1. 유연생산시스템(FMS)이란?
유연생산시스템(FMS, Flexible Manufacturing System)은 고도로 자동화된 그룹테크놀로지(GT) 셀로서, 자동 자재취급 및 보관시스템 과 연결된 여러 작업장(주로 CNC 공작기계)으로 구성되며 분산 컴퓨터 시스템에 의해 제어된다.
FMS가 유연하다 고 불리는 이유는 다양한 작업장에서 여러 부품 유형을 동시에 처리할 수 있고, 부품의 혼합 비율과 생산량의 변화에 맞춰 조정이 가능하기 때문이다. 하지만 어떠한 생산시스템도 완벽하게 유연할 수는 없으므로, FMS 역시 생산할 수 있는 부품과 제품에는 한계가 있다. 따라서 FMS는 미리 정의된 유형, 크기, 공정 내에서의 부품군(Part Family)을 생산하도록 설계된다.
FMS의 더 정확한 명칭은 ‘유연 자동생산시스템’이다.
자동이라는 단어는 수동 GT 기계 셀과 같이 유연하지만 자동화되지 않은 다른 생산시스템과 구분하기 위하여 사용한다.유연이라는 단어는 전용 트랜스퍼 라인과 같이 고도로 자동화되어 있지만 유연하지 않은 다른 생산 시스템과 구분하기 위하여 사용한다.
2. 제조 시스템에서 ‘유연성’의 의미
유연성을 위한 세 가지 능력
(1) 시스템에서 처리되는 여러 부품 또는 부품 유형을 식별하고 구별해내는 능력
(2) 공정지시를 신속하게 전환하는 능력
(3) 물리적 셋업을 빠르게 전환하는 능력
유연성은 수동과 자동시스템 모두에 적용되는 속성이며, 수동시스템에서는 작업자가 시스템 유연성을 가증하게 하는 인자이다.
자동생산시스템에서의 유연성 테스트
(1) 부품 다양성 테스트: 시스템이 뱃치 모드가 아닌 상태로 여러 다른 부품유형을 가공할 수 있는가
(2) 일정계획 변경 테스트: 시스템이 생산일정계획에서의 변경사항 및 부품 비율이나 생산량 변화를 즉시 받아들일 수 있는가
(3) 에러 복구 테스트: 시스템이 장비 오작동과 고장을 작 복구하여 생산이 완전히 멈추게 하지 않을 수 있는가
(4) 신부품 테스트: 새로운 부품설계를 비교적 쉽게 기존의 부품혼합에 적용할 수 있는가
이 중 가장 중요한 기준은 (1) 부품 다양성과 (2) 일정계획 변경 수용 능력이다.
3. FMS의 종류
모든 FMS는 특정한 부품군이나 공정을 위해 맞춤 설계되므로, 각 FMS는 고유한 특성을 지닌다. FMS는 크게 기계 수와 유연성 수준이라는 두 가지 기준으로 분류할 수 있다.
기계 수에 따른 분류
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단일기계 셀(Single Machine Cell, SMC):
- CNC 머시닝센터 1대 + 부품저장시스템
- 유연 모드로 운영될 경우, 한 대의 기계가 고장 나면 생산이 중단된다는 특징이 있어 유연성 테스트의 (3)을 제외하고 만족한다.
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유연생산 셀 (Flexible Manufacturing Cell, FMC):
- 2~3개의 작업장 + 자재취급 장치
- 자재취급 장치는 장착/탈착 시스템에 연결되어 있으며 부가적으로 제한된 부품 저장 용량을 갖는다.
- 네 가지의 유연성 테스트를 모두 만족한다.
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유연생산시스템 (Flexible Manufacturing System, FMS):
- 4개 이상 작업장 + 공통 자재취급시스템 + 분산 제어 시스템
- 부가적으로 부품 세척기나 3차원 측정기(CMM)처럼 생산을 직접 지원하는 보조 작업장을 포함하기도 한다.
