베어링 제조사, 엄격한 정확성 요구사항을 충족하고 생산성을 향상시키다

모빌리티 지원

인류는 수 세기에 걸쳐 움직이는 부품 간 마찰을 줄여 사람과 사물의 이동성을 향상시키기 위한 노력을 이어왔습니다. 피라미드와 스톤 헨지를 만든 이들은 엄청난 무게의 돌 아래 원형 목재 롤러를 배치해 마찰 계수를 비롯해 돌을 운반하는데 필요한 힘을 줄여 이 거대한 구조물들을 움직일 수 있었습니다. 세계의 여러 불가사의한 건축물들은 이런 초기 방식의 베어링을 사용해 구축됐습니다.

레이스와 볼이 장착된 오늘날의 베어링에 대한 기록은 15세기에 레오나르도 다빈치 (Leonardo da Vinci)가 헬리콥터 모델용으로 처음 작성했습니다. 그 후 베어링 설계와 이동성, 정밀성은 여러 분야에 적용되며 비약적으로 발전했습니다. 반도체 및 의료 기기 산업에서 기기 소형화 추세가 등장하고 제품 복잡성이 확대되면서 모션 시스템과 그 컴포넌트의 혁신이 이뤄졌습니다. 모션 시스템의 정밀도와 정확성은 베어링 어셈블리와 이들이 시스템에 통합되는 방식에 따라 크게 좌우됩니다. Precisie Metaal Bearings (PM-Bearings)는 전 세계적으로 손 꼽히는 고정밀 리니어 베어링 제조사입니다.

정밀 베어링 선도 기업

PM-Bearings는 고정밀 리니어 베어링, 모션 시스템 및 포지셔닝 스테이지의 설계 및 제조를 전문으로 하며, 첨단 반도체와 의료 기기, 공작 기계 산업에 제품을 공급합니다. 이 기업은 1966년 리니어 베어링 제조사로 설립됐으며, 완벽한 메카트로닉 통합을 통해 맞춤형 다축 포지셔닝 스테이지 설계, 제조 및 조립까지 가능한 기업으로 확장됐습니다. 네덜란드 Dedemsvaart에 위치한 이 기업의 보유 직원 수는 140명이며, 전 세계에 고객을 두고 있습니다. PM-Bearings 제품은 길이 10mm의 초소형 베어링부터 스트로크 길이가 1m인 1.2~1.5㎡ 풋프린트 시스템에 이르기까지 다양합니다. PM-Bearings 포트폴리오는 정밀 슬라이드, 포지셔닝 테이블 및 베어링 스테이지를 비롯한 리니어 모션 컴포넌트로 구성돼 있습니다. PM-Bearings는 여러 하이테크 가공 전문 기업들이 포진한 PM 그룹의 산하 기업입니다. 글로벌 고객층은 미국 실리콘 밸리부터 중국 선전까지 다양합니다.

고객 요구사항에 주력

정밀 베어링 제조사는 고객 요구사항 다변화로 인해 여러 난관을 겪고 있습니다. 보통 시스템 설계의 80%에 이르는 커스터마이제이션, 미터당 2 미크론 수준의 매끄러운 움직임을 요구하는 고도의 정밀함 등을 예로 들 수 있습니다. 뿐만 아니라 비자성 및 초 고진공 환경에 사용되는 세라믹을 비롯한 다양한 재료와 베어링 크기 축소 등을 요구하는 고객도 있습니다.

PM-Bearings의 R&D 및 엔지니어링 매니저 Jan Willem Ridderinkhof는 "고객이 사양을 제출하는 시점에 마감일은 사실상 지난 셈입니다" 라고 말합니다. “구멍을 이동시키는 간단한 수정은 몇 가지 작업으로 할 수 있습니다. 그러나 완전히 새로운 시스템 사양을 요구하는 고객이 점점 더 많아지고 있습니다. 반도체 산업의 칩 소형화 트렌드도 작업 복잡성을 한층 가중시킵니다."

