김진수/한국폴리텍대학진주캠퍼스 컴퓨터응용기계과 교수-시뮬레이션을 통한 기업과 개인경쟁력 강화

아침을 열며 조금 무거운 이야기를 하고자 한다. 국내 유수의 대기업보다 중소기업이 많은 우리의 현실에서 시뮬레이션에 대하여 언급하고자 한다. 시뮬레이션(simulation)은 실제로 실행하기 어려운 실험을 간단히 행하는 모의실험을 뜻한다. 특히 컴퓨터를 이용하여 모의실험을 할 때는 더욱 정확하게 복잡한 문제를 해석하기 위하여 모델에 의한 실험, 또는 사회현상 등을 해결하는데서 실제와 비슷한 조건을 주어 컴퓨터에 의해서 계산될 수 있도록 사람이 인위적으로 실험 조건을 준다.

군사훈련, 항공수송, 우주개발, 비행관련 등 다양한 형태의 시뮬레이터를 활용한다. 시뮬레이션 프로그램은 컴퓨터의 발달과 함께 가상현실(VR, Virtual reality)기술과 증강현실(AR, Augmented reality)의 기술이다. 가상현실에 해당하는 게임이나 관광 등 우리가 모르는 사이에 우리의 일상생활과 밀접한 관계가 있다.

또한 신소재, 복합재, 플라스틱사출성형 유체의 유동해석, 공기의 유동해석, 기계의 구조해석등 여러 가지 시뮬레이션 프로그램이 존재한다. 그중에서도 필자는 기계를 구동하는 프로그램과 가공에 대하여 소개 하고자 한다.

모의실험은 컴퓨터에 실제의 환경과 거의 유사한 상황을 입력하여 그 결과가 어떻게 도출되는가를 실제 실험과 같은 결과를 얻어낼 수 있고, 여러 가지 조건을 주고 그 결과를 쉽게 얻을 수 있어 적은 비용과 짧은 시간에 큰 효과를 볼 수 있다. 하지만 항공과 기계 관련은 실제 환경과 유사한 데이터를 입력하는 것을 세팅이라 하며 그 세팅을 하는 프로그램이 기계 가격과 비슷할 정도로 고가이다.

생산 현장의 제조업에서 완제품을 만들기 위해서 시뮬레이션 프로그램이 필요하며, 원하는 제품을 초기 단계에서부터 시뮬레이션 소프트웨어를 이용하여 효율성을 극대화 시킬 필요가 있는 기능이 있다.

CNC공작기계가 최대 효율성을 향상시킬 목적으로 시뮬레이션 소프트웨어를 이용하며, 이는 컴퓨터에서 기계가공을 완벽하게 확인할 수 있어야 한다. 따라서 원자재 파손, 가공하기 위한 공구인 치공구 손상, 절삭을 하기 위한 공구 파손, 고가의 장비충돌 등과 같은 에러들은 사전에 제거한다. 또한 시뮬레이션을 통해서 직접 만들지 않고도 검증과 동시에 가공 속도를 최적화한다. 그러므로 빠르고 효과적인 프로그램을 만들 수 있고, 가공 형상을 측정, 분석, 검사하고 만들고자 하는 형상을 CAD 모델로 생성하는 기능을 수행한다.

CNC 장비 시뮬레이션과 소재 검증의 장점으로는 기계의 충돌 및 충돌 위험 요소 제거, 기계가공 시간 감소, 장비에서 사전 검증 제거, 한번으로 정확한 가공과 수정 및 재작업 여부를 확인할 수 있어서 생산에 불필요한 시간을 줄일 수 있다.

또한 생산제품의 중간단계에서는 CNC 프로그램 가공 속도 최적화로 가공시간 단축 및 제품 품질 향상과 공구의 수명 연장으로 비용을 줄일 수 있으며, 수작업에 의한 가공 속도 조절을 할 수 있다.

마지막 단계에서는 가공 도중에 형상을 검사, 분석, CAD모델로 생성하여 치수의 정확성을 위해 피드백 및 검사, 측정, 분석 및 디자인 형상과 가공 형상을 자동으로 비교·분석하여 검사보고서와 작업지시서를 생성하여 입출력 DATA를 처리하고, CNC 데이터로 부터 CAD 모델링을 출력하여 마지막 단계의 최적화 기법으로 사용할 수 있다.

CNC공작기계의 각종 센서의 높은 가공 정밀도를 유지하고, 절삭가공에 의한 공구의 마모나, 주간 야간의 온도차에 의한 공구 길이의 열 변위를 1미크론 정밀도로 보정하여 CNC공작기계 자체의 높은 가공 정밀도를 항상 유지할 수 있다.

기계의 가동시간 UP으로 기계설비의 과잉투자를 줄일 수 있고, 절삭 프로그램 실행 중에 공구의 부러짐과 파손을 감지하여 기계를 자동적으로 정지시켜 불량가공을 미연에 방지하며, 공작기계 무인 운전 중에 트러블을 최소화하여 생산성을 향상 시킬 수 있다.

기계간에 트러블을 미연에 방지하고, 공구 날 끝으로 센서를 눌러서 공구 길이의 수치를 CNC로 피드백하여 기존의 시험절삭, 계측, CNC입력 등의 작업 변경에 필요한 숙련된 기술이 필요 없어지며, 세팅 실수에 의한 불량품 발생을 미연에 방지하여 기업 경쟁력을 강화 하였으면 한다.

시뮬레이터 프로그램을 대부분 수입에 의존하고 있고, 우리나라는 아직 중간 정도의 단계에 머물러 있어 안타까운 현실이다. 즉 기계에 대한 자료를 공유하지 않는 이유도 있지만 사용자가 적어 개발에 대한 비용이 많이 소요되기 때문에 주저하고 있는 것이 현실이다.

우리나라도 사설연구소나 국책연구기관에서 최상의 기계가공 시뮬레이션의 최적화 기법을 개발하였으면 한다. 아직 수입에 의존해서 사용하고 있지만 시뮬레이터 프로그램을 교육하는 교육기관이 있고, 현재 신입생을 모집하는 교육기관이 있어 이 또한 소개 하고자 한다.

서부 경남의 교육기관에서 유일하게 CNC 7축 복합가공기, 5축 초정밀 고속가공기, CNC선반, 머시닝센터, 호리젠탈4축 머시닝센터, 카티아, 인벤터, 하이퍼밀, 베리컷, CNC시뮬레이터, 오토캐드 등 8:2 비율로 산업현장 실무 중심의 교육을 실시하는 기관이 있다. 바로 한국폴리텍대학 진주캠퍼스이다. 44년간 서부 경남에서 각종 기계부터 디자인학과까지 다양한 직종이 무료로 교육 중에 있고, 약 10개월의 교육을 거친 후 취업을 하는 고용노동부 산하기관인 대학이다.

15세 이상이면 남녀 누구나 지원이 가능하고 실업자 및 청년에서 베이비부머세대까지 전 생애를 아우르는 취업명문대학이다. 중졸에서 대학원 석사학위까지 다양한 사람들이 우량업체에 취업을 하기 위해서 구슬땀을 흘리며 실습에 매진하고 있다. 코로나19상황에서 위기를 기회로 바꿔 자신의 역량을 강화해서 질 좋은 취업처를 모색하는 방법도 좋은 생각이라 하겠다.

주변에 좋은 교육기간이나 취업처가 있으면 추천해서 취업에 성공할 수 있도록 도와주는 대한민국 국민이 되었으면 얼마나 좋을까. 또한 개인 역량을 한 단계 업그레이드 할 수 있도록 조언하는 은인이 되었으면 한다.