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테크놀로지

금속을 대체하는 플라스틱 베어링

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기존 금속 베어링을 플라스틱 베어링으로 바꾸면 어떤 효과가 있을까? 독일 기업 이구스의 iglidur (이글리두어) 폴리머 베어링은 금속 베어링 대비 최대 40%의 비용 절감으로 높은 비용 효율과 더욱 긴 서비스 수명을 제공한다. 공작 기계, 충진 설비, 공압식 실린더와 같은 산업 환경은 물론 주방용 기기나 자전거, 자동차와 같은 일상 생활에서도 고성능 플라스틱은 상당 부분 금속 베어링을 대체해 이용되고 있다. 윤활과 유지보수가 필요 없는 트리보 폴리머 소재가 주는 이점이 가장 큰 대체의 이유다.

16개 표준 재질 포함, 50종까지 제공 가능한 iglidur 폴리머 재질. 작동 수명 내내 무급유 운용과 일정한 마찰계수를 제공한다.
그림 1. 16개 표준 재질 포함, 50종까지 제공 가능한 iglidur 폴리머 재질. 작동 수명 내내 무급유 운용과 일정한 마찰계수를 제공한다.

트리보 폴리머로 각종 기계 부품을 생산하는 독일 기업 igus의 ”motion plastics”은 비, 염분 및 극한 온도에 내성을 지니며, 오일과 화학 물질에 영향을 받지 않는다. 금속 솔루션과 비교하여 큰 경량 효과와 높은 에너지 효율을 얻을 수 있다. 이미 다양한 산업 분야와 어플리케이션에서 플라스틱 베어링이 금속 베어링을 대체하고 있는 이유는 뛰어난 성능뿐만 아니라 특별한 재료 속성 때문이기도 하다. 고정된 응력을 견디는 능력이 더욱 뛰어난 금속 베어링은 실제 움직이는 모션에서 너무 쉽게 마모가 되버린다. 반면, 플라스틱 베어링은 사용 수명 내내 일정한 마찰 계수와 내마모성을 제공하기 때문에 사용 수명을 예측할 수 있다는 장점이 있다.

어떤 어플리케이션에든 적용할 수 있는 다양한 제품 선택

igus GmbH가 폴리머 베어링을 개발하고 생산한 지는 올해로 30년이 넘었다. 이들의 플라스틱 베어링 고유 브랜드 ”iglidur(이글리두어)”는 16개 표준품을 포함해 약 50개의 재질로 생산된다. 수많은 연구 결과를 통해 플라스틱이라 가벼우면서도 자체 윤활이 가능하고 유지보수가 필요 없는 것이 가장 큰 장점이다.

16개 표준품뿐만 아니라 약 50개 재질과 DIN ISO3547에 따른 113개 이상의 치수 생산은 약 830평 규모의 업계 최대 규모의 테스트 연구소에서 비롯된다. 매년 1천 3백 5십억 회 이상의 테스트 동작으로 다양한 모션과 환경 조건을 대응할 수 있는 제품을 개발한다. 제품의 형태는 일반 슬리브 타입이나 플랜지 형태 뿐만 아니라 환봉형 소재나 플레이트 판형, 3D 인쇄 필라멘트 또는 SLS 파우더 용으로도 생산된다. 최대 50 밀리미터까지의 샤프트 직경이 표준품으로 생산되며, 카탈로그에 기재된 내경의 최대 규격은 195 밀리미터로 확장 규격품도 선택할 수 있다 전 제품이 최소 주문 수량 없이 24 시간 내 발송을 원칙으로 하고 있다.

금속보다 뛰어난 폴리머 기술력

폴리머를 사용하면 설계가 매우 자유로워진다. 다른 재질에 비해 약간의 가공만 하면 매우 복잡한 부품도 쉽게 만들 수 있고, 특정 첨가제만으로도 그 특성에 큰 영향을 줄 수 있기 때문이다. 이는 igus가 폴리머 소재를 최적화하는데 있어서도 큰 핵심 역량으로 작용한다.

igus는 자체 재질 개발 부서를 두어 특정 분야 사용에 맞는 새로운 재질의 연구 개발을 지속해오고 있다. iglidur 플라스틱 베어링의 탁월한 성능은 우선 균일한 구조로 구성된 열가소성 폴리머에 기반한다. 여기에 섬유 및 충진재를 추가해 베어링의 하중 능력을 증가시킨다. 추가적으로 고체 윤활제가 포함되어 무급유 특성이 더해진다. 이 모든 요소들이 균일한 구조로 어우러져 사용 수명 내내 동일한 마찰 계수 및 마모 속성을 제공하게 되는 것이다.