Ridderinkhof는 "5축 시스템이 있는 웨이퍼 검사기 중 하나에 선형 변위를 만들면서 500 밀리초 침강 시간과 50 나노미터 내 진동 사양을 갖췄습니다" 라고 설명합니다. "이렇게 극도로 정밀한 요구사항은 우리 비즈니스 모델에 강력한 영향을 미칩니다. 우리는 정밀 베어링 제조사에서 완전한 통합 모션 시스템 통합업체로 전환하고 있습니다.”

PM-Bearings는 경쟁력을 유지하기 위해 설계에서 납품에 이르는 과정에서 제품 실현을 완벽하게 제어하는 ​​것이 필수라는 점을 알고 있었씁니다. 바로 그런 이유에서 PM-Bearings는 PLM (Product Lifecycle Management) 전문 기업인 Siemens Digital Industries Software의 포괄적 솔루션 세트를 선택했습니다. 이 솔루션 세트에는 모든 이해관계자가 동일한 데이터와 워크플로를 사용해 올바른 의사결정을 내릴 수 있도록 지원하는 CAD용 NX™ 소프트웨어, 성능 예측용 Simcenter™ 소프트웨어, CAM용 NX CAM, PLM용 Teamcenter®가 포함돼 있습니다. PM-Bearings는 Siemens Digital Industries Software 리셀러인 card PLM Solutions의 지원을 통해 10년 이상 이 솔루션을 사용해 왔습니다. Ridderinkhof는 "현지 리셀러가 있다는 점이 상당히 도움이 됩니다" 라고 말합니다. "card PLM Solutions는 Teamcenter를 배포하고 커스터마이즈하는 작업에 큰 도움을 줬습니다. 또한 Simcenter는 Siemens Digital Industries 소프트웨어 전문가를 통해 지원 받습니다."

card PLM Solutions CEO인 Erik Burghoorn은 "우리 목표는 고객이 최상의 제품을 제작하도록 지원하는 것입니다" 라고 설명합니다. "우리의 전문성을 활용해 고객이 요구사항을 충족할 수 있는 최상의 방식이 포함된 소프트웨어 솔루션을 구현하도록 지원합니다. card PLM Solutions는 PM-Bearings와 같은 기업이 생산 프로세스를 디지털화 해 효율성을 높일 수 있게 해줍니다."

NX로 아이디어 실현

리니어 모션 베어링은 롤과 슬라이드 중 어떤 것입니까? 슬라이딩 모션은 완전한 선형과 원형 중 어떤 것입니까? 슬라이드 구동력은 전동식과 비전동식 중 어떤 것입니까? 금속과 세라믹 중 어떤 재료가 베어링 작동 조건에 더 잘 맞습니까? PM-Bearings의 메카트로닉 엔지니어 Walter Meijerink는 NX를 사용해 정밀도, 반복성, 하중 및 작동 환경 사양을 고려해 리니어 슬라이드와 위치 지정 시스템을 설계하면서 매일 정보에 기반해 의사 결정을 내립니다. Meijerink는 "고객 요구사항을 최종 도면에 반영하는 것이 제 일입니다" 라고 말합니다. "NX CAD를 사용하면 설계 아이디어를 빠르고 효율적으로 구현할 수 있습니다."

PM-Bearings는 숫자 코드로 파트를 분류하는 대신 Teamcenter의 파트군 기능을 활용해 사전 정의된 기준에 따라 파트를 분류할 수 있습니다. 이는 허용된 파트 종류를 포함시키고 정의된 메트릭과 설계 표준을 제공하는데 도움이 됩니다. 예를 들어 길이가 다른 비슷한 파트를 파트군으로 그룹으로 묶을 수 있습니다. Meijerink는 "파트군은 유용한 기능입니다" 라고 말합니다. "여러 파트를 빠르게 조립할 수 있어 시간이 크게 절약됩니다." 전체 모델을 설계 해석가 및 CAM 엔지니어와 쉽게 공유할 수 있어 제품 개발을 속도를 단축할 수 있습니다. Meijerink는 "제 업무에 중요한 또 하나의 NX CAD 기능은 다른 CAD 플랫폼을 사용하는 고객의 설계 데이터를 읽을 수 있는 기능입니다" 라고 설명합니다.

