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기획특집 제조 설비 모니터링 및 예지보전 솔루션

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 36회 작성일 19-07-12 11:46

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WebAccess/MCM – 인텔리전트 머신을 위한 예측 및 예지 보수 종합 솔루션

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제조 설비 상태 예측 및 예지보전 시스템은 4차 산업혁명 시대의 스마트 팩토리를 위한 주요 솔루션으로 자리매김하고 있다. MCM(Machine Condition Monitoring) 시스템을 통해 현장 관리자 및 운영자는 설비의 주요 소모품 및 부품의 수명과 손상 상태 정보를 유지관리하고 성능을 향상시킬 수 있다. 동시에 이 MCM 솔루션은 갑작스러운 오작동 또는 부품 교체를 위해 설비를 정지시키는 상황을 방지할 수 있어 기업이 최상의 OEE(Overall Equipment Efficiency)를 달성할 수 있도록 기여한다.
어드밴텍이 제공하는 MCM 솔루션은 장비의 주요 구성품의 상태를 시각화하여 실시간으로 모니터링할 수 있도록 함으로써 효과적인 장비 수명 관리가 가능하다. 또한 생산라인을 분석 및 최적화하고, 장비 가동 중단 이벤트를 최소화하여 생산 효율성을 극대화시킬 뿐만 아니라, 장비 안전성을 높이고 장비 유지보수 비용을 감소하기 위한 다양한 데이터를 기록한다.

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어드밴텍의 설비 상태 모니터링 솔루션(MCM-Machine Condition Monitoring)

장비의 예지 보수 솔루션을 구현하기 위해서는 장비의 주요 구성품으로부터 수집된 센서 데이터를 기초로 일련의 프로세스 및 분석 과정을 수행하여 유용한 정보로 변환하는 작업이 필요하다. 이를 위해 센서가 생성하는 신호는 MCM 시스템에서 다음과 같은 과정을 거친다.
 
1단계(데이터 수집) : 트리거 캡처 조건, 채널 수, 증폭, 샘플링 속도 및 물리적 현상의 변환 정의
2단계(시간 도메인 처리) : 캡처된 원시 데이터 처리 및 기본 연산을 사용하여 신호 품질 최적화
3단계(주파수 도메인 프로세싱) : 앞 단계에서 처리된 시간 도메인 데이터를 다양한 신호 처리 필터들을 적용하여 주파수 도메인 데이터로 변환하는 단계
4단계(특이 값 추출) : 시간 및 주파수 도메인 상에서 수행된 신호처리 필터 적용 결과 사용자가 장비 상태 모니터링을 위해 필요한 주요 정보를 추출하는 단계
5단계(해석 및 결과) : 추출된 특이 값들의 임계값 초과 등의 상태에 대한 사용자 해석 및 의사결정을 수행하는 단계
6단계(통신) : 모드버스 혹은 MQTT와 같은 통신 프로토콜을 통해 사용자 어플리케이션 혹은 기타 제어 모듈과 연동하는 단계


MCM 솔루션 아키텍처

설비 상태 모니터링, 예지 보수 솔루션을 구현하기 위한 위와 같은 6단계의 프로세스가 시행되기 위해서는 HW 및 SW가 결합된 솔루션 플랫폼 아키텍처가 준비되어야 한다. 어드밴텍에서는 이러한 플랫폼을 보다 효율적으로 구현하기 위한 MCM 솔루션에 최적화된 HW 및 SW를 개발하여 제공하고 있다.
 

MCM 솔루션을 위한 최적의 팬리스 DAQ 임베디드 컴퓨팅 플랫폼

전 세계 산업용 PC 점유율 1위 기업인 어드밴텍은, 산업용 PC 전문기업이라는 전문성에 맞게 설비 상태 예지 보수 솔루션에 최적화되어 있는 콤팩트한 사이즈의 산업용 컴퓨팅 플랫폼 ‘MIC-1800 시리즈’를 선보이고 있다.

