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자동화성공스토리 스마트 매뉴팩처링(Smart Manufacturing)의 시작점

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 891회 작성일 21-09-15 16:35

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- 안전을 개선하고 품질을 높이며, 공장 성능을 최적화할 수 있는 스마트 매뉴팩처링에 대해 알 수 있어


현대의 시장은 스마트 솔루션이 있어야 해결할 수 있는 수준의 유연성, 민첩성 및 성능을 요구한다.
귀사는 이에 대응할 준비가 되어 있나?


기술의 끊임없는 진화 덕분에 현대의 자동화 솔루션과 오픈 커넥티비티가 가능해지면서, 스마트 매뉴팩처링은 추상적인 개념에서 기술적으로 가능한 현실이 되었다. 스마트 매뉴팩처링은 새로운 기술 기회를 활용해 빠르게 변화하는 소비자들의 요구사항을 해결하는 데 도움을 줄 수 있다.

스마트 매뉴팩처링은 안전과 품질을 향상하고, 공장의 성능을 최적화하여, 측정이 가능한 결과를 제공한다. 사람, 프로세스 및 기술 등 스마트 매뉴팩처링에는 다양한 요소가 존재하며, 중요한 것은 어떻게 이러한 요소들을 모두 결합해 스마트 솔루션에 총체적으로 접근하는 가다.


데이터의 진정한 가치

장비 운영에서 직접 수집한 실시간 데이터는 스마트 매뉴팩처링의 주요 혜택이다. 그러나 데이터가 제대로 적용되지 않거나, 후속 조치를 취하지 않는다면 아무 소용이 없다.

작업 현장에서 작업자가 문제가 무엇인지 추측하는 상황을 자주 볼 수 있다. 장비는 작업자들이 필요한 정보로 조치를 취할 수 있도록 의사결정을 개선해 주는 문맥적이고 실행 가능한 인사이트를 제공해야 한다. 이는 비즈니스 모델에서 시작된다. 전체 장비 효율성(OEE)에 영향을 미치는 도전과제를 이해하고, 의사결정을 적절한 수준으로 끌어올려 생산성·품질·안전, 지속가능성을 개선할 수 있는 방법을 파악해야 한다.

스마트 매뉴팩처링은 프로젝트가 아니라 프로세스라는 점을 인지하는 것이 중요하다. 하나의 장비, 하나의 셀, 하나의 라인으로 시작해 수집, 분석 및 표시할 수 있는 데이터를 검토해야 한다. 실시간 데이터가 필요할 때, 어떻게 데이터를 수집하고 사용할지 데이터 전략의 목표를 세우면, 행동 지표와 인사이트에서 가치를 얻을 수 있는 방법을 확보할 수 있다.

스마트하다는 것은 스마트 기술을 구현하여 OEE를 최적화하는 효율적인 방식으로 이력 및 실시간 운영 데이터를 활용하는 것을 의미한다. 중요한 운영 데이터 조합을 일부 생성하고 전달할 수 있는 장치가 이미 공장에 존재할 확률이 높다. 이러한 장치를 활용하면 데이터는 확보할 수 있지만, 정보는 확보할 수 없다는 점에 유의해야 한다. 스마트 장치는 스스로 제조를 스마트하게 만들지 않는다. 정보의 사용자와 협력하여 정보를 스마트하게 만든다.

제조운영기술(OT)과 정보기술(IT) 시스템 간에 작동하도록 특별히 설계된 정보 게이트웨이 솔루션과 다양한 구성요소 및 PLC가 포함된 스마트 시스템을 사용하면, 수집한 데이터를 기업 전체에서 공유할 수 있다. 분석은 트렌드를 모니터링하고, 취약점을 파악하며, 교육 격차가 발생하거나, 다운타임이 운영에 부정적인 영향을 미치기 전에 예측할 수 있는 기능을 제공한다.


스마트 소프트웨어

스마트 매뉴팩처링은 ‘문맥적 정보를 생성하는 연결 디바이스들로 구성된 시스템’으로 정의될 수 있으며, 작업자들이 원하는 제조 성과를 이끌어내고, 목표한 개선 사항에 도달하기 위해 올바른 결정을 내릴 수 있도록 해 준다.

모든 스마트 매뉴팩처링 시스템에는 다음을 지원하는 소프트웨어 시스템이 포함되어야 한다.

•시각화 : 여기에는 MES 계층 통합, 머신 데이터 시각화 및 비즈니스 단위 정렬이 포함된다.
•최적화 : 운영 효율성 및 생산성, 분석 적용 및 위험 관리에 중점을 둔다.
•사용자 경험 : 모든 사용자의 역량, 공장 관리자에서 작업자까지의 확장성과 운영 인텔리전스를 고려한다.