해석 반복 가속화

PM-Bearings의 R&D 엔지니어 Mathys te Wierik은 "통합 NX CAD와 Simcenter 3D CAE 플랫폼은 일상적인 작업을 가속화하는 데 도움이 됩니다" 라고 말합니다. "작업 중인 설계가 완료되면 강성과 성능을 해석해야 합니다. Simcenter가 아주 잘 하는 부분이죠. 시뮬레이션에 사용할 형상을 쉽게 준비할 수 있습니다. 필요한 경우 중간면 추출 같은 지오메트리 단순화를 적용하고 메시 작업 해 NX Nastran 솔버에 작업을 넘겨 계산된 결과를 해석합니다."

그는 또한 "필요한 경우 보강 리브 전환 같은 지오메트리 수정을 Simcenter에서 바로 할 수 있습니다" 라고 말합니다. "관련된 모든 파트가 자동으로 업데이트 되므로 이들을 해석하고 그 결과를 비교할 수 있어 시간이 많이 절약됩니다. "설계와 해석 반복을 몇 차례 수행한 후 데이터를 다른 형식으로 내보내지 않고 검증한 설계를 CAM 엔지니어에 바로 보냅니다. "

"전에는 유한 요소 계산을 외주로 진행했습니다" 라고 그는 말합니다. "결과를 얻으려면 2주가 걸렸죠. 지금은 Simcenter를 사용하는데, 해석 난이도에 따라 몇 분 또는 몇 시간이면 결과를 얻을 수 있습니다. 여러 면에서 상당한 시간 단축 효과를 얻었습니다. 직접 시뮬레이션 함으로써 제품에 대한 많은 인사이트를 얻을 수 있습니다."

나노미터급 정밀도

치수 정밀도와 나노미터급으로 진동 크기를 줄여 달라는 고객의 까다로운 요구사항은 PM-Bearings에 고유한 제조 문제를 던져줍니다. 가공 공정에 따라 크게 달라지는 정확도는 제품 성능과 외관에 영향을 미칩니다. 3D 설계에서 움직임이 정밀한 부품을 효율적으로 가공하려면 작업 현장 인력과 기계에 정확한 제조 지침을 제공해야 합니다. PM-Bearings는 통합 CAD, NC 프로그래밍 및 머시닝 시뮬레이션 기능을 갖춘 NX CAM을 활용해 첫 생산 실시에 앞서 완벽한 제조 계획을 마련합니다.

PM-Bearings에서 생산 계획과 제어를 담당하는 CAM (Computer-Aided Manufacturing) 엔지니어인 Kenny Prins는 처음부터 제대로 생산이 진행되려면 이를 디지털 방식으로 계획해야 한다는 점을 경험을 통해 알고 있습니다. Prins는 "처음에는 모든 프로그래밍이 기계에서 수행됐습니다" 라고 설명합니다. "변경 사항이 있을 때마다 전체 프로그램을 검수하고 수정해야 했는데, 이는 시간도 많이 걸리고 오류가 발생하기 쉬웠습니다. 작업 현장 인력과 장비가 모두 다운타임에 들어가니 시간과 비용 소모가 많았습니다. 이제는 NX CAM으로 공작물, 툴링 및 기계 디지털 트윈을 사용해 프로그래밍 시간을 최대 80% 단축 할 수 있으며, 이는 경쟁력 확보에 매우 도움이 됩니다."

