1. 머리말

오늘날 제조업체는 전례 없는 다양한 도전 과제에 직면해 있다. 소규모 배치 및 개별화된 솔루션에 대한 수요가 증가하면서 제품과 혁신 주기가 점점 단축되고 있다. 생산 및 혁신 주기의 단축은 제조업체, 특히 제약 등 공정 제조 산업에 문제를 야기할 수 있다. 이러한 산업 분야와 화장품 회사, 식품 제조사에서 사용되는 공정 플랜트는 단기간에 적응하고 변화할 수 있을 만큼 충분한 유연성을 갖추지 못한 경우가 많다.

모듈식 생산은 생산 수량 변경이나 새로운 배합법에 따라 새로운 제품을 생산할 수 있도록 장치 적응 과정을 단순화한다. 모듈식 생산은 대규모 작업을 여러 개의 작은 구성요소로 나뉜다. 즉 생산이 개별 서비스로 분할되고, 각 서비스는 표준화된다. 각각의 모듈이 상호 연결되어 있으므로 다양하게 구성할 수 있다. 제조업체는 생산될 제품에 따라 구성을 변경하여 “플러그 앤 프로듀스(Plug & Produce)” 할 수 있다.

또 모듈식 생산과 모듈형 패키지(MTP : Module Type Package)는 다양한 산업에서 생산 혁신을 일으킨 고성능 솔루션을 제공한다. MTP와 모듈식 생산의 이점을 살펴보기에 앞서 민첩한 생산으로 인해 제조업체가 직면하게 되는 과제에 대해 자세히 살펴보자.

2. 제조업체의 생산 과제  
제약, 화학, 식음료 등 공정 산업에 종사하는 제조업체들은 오늘날 다양한 과제에 직면해 있다. 도전 과제들은 제품 생산 능력과 제품을 고객에게 인도하고, 수익을 얻는 능력에 영향을 미친다.

1) 경쟁 심화
치열한 경쟁 환경에서 살아남기 위해 전 세계 제조업체들은 가격과 생산성에서 경쟁력을 갖춰야 한다. 투입되는 인건비도 제조업체의 경쟁력에 큰 영향력을 행사한다. 예를 들어, 미국에 사업장을 보유한 기업들은 미국의 근로자보다 적은 임금을 지불하는 국가에 사업장을 둔 제조업체에 비해 인건비 면에서 더욱 어려움을 겪는다. 영국에서의 지속적인 노동력 부족은 영국 제조업체의 글로벌 규모의 경쟁을 저해한다.
또 다른 경쟁 분야는 산출력이다. 어떤 제조업체들은 경쟁자보다 더 많은 제품을 더 빠르게 생산한다.
제조업체는 지속 발전을 위해 다음 분야에 집중 한다.
•탄탄한 브랜드 및 긍정적인 평판 구축
•가격 경쟁력 제고와 동시에 수익에 부정적인 영향 해소
•혁신을 앞당기는 기술 도입

2) 높은 생산 비용
많은 제조업체들이 높은 생산 비용에 직접적으로 기여하는 두 가지 문제인 공급망 중단과 노동력 부족에 직면해 있다. 생산 비용은 원자재 가격, 인건비, 공장 운영에 필요한 간접비 등으로 구성된다. 생산 비용은 제조업체의 통제 범위를 벗어나기도 한다. 인플레이션이나 공급망 와해는 원자재 가격의 상승으로 이어지며, 이는 회사의 생산 비용 증가를 초래한다.
노동력 부족도 생산 비용을 증가시키는 원인이다. 필요한 인력에 비해 근로자 수가 적은 경우, 더욱 매력적인 일자리로 보이기 위해 많은 회사들은 임금을 높인다. 또 노동력 부족은 공장 현장에 인력 부족으로 인한 생산 속도 저하로 생산 비용을 증가시킨다.
다행히 생산 비용을 낮출 수 있는 방법이 존재한다. 공급망 불안으로 자재 수급 문제가 발생하는 경우 더 쉽게 공급받을 수 있는 대체 옵션으로 전환할 수 있다. 모듈식 생산 방식은 유연성 향상을 통해 비용을 감소시켜 준다.

3) 제품 수명주기 단축
제품 수명주기 단축도 제조업체의 어려움을 가중시킨다. 제조업체는 신제품 출시를 위해 상당한 시간과 자금을 투자한다. 하지만 몇 년도 되지 않아 사라지는 경우가 빈번하다.  회사는 또다시 더 많은 시간과 자금을 투입하여 다른 신제품을 기획하고 제조해야 한다. 제품 수명주기 단축은 다음과 같은 측면에서 제조업체에게 부정적인 영향을 끼칠 수 있다.
•수익 창출 기회 감소
•제품의 판매 실적 예측 난이도 증가
•유연성 저하 및 실수 만회 기회 상실
소규모 배치 생산 공정을 도입하면 제품 수명주기가 단축되어도 제조업체가 적절히 조정하고 적응할 수 있다.