어드밴텍의 ‘MIC-1800 시리즈’는 팜 사이즈의 콤팩트한 팬리스 DAQ 임베디드 컴퓨터이다.
 
‘MIC-1800 시리즈’는 165W×59H×130Dmm의 사이즈로 고성능의 DAQ 카드가 내장되어 있으며, 부가적인 케이블이나 단자대 없이 설치가 용이하다. 뿐만 아니라 장비 제어를 위한 18채널 AIO와 24채널의 DIO 및 LAN, USB, 시리얼 I/O 포트 등의 폭넓은 확장성을 지원한다.

열악한 현장 환경에서도 설치가 용이하여 솔루션 구현을 위한 데이터 수집, 정보 가공, 머신 상태 예측의 단계를 비용적인 이점뿐만 아니라, 슬림한 사이즈로부터 제공되는 다양한 입출력장치를 통한 공간 활용상의 이점도 제공한다.

콤팩트 디자인(165W×59H×130Dmm) 설계로 DAQ 카드 Built-in (단자대 포함)
장비 상태 입력을 위한 18채널의 AIO 포트 제공
제어를 위한 24ch DIO 및 LAN, USB, Serial
I/O 포트 지원
협소한 공간에 마운트하여 공간 절약 및 데이터 수집, 정보 가공, 머신 상태 예측 가능

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웹 기반 소프트웨어 WebAccess/MCM

성공적인 설비 상태 모니터링을 구현하기 위해서는 적합한 HW 플랫폼을 선택하는 것만큼, 사용자에게 친화적이고 관리자에게 필요한 정보를 편리하게 제공하는 SW 플랫폼을 선택하는 것 역시 매우 중요하다.

실 적용 사례로, 어드밴텍은
동적 신호 수집 및 분석
프로그래밍 없이 간편한 설정
실시간 모니터링 및 경보 알림
데이터처리 이벤트 추출 알고리즘 지원
분산 모니터링 솔루션을 위한 원격 관리
WebAccess/SCADA와 통합 가능

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어드밴텍이 개발한 WebAccess/MCM 소프트웨어는 물리적 상태 변화에 대한 간편한 센서 신호 수집, 신호 분석, 이상 이벤트 데이터 추출, 데이터 관리 및 해석을 제공하는 ‘설비 상태 모니터링’ 전용 소프트웨어이다. 현장의 솔루션 플랫폼을 설계하는 엔지니어 또는 시스템 통합자(SI)는 다양한 애플리케이션의 요구사항을 충족하도록 필요 사항에 맞게 설정을 구성할 수 있다.

WebAccess/MCM의 주요 특징으로는 센서 데이터의 시간축, 주파수축 실시간 디스플레이가 가능한 오실로스코프 기능을 지원하며, 사용자가 부가적인 코딩을 통한 SW 개발 없이 FFT, IFFT, 다양한 필터, 스무서(Smoothers) 및 믹서(Mixer)와 같은 다중 데이터 사전 처리 알고리즘을 제공하여 인텔리전트 검사 기능을 수행할 수 있게 한다. 뿐만 아니라, WebAccess/MCM은 신호 최적화를 위한 필터 알고리즘 지원 및 가공된 데이터의 외부 어플리케이션과 공유하거나 클라우드 플랫폼에로 업로드하여 관리자가 보다 편리하게 실시간 데이터를 확인하고, 설비 상태를 모니터링 및 관리할 수 있어 생산 프로세스 개선에 매우 효과적이다.


어드밴텍 MCM(머신 컨디션 모니터링) 솔루션 도입 실제 효과

어드밴텍의 MCM 솔루션은 다양한 산업 현장의 설비 관리를 위해 적용 가능하다. 반도체 생산 설비, 밴드 톱 장비, CNC 머신 설비, 레이저 PCB 드릴링 등, 특히 스핀들 또는 모터가 장착되어 있는 설비관리에 매우 유용하다.