이에 반해 금속 베어링은 다층 구조를 가진다. 내부 층이 매우 얇기 때문에 큰 충격이나 전단 하중, 진동, 심지어 급유로 인한 먼지와 오염물의 퇴적으로 내부 층은 쉽게 벗겨지거나 손상된다.

코팅막이 벗겨지지 않았다 하더라도 계속적인 윤활 작업은 비용과 시간이 많이 드는 단점으로 작용한다. 게다가 그리스나 오일로 인한 위생 및 생태학적 이유는 최근 이들의 인기를 추락시키는 주 요인이 되고 있다. 이러한 이유로 시중에는 내부에 윤활유가 통합된 소결 베어링도 있긴 하나, 이것도 건식 베어링이라고 보기는 어렵다. 롤링 베어링도 마찬가지이며, 특히 니들 베어링의 경우 기술 및 경제적인 이유로 플라스틱 베어링으로 교체되는 경우가 많다.

그림 2. 830평 규모의 업계 최대 테스트 연구소에서는 매년 1,350억회 이상의 테스트가 실시된다.
그림 2. 830평 규모의 업계 최대 테스트 연구소에서는 매년 1,350억회 이상의 테스트가 실시된다.

적용 사례 – 농기계

다양한 산업 시장 중 농기계는 플라스틱 베어링의 기술력을 증명하기에 아주 좋은 예라고 igus는 설명한다. 농기계에 현재 적용되고 있는 iglidur Q2나 Q290은 마모에 대한 내성이 매우 크고 높은 표면 및 전단 하중을 대응할 수 있다. 부식이 없고 충격과 충돌에도 강하다. 비료, 슬러리, 또는 연료의 접촉에도 영향을 받지 않기 때문에 장기간 사용에도 기계를 안정적으로 가동시킬 수 있다. 특히, 기계가 엄청난 양의 분진에 노출될 수 있는 농업 환경에서 iglidur 베어링은 최적의 기능성과 긴 작동 시간을 보증한다.

적용 사례 – 식품 산업

식품 및 포장 산업의 엄격한 위생 및 안전 표준을 고려하면 무급유는 더욱 중요한 역할을 한다. 식품의약청(FDA) 규정에 따라 제품이 윤활유나 기타 물질에 의해 오염되지 않아야 하기 때문이다. 결과적으로 식품과 함께 사용하는 데 적합성을 인증받은 FDA 준수 플라스틱만 적용될 수 있다는 이야기다. 금속과 대조적으로 유기적 구조를 지닌 플라스틱은 부식이 없으며 수분 함유 염분 용액을 포함해 산, 가성소다 등 무기질 매체에 내성을 갖는다. 실제 igus의 고객, Singer & Sohn GmbH의 설계 엔지니어 Dieter Koller는 ”식품 산업 적용 기계 설계에 있어 고려해야 할 점은 오작동이나 의도치 않은 셧다운을 방지하는 것은 물론이고 모든 내부/외부 구역이 습한 환경과 화학 약품을 견딜 수 있어야 한다는 점입니다.”라며 해당 산업의 환경 조건을 설명하며 본인의 교체 경험에 대해 이야기했다.

Singer & Sohn 社는 식품 산업용 특수 기계를 만드는 회사로, 소시지 분리 기계의 수동 작업을 대체할 베어링으로 iglidur 를 처음 사용했다. ”iglidur 베어링은 소시지 분리기에서 수동으로 이루어지고 있는 작업을 대신해 먼지와 오염에 대응합니다. 전에는 니들 베어링을 설치하곤 했었는데 작동 중이나 세척 중에 거의 매일같이 오작동을 일으켰어요. 세척 중에는 물이 몇 방울만 튀어도 즉시 베어링을 교체해야 할 정도로 매우 민감해서 장기적으로는 너무 많은 비용 소모를 발생시켰습니다. 반대로 플라스틱으로 바꾸고나서는 수분이나 화학물질에 대한 내성으로 유지 보수 걱정을 완전히 덜 수 있었습니다”라고 덧붙였다.