4) 맞춤형 제품에 대한 수요 증가
개인 맞춤형 제품에 대한 수요 증가는 경쟁에서 차별화 우위를 창출하고자 하는 기업들에게 좋은 기회가 될 수 있지만, 맞춤형 제품을 생산해야 하는 제조업체에게는 어려운 과제다. 동일한 화이트 라벨 제품을 생산하고, 회사 브랜딩을 부착하는 것만으로는 충분하지 않다. 다른 경쟁사 제품들과는 다른 차별성을 보유해야 한다.
기존 제조 방식으로는 공장에서는 다양한 종류의 맞춤형 제품을 생산하기 위해 필요에 따라 생산을 적응하고 조정하는 것이 어렵다. 하지만 제조업체는 MTP와 모듈식 생산을 통해 다양한 제품을 생산할 수 있도록 공장 구성을 쉽게 변경할 수 있다.

3. 모듈식 생산이 제조업체에게 제공하는 이점  
오늘날 제조업체가 직면한 문제점은 수익성과 고객과의 관계에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 제조업체는 모듈식 생산 공정이 제공하는 다양한 이점을 통해 과제를 현명하게 극복할 수 있다.

1) 혁신 역량 제고
경쟁 심화는 기업에게 고객과의 관계를 유지하고, 고객들이 자사 제품 구매를 지속적으로 유도하기 위해 더 혁신적으로 변모되어야 할 필요성을 증대시킨다. 이를 잘 인지하고 있는 기업들은 가장 인기 있는 제품에 새로운 제품 라인 또는 제품 변형의 정기적인 도입이 필요하다고 생각한다.
여러 향을 가미한 탄산수, 다양한 종류의 샌드위치와 과자류, 다채로운 색상의 립스틱을 생각하면 된다. 제약 회사는 약제 및 건강기능식품의 배합비를 조정하는 방식으로 특허를 새롭게 갱신한다. 자동차 회사는 인기 차량에 새로운 페이스리프트나 연식 변경 모델을 정기적으로 출시한다. 회사가 신제품이나 스핀오프 제품을 출시할 때마다 제조 공정이 변경되어야 한다.
모듈화는 제조업체 투자 위험도를 크게 낮춰줄 수 있다. 시장 수요에 맞춰 신제품 생산 능력을 쉽게 변경할 수 있다. 예를 들면, 새로 출시한 맛의 탄산음료가 기존 제품보다 더 시장 반응이 좋으면 모듈식 생산을 도입한 기업은 간단한 조정만으로 수요가 높은 제품 생산량을 증대시킬 수 있다. 모듈화는 제조업체의 경쟁력 유지에 큰 역할을 한다.

2) 생산 비용 40% 절감
전통적인 제조 방식으로는 생산 제품 전환을 위해 플랜트의 레이아웃 변경 시 상당한 시간과 자금이 필요하다. 모듈식 생산은 향상된 유연성으로 전환 비용을 40%까지 절감할 수 있다. 플랜트에서 소규모 배치로 다품종 제품을 생산하는 경우 생산 비용 절감 효과가 더욱 크다.
모듈식 생산과 MTP를 도입하면 한 제조 공정에서 다른 공정으로 간편하게 전환할 수 있다. 플랜트에서 일주일 중 월/화요일에는 제품 A를 생산하고, 수요일에는 제품 B 생산으로 전환할 수 있다. 그런 다음, 많은 시간과 자금 투자 없이 목/금요일에 제품 C를 생산할 수 있도록 생산을 전환할 수 있다.

3) 시장 출시 시간 50% 단축
제품 수명주기의 단축은 더 짧은 시장 출시 기간을 요구한다. 신제품을 빠르게 출시할수록 시장에서 제품의 성공 여부를 빠르게 측정할 수 있다. 제품 반응이 좋으면 생산을 지속하여 판매하고, 실패한 제품은 폐기하고 다음 옵션을 이행할 수 있다.
모듈식 생산 방식은 사전 구성된 모듈을 조합하는 방식으로 시장 출시에 소요되는 기간을 50%까지 단축시켜준다. 엔지니어는 최소한의 비용으로 모듈을 공정 제어 시스템에 통합할 수 있다. 또한 모듈식 방식을 이용하면 실험실 또는 개발 단계에서 생산 단계로 쉽게 전환할 수 있으므로 제품 개발에 소요되는 시간도 크게 단축된다.