실 적용 사례로 40년 이상 대만의 산업용 밴드 톱 장비와 같은 다양한 금속 공정을 위한 정밀 장비를 제공하는 장비 제조업체에서는 100가지 이상의 절삭 시스템들을 보다 체계적이고 효율적으로 관리하기 위해 어드밴텍의 MCM 솔루션을 채택하여 적용하게 되었다. 4차 산업혁명이 대두되며, 많은 고객으로부터 생산성 증대 및 비용 감소를 위해 보유 장비 관리에 대한 다양한 필요 사항들을 요청하였다. 이러한 필요 사항들을 충족하기 위한 프로젝트가 진행되었고, 개발 초기 단계에서는 USB 모듈을 활용하여 필요한 장비 상태의 데이터 수집을 수행하려 하였으나, 전체적인 플랫폼 구성을 위한 지출 비용이 높아 경쟁우위에서 불리하게 된다는 결론을 내리게 되었다. 이러한 비용 효율적인 측면을 보완함과 동시에 고 성능의 설비 상태를 모니터링하기 위한 데이터 수집 분석 기능을 동시에 충족할 수 있는 어드밴텍의 MCM 솔루션을 최종적으로 채택하였다.

이 프로젝트에 앞서 소개되었던 DAQ 카드가 빌트인 된 어드밴텍의 MIC-1810 콤팩트 임베디드 팬리스 컴퓨터와 WebAccess/MCM 소프트웨어가 적용되었다.

이 업체는 장비의 상태를 실시간으로 모니터링하기 위해 다중 I/O 채널이 있는 MIC-1810으로 아날로그 입력 채널을 통해 전류 및 온도 신호를 수집하고, 디지털 입출력 채널을 통해 장비 모션 제어를 수행하였으며, 이더넷 포트를 통해 클라우드에 설비 상태에 대한 정보를 업로드하였다.

이렇게 어드밴텍의 MCM 솔루션 적용을 통해 이 대만의 장비 제조업체는 장비 제조뿐만 아니라, 이들의 고객들이 개발 시간 및 불필요한 인적자원을 절약하고, 유지보수 비용을 절감하여 보다 비용 효율적으로 업무 효율성과 생산성을 향상시킬 수 있는 부가가치를 동시에 제공할 수 있었다. 이 결과 대만의 황금 핀 디자인 상을 수상했을 뿐만 아니라, 미국 철강 센터의 절삭가공 장비 부분에서 최고 브랜드로 평가받고 있다.

이외에도 다양한 산업에서 MCM 솔루션을 적용하여 평균적으로 다운타임 40% 감소, 설비 수리 비용 약 50% 감소, 설비 효율성 25% 상승이라는 놀라운 결과를 확인할 수 있었다.

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최고의 비용 효율적인 스마트 팩토리 솔루션 – 설비 상태 모니터링 및 예지 보수 플랫폼

제조 현장에는 매우 다양한 스마트 팩토리 솔루션들이 크고 작은 SI 업체들에 의해 제안되고 있다. 하지만 모든 솔루션들이 실제 사용자가, 그리고 현장에서 그 효과와 효율성을 체감할 수 있는 성공적인 솔루션이라고는 말할 수 없을 것이다.

성공적인 스마트 팩토리 구현을 위한 투자를 하고 싶다면, 가장 먼저 현장에서 전반적인 생산성 증대를 위해 필요한 요소가 무엇인지 검토하고 결정해야 한다. 그리고 그 필요한 솔루션을 가장 착실하게 수행할 수 있는 솔루션 포커스된 하드웨어 및 소프트웨어 플랫폼을 제공할 수 있는 파트너를 찾아야 한다. 이러한 비용 효과적인 솔루션을 고민하고 있는 제조업체가 있다면 다양한 스마트 팩토리 솔루션 중에서 당연 제조 설비 상태를 모니터링 및 예지 보수 솔루션 적용을 추천하고 싶다. 제조 현장의 주요 설비의 관리만 확실하게 체계화되어도 다운타임 감소, 설비 수리 비용 절감, 생산성 증대라는 세 마리 토끼를 잡을 수 있다.

Joseph.baek@advantech.co.kr