많은 제조사들이 그렇듯 PM-Bearings도 툴 수명을 연장하면서 고품질 제품을 더욱 빠르게 밀링, 선삭 및 정삭해야 합니다. Prins는 "설계 팀에서 생산용 모델을 받으면 우선 저희가 가진 툴과 기계로 이 작업을 할 수 있는지부터 확인해야 합니다" 라고 설명합니다. "NX CAM에서 이 작업을 빠르게 확인해 실제 기계와 툴링이 설계된 파트를 처리하는 과정에서 문제가 발생할 가능성이 있는지 파악합니다. 이는 계획 프로세스 초기에 발생 가능한 제조 문제를 쉽게 해결할 수 있는 매우 강력한 기능입니다. 제조 가능성 문제가 파악되면 설계 팀과 논의해 설계를 수정합니다. 우리 팀은 이러한 협업과 데이터 공유를 위해 Teamcenter 소프트웨어를 사용합니다. 이 폐루프 프로세스를 사용해 설계는 해석과 계획 단계에 걸쳐 자동으로 변경 사항을 전달하며, 이 내용은 작업 현장에서 이뤄지는 제조로 연결됩니다."

Prins는 "제가 매일 사용하는 또 다른 기능은 NX CAM의 유연한 가공 전략입니다" 라고 말합니다. "모든 가공 절삭이 동일하진 않습니다. 최종 파트의 정밀도는 절삭 작업이 유발하는 응력과 직접적인 관련이 있습니다. 대형 금속 블록이나 5mm 두께의 소형 파트를 밀링할 때 각기 다른 가공 전략을 사용합니다. NX CAM은 재료를 제거하기 위한 공구 경로를 자동으로 제안하지만, 최상의 결과를 위해 우리의 노하우를 사용해 가공 전략을 조정할 수 있는 유연성도 제공합니다. 우리의 경험을 포착하고 재사용 해 효율적인 가공 프로세스를 적용해 양질의 파트를 구현하면서 공구 수명도 연장합니다."

디지털화를 통한 정밀도

Ridderinkhof는 "3D 모델을 공유하고 최신 정보에 액세스 할 수 있는 기능은 Teamcenter의 가장 큰 장점입니다" 라고 말합니다. "JT 형식을 사용하면 CAM 팀 뿐만 아니라 제조 계획, 작업 현장 인력을 비롯한 모든 다른 이들을 위한 모델 시각화를 할 수 있습니다. 모든 사람들이 이 모델을 보고, 여러 방향에서 살펴보고 숨겨진 컴포넌트를 확인하며 구조가 구축된 방식을 확인할 수 있으며, 어셈블리 엔지니어도 이 정보를 사용합니다. 제품을 고객에 선보이는 세일즈 관계부터 구축 방법을 교육하는 내부 교육 담당자에 이르는 다양한 이해 관계자들이 이 정보를 활용합니다. 공급업체명과 파트 번호 같이 품목에 첨부된 속성은 ERP 시스템에서 BOM을 자동으로 생성하는 데 사용되며, 제품 디지털화 프로세스를 구매 부서까지 확장하고 수작업으로 인해 발생할 수 있는 오류를 줄여 줍니다."

Ridderinkhof는 "저희는 최첨단 정밀 가공 기업으로 남겠다는 목표를 갖고 있기에 언제나 경쟁 우위를 유지해야 합니다" 라고 말합니다. “고도로 정밀한 베어링 및 포지셔닝 슬라이드를 지속적으로 제공할 수 있기 위해 Siemens Digital Industries Software 솔루션을 사용해 전체 엔지니어링 및 제조 프로세스를 디지털화 했습니다. 이 솔루션을 사용해 생산 프로세스 초기에 더 많은 시간을 할애 할수록 생산량이 향상됩니다. 우리 기업의 전반적 효율성이 증가하고 있습니다. 우리는 오류를 제거하고 품질을 향상시키면서 보다 빨리 한층 다양한 베어링을 제공할 수 있으며, 이는 우리의 수익성을 향상시켜 줍니다."