특정 산업과 어플리케이션, 맞춤 재질로 차별화된 서비스

iglidur 재질 중 가장 소요가 많은 대부분의 재질은 5가지 정도다. 하지만 동시에 점점 더 많은 회사들이 전문화된 부품 생산에 집중하면서 차별화된 생산 환경과 그에 따른 특정 재질에 대한 수요도 커지고 있다. 예를 들어 무급유이면서 내균성을 갖춰야 하는 의료 및 실험 장비나 정전기 방지 플라스틱을 사용해 방직 산업에서 베어링이 보풀이나 먼지를 끌어들이지 않도록 하는 것들이 그렇다. 수중 사용부터 높은 하중 적용까지, 자동차 산업에서 항공 장비에 이르기까지, igus는 이러한 모든 경우에 맞춤 재질을 개발한다.

유저가 스스로 각각의 사용에 대해 어떤 재료가 적합한지 검색할 수 있도록 온라인 제품 검색기나, 구성기, 사용 수명 계산기, 3D CAD 구성기와 같은 온라인 도구도 제공한다. 해당 프로그램은 igus 테스트 연구소에서 매년 10,000회 이상 수행한 베어링 테스트를 기반으로 운영된다.

‘건식 작용, 내분진성, 진동 완화, 내화학성, 전단 하중’ 등 해당되는 특정 요구 사항과 허용 표면 압력, 장기간 사용 상한/하한 온도 등도 입력해 적합한 제품을 검색하고 사용 수명도 계산할 수 있다.

그림 3. 유저들로 하여금 간편한 재질 선정을 제공하기 위해 온라인 툴을 제공하고 있다.
그림 3. 유저들로 하여금 간편한 재질 선정을 제공하기 위해 온라인 툴을 제공하고 있다.(iglidur.igus.kr)

플라스틱 베어링이 금속 베어링보다 더 저렴할 수 있는 이유

광전지 시스템, 농업과 해양, 외관 차양막이나 유압 실린더, 액추에이터, 산업 분야를 막론하고 폴리머 베어링이 금속 베어링을 대체해 온 것은 이미 오래 전 부터의 일이다. 엔지니어의 경우, 무급유와 내부식성, 마모 저항과 마찰계수는 필수적으로 고려해야 하는 요소가 되었고 igus가 표방하는 모션 플라스틱은 이에 더해 기계의 사용 수명을 증가시키고 무엇보다 금속 베어링보다 최대 40% 저렴한 가격적 이점을 제시한다.

베어링 자체 가격 뿐만 아니라 대응 샤프트를 다양하게 쓸 수 있다는 건 추가적 가격 절감 가능성을 의미한다. iglidur 베어링은 금속 베어링과 달리 연질 샤프트와도 고효율성을 발휘해 샤프트에 대한 추가적 비용을 더욱 절감할 수 있다. 알루미늄, 강철, 스테인리스, 탄소 섬유와 같은 대부분의 샤프트 재료는 베어링과 함께 igus에서 직접 주문할 수도 있다. 샤프트 또한 적용 환경과 어플리케이션에 따라 가격과 성능 면에서 최적합 재질을 선택하는 것이 매우 중요하다.

미래를 대비하는 일관된 연구 개발

좋은 품질과 저렴한 가격을 동시에 제공하기 위해서는 일관된 연구 개발 작업이 필수라고 igus는 이야기한다. igus는 실제 매년 하노버 전시회를 통해 150가지 이상의 신제품과 제품 라인의 확장을 발표한다.

