팬데믹으로 인해 전 세계의 업계와 정부기관들은 공급망과 운영 효율성을 재고하게 되었다. 도전과제를 해결하고, COVID-19로부터 지역사회를 보호하기 위해 제조업체와 장비업체들이 힘을 합치고 있다.

세계보건기구(WHO)는 팬데믹 기간 동안 수요 증가, 사재기, 비축 및 오용으로 인해 개인보호장비(PPE)의 글로벌 공급에 심각한 혼란이 초래되어 생명을 위험에 빠뜨리고 있다고 경고했다. 이러한 문제를 해결하고, 증가하는 글로벌 수요를 충족하기 위해 WHO는 산업계와 각국 정부에 제조를 40% 늘려줄 것을 촉구했다.

전 세계의 제조업체와 장비업체들이 이 목표를 달성하기 위해 발벗고 나섰다. 호주 연방 정부는 당시 지역의 유일한 마스크 제조업체 메드-콘(Med-Con)에게 이러한 수요를 충족할 수 있도록 생산량을 늘리라는 임무를 부여했다. 그러나 메드-콘은 40년 된 기계 3대 중 2대만 가동하고 있었기 때문에, 이를 실현하려면 더 많은 마스크 제조 기계가 시급했다.

지구 반대쪽에 위치한 뉴저지주 몬트빌에서는 캣브릿지 머쉬너리(Catbridge Machinery)가 자재 부족이라는 당면 과제를 해결하기 위해 턴키 솔루션으로 코로나19에 대응하고 있다. 북미에 기반한 이 기업은 턴키 멜트블로운(Meltblown) 생산라인을 보유한 유일한 공급업체이다.

마스크 재료 생산

용융 부직포는 N95 마스크와 필터의 중요한 구성요소다. 폴리프로필렌으로 제작된 이 고성능 소재는 엄격한 여과 사양을 충족하도록 설계되었다.

캣브릿지 머쉬너리의 마이클 파파스(Michael Pappas) 사장은 “우리 전문 분야 중 하나는 멜트블로운 생산라인을 포함한 부직포 전환”이라며 “자재 부족 문제를 해결하는 데 도움이 될 솔루션을 구축하기 위해 신속하게 작업에 착수했다”고 말했다.

일반적인 여과 자재 표준을 충족하기 위해 이 업체는 웹 너비가 1.6m인 솔루션을 구축했다. 턴키 방식의 생산라인에는 중층과 공장층에 모두 장비가 있다. 솔루션에는 압출, 멜트블로운 성형 시스템, 웹 처리 장비, 모든 기계적 연결, 제어 패키지 및 전기 패널이 포함된다.

멜트블로운 라인은  Allen Bradley GuardLogix 안전 컨트롤러, Allen Bradley Kinetix 서보 드라이브 및 모터가 포함된 로크웰 오토메이션의 제어 플랫폼에서 가동된다. 이 시스템은 단일 EtherNet/IP™ 네트워크에 통합되었다. 파파스 사장은 “일반적으로 기계 HMI에 그래픽 터미널을 사용했지만, 이 경우에는 Allen Bradley Versa View 산업용 PC 및 모니터를 선택했다”고 말했다.

내구성이 높은 VersaView 제품은 애플리케이션 소스에서 더 많은 컴퓨팅 성능을 제공하며, 화면에서 액세스하고 관리할 수 있는 항목의 측면에서 더 많은 유연성을 제공한다. 이 경우 시스템은 여러 이해 관계자의 요구사항을 충족하는 FactoryTalk View Site Edition(SE) HMI 소프트웨어로 구동된다.

작업자는 디스플레이 화면, 경보 및 시스템 전반의 진단 정보에 쉽게 액세스할 수 있다. 그리고 유지보수 및 엔지니어링 팀은 애플리케이션을 신속하게 개발하고, 시스템을 쉽게 유지보수할 수 있다.

파파스 사장은 “코로나19 팬데믹은 많은 이들에게 롤러코스터를 타는 듯한 느낌을 주었다”며 “N95 마스크는 아직 공급이 부족한 상태지만, 이것이 새로운 현실의 일부가 될지는 아무도 모른다. 이러한 불확실한 시기에 장비의 유연성은 성능 못지않게 중요하다”고 말했다.

생명을 구하는 마스크 제조 기계 제작

호주 정부의 지원으로, 호주 빅토리아에 본사를 둔 고급 주문형 엔지니어링(Engineering-to-order) 기업인 푸드맥(Foodmach)에게는 메드-콘을 위해 7대의 마스크 기계 중 첫 번째 기계를 설계하고 제작할 수 있는 60일의 시간이 주어졌다. 긴급한 공급 수요를 충족하기 위해 메드-콘은 2020년 11월까지 6천만 개의 안면 마스크 생산을 목표로 잡았으며, 연간 1억 6천만 개의 마스크 생산 능력을 보유하고 있다.