스마트 매뉴팩처링은 디지털 트랜스포메이션의 시작이다. 연결된 스마트 장치를 사용하면 프로세스에 대한 새로운 가시성을 확보할 수 있다. 데이터와 분석을 활용해 더 빠르고 더 나은 의사결정을 내릴 수 있다.


디지털 수용

디지털 기술은 우리가 생활하고 일하며 여가를 즐기는 방식에 혁명을 일으켰다. 기술이 계속 발전함에 따라, 우리는 이러한 기술들이 제공하는 혜택에 더 의존하게 된다. 이는 특히 제조와 관련이 있다.

비용을 절감하고, 고객 경험을 개선하며, 수익성을 높여야 하는 부담이 점점 커지고 있다. 디지털을 수용하는 조직은 새로운 가치 제안으로 비즈니스 모델을 혁신하고 있다.
디지털 엔지니어링은 양자택일의 전략은 아니다. 현재 직원들이 익숙하게 사용하고 있는 툴을 교체할 필요는 없다. 대신 이러한 툴을 디지털 방식으로 확장하여, 설계자, 생산 관리자, 기술자 및 기타 작업 방식을 개선할 수 있다. 먼저 비즈니스를 검토하고 디지털 접근방식을 사용해, 더 스마트하고 더 빠르며 더 효과적으로 만들 수 있는 곳을 파악하는 것으로 시작한다.

디지털 엔지니어링은 5가지 주요 영역에서 비즈니스를 개선하는 데 도움을 준다.

1. 설계 및 프로토타입 제작
가상 설계 및 프로토타입 제작은 기계 설계를 디지털 방식으로 구축, 테스트 및 평가하는 데 도움이 된다. 이를 통해, 비즈니스에서 변경할 수 있는 것을 변경할 수 있다. 또한 장비의 시장 출시 시간을 단축하고, 설계 위험을 줄이며, 고품질의 맞춤형 기계를 제작할 수 있다.
시뮬레이션 소프트웨어를 사용하면, 3D CAD 모델에 물리적 정보를 적용해 실제로 구현할 수 있다. 이러한 소프트웨어는 장비를 작동해보고, 작업자나 다른 장비와 어떻게 상호작용을 하는지를 확인할 수 있게 해준다. 모델을 VR 환경으로 가져와, 장비가 마치 공장 현장에 있는 것처럼 바로 눈앞에서 작동하는 모습을 볼 수도 있다.
변경이 필요한 경우, 부품을 구입해 며칠씩 시간을 들여 새로운 프로토타입을 제작하는 대신, 단 몇 번의 클릭만으로 디지털 트윈 설계를 변경할 수 있다. 장비를 더 빨리 시장에 출시하는 데 도움이 되는 것은 디지털 트윈만이 아니다.
예를 들어 오픈 데이터 익스체인지를 사용하는 설계 소프트웨어를 사용하면, 엔지니어가 장비를 한 번 설계한 다음, 설계 데이터를 툴로 가져올 수 있다. 이는 프로젝트를 다시 작성하거나 매핑하는 데 드는 시간을 절약해준다. 재사용이 가능한 코드를 사용하면, 성공적인 기존 시스템에 기반해 처음부터 다시 설계하지 않고도 장비를 구축할 수 있다.

2. 시운전
현장에 장비를 설치한 후에 제어 테스트를 수행하는 것은 실패를 부르는 지름길이다. 가동 날짜는 다가오는데, 고객 옆에 선 후에야 비로소 장비와 제어 시스템이 부합되어 있는지 알 수가 있다. 장비가 기대 이하로 작동하거나 사양에 미치지 못하는 것을 발견할 수도 있다. 이런 식으로 마지막 순간에 문제를 해결하려 하면, 비용도 많이 들고 정해진 기한을 맞추지 못할 수 있다.
가상 시운전은 이러한 문제를 해결하는 데 도움을 줄 수 있다. 제어시스템의 실제 작동 로직과 장비 설계의 동적 디지털 트윈을 만들면, 설계 단계에서 조기에 문제를 발견할 수 있다. 고객의 공장 현장에 장비를 설치하기 훨씬 전에 문제를 발견할 수 있다는 의미다. 가상 시운전으로, 리소스를 투입하기 전에 장비와 컨트롤러의 작동 상태를 철저히 검증하고 시연할 수 있다.
다이후쿠 웹(Daifuku Webb)은 시뮬레이션 소프트웨어를 사용해, 자재 처리 시스템의 PLC 코드를 현장에 투입되기 전에 사내에서 미리 테스트한다. 한 공항 프로젝트에서 이는 상당한 비용 절감으로 연결되었다. 다이후쿠 웹(Daifuku Webb)의 수석 제어 엔지니어인 그렉 스위셔(Greg Swisher)는 “보통 우리 직원들은 현장에서 수개월을 보낸다”며 "엔지니어들이 현장에 도착한 후 고객이 수락할 때까지 약 3주 동안의 시간을 단축할 수 있었다.”고 말했다.