특히, 3D프린팅 산업은 igus와 유저 모두에게 새로운 가능성을 열어준 좋은 예다. 엔지니어링 설계에 높은 자유도를 보증하는 동시에 사용되는 구성품에 대해 높은 수준의 내마모성을 제공할 수 있다. 서로 완벽하게 상호작용 할 수 있는 두 가지의 최신 기술은 2014년 iglidur 트리보 필라멘트를 최초 개발한 이후로 지속적인 확장을 거듭하고 있다. 현재까지 6개의 트리보 필라멘트가 제품군에 포함되었으며, 작년에는 최초로 SLS 트리보 파우더 개발에도 성공했다.

3D 프린터를 직접 소유하고 있지 않은 업체를 위해 원하는 형상의 부품을 직접 인쇄할 수 있게 하는 3D 인쇄 서비스도 오픈했다. 특수 형상은 물론 사출 금형까지 3D 인쇄를 통해 단 시간에 제작이 가능하다.

이는 특히 테스트 단계에서 큰 이점을 제공한다. 테스트에서 이미 생산 제품에 매우 근접한 상태의 제품을 받을 수 있기 때문에 적용 적합성의 판단을 아주 적은 비용으로 빠르게 해결할 수 있다. 그리고, 어플리케이션에 따라 화학 물질, 온도, 하중 등 매개 변수를 계산해 다양한 iglidur 재료를 폭 넓게 선택할 수 있는 것은 설계자에게 있어 더할 나위 없는 메리트로 작용한다.©

오윤경 기자 news@icnweb.co.kr

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  1. 나그네

    2018년 1월 7일 at 오전 12:27

    igus 플라스틱 베어링

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스마트공장

정보 흐름 최적화를 통한 생산성 향상, Syngineer(신지니어)가 구현하는 완벽한 협업

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이제 전기 엔지니어들도 기구엔지니어링 CAD 에서 발생한 변경사항을 투명하게 이해할 수 있다.

4차산업혁명 시대에는 여러 엔지니어링 부문이 함께 성장하며 이루어나가야 한다. 그렇다면 현재 이들 간에 존재하는 장벽을 어떻게 극복해야 할까? Syngineer는 전기와 기구엔지니링 설계자들이 ‘서로 대화’를 할 수 있도록 해준다. 이 클라우드 기반의 툴은 기계 및 시스템 개발을 위한 부서간의 엔지니어링 협업을 최적화함과 동시에 좀 더 나은 커뮤니케이션 환경을 제공한다.

위에 제시한 전기설계의 예에서 볼 수 있듯이, Syngineer를 사용하면 프로젝트 진행 상태를 문서화할 수 있다. 모든 정보는 전기 엔지니어링과 기구 엔지니어링 팀 간에 양방향으로 주고받을 수 있다.

위에 제시한 전기설계의 예에서 볼 수 있듯이, Syngineer를 사용하면 프로젝트 진행 상태를 문서화할 수 있다. 모든 정보는 전기 엔지니어링과 기구 엔지니어링 팀 간에 양방향으로 주고받을 수 있다.

많은 설계 엔지니어들이 일상적으로 부딪히는 중요한 도전과제중의 하나는 정보를 획득하고 제공하는 것이다. EPLAN과 그 자회사인 CIDEON(씨데온)이 개발한 혁신적 클라우드 솔루션인 Syngineer는 이와 같은 걸림돌을 극복할 수 있도록 지원한다. 엔지니어링 분야에서의 협업, 특히 기구엔지니어링과 전기엔지니어링, PLC/소프트웨어 사이의 작업 조정을 간소화하고 그 속도를 높인다. Syngineer 시스템을 통해 다양한 엔지니어링 영역에서 서로 정보를 원활하게 교환하며 협업을 증진할 수 있다. 이렇게 함으로써 종종 엔지니어링 마지막 단계에서 수작업이 발생하여 상당한 비용을 초래하게 되는 상황도 훨씬 더 줄일 수 있다.

더 많은 투명성을 제공하는 단순한 시스템

Syngineer는 사용자들을 위한 프로젝트 기반 접근법을 취하고 있으며, 그 적용은 매우 간단하다. Syngineer의 선임 엔지니어링 컨설턴트인 맥스 뤼첼(Max Lützel)은 “Syngineer를 사용하면 MCAD 소프트웨어와 EPLAN Electric P8 간 연결을 손쉽고 빠르게 설정해 사용할 수 있다.”고 밝혔다. 예를들면 “간단한 오리엔테이션만으로도 설계 프로세스상에서 모터 변경이 발생하면, 해당 동료는 그 변경사항을 실시간으로 바로 알 수 있다.”는 것이다.