푸드맥의 얼리 로버츠(Earle Roberts) CEO는 “오래된 기계를 복제하는 동시에 정말 짧은 시간 내에 최신 제어 및 안전 표준으로 현대화해야 했는데, 일정이 너무 촉박해 보통 6개월이 걸리던 일을 8주 만에 완료해야 했다”고 설명했다.

푸드맥은 기존 기계 역학을 현대화하여 로크웰 오토메이션의 최신 제어 및 자동화 기술을 포함시킬 수 있었다. Allen Bradley Compact GuardLogix 컨트롤러는 마스크 생산 공정을 제어하는 장비의 핵심 요소다.

Kinetix 5500 서보 드라이브는 간편한 설정, 시스템 통합 및 안전을 위해 Logix 플랫폼에 완전하게 통합된다. PLC와 서보 드라이브는 함께 기계 내부의 움직임을 제어하고, 기계의 정확한 시작 및 정지 기능을 유지하는 데 중요한 역할을 한다.

또 이 기계들은 4중 적층 구조로 이루어져 우수한 보호를 제공하는 최고 품질의 수술용 마스크를 제작하도록 설계되었다. 안전 토크 차단(STO) 기능이 있는 Allen Bradley PowerFlex 525 인버터로 적층 공정을 제어하며, 작업자는 장비의 PanelView 그래픽 터미널을 통해 생산을 모니터링할 수 있다.

얼리 로버츠 CEO는 “8주 만에 첫 번째 기계를 완성하는 것이 목표였지만, 예정보다 빨리 7주 만에 기계를 인도할 수 있었다”며 “로크웰 오토메이션과 같은 공급업체들이 호주에 부품 재고를 보유하고 있었고, 필요한 경우 해외에서 부품을 신속하게 가져올 수 있었던 덕분”이라고 말했다.

뛰어난 엔지니어, 디자이너 및 기술자 팀의 혁신적인 작업 덕분에 호주는 마스크 생산 용량을 확보할 수 있었다. 이러한 스마트 머신은 마스크 생산량을 크게 향상할 수 있는 능력을 제공하여 코로나19에 대응하기 위해 최전선에서 일하는 근로자와 환자를 보호하는 데 도움을 준다.
  

디지털로 가시성 향상

기계 및 자재 부족으로 인한 공급망 문제를 해결하는 것 외에도, 업계의 또 다른 핵심 초점은 운영 효율성이다. 디지털 트랜스포메이션은 향상된 연결성과 가시성을 제공하여 궁극적으로 성능과 효율성을 향상시킨다.

에코랩(Ecolab)은 물, 위생 및 감염 예방 솔루션 및 서비스 분야의 글로벌 리더다. 전 세계적으로 130개의 공장을 둔 에코랩은 전 세계 거의 3백만 곳의 고객 현장에서 식품 안전을 개선하고, 깨끗하고 안전한 환경을 유지하며 물과 에너지 사용을 최적화하는 데 도움을 주고 있다. 그러나 최근까지 공장들은 상호 조율과 일관성이 부족했다. 본질적으로 각 공장이 개별적으로 운영되었다.

에코랩의 글로벌 플랜트 네트워크는 더 나은 연결성을 제공하기 위한 5개 년 로드맵에 따라 더 우수하고 일관되게 운영되어, 궁극적으로 고객에게 더 나은 서비스를 제공할 수 있다. 또 에코랩의 제어 및 자동화 프로그램 책임자인 맷 부두크(Matt Boudjouk)가 회사의 디지털 트랜스포메이션을 이끄는 책임을 맡았다.

부두크는 “실질적으로 제어 체계를 개선하는 것뿐만 아니라 지식의 통로가 되어 공장 간에 지식을 공유하는 것이 나의 일”이라며 “에코랩은 규모가 큰 회사이기 때문에 소통하지 않으면 이점을 활용하지 못한다”고 말했다.

팀은 에코랩 공장을 디지털화하기 위한 4단계 전략을 구축했다. 첫 번째는 데이터 수집 단계다. 여기에는 올바른 장비를 배치하고 올바른 데이터를 수집하는 포함되며, 모든 것은 이더넷 인프라에 구축된다. 문서화는 이 단계에서 데이터를 식별하고, 이후 단계에서 분석할 수 있도록 하는 게 핵심이다.

다음 단계는 공장이 운영과 대시보드 모니터링을 시작해 가시성을 확보하고, 작업자에게 라인의 성능에 대한 실시간 인사이트를 제공한다. 세 번째 단계는 비즈니스 최적화다. 여기에는 공장과 공급망 전반에 걸쳐 가시성과 커뮤니케이션을 제공할 수 있도록 공장 현장을 엔터프라이즈 시스템과 통합하는 것이 포함된다.

