result variation)를 직접적으로 계산에 넣게 됩니다.

다음의 이미지는 서로 다른 성형 가능한 공정 윈도우를 보여줍니다. 노이즈를 감안한 것과 그렇지 않은 것이 있습니다. 여기서는 검정색 선이 다양한 설계 변수에 대한 결과를 나타냅니다. 품질 기준을 만족하는 것은 상한선(upper limit) 이하의 부분입니다. 그림에서는 설계 변수 값이 큰 경우와 작은 경우 모두가 성형 가능함을 보여주고 있습니다. 노이즈 분석(을 통한 체계적인 공정 개선)에서는, 설계 변수와 노이즈 변수의 변이를 동시에 보여줍니다. 결과가 노랑색 구역으로 나타나 있습니다. 설계 변수 값이 작은 경우, 공정이 노이즈에 매우 민감하게 반응하는 것을 알 수 있으며, 결과가 상한선 위로 흩어져 있습니다. 이러한 설계 변수값은 공정이 안정적이지 못함을 의미합니다. 설계 변수 값이 큰 경우, 거동이 덜 민감함을 보여주고 있으며 결과가 모두 상한선 아래 머무르고 있습니다. 따라서, 설계 변수 값이 큰 경우 품질 조건을 만족시킬 뿐만 아니라 공정 또한 안정적입니다.

노이즈에 대하여 체계적으로 공정을 개선한다면 엔지니어는 훨씬 빠르게, 신뢰도가 높은 성형 공정을 개발할 수 있습니다. 이러한 방법은 표준화될 수 있으며, 제조 단계에서 안정성 확보를 위해 수작업으로 겪어내는 시행착오를 감소시켜 줍니다. 이러한 접근 방식을 가진 소프트웨어는 현재 시장에 존재하지 않습니다. 소프트웨어는 경험이 많은 엔지니어와 경험이 짧은 엔지니어 모두가 이롭게 사용할 수 있습니다. 노이즈에 대한 체계적인 공정 개선을 통해, 원하는 품질 목표를 달성하는 동시에 가장 효율적이고 안정적인 제조 공정을 확보할 수 있습니다. 안정적인 생산 공정은 비용-효과적인 제조를 위한 핵심 요건입니다.