전기 엔지니어들은 기존의 익숙한 작업 환경에 내비게이터를 추가함으로써 Syngineer를 사용하게 된다. 이 내비게이터를 통해 전기 엔지니어는 타 부서의 기구 엔지니어링의 동료 엔지니어와 연결된다. 전기와 기구, 이 두 영역의 설계 부서가 엔지니어링 정보를 양방향으로 교환할 수 있다. 이와 같은 통합 덕분에 양쪽 엔지니어들 모두 각자에게 친숙한 시스템 내에서 편리하게 작업하면서도 채팅 기능 등을 통해 서로 최신 개발 상황을 조율할 수 있다. 이메일을 통한 변경 사항 통지도 가능하다. 이러한 설정은 알림 관리 시스템을 사용해 손쉽게 맞춤화할 수 있다.

개발 진척 상황을 한눈에 Syngineer에서는 작업 및 요청의 현재 처리 상태를 라벨링할 수 있다. 개발 프로세스 상의 변경 사항과 각각의 진척 상태는 모든 관련 직원이 확인할 수 있다. 나아가 본 시스템은 누가 어떤 변경을 처리했는지에 대한 정보도 제공한다. 그 결과 프로젝트 매니저는 중앙화된 위치에서 프로젝트 상황을 한눈에 볼 수 있고, 사후 고객 요건에 대한 개요를 파악할 수 있다. Syngineer 소프트웨어는 현재 독일어와 영어로 지원되며, 향후 제공 언어가 추가될 예정이다. 세계화 시대에 걸맞게 인터넷 브라우저, 스마트폰, 태블릿, 노트북 등 다양한 경로로 액세스가 가능하다.

이제 전기 엔지니어들도 기구엔지니어링 CAD 에서 발생한 변경사항을 투명하게 이해할 수 있다.

이제 전기 엔지니어들도 기구엔지니어링 CAD 에서 발생한 변경사항을 투명하게 이해할 수 있다.

확장 가능한 시스템

클라우드 기술 기반의 또 다른 중요한 실용적인 이점은 외부 파트너, 고객 및 공급업체도 개발 프로세스에 쉽게 통합될 수 있다는 것입니다. 아울러 클라우드 아키텍처는 유연한 사용자 확장성도 보장한다. 이로써 기업은 필요할 때면 언제든 사용자 수를 조정하며 생산, 커미셔닝, 유지보수 등의 부서에 추가적인 액세스를 제공할 수 있다.

Syngineer는 효율적인 정보 교환을 지원함으로써 시간 절약과 제품 품질 향상을 약속한다. Syngineer를 사용하여 센서/액츄에이터 목록을 자동 생성하면 잠재적인 절감 효과는 더욱 배가된다. 그 결과 기업은 문서화 품질을 높이는 것은 물론, 업무 시간을 30% 단축할 수 있다.

이플랜코리아 www.EPLAN.co.kr

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스마트공장

B&R ACOPOStrak, 휴먼-트랙 콜라보레이션 구축

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mapp Trak이 제공하는 안전 기능은 트랙 근처에서 사람이 실제로 작업하는 곳에만 적용된다.

생산 라인에 안전 펜스가 설치되어야 하는 시대는 끝났다. 앞으로 공장에서는 기계와 로봇, 그리고 사람이 함께 협력하여 일하게 될 것이다. 사람과 지능형 수송 시스템이 같은 레벨로 서로 협동하기 위해 ‘휴먼-트랙 콜라보레이션’이라는 개념을 최초로 도입한 제조업체가 바로 B&R이다.