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3. 교 육
가상 교육은 장비와 작업자가 함께 현장에 있어야 할 필요성을 줄여준다. 디지털 트윈을 사용하면 장비가 도착하기 전에 작업자들을 교육할 수 있다. VR 헤드셋이나 화면을 이용하는 안전한 몰입형 가상 환경에서 작업자는 기술과 역량을 구축할 수 있다. 가상 교육의 가장 큰 이점 중 하나는 시간과 장소에 얽매이지 않는다는 것이다.
교육을 필요로 하는 사람에게 언제 어디서나 교육을 제공할 수 있는 유연성을 제공하기 때문에, 언제 어디서나 교육을 수행하는 것이 가능하다. 또한 가상 교육에는 실제 교육과 같은 제약이 없다. 작업자는 이상적인 운영 환경에서 생산을 지속하는 방법을 배울 수 있으며, 물리적으로는 복제될 수 없는 오류와 극한 조건을 시뮬레이션해 테스트를 수행할 수 있다. 이를 통해 생산 환경에서 발생할 수 있는 유사한 사고에 대응할 수 있도록 준비하고, 궁극적으로 다운타임을 줄일 수 있다.
가상 교육에서 작업자는 생산 중단 걱정 없이 실수를 해볼 수 있다. 작업자가 뭔가 잘못한 경우, 시정 목적으로 취한 조치를 기록할 수도 있다. 또한, 실제 생산 환경을 경험하기 전에 교육 역량을 입증해야 할 수도 있다.
숙련된 작업자가 은퇴하고 새로운 세대의 작업자가 그 자리를 메우면, 새로운 작업자는 가상 교육을 통해 보다 친숙한 방식으로 작업을 배울 수 있다. 젊은 세대의 작업자들은 집에 있는 태블릿 및 VR 헤드셋과 같은 장치를 사용해, 가상 환경에서 학습을 게임화하여 교육을 강화할 수 있기 때문이다.

4. 운 영
장비의 시운전이 완료되고 작업자가 교육을 받은 후에도 디지털 엔지니어링의 가치는 끝나지 않는다. 생산이 시작되면 디지털 트윈은 공정, 장비 및 제어를 모방하여, 공장 직원이 운영 상태를 확인하고, 여러 가지로 변경을 해볼 수 있도록 해준다. 끊임없이 증가하는 디지털 정보 스레드는 생산을 개선할 수 있는 방법에 대한 인사이트를 제공할 수 있다.
모든 유형의 운영은 지속적으로 생산에서 개선을 추진하고, 디지털 스레드의 인사이트를 사용해 즉석에서 조정할 수 있을 때, 새로운 차원에 도달할 수 있다. 시험 라인 시작과 생산 일정 및 시퀀싱을 사용해 제품 믹스와 볼륨을 최적화하고, 장비의 설정을 실험해 품질, 안정성 및 처리량을 개선할 수 있다.
또한 디지털 스레드를 사용하면, 프로세스의 이상을 감지하여 품질에 영향을 미치고, 스크랩 다운타임을 유발하기 전에 운영 문제를 발견할 수 있다. 새로운 제품이나 기계를 테스트하여 처리량을 최적화하고, 다운스트림 병목현상 같은 문제를 방지하여 귀중한 생산 시간을 절약할 수 있다.

5. 유지보수
유지보수팀은 디지털 시뮬레이션과 실시간(또는 예측적) 인사이트를 활용해 다운타임 문제를 해결할 수 있다. 디지털 스레드를 통해 흐르는 데이터는 기술 지원 담당자가 문제가 발생과 동시에 이를 감지하여 다운타임을 방지하거나 최소화하는데 도움을 준다. 유지보수가 필요할 때 관리 직원에게 전송되는 컨트롤 시스템 장치의 상태 및 진단 데이터가 그러한 데이터에 포함된다. 여기에는 스위치 수준 경보 등 가동 시간 못지 않게 중요한 네트워크 데이터도 포함된다.
이상적인 환경에서는 유지보수팀이 다운타임 이벤트를 예측할 수 있기 때문에, 이에 대응할 필요가 없다. 예측 분석 덕분에 이것이 실현 가능해지고 있다. 예측 분석은 머신러닝과 인공지능을 사용해 운영을 학습하고, 장비 문제를 조기에 파악하여, 유지보수 담당자에게 이슈에 대해 알린다. 그러면 유지보수 담당자는 계획된 다운타임 동안 유지보수 작업이 진행되도록 예약을 한다.
디지털 트윈은 다양한 방법으로 평균고장수리시간(M TTR)을 개선하는 데 도움이 될 수 있다. 먼저, 가상 교육을 통해 유지보수 담당자는 다운타임이 발생한 후 문제를 해결하는 대신, 사전에 대비할 수 있다. 문제가 발생할 경우, 기술 지원 담당자는 AR 기술을 사용하여 진단 또는 작업 지침을 물리적 시스템에 오버레이하여 문제를 보다 빠르게 진단하고 해결할 수 있다.