네 번째이자 마지막 단계는 분석, 디지털 트윈 및 인공 지능을 통한 디지털 트랜스포메이션으로, ‘어떤 공장이 다른 공장보다 더 나은 성과를 내는지’ 등의 핵심적인 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있다.

일부 공장은 최적화 단계에 있다. 더 큰 글로벌 가시성과 표준화 노력 덕분에 에코랩은 프로세스 설계 비용을 25~30% 절감할 수 있었다. 재고 및 보유 일수를 더 잘 관리하게 된 것도 개선을 위한 큰 기회였다. 에코랩은 공급업체와 협력하여 직원들이 새로운 기술과 상호작용하며 배울 수 있도록 일부 공장의 현장 교육 실험실을 포함시키고 교육 프로그램을 수립했다.

부두크는 “가장 중요한 것은 모든 사람들과 의사소통을 하며 지지를 얻는 것”이라며 “만약 어떤 일에 대해 발언권이 있다고 느끼는 사람들은 더 적극적으로 관여하고, 그 프로젝트를 제대로 완수하기 위해 정말로 함께 일할 것이다. 그것이 그들의 삶을 더 쉽게 만든다는 것을 알기 때문”이라고 말했다.

생명을 구하기 위한 과학과 자동화의 결합
코로나19 백신 접종을 지원하는 소프트웨어 기부, 생산성 격차를해소하는 일이든 과학과 자동화의 결합으로 생명을 구할 수 있다.
생명과학 산업은 코로나19 팬데믹으로 야기된 혼란의 한 가운데 있다. 글로벌 공급망, 예방 접종 그리고 의료 인프라와 관련된 도전과제들은 위험 환경을 변화시켰고, 생명과학 기업들이 기술 혁신에 대한 접근 방식을 재고하도록 만들었다.

생명과학 산업이 뉴 노멀을 헤쳐 나가는 과정에서, 비즈니스 파트너십이 전면에 부상했다. 더 많이 협력할수록 더 많은 것을 성취할 수 있다. 로크웰 오토메이션과 첨단 재생 제조 연구소(ARMI)와의 파트너십은 상호 이익을 도모하는 이러한 접근 방식의 대표적인 예다. 개발 중인 ARMI Center of Excellence를 포함해, 양측은 모든 프로젝트에 중요한 정보와 기술을 제공한다. 이러한 협력을 통해, 양사는 매년 수천 명의 생명을 구할 수 있는 혁명적인 의학의 시대에 한 걸음 더 가까이 다가섰다.

제조되는 인공 조직

전 세계적으로 장기 이식 대기자 명단에 400,000명이 올라 있으며, 매일 20명이 이식을 기다리다 사망한다. 수년 동안 사람들은 과학적 연구와 상업적 생산 사이의 간극을 메우기 위해 노력해왔다. ARMI의 BioFabUSA 프로그램은 장기 이식 대기자 명단을 과거의 일로 만들기 위해 노력하고 있다. 대규모로 인공 조직을 제조하기 위해 노력하는 170여 개 회원사로 구성된 컨소시엄이 이 프로그램을 추진하고 있다.

참여하는 많은 조직들은 연구 및 학계 출신이기 때문에, 조직 생성을 뒷받침하는 과학에 대해서는 잘 알고 있었다. 그러나 프로세스를 확장하고 자동화하는 방법을 파악하는 데 도움이 필요했다. 이를 위해 AMRI의 딘 카멘(Dean Kamen) 전무이사가 로크웰 오토메이션에 도움을 요청했다. AMRI가 로크웰 오토메이션과 지식과 기술을 공유하면서 파트너십은 성장했다.

2020년 초에 가동을 시작한 ARMI BioFabUSA의 자동화된 첫 번째 조직 라인에 두 조직의 기여가 중요한 역할을 했다. 이제 라인의 한쪽 끝에 세포 바이알을 삽입하고, 45일 후에 돌아와 다른 쪽 끝에서 완전한 골 인대 구조를 검사할 수 있다.

프로세스를 완전하게 자동화하는 것은 복잡한 장기를 엔지니어링하는 데 중요한 단계였다. Center of Excellence도 한몫을 했지만, 두 조직이 기회를 인식하고 중요한 순간에 협력하기로 했기 때문에 가능한 일이었다. 그 순간에 가장 기본적인 요구사항은 물리적으로 그 자리에 있어야 하는 것이다.