사람은 수많은 생산 라인에서 핵심적인 역할을 한다. 심지어 인더스트리4.0 시대에도 조립과 테스트 작업은 매뉴얼로 하는 것이 가장 좋은 방법중의 하나이다. 사람의 지능으로 빠르게 배울 수 있고 거기에 고성능의 기계가 더해지면 복잡한 타스크도 쉽게 수행할 수 있다. “이것이 ‘휴먼-트랙 콜라보레이션’이 탄생한 배경입니다.” 라고 B&R 메카트로닉 기술 매니저인 Robert Kickinger씨는 말한다.

mapp Trak이 제공하는 안전 기능은 트랙 근처에서 사람이 실제로 작업하는 곳에만 적용된다.

mapp Trak이 제공하는 안전 기능은 트랙 근처에서 사람이 실제로 작업하는 곳에만 적용된다.

사람들이 기계와 협력하여 일할 때에는 안전이 최우선이다. 휴먼-로봇 콜라보레이션(HRC)에 대한 안전 표준과 권고사항이 확립되어 있지만, 휴먼-트랙 콜라보레이션(HTC)은 아직 확립된 사항이 없다. 이것이 놀랄 일은 아니다. 마찬가지로 Kickinger씨는 “우리는 이 분야에서 새로운 영역을 개척하고 있습니다.” 라고 말한다. B&R은 ACOPOStrak 시스템을 적용시킨 매뉴얼 작업 공간에서 안전을 보장하기 위한 방법으로 기술적 측면에서는 휴먼-로봇 콜라보레이션을 위해 정의된 한계치를 사용하고 관련 분야의 C 표준을 적용한다.

5가지 통합된 안전 기능
ACOPOStrak은 휴먼-트랙 콜라보레이션에 있어서 Safe Torque Off (STO), Safely Limited Speed (SLS), Safely Limited Force (SLF), Safe Direction (SDI), Safe Maximum Speed (SMS), 이렇게 5가지 핵심 안전 기능을 갖추고 있다. 최대 안전 응답 시간은 6밀리초로 매우 빠르다. 이 기능들로 ACOPOStrak 셔틀은 사람이 작업하는 공간을 지나갈 때에는 속도와 힘을 제한하고 계속해서 트랙의 나머지 부분을 통과할 때에는 완벽한 성능으로 주행한다.

mapp Trak이 제공하는 안전 기능은 트랙 근처에서 사람이 실제로 작업하는 곳에만 적용된다.

mapp Trak이 제공하는 안전 기능은 트랙 근처에서 사람이 실제로 작업하는 곳에만 적용된다.

B&R 솔루션의 차별화는 좀 더 디테일한 면에서 나타난다. 이에 대해 “안전 속도 및 힘에 대한 제한 값은 고정된 값이 아니라 안전 어플리케이션이 실제 실행될 때 유연하게 계산될 수 있습니다.” 라고 Kickinger씨는 설명한다. 따라서 서로 다른 무게의 셔틀이 위험을 일으키지 않고 각각의 최대 안전 속도로 이동할 수 있다. Kick-inger씨는 “트랙과 같이 작업하는 공간에서 이 정도 수준의 솔루션을 제공하는 것은 우리가 처음입니다.” 라고 말한다.

안전 설정
또한 ACOPOStrak의 안전 기능을 통해 안전 설정 모드를 구현할 수 있다. 설정 모드에서는 속도 및 힘 제한이 전체 트랙에 적용된다. 일단 사람이 안전 구역을 벗어나면 그 제한 사항은 해제된다. “이것은 다른 모든 트랙 시스템에서 사용하는 기능 중 가장 특출난 기능입니다.”라고 Kickinger씨는 강조한다. 다른 시스템에도 속도를 제한할 수 있는 트랙 요소가 있지만 이러한 제한 사항을 조정할 수 있는 시스템은 없다. ACOPOStrak이 아닌 다른 시스템에서는 안전 모드에서 고속 활성화 모드로 전환하는 것은 불가능하다.

ACOPOStrak은 Safe Torque Off (STO), Safely Limited Speed (SLS), Safely Limited Force (SLF), Safe Di-rection (SDI), Safe Maximum Speed (SMS) 등 5가지 핵심 기능을 갖추고 있다.

ACOPOStrak은 Safe Torque Off (STO), Safely Limited Speed (SLS), Safely Limited Force (SLF), Safe Di-rection (SDI), Safe Maximum Speed (SMS) 등 5가지 핵심 기능을 갖추고 있다.

