본 연구에서는 고분자 플라스틱 부품의 친환경 외장성형공법인 Insert Film 사출성형공법중 첫 번째 공정인 진공성형공정에서 진공금형의 표면온도 균일화 기술에 대해 연구를 수행하였다. 진공금형의 온도분포 균일화를 위한 금형설계 및 설계된 금형에 대한 온도분포 평가를 위한 ANSYS를 이용한 유한요소열해석을 수행하였으며, 이때 정상상태 및 과도상태를 함께 평가하였다. 설계 결과를 바탕으로 금형을 제작하였으며, 생산성을 고려하여 4캐비티로 제작된 금형에 대해 금형표면의 온도분포 평가실험을 수행하였다. 또한 금형내 캐비티 온도센서 및 제어시스템을 설치하여 진공금형표면 온도분포가 항상 일정하게 유지될 수 있도록 금형시스템을 개발하였다. 결과적으로 일정한 온도범위의 금형표면온도제어가 가능하였다.
본 논문은 LCD구동 IC 패키지 제조 분야에서 사용되는 TAB IC블랭킹 금형에 대해 신속하고 합리적인 설계를 수행하기 위하여 금형설계와 관련된 다년간 축적된 경험적지식과 설계지식을 전산정보화하여 지식베이스를 구축하였고, 설계에 필요한 TAP IC 패키지의 형상정보를 제공받기 위하여 표준적인 특징형상 입력모듈을 제안하였다. 또한 지식베이스를 통해 산출된 설계 결과를 3차원 모델러와 연계하여 3차원 형상생성 및 가공도면의 자동화를 실현하여, 기존의 TAB If 블랭킹 금형설계자 뿐만 아니라 신입설계자도 바로 실무에 적용할 수 있는 시스템으로 발전시키고자 한다.
본 논문은 사출금형 설계를 위한 전문가 시스템의 개발에 관한 연구이다. 설계자가 오토케드 (AutoCAD)환경에서 금형부품 및 몰드베이스를 3차원 형상으로 나타낼 수 있으며 필요한 설계 데이터를 추가할수 있는 프로그램 개발에 있다. 주 프로그램은 C++를 사용하여 구축하였으며,금형부품 치수 및 몰 드베이스를 데이터베이스화 하였다. 주 프로그램과 오토캐드와 인터페이스를 하여 오토캐드 환경에서 자 유롭게 사용할 수 있도록 하였다. Pull-down menu와 Dialog box를 이용하여 금형 설계자가 금형의 각 부 품을 자유롭게 선정할 수 있으며, 각 단계별 선정된 금형부품은 즉시 나타나 설계자가 바로 확인 할 수 있도록 하였다. 이젝터 핀의 위치 및 크기를 자동적으로 나타낼수 있으며, 선정된 금형 부품 및 몰드베이 스는 2차원이나 3차원으로 나타낼 수 있다. 각각의 3차원 부품을 독립적으로 나타낼 수 있어 NC프로그램과 인터페이스가 가능토록 하였다.
사출금형 공정계획이란 금형설계를 완료한 후에 설계된 금형을 경제적, 효율적으로 생산하기 위하여 수행해야 할 제조공정에 대한 계획이다. 이러한 공정계획은 전문가의 경험에 의존함은 물론 많은 시간이 소요된다. 그리고 사출금형 공정계획은 현장경험을 토대로 완전 수작업에 의존하고 있으므로 공정계획전문가의 경험과 숙련 등에 따른 변동, 공정설계용 데이터의 부정확 등에 의한 공정계획 그 자체가 갖고 있는 부정확도에 따라 많은 문제점이 있다. 이러한 문제점과 함께 공정계획 전문가의 부족현상, CAD/CAM시스템의 보급 및 생산형태의 다품종소량화 현상에 따라 공정계획의 자동화가 필요하게 되었다. 본 논문에서는 사출금형 공정계획을 자동화하기 위해 사례기반추론(Case Based Reasoning)을 이용하였다. 사출금형의 공정계획은 성형품의 종류에 따라 다양하고 복잡하기 때문에 지식으로서 접근하는데는 한계가 있었다 그래서 본 논문에서는 전문가들의 경험지식을 이용한 사례기반추론을 이용한 공정계획시스템인 IIMPPS(Intelligent Injection Mold Process Planning System)를 개발하였다. 사례기반추론 공정계획 시스템을 개발하기 위해 과거 공정계획을 적합한 사례로서 표현 및 구성하고, 적절한 공정계획을 수립하기 위한 사례의 검색 및 조정방법을 제안하였다. 본 시스템은 차후에 가상생산 에이전트(최형림 등, 2000) 중에서 공정계획 에이전트의 엔진으로서 역할을 수행할 것이다.
본 연구에서는 사출금형의 공정설계 전문가시스템의 개발에 대한 연구의 일부 로서, 구체적으로는 구조가 비교적 간단하고 의사결정 규칙의 획득이 용이한 받침판이 없는 2단 사출금형을 대상으로 하여 CLIPS를 사용하여 개인용 컴퓨터에서 실행이 가능 한 공정설계 전문가시스템을 개발하여 실제 사출금형 공정설계에 적용하여 그 유효성 을 평가하였다.
