CAD/CAM 마스터하기: 필수 기술 설명

컴퓨터 지원 설계 및 컴퓨터 지원 제조의 기본 개념

컴퓨터 지원 설계 및 컴퓨터 지원 제조(CAD/CAM)는 제품 설계 및 제조와 관련된 전문 지식뿐만 아니라 컴퓨터 과학 및 엔지니어링, 계산 수학, 기하학적 모델링, 컴퓨터 그래픽 디스플레이, 데이터 구조 및 데이터베이스, 시뮬레이션, 수치 제어, 로봇 공학 및 인공지능 기술 등 다양한 분야를 통합하는 포괄적이고 기술적으로 복잡한 시스템 엔지니어링 분야입니다.

제품 디자이너와 공정 기술 담당자가 컴퓨터 시스템의 도움을 받아 제품의 설계 및 제조 절차에 따라 제품을 설계하고 제조할 수 있는 새로운 기술을 의미합니다.

전통적인 기술과 컴퓨터 기술이 유기적으로 결합된 기술입니다. 현재 CAD/CAM 기술은 항공우주, 전자, 기계 제조 분야에서 널리 사용되고 있을 뿐만 아니라 의류, 장식, 가구, 제화 등의 분야로 점차 확대되고 있습니다.

제품 제조 공정을 살펴보면, 일반적으로 가공을 시작하기 전에 제도 또는 3D 모델링과 공정 설계가 포함됩니다. 따라서 CAD/CAM은 CAD/CAPP/CAM으로 더 세분화할 수 있으며, 여기서 컴퓨터 지원 공정 계획(CAPP)은 CAD와 CAM을 연결하는 다리 역할을 합니다.

1. 컴퓨터 지원 설계(CAD)

컴퓨터 지원 설계는 엔지니어가 컴퓨터를 보조 도구로 사용하여 제품 설계 아이디어 발상 및 검증, 전체 제품 설계, 기술 설계 및 구성 요소 설계를 수행하는 인간과 컴퓨터로 구성된 시스템을 말합니다.

여기에는 부품 강도, 강성, 열, 전기, 자성 등의 분석 및 계산, 부품 제조 정보(엔지니어링 도면 또는 수치 제어 가공 정보 등) 출력, 기술 문서 및 관련 기술 보고서 작성 등이 포함됩니다. 제품 설계 품질을 향상시키고 제품 개발 주기를 단축하며 제품 비용을 절감하는 것이 목표입니다.

CAD 시스템의 주요 기능에는 스케치 설계, 부품 설계, 조립 설계, 복잡한 표면 설계, 엔지니어링 도면, 엔지니어링 분석, 사실성 및 렌더링, 데이터 교환 인터페이스 등이 있습니다.

2. 컴퓨터 지원 프로세스 계획(CAPP)

컴퓨터 지원 공정 계획은 인간과 컴퓨터로 구성된 시스템으로, 제품 설계 단계에서 제공된 정보를 바탕으로 제품 가공 방법과 공정 흐름을 대화형 또는 자동으로 결정합니다.

CAD/CAM 통합 환경 내에서 공정 설계자는 일반적으로 CAD 공정에서 제공하는 정보와 CAM 시스템의 기능을 기반으로 부품의 가공 공정을 제어하고 가공 조건을 시뮬레이션하여 부품 가공 공정을 제어할 수 있는 정보를 생성할 수 있습니다.

CAPP의 기본 기능에는 주로 블랭크 설계, 가공 방법 선택, 공정 라우팅, 작업 및 단계 설계, 공구 및 고정 장치 설계가 포함됩니다.

3. 컴퓨터 지원 제조(CAM)

기계 제조 산업에서 컴퓨터 지원 제조는 컴퓨터를 사용하여 다양한 수치 제어 공작 기계 및 장비를 통해 기계 가공, 조립, 검사, 포장 등 개별 제품의 제조 공정을 자동으로 완료하는 것을 말합니다. CAM은 넓게 정의하거나 좁게 정의할 수 있습니다.

광의의 CAM은 공정 설계, 고정구 설계, CNC 자동 프로그래밍, 생산 작업 계획, 생산 관리 및 품질 관리를 포함하여 생산 준비에서 제품 제조에 이르는 활동을 지원하기 위해 컴퓨터를 사용하는 것을 말합니다. 협의의 CAM은 일반적으로 공구 경로 계획, 커터 위치 파일 생성, 공구 궤적 시뮬레이션, CNC 코드 생성을 포함하는 CNC 프로그래밍을 말합니다.

CAD/CAM 연구의 핵심 기술

CAD/CAM 시스템의 아키텍처는 기초 레이어, 지원 레이어, 애플리케이션 레이어의 세 가지 레이어로 나눌 수 있습니다. 기초 계층은 컴퓨터, 주변 장치, 시스템 소프트웨어로 구성되며, 여기에는 다양한 지원 소프트웨어, 시스템 개발 및 유지보수를 위한 도구가 포함됩니다.

지원 계층에는 CAD/CAM 지원 소프트웨어, 제품 데이터 관리, 그래픽 디스플레이 등이 포함됩니다. 인터넷/인트라넷이 널리 사용됨에 따라 CAD/CAM 환경에서의 분산 협업 설계 및 제조가 지원 계층의 중요한 부분이 되고 있습니다. 애플리케이션 계층은 다양한 애플리케이션 분야의 요구에 따라 개발된 다양한 CAD/CAM 애플리케이션 시스템으로 구성됩니다.