효율성 및 수익성
응답 시간이 매우 짧기 때문에 빠른 조치가 가능하며 매뉴얼 작업공간에서 안전 설정 모드를 사용하더라도 트랙을 둘러싼 기계 설치 공간은 많이 필요하지 않다.

B&R이 소개한 ‘휴먼-트랙 콜라보레이션’은 지능형 ACOPOStrak 수송 시스템의 사용 범위를 확장하는 동시에 시장 출시 기간이 짧아지면서 투자수익률도 올리는 강점이 있다. 복잡한 작업 같은 경우에는 사람에게 맡기는 것이 완전 자동화된 시스템보다 기계를 더 빠르게, 더 저렴하게 사용할 수 있다.

또한 B&R의 안전 솔루션은 작업자가 매뉴얼 작업 공간에서 작업을 진행하는 동안에도 생산을 계속할 수 있기 때문에, 기존의 솔루션보다 설비종합효율(Overall Equipment Effectiveness)를 극대화할 수 있다. B&R은 이 신기술로 제조 라인의 새로운 미래를 개척하고 있다.

ACOPOStrak
B&R은 2017년 SPS IPC Drives 전시회에서 처음으로 지능형 ACOPOStrak 수송 시스템을 선보였다. 초당 4미터 이상의 속도로 제품들은 독립적으로 제어되는 셔틀을 통해 A 가공 작업대에서 B 가공 작업대까지 이동한다. 그 사이에는 제품들을 나누기도 하고 합치기도 하는 다이버터가 있다. 이것은 특히 고객 맞춤화 제품을 생산하는 기계 제조업체들에게 완벽하게 자동화된 제조 시스템을 구축할 수 있는 무한한 가능성을 열어준다. [제공. 비앤드알산업자동화 www.br-automation.co.kr]

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English News

TSN; A Milestone for Industry

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The proven communications standard Ethernet has been optimized through the addition of quality-of-service mechanisms. Various new IEEE standards will enable Ethernet to reliably transmit several protocols (including real-time-capable ones) in parallel within predefined maximum time limits. Industrial users and car manufacturer are already getting ready to employ it.

The steel arms move perfectly in step with one another and wave their grippers at the viewer. Not even the minutest delay is noticeable when the two industrial robots perform their graceful machine ballet. This perfect coordination is due to a technology that is currently ushering in a new era of industrial communication: Time-Sensitive Networking (TSN).

For the past 40 years or so, Ethernet has been the undisputed leader when it comes to the transmission of digital data through cables. Siemens has been there from the very beginning and even launched the first Industrial Ethernet network on the market: SINEC H1. As a result, Ethernet was not only used in offices but also, in particular, in industrial manufacturing. However, the standard had a problem from the very start – it could not guarantee that the data packets transmitted by the sender would arrive at the recipient within a certain amount of time. This is an unacceptable situation for industrial controllers – after all, sensor measurements and control signals musn’t take too long to arrive at their destination if a machine is to operate reliably. They need real-time communication within milliseconds – a task for which Ethernet was not originally conceived.

An important development: In the future, everything will build on Ethernet with TSN and can be operated in parallel as required.

An important development: In the future, everything will build on Ethernet with TSN and can be operated in parallel as required. (@siemens)

That’s why users who want real-time communication via Ethernet need to employ technological extensions such as the widespread Profinet standard. In machines, for example, this standard connects sensors, actuators, and drives to the central controller by adding real-time data transfer capabilities to Ethernet, enabling applications up to and including the precise control of servo drives. “However, to do that you generally need special hardware components inside the connected devices,” explains Matthias Gärtner, Head of System Management at the Simatic Controller unit of Siemens. “Moreover, the various real-time Industrial Ethernet solutions cannot be run in parallel on the same Ethernet network.”

TSN will enable all data – including real-time information – to be transmitted through a single network in effect simultaneously.