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더 스마트한 공급업체 솔루션

디지털 여정의 어느 단계에 있든, 공급업체에게 컨트롤러 수준에서 스마트 구성요소와 스마트 오브젝트가 내장된 더 스마트하고 더 안전하며 더 연결되고 더 안전한 장비를 공급해줄 것을 요청해야 한다. 이는 장비를 연결만 하면 모든 데이터가 체계적으로 구분되고, 즉시 사용할 수 있어 연결하는 순간 가치를 얻을 수 있다는 의미이다.

엔드유저는 장비제조업체 지정에 적극 참여하여 질문을 해야 한다. “이 장비에 스마트 기술을 구현하면 어떤 추가적인 가치를 얻을 수 있을까?”라고 자문해보자. 그런 다음, 장비제조업체에게도 똑같은 질문을 하자.

가격이 구매 결정을 내리는 데 주요 지표가 되어서는 안 된다. 운영과 소비 등, 자산의 전체 수명 비용과 생성된 데이터가 제공할 수 있는 추가적인 가치를 고려하는 것이 중요하다. 공급업체와 긴밀하게 협력하며, 스마트에 대한 목표를 설명하고, 스마트 매뉴팩처링 목표를 달성하는 데 도움이 되는 기술을 제공하도록 요구하자.
 
운영이 다음과 같은 혜택을 누릴 수 있다고 상상해 보자.
• 사용자가 선제적으로 대응하고, 운영에 대한 인사이트를 얻을 수 있는 운영 데이터 확보
• 더 빠른 투자 수익 및 더 긴 가동 시간
• 시스템 통합, 운영 및 유지보수를 간소화해 주는 설계 및 운영 툴 프레임워크
• 공통 플랫폼에 통합
• 장비 접근 개선 및 다운타임 재시작 감소로, 안전성과 생산성 모두를 향상시켜 주는 안전 기능
• 작업자가 위험에 노출되는 것을 최소화하면서 신속하게 문제를 진단 및 해결할 수 있도록 해주는 보안 원격 액세스

스마트 매뉴팩처링을 통해 현실화될 수 있다. 공장 레벨과 엔터프라이즈 네트워크를 통합하고, 사람, 프로세스 및 기술을 안전하게 연결함으로써 무엇이 가능한지를 재정의할 수 있다.

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가능성의 재정의

이제 기업들은 그 어느 때보다 더 적은 비용으로 더 많은 일을 해야만 한다. 게다가 인구 구조의 변화와 퇴직, 경제 확장 및 기술 발전은 직원 운영에 대한 기업 역량을 압도해 제조업체와 산업체들은 인력 문제에 시달리고 있다.

현대의 많은 비즈니스 성과는 지식 기반 운영과 스마트하고 유연한 제조를 기반으로 한다. 작업자, 유지보수 기술자, 엔지니어, 관리자 및 경영진에게 인력의 강점과 역량을 최적화할 수 있도록 실행 가능한 인사이트를 제공하는 것이 스마트 매뉴팩처링의 핵심 요소다.

더 나은 데이터 액세스를 통해 드러난 새로운 인사이트는 병목현상을 줄여주고, 수요 기반 결정을 구현하며, 유지보수를 개선하는 데 많은 도움을 줄 수 있다. 더 폭넓은 디지털화는 다운타임을 감소하고, 수익성을 개선하는 데 도움이 된다.

가치망 전반에서 실시간으로 협업하고, 새로운 라인과 공정을 가상으로 평가하며, 데이터 과학을 간소화하고, 제조 유연성을 향상시킬 수 있다.

디지털 방식으로 운영을 혁신하여 가능성을 열고, 기업 성과의 모든 측면을 개선하자.

※ 본고는 [로크웰 오토메이션] Asia Pacific Automation Today 68호의 내용이다.

 

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