1. 통합 기술

창의적인 활동인 제품 디자인은 자연과학, 기술과학, 환경과학, 인문학의 발전과 함께 종합적인 기술로 진화해 왔습니다.

제조에 시스템과 정보 관점을 도입하면서 CIMS라는 개념이 등장했습니다. 40년 이상의 CAD/CAM 기술 개발을 통해 개별 기술(CAD, CAPP, CAM, PDM, ERP 등)은 성숙해졌으며 각 분야에서 점점 더 중요한 역할을 담당하고 있습니다.

그러나 이러한 독립적인 하위 시스템은 정보를 자동으로 전송하고 교환할 수 없기 때문에 하위 시스템 간에 반복적인 작업이 발생합니다. 예를 들어 제품 특징 모델은 CAPP에서 설정하고, 제품 모델은 CAM 시스템에서 다시 설정해야 하며, 일반 CAD 모델은 주로 도면 생성 및 제품 시뮬레이션에 사용됩니다.

통합은 일반적으로 통합된 제품 데이터 모델과 엔지니어링 데이터베이스를 기반으로 정보 전송, 대응, 분석 및 피드백을 가능하게 하여 시스템과 모듈을 원활하게 통합하는 것을 말합니다.

2. 지능형 기술

지능형 제조 시스템은 제조 공정의 모든 측면에 인공 지능을 통합하여 일반적으로 전문가가 수행하는 활동을 대체하거나 확장합니다. 지능형 제조 시스템에서 시스템은 인간 전문가의 '지능'을 일부 보유하고 있습니다.

예를 들어, 시스템은 자동으로 작동 상태를 모니터링하고 외부 환경에 적응하도록 매개변수를 조정하여 최적의 성능을 보장할 수 있습니다. 지능형 제조 시스템의 연구와 적용은 인공지능 기술의 발전에 크게 좌우됩니다.

3. 네트워크 기술

네트워크 기술에는 하드웨어와 소프트웨어, 다양한 통신 프로토콜 및 제조 자동화 프로토콜, 통신 인터페이스, 시스템 운영 제어 전략의 구현이 포함됩니다. 이는 다양한 제조 시스템의 자동화를 위한 기반을 형성합니다.

특히 1990년대 이후 인터넷/인트라넷의 발달로 원격 및 협업 설계 연구와 적용을 위한 플랫폼이 제공되면서 CAD/CAM 기술은 네트워킹 방향으로 발전해 왔습니다. 현재 이 분야의 연구는 주로 다음과 같은 측면에 초점을 맞추고 있습니다:

1) 인터넷/인트라넷 환경에서 원격 협업 디자인 플랫폼을 구축합니다.

2) 병렬 협업 작업의 원칙 및 구현 기술(협업 문제 해결, 협업 운영 메커니즘 및 관리 제어 포함).

3) 공동 작업 환경에서의 제품 모델링 문제.

4) 네트워크 기반 엔터프라이즈 제조 리소스 관리.

4. 시각화 기술

가상현실 기술, 멀티미디어 기술, 컴퓨터 시뮬레이션 기술을 사용하여 제품 설계 및 제조 공정에서 기하학적 시뮬레이션, 물리적 시뮬레이션, 제조 공정 시뮬레이션, 작업 공정 시뮬레이션을 실현합니다.

다양한 정보를 저장, 표현, 처리하기 위해 텍스트, 음성, 이미지, 애니메이션을 통합하여 현실감과 몰입감을 주는 다양한 미디어가 사용됩니다. 대표적인 응용 분야로는 가상 제조와 가상 현실이 있습니다. 구체적으로 살펴보면 다음과 같습니다:

1) 과학 컴퓨팅 결과 데이터의 디지털 및 그래픽 동적 표시.

2) 제품 및 부품의 기하학적 시뮬레이션 및 조립 공정 시뮬레이션.

3) 제품 성능의 물리적 및 기계적 시뮬레이션.

4) 제품의 작업 과정을 시뮬레이션하여 몰입감과 제어 가능성을 제공합니다.

요약하자면, 제조 공정의 자동화 정도는 제조 기술 발전의 주요 지표 중 하나이며 21세기 현대 제조 기술에서 가장 활발한 연결고리 중 하나입니다. 제조 자동화의 발전은 유연하고 통합적이며 민첩하고 지능적이며 글로벌한 특성으로 급변하는 시장 요구 사항을 충족할 것입니다.

우리나라의 제조 자동화 발전은 국가적 여건을 바탕으로 세계 선진 수준을 지향하며 경쟁력 향상을 목표로 하고 있습니다.

인간과 기계를 결합한 적당한 자동화 기술을 채택하고, 자동화 수준이 높은 장비(CNC 공작 기계, 산업용 로봇 등)와 자동화 수준이 낮은 장비를 효과적으로 구성하여 사람과 컴퓨터를 중요한 도구로 하는 유연하고 지능적이며 통합적이고 빠른 응답과 빠른 재구성이 가능한 제조 자동화 시스템을 실현합니다.

분명한 것은 제조 자동화 기술은 우리나라가 적극적으로 발전시켜야 할 중요한 기술 분야입니다.