This problem will soon be a thing of the past, because the Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), which is responsible for standardizing various systems, has extended Ethernet by adding the urgently needed mechanisms for real-time communication. These include time-controlled transmission, synchronization, and bandwidth reservation. In this way, the IEEE is improving the quality of service by means of TSN. This will enable Ethernet to supply the same time information to all of the connected devices that support these extended standards. As a result, the entire network will be precisely synchronized. In addition, reservation protocols ensure that the data packets are transmitted from the sender to the destination via all the intervening switches according to a predefined timetable. The TSN standards also take into account the topology of the network in question – i.e. whether the network is arranged in the form of a star, a ring, or a line and the number of switches between the sender and the recipient. Moreover, the standards also include seamless redundancy processes.

Attractive for the entire industry: In addition to real time-capable communication within machines, communication between machines can now also happen in real time, improving throughput in the entire plant system.

Attractive for the entire industry: In addition to real time-capable communication within machines, communication between machines can now also happen in real time, improving throughput in the entire plant system. (@siemens)

A Single Network for All Data
“It’s a historic moment for Ethernet,” says Gärtner. “In the future, it will be possible to use standard hardware components for Profinet and other real-time industrial communication protocols that are based on TSN. This will enable all data – including real-time information – to be transmitted through a single network in effect simultaneously.” Users will automatically benefit from the steadily increasing bandwidth of standard Ethernet, which will be needed more and more as a result of the increasing IP connectivity of the automation systems. It will also make communication more robust because the switching resources in the TSN switches are firmly reserved for the requested real-time communication needs so that information can no longer be lost due to buffer overflows, for example.

In addition to a rising demand for real-time-capable communication in machines via Profinet, there is also a growing demand for deterministic (i.e. predetermined) data exchange between different machines. Examples include cooperative robots that simultaneously work on the same work piece and so need to precisely coordinate their movements with one another. The OPC UA standard with the PubSub (Publish/Subscribe) extension has now established itself in this area. It can also employ Ethernet with TSN as its transmission medium. “I expect Ethernet with TSN to be introduced into the entire industrial manufacturing process,” says Gärtner. “But that’s not all. Car manufacturer also want to use the new standard to transmit the large amounts of data from reversing cameras within vehicles, for example, or to make autonomous driving possible, which won’t be achievable without onboard networks that incorporate quality-of-service mechanisms.” The time for this has now come. The first TSN components are now being launched on the market and Siemens will use actual TSN products to demonstrate deterministic machine-to-machine communication over OPC UA PubSub at Hannover Messe 2018. These products will be purchasable at the end of the year, when Ethernet with TSN will have finally arrived in the modern world of digitalization and “Industrie 4.0”.

more info at http://www.siemens.com/tsn

 

 

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Interview about TSN: “Ideally Prepared for the Future”

 

Siemens is one of the driving forces behind the development of Ethernet with TSN. Sven Gottwald, Head of System and Vertical Management for Industrial Communication and Identification, explains how the application of the new standard benefits users.

Why is Ethernet with TSN such an important development?

Because it means that we no longer need different Industrial Ethernet solutions for deterministic communication in industry. In the future, they will all run on the widely used Ethernet with TSN and can do so in parallel without restrictions. This includes Profinet, OPC UA PubSub, and all other TCP/IP-based protocols. This convergence is a huge benefit for industrial users, because it enables all types of data to be transmitted through a single physical network in which time-sensitive information always has precedence so that it reliably arrives on time. That’s precisely what companies need in order to fully exploit the potential of digitalization and “Industrie 4.0”.

How does Ethernet with TSN regulate the “timetable” for the data?

The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), which is responsible for the standardization, provides two options for this: It’s either done by a central unit or the connected devices negotiate it among themselves. As a member of the “Labs Network Industrie 4.0” (LNI4.0) testbed, Siemens prefers the second option because the use of a central unit requires extensive reconfiguration every time a change occurs in the network. However, if the system configures itself, it’s easy to integrate new devices. That’s why we talk of “Plug & Work”-capable networks, which greatly benefit our customers.

What is Siemens doing with regard to Ethernet with TSN?

The entire automation industry is working hard on this topic of course. However, Siemens is certainly one of the leading companies in this area. We are actively involved in all of the major standardization bodies, such as the IEEE, the IEC, the OPC-F, and the PI. We also supply the editor for some of the TSN IEEE standards.

The first TSN products will start shipping before the year is out. That’s why our customers are ideally prepared for the digital future with Siemens.

 

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