4) 생산 유연성 극대화
플랜트에 모듈식 생산을 도입하면 유연성이 향상된다. 엔지니어는 생산 프로세스 변경 시 작업의 재설계 또는 변경 없이도 한 모듈을 다른 모듈로 쉽게 교체할 수 있다. 모듈 유닛은 필요할 때 언제든지 재사용할 수 있다.
모듈식 생산으로 제조업체는 사용하는 기계의 선택 범위를 넓혀준다. 전통적인 방식에서는 특정 회사의 기계를 이용하거나, 모두 동일한 장치를 사용해야 하는 제약 사항이 존재했다. 하지만 모듈식 생산 공정에서는 이러한 제한이 없어진다.

4. 모듈형 패키지(MTP) 개요

1) MTP 정의
모듈형 패키지(MTP : Modular Type Package)는 장치 데이터 모델이 사용할 프레임워크를 생성하여 상호운용성을 실현한다. MTP는 장치에 사용된 기술이나 제조업체에 관계없이 공정 속성 및 인터페이스를 각 장치에 제시한다. 따라서, 각 모듈의 제조사가 모두 다른 경우에도 쉽게 상호 연결하고 재사용할 수 있다.
이 모듈에는 각각의 종속성을 감소시키는 기능이 포함되어 있다. MTP의 작동 방식을 설명하기 위해 가정용 컴퓨터와 프린터 간의 관계를 예로 들 수 있다. 컴퓨터와 프린터는 제조사가 다른 경우에도 연동되어 작동한다.
모든 프린터는 드라이버와 함께 제공되기 때문에 다양한 모델의 컴퓨터에서 작동이 가능하다. 사용자가 가정용 컴퓨터에 프린터 드라이버를 설치하면, 드라이버가 프린터를 구동하는데 필요한 정보를 컴퓨터에 제공한다.
프린터는 모듈, 드라이버는 MTP, 컴퓨터는 공정 제어 장치에 해당된다. 프린터에 문제가 발생하거나, 컬러 프린터에서 흑백 프린터로 전환하는 경우, 공정 제어 장치 대신 이 모듈과 MTP만 교체 또는 변경하면 된다.
MTP에서 제공되는 모든 정보는 표준화된 형식으로 상위 프로세스 오케스트레이션 레이어(POL : Process Orchestration Layer)에 쉽게 통합할 수 있다. 이 과정에서 zenon POL 및 zenon Engineering Studio가 완전히 자동화된 방식으로 연동된다.
따라서 모든 작업 단계가 Engineering Studio에서 자동화되고, POL을 통해 서비스 엔진으로 전송되므로 단 몇 단계만으로 완전히 자동화된 공정 제어 시스템(PCS : Process Control System)이 완성된다.
대부분의 엔지니어링은 모듈식 엔지니어링을 포함한다. 따라서, 큰 비용 투입 없이도 공정 제어 시스템을 완전 자동화된 모듈에 통합할 수 있다.
또 모든 MTP 호환 모듈과 상태는 zenon PEA(Process Equipment Assembly)를 통해 관리할 수 있다. 여기에서 POL에 통합된 모듈 및 사용 가능한 모듈에 대한 개요가 제공된다.

2) MTP 생산 공정
MTP 생산 공정은 일반적으로 다음과 같이 진행된다.
•MTP 가져오기 : MTP에는 표준화된 형식의 정보가 포함되어 있다. MTP는 기술 인터페이스를 정의하고, 제어 이미지와 제어 로직을 생성하는 정보를 포함하도록 엔지니어링 되어 있다. zenon POL 등 프로세스 오케스트레이션 레이어로 MTP를 가져온다.
•구성 : MTP를 가져온 후 구성이 필요하다. 서비스 파라미터가 구성되고, 논리적 링크가 생성된다.
•ISA-88 레시피 생성 및 상호 연결
: 국제자동화협회(ISA : International Society of Automation)가 제정한 ISA-88은 배치 제어와 관련된 모델과 용어를 규정한다. ISA-88의 목표는 자동화 공급업체가 배치를 보다 쉽게 통신, 구성 및 통합할 수 있도록 하는 것이다. 많은 제조업체가 ISA-88를 사용하여 배치 생산을 추적한다. ISA-88의 개념은 MTP를 통해 오픈 벤더(Open Vendor), 독립적인 플러그 앤 프로듀스(Plug & Produce) 모델로 진화한다.
•테스트 및 생산 : 공정의 마지막 단계는 MTP가 POL 내에 제대로 통합되었는지 테스트를 통해 확인하는 것이다. 이는 새 프린터를 구성한 후 테스트 페이지를 인쇄하는 것에 비유할 수 있다. 테스트 페이지가 문제없이 인쇄되면 필요한 문서의 인쇄를 진행할 수 있는 것과 동일하다.