견문이 불여일견

170개 회원 조직의 대다수는 디지털 플랜트 성숙도 모델의 초기 단계에 있었으며, 추후 단계에서 얻어진 가시적 결과로 혜택을 얻게 될 것이다.

수년 동안 로크웰 오토메이션은 보스턴 지역에 Center of Excellence의 설립을 모색해왔다. 한편, 보스턴에서 북쪽으로 불과 50마일 떨어진 뉴햄프셔주 맨체스터에 위치한 시설에서, 로크웰 오토메이션과 ARMI Bio FabUSA와의 파트너십은 상당한 진전을 이루었다.
ARMI BioFabUSA는 섬유 공장을 개조한 이 시설의 방대한 공간을 효과적으로 사용할 수 있었다. 로크웰 오토메이션이 지역의 Center of Excellence에 관심이 있다는 사실을 알게 된 ARMI는 무료로 공간을 제공하겠다고 제안했다. 예상치 못했던 전개였지만, 컨소시엄의 모든 조직들이 앞으로 나아가는 데 도움이 되었다.

실용적인 최첨단 애플리케이션 바로 옆에 데모 공간이 있다는 것은 ARMI에게도 좋은 기회였다. 두 조직 모두 ARMI Center of Excellence를 하나의 학습 도구로 삼아, 컨소시엄의 구성원들에게 스마트 제조에 대해 교육을 제공하고 있다. 완공이 되면, 센터는 수동 설정에서 전사적 자원 관리 시스템과 상호작용하는 완전 자동화 시설에 이르기까지의 디지털 트랜스포메이션 여정을 시연해 줄 것이다.

빠른 진행

ARMI BioFabUSA가 맨체스터의 공간을 제공한 후, 구상한 환경을 만들기 위한 첫 번째 단계는 빠르게 진행되었다. 프로젝트 주최자들은 2021년 3월 로크웰 오토메이션 수짓 챈드(Sujeet Chand) 수석 부사장 겸 최고 기술 책임자로부터 승인을 받았다. 2개월 후 센터는 디지털 플랜트 성숙도 모델의 처음 두 단계를 시연할 수 있는 장비를 갖추었다.

ARMI BioFabUSA는 사명을 달성하기 위한 노력을 확대하고 있다. 로크웰 오토메이션의 지원으로, 이 조직은 향후 8~9개월 동안 8개의 생산라인을 추가로 설치할 계획이다. 온라인으로 제공되는 모든 것은 과학과 인공 조직의 완전 자동화 생산 간의 격차를 좁히고, 성공적인 파트너십을 강화해 줄 것이다.

또 다른 성공적인 파트너십

ARMI와 로크웰 오토메이션의 파트너십은 과학과 자동화를 결합해 얻을 수 있는 가치를 잘 보여준다. 로크웰 오토메이션은 또한 지역사회에서 코로나19 백신 접종 클리닉을 계획하는 비영리 단체, 정부기관 및 공중 보건 파트너들에게 ArenaⓇ 시뮬레이션 소프트웨어를 기부한다고 발표했다.

로크웰 오토메이션의 홍보 담당 패트리샤 콘트레라스(Patricia Contreras) 부사장은 “이 소프트웨어는 의료 파트너들이 공급 및 인력 요구사항을 더 잘 해결하고, 궁극적으로 백신 접종 프로세스를 가속화하는 데 도움을 주어 잠재적으로 판도를 바꿀 수 있는 툴”이라며 “가능한 한 많은 사람들이 안전하고 효율적이며 신속하게 백신을 맞을 수 있도록, 더 많은 병원, 보건 부서 및 기타 지역사회 단체와 힘을 합칠 수 있기를 기대한다”고 밝혔다.

팬데믹이 시작되었을 당시, 뉴욕의 Northwell Health와 델라웨어의 ChristianaCare 모두 Arena 소프트웨어를 사용해 코로나19 환자의 입원 치료를 관리했다. 이 소프트웨어는 의사 결정자가 일상적으로 변화하는 환경에서 시스템의 흐름과 리소스의 제약을 이해하는 데 도움을 주기 때문에 백신 클리닉을 계획하는 데 적합하다.

미국 질병통제예방센터에 따르면, 2021년 3월 12일 금요일에 코로나19 백신 접종이 1억 회를 돌파했으며, 미국 성인 인구의 13.5%가 백신 접종을 완료한 것으로 나타났다. 백신 공급 일정이 바뀌고 더 많은 사람들이 백신 접종을 할 수 있게 됨에 따라, 백신 배포를 지원하기 위해 더 좋고 효율적인 도구가 필요하다.

Arena Simulation은 30년 이상 의료 분야에서 사용되어 왔으며, 병원 및 의료 시스템이 더 나은 환자 흐름을 계획하고 비용 효율성을 실현할 수 있도록 지원한다.