Digital virtual manufacturing aims to digitize, to control, and to monitor information from all manufacturing cycles, and finally even to manage the service and maintenance of manufactured products. Data used in digital virtual manufacturing contains visual parts based on 3-dimensional CAD modeling, as well as logical parts. However, the existing methods and tools related to virtual manufacturing based on 3D CAD data are limited to visualizing 3D virtual equipment objects in a generally virtual environment. Consequently, a complete virtual model of a manufacturing system may have to be constructed for production simulations, which requires a considerable amount of time and money. In addition, even when constructed, the model, which is simulated only in a virtual environment, falls short in terms of a sense of reality. These problems can be reduced by applying mixed reality technology that can visualize real and virtual environments at the same time.
This research investigates efficient and intuitive uses for digital virtual factories. This involves the application of mixed reality technology in virtual layout planning, digital simulation of virtual factory facilities under construction, and a method of sharing legacy simulation data from commercial virtual manufacturing tools by importing and processing it. One of the proper methods of applying mixed reality in the manufacturing field, because it is sensitive to additional operations or equipment, is mixed reality technology based on vision. In this research, safety sign, which is omnipresent in the actual workspace, was used to recognize spatial information. Using safety signs markers reduces the need for additional markers; it substitutes harmless artificial markers that only register on virtual equipment, so video recording can be done on the shop floor by workers. This research also proposes to create a guideline to provide practical applicability, through a search for relevant recording parameters in applying a mixed reality system to the virtual layout planning. Direct video recording by a person in the company, considering their security exposure, can overcome the heightened security measures of the industry. Connecting legacy data from commercial manufactuirng tools is required for the development of mixed reality technology because simulation data is mainly dependent on them. Especially, in order to apply the system in an actual workspace, technical processing of legacy data form there should be considered. In this research, legacy data import and processing used for verification of virtual factory layout planning based on mixed reality techniques can not only arrange the normal factory equipment, but also visualize the corresponding simulation.
This approach has the following advantages; It provides immersion and a sense of reality to the user by overcoming the limitations of a pure virtual environment, does not require the installation of an artificial marker that is unrelated to the process, and video recording of the job site can be done by a person in a company that requires heightened security measures or a company that is located in a remote area. In addition, by connecting legacy data from commercial virtual manufacturing tools, the applicability of the proposed system to practical industry can be expanded further.
기존의 생산기술은 산업현장에서 유사한 생산 라인을 반복적으로 개발하면서 시간과 비용에 낭비가 있으며, 설비 및 품질 문제가 반복하여 발생하는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근 디지털 가상 제조(Digital Virtual Manufacturing) 기술이 개발되고 있다. 이러한 디지털 가상 제조 기술은 가상현실기술의 발전과 더불어 실제 생산 현장에도 응용되고 있지만, 현재의 디지털 가상 제조 기술은 숙련자만이 그 시스템을 응용할 수 있으며, 모든 것이 가상 객체로 구동됨으로써 그 현실감이 떨어진다. 혼합현실은 가상객체와 더불어 실제 작업장 환경을 동시에 시각화함으로써, 가상생산 시뮬레이션에 현실감을 향상시킬 수 있다.
본 연구는 가상 공정 설비 배치에 현장의 환경을 고려하여 혼합현실을 응용하는 방법에 대한 연구이다. 실제 제조 현장에 혼합 현실을 적용하기 위해서는 제조 현장의 제품 생산에 큰 지장을 초래하지 않으면서, 기존의 제조 관련 데이터와의 연동을 해야 하며, 적용 가능한 조건을 미리 검증할 필요가 있다. 그리고, 산업 현장에서 응용되고 있는 데이터를 활용 가능해야 한다. 본 연구는 영상 기반의 혼합 현실 기술을 응용하며, 실제 영상과 가상 객체를 정합할 때 필요한 특정 패턴을 일반적인 정사각형 마커 대신 현장에 이질감을 초래하지 않는 안전표지판을 사용한다. 안전표지판 인식을 위한 이미지상의 타원을 근사하고, 이 근사된 타원으로부터 공간상의 안전표지판의 위치를 추적하도록 하였다. 또한, 기존의 제조 관련 데이터와의 연동을 위해 상업용 가상 제조 도구인 다쏘 시스템사의 DELMIA의 데이터를 분석하여 활용하도록 하였다. 이를 위하여 DELMIA의 데이터에서 필요한 정보를 추출 및 가공을 하고, 이를 기반으로 자체 시뮬레이션을 수행하도록 하였다. 그리고, 현장 적용을 위해 제안한 혼합현실 가시화 방법을 검증하면서, 공장 현장에 필요한 조건을 실험함으로써, 현장에서 쓰일 수 있는 현실적인 제한 조건을 제안하였다.
본 연구의 결과는 기존 공정 배치와 관련된 도구의 순수 가상 환경의 한계를 극복함으로써 사용자에게 몰입감 및 현장감을 제공할 수 있다. 또한, 영상 입력 장비를 제외한 특별한 설비가 필요없고, 작업에 관련 없는 기물의 설치가 불필요도록해 현장에서 수용 가능하다. 여기에 실제 제조업에 쓰이는 상업용 가상 제조 도구의 데이터를 응용하고, 실제 현장 조건을 검증함으로써 현장 적용 가능성을 높일 수 있다.