사출성형 제품 및 금형설계를 위한 통합형 CAD시스템이 연구되었다. 현존하는 CAD시스템은 주로 기하학적 모델링 기능만을 제공하고 있으나 본 연구에서는 제품설계, 금형설계, 몰드베이스 선정, 공정설계를 통합하여 설계할 수 있도록 CAD/CAPP/CAE를 연계한 설계시스템을 구성하였다. 특징형상 기법을 비롯하여 다양한 방법론이 시스템 구성을 위해 연구되었다. 이러한 통한형 설계시스템은 동시설계를 위해 유용하게 사용될 수 있는 진전된 개념의 설계시스템이다.
공정계획은 숙련된 작업자의 경험의 경험과 지식에 의해서 작성된다. 이러한 과정을 컴퓨터를 활용하여 자동화함으로써 공정계획을 수립하는 시간은 물론 이와 연관된 설계변경, 설비선정, 견적, 재고관리 등 반복적인 업무의 스피드와 정확도를 향상시킬 수 있으며, 비숙련자라도 쉽게 공정을 파악하고 최선의 공정계획을 수립할 수 있다. 자동차 외판제조용 대형 프레스 금형을 대상으로 자동화된 공정계획 시스템을 구현하기 위해 비공식 또는 공식으로 일어나고 있는 공정에 관한 지식을 수집, 분석하여 금형의 패턴과 형구, 부품, 사양으로 분류하여 표준화하였고, 이를 기반으로 공정계획을 컴퓨터가 자동으로 생성할 수 있도록 공정에 관한 Knowledge를 Relational Data Model로 표현하였다. 자동공정계획 시스템은 단계별 Tree 방식으로서, 각 단계마다 시스템이 제공하는 질의에 대해 설계자 또는 공정계획자가 설계도면을 참고하여 이에 대응하면 해당 금형에 대한 적합한 공정계획과 작업공수가 제시되도록 설계 개발되었다.
다품종소량생산의 특징을 갖고 있는 금형공업에서 컴퓨터통합생산시스템(Computer Integrated Manufacturing System;CIMS)의 실현을 위한 중요한 분야의 하나는 부품설계도면으로부터 최종제품을 생산하는데 필요한 공정계획의 자동화, 즉 컴퓨터를 이용하여 공정계획을 자동적으로 생성하는 자동공정계획시스템(Computer Aided Process Planning;CAPP) 기술의 개발이다. 국내외적으로 CAPP분야의 연구는 컴퓨터 지원에 의한 자동화 기술의 급속한 발전과 더불어 지난 20여년 동안에 기계가공품에 관한 CAPP은 약 150여가지가 개발되었으나, 이는 컴퓨터 지원에 의한 설계의 자동화(Computer Aided Design;CAD)나 컴퓨터 지원에 의한 제조의 자동화(Computer Aided Manufacturing;CAM)분야에 비해 상대적으로 저조한 형편이다. 특히 금형을 대상으로 한 CAPP시스템의 개발은 아직 초기단계에 있기 때문에, 본 연구에서는 사출금형을 대상으로 하여 실용성이 있는 공정설계시스템을 개발함을 목적으로 한다. 일반적으로 공정계획은 "소재로부터 제품을 경제적, 효율적으로 생산하는데 필요한 제조공정의 체계적인 결정"이라고 정의할 수 있다. 공정계획은 제품의 종류와 수량, 재료와 부품의 종류, 보유 생산설비와 제조기술의 수준에 따라 다르나, 공정설계(Process Design)와 작업설계(Operation Design)로 구분할 수 있다. 본 연구에서는 공정계획을 광의의 공정설계로 정의하고, 공정설계와 공정계획을 동의어로 통용토록 한다. 기존의 CAPP시스템의 개발에 관한 기본적인 접근방법은 변성형방법(Variant method), 창성형방법(Generative method) 및 자동화방법(Automatic method)이 있다. 이들 CAPP시스템을 개발할 때 사용하는 기법은 크게 5가지- (1) GT(group Technology) 접근기법, (2) Bottom-up 접근기법, (3) Top-down 접근기법, (4) AI와 전문가시스템(Expert System) 접근기법, (5) 컴퓨터 프로그래밍 언어 - 로 분류할 수 있다. 본 연구에서는 전문가시스템 기법을 도입해서 사출금형 공정계획전문가의 지식과 경험을 획득하여 지식베이스를 구축하고, 전문가시스템 셀(shell)중 CLIPS를 이용하여 자동공정계획시스템인 Mold CAPP을 개발하였다.PP을 개발하였다.
현재 금형공장에서는 변화하는 시장에 빠른 반응을 보이고, 생산하고 있는 제품의 높은 품질과 낮은 가격을 보장하기 위하여 기존 시스템과 인터넷을 접목하려는 많은 시도를 하고 있다 금형공장에는 ETO(Engineering To Order) 방식의 제조방식과 사출금형의 특수성으로 인하여 표준견적 시스템의 개발이 어렵다. 그리고 영업과 수주에 반영할 객관적인 정보가 없으며 고객의 요청 시 실시간으로 확인가능한 정보가 존재하지 않는다. 이러한 금형공장의 특징을 반영하고, 문제점을 극복할 수 있는 협업적 전자주문 처리 시스템의 프레임웍(framework)을 설계하고, 또한 각 세부 모듈인 견적가격 산정기능(Cost Estimation Tool), 납기 가능일자 산정기능(Leadtime Tool), 주문상황 응답처리 기능(Order Status Tool), 작업상황 파악기능(Shop Status Tool)을 설계한다. 그리고 현장 적용이 가능하도록 하기 위하여 금형공장의 업무 프로세스를 분석한다. 그리고 주문처리 프로세스의 UMM 방법론 모델링을 통하여 원형(prototype) 시스템을 설계 및 개발하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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