5. 모듈식 생산 이점을 극대화할 수 있는 산업

제품을 제조하는 산업이라면 모두 모듈식 생산의 이점을 누릴 수 있다. 모듈식 생산으로 가장 큰 이점을 얻을 수 있는 산업은, 엄격한 규제 요건을 준수하면서 다양한 종류의 제품을 동시에 생산해야 하는 분야다.

1) 제약 제조
엄격한 규제 준수가 요구되는 제약 제조에선 표준 준수를 보장하기 위해 지속적인 모니터링이 필요하다. 많은 제조업체들이 생산 민첩성과 유연성이 요구되는 다양한 종류의 의약품과 치료용 제품도 생산한다. 플랜트에서 한 주는 의약품 A를, 그 다음 주에는 의약품 B를 생산해야 할 수도 있다. 수요에 따라 플랜트의 생산 일정을 변경해야 하는 경우도 있다. 예를 들어, 동절기에는 다른 제품들보다 플루 백신 생산에 집중해야 할 필요가 있다.
모듈식 생산은 필요시 쉽게 전환할 수 있으므로 의약품을 제조하는 기업에 많은 이점을 안긴다. 교차 오염 등 안전 문제 위험성을 줄이면서 장치를 쉽게 프로그래밍하여 서로 다른 의약품이나 의료 제품을 생산할 수 있다.

2) 화 학
규정 준수와 유연성은 세척용 제품, 의료용 제품, 염색 등에 사용되는 화학 물질을 생산하는 회사에게도 요구되는 사항이다. 모듈식 생산 공정을 도입한 화학 플랜트는 다양한 제품 수요에 맞춰 생산 일정을 유연하게 조정할 수 있다.

3) 수자원 및 폐기물
폐기물 및 수자원을 처리하거나 에너지 인프라에 기여하는 플랜트도 모듈식 생산의 이점을 누릴 수 있다. MT P와 모듈식 생산을 통해 플랜트의 유연성을 높이고, 비용을 절감하면서 보안을 유지할 수 있다.

4) 공정 산업
공정 산업은 원재료를 특정한 배합법으로 조합하여 화장품, 플라스틱, 화학 물질, 식품 등의 재화를 생산한다. 공정 산업에서 재화는 특정한 레시피를 따라 생산되며, 생산된 이후에는 문제가 발견되어도 원재료로 되돌릴 수 없다.
대부분의 경우 배합법이나 레시피를 조금만 변경해도 상품이나 제품의 제조 공정이 크게 변경될 수 있다. 모듈식 생산을 통해 공정 산업은 큰 비용 지출 없이 필요한 경우 쉽게 조정할 수 있다.

5) 식음료
식음료 제조업체는 지속적으로 신제품을 개발하고, 더욱 짧은 제품 수명주기에 맞춰 시장의 다양한 욕구를 충족해야 한다. 모듈식 생산은 신제품을 생산하고, 기존 제품의 생산을 중단할 때마다 장치를 완전히 재구성할 필요 없이 유연한 시장 적응을 가능하게 한다.

6. 맺음말

모듈식 생산라인의 공장 자동화는 시스템의 모든 부분에 걸쳐 통합되고, 테스트된 인터페이스와 함께 모든 다른 모델의 장비와 원활하게 통합되어 엔지니어의 작업을 더 쉽게 만들어준다. 또한 엔지니어들은 기계의 소프트웨어 개입 시 발생할 수 있는 위험을 줄이고, 전체 공장을 최적화하는 데 더 집중할 수 있다.

MTP를 사용하여 기계 및 공장 제조업체는 플러그 앤 생산이 가능한 제품을 만들 수 있다. 장비 제조업체는 기존 고객을 타깃으로 하는 재구매 의도에 미치는 영향력을 잃을 수도 있지만, 훨씬 더 넓은 시장에서 경쟁할 수 있는 능력을 얻는다.

생산업체들은 MTP를 통한 모듈화 실현으로 현재 그리고 미래의 요구사항에 맞는 모듈식 생산을 실현하고, 제조 공정을 혁신하고, 미래 지향적인 경쟁력을 확보할 수 있다. 이러한 다양한 이점들을 통해 MTP는 미래 생산에서 중요한 역할을 수행할 것이다.
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