유연성 수준에 따른 분류
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전용 FMS
- 미리 알려진 제한된 범위의 부품 종류만을 생산하도록 설계된다
- 제품 설계가 안정적일 경우, 범용 기계 대신 전용 기계를 사용하여 생산 효율과 생산율을 극대화할 수 있다
- 높은 생산율, 낮은 유연성
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임의순서 FMS
- 부품군의 규모가 크고 다양성이 높은 경우 적합하다
- 높은 변동성에 대응하기 위해 범용 기계로 구성되며, 다양한 순서로 부품을 가공할 수 있는 높은 유연성을 갖추고 있다.
- 낮은 생산율, 높은 유연성
4. FMS의 구성 요소
FMS는 크게 작업장, 자재 취급 및 보관 시스템, 컴퓨터 제어 시스템, 인력이라는 네 가지 핵심 요소로 구성된다
4.1.작업장
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장착/탈착 작업장
- 원소재가 시스템으로 들어오고 완성품이 나가는 물리적 경계이다.
- 작업자와 컴퓨터 시스템 간의 통신으로 부품을 팰릿(pallet)에 장착하거나 분리하는 작업을 수행한다.
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절삭가공 작업장
- FMS의 가장 흔한 형태
- CNC 공작기계 중 자동 공구교환 및 공구저장, 팰릿 공작물의 사용, CNC및 분산 수치제어 기능과 같이 FMS에 적합한 여러 특성을 지닌 CNC 머시닝센터가 주로 사용된다.
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조립작업장
- 산업용 로봇, 부품 자동 삽입 기계 등 활용
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기타 작업장 및 장비
- 3차원 측정기(CMM), 특수 탐침, 머신 비전 등을 이용한 검사 공정이 포함
4.2. 자재취급 및 보관 시스템
기능
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작업장 간 공작물의 임의적이고 독립적인 이송
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다양한 공작물 형상 취급 (모듈형 팰릿 고정구, 산업용 로봇 등 활용)
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임시 저장 공간 제공을 통한 기계 가동률 향상
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장착/탈착 작업장으로의 용이한 접근성 보장
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컴퓨터 제어 시스템과의 완벽한 호환
자재 취급 장비
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1차 취급 시스템은 FMS의 기본 배치를 이루며 작업장 간 공작물의 운반을 담당한다.
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2차 취급시스템은 이송기구, 자동 팰릿 교환장치, 또는 작업장에 위치한 이들과 유사한 메커니즘으로 구성된다.
2차 취급시스템은 1차 취급시스템으로부터 가공작업장으로 공작물을 이송시키고, 충분한 정확성과 반복성을 갖고 위치를 잡게 해준다. 자재취급시스템은 FMS 레이아웃을 결정하는 핵심 요소이다.
4.3. 컴퓨터 제어 시스템
FMS에는 작업장, 자재취급시스템 및 기타 하드웨어를 연결하는 분산 컴퓨터 시스템이 요구된다. 일반적인 FMS 컴퓨터 시스템은 중앙컴퓨터와 각 기계 및 구성요소를 제어하는 마이크로컴퓨터로 구성된다. 중앙컴퓨터는 시스템의 전 공정이 원활하게 이루어지도록 전체 작업을 총괄한다.
작업장 제어, 작업장으로 제어명령을 하달, 생산 통제, 운반 통제, 셔틀 제어, 공구 관리, 성능 감시 및 보고, 진단의 기능을 수행한다. 4.4. 인력
FMS는 고도로 자동화되어 있지만, 원활한 운영을 위해서는 숙련된 인력이 반드시 필요하다.
시스템에 원소재를 장착, 시스템으로부터 완성품을 탈착, 공구 교환 및 셋팅, 장비 유지 및 보수, NC 파트 프로그래밍, 컴퓨터 시스템 프로그래밍 및 운영, 시스템의 전체 관리의 역할을 수행한다. 