제조업체에서 안전에 스마트 기능을 추가하여 어떻게 새로운 효율성을 얻고, 품질을 개선하며, 안전하게 운영하는지 알아보자.

팬데믹으로 촉발된 뉴노멀 시대에서, 제조업체와 가공업체들은 재택근무와 원격 운영을 통해 새로운 현실에 적응하고 있다. 디지털 트랜스포메이션으로 인해 물리적 및 조직적 경계가 빠르게 무너지면서, 인력의 실시간 참여와 팀 연결, 협업이 가속화되고 있다. 기업들은 시장의 수요 변화에 대응할 수 있는 무결성과 유연성을 유지하기 위해 공급망을 관리해야 한다는 압력을 받고 있다. 또한 실시간 가시성과 제어를 생산을 모니터링하는 도구를 사용해 원격 위치에서 이러한 작업을 수행해야 한다.

뉴노멀의 시대에는 모니터링 및 장애 방지, 제품 주문 이행 및 높은 생산성 제공, 직원 보호를 수행할 수 있도록 지원하는 새로운 방법과 기술이 필요하며, 강화된 안전과 보안 아키텍처를 활용할 수 있어야 한다. 디지털 트랜스포메이션의 가속화가 스마트 안전 솔루션에 대한 수요를 촉진하고 있다. 스마트 안전 솔루션은 제조업체와 가공업체의 운영 복원력 전략에 필수적인 구성 요소로 오늘날의 성공에 필요한 생산성을 달성하는 데 핵심적인 역할을 한다.
스마트와 안전의 융합을 통한 생산성 향상

디지털 트랜스포메이션 과정에서 엔드유저와 장비 제조업체가 생산과 장비로부터 훨씬 더 많은 정보를 확보해야 한다는 것은 두말할 나위가 없다. 이는 더 많은 산업 부품이 생산 운영이나 기계 데이터를 수집하고, 그 데이터를 의미 있는 정보로 처리하며, 정보를 에지, 제어 시스템, 클라우드 또는 이 모든 것들의 조합으로 전송할 수 있어야 한다는 것을 의미한다. 이로 인해 생산라인과 장비의 생산성을 높이고, 정보를 바탕으로 생산 효율성을 높여주며, 예기치 못한 가동 중단을 감소시켜 주는 기능이 내장된 스마트 솔루션이 개발되었다.

제조업체나 가공업체에게 안전의 중요성은 지속적으로 커지고 있다. 안전이 단순히 비용을 증가시키는 것이 아니라 경쟁우위를 제공하는 데 어떤 도움을 주는지 알게 되면 중요성이 더 커진다. 안전성 향상은 위험을 최소화할 뿐 아니라 예기치 않은 가동 중단을 줄이고, 전체 장비 효율성(OEE)과 자산 수익률(ROA)을 높여 생산성과 수익성을 개선하는 데도 도움이 된다.

예를 들어, 걸림이 발생한 장비를 청소하거나 작업장에 들어갈 때 전력 공급을 중단하는 것처럼, 부상이나 생명을 위협할 수 있는 상황에서 작업자를 보호할 수 있다. 또한 장비의 걸림 문제를 해결하기 위해 비상 정지 버튼을 계속 사용할 필요가 없어 시간을 절약하고, 예기치 않은 가동 중단의 빈도와 지속 시간을 크게 줄여 생산성을 대폭 향상하고, 빠르게 투자 수익을 얻을 수 있다. 데이터를 수집하는 시점에서 또는 그 가까이에서 실시간으로 데이터를 수집해 처리하며, 스마트 장치의 모든 기능과 이점을 활용할 수 있도록 안전을 통합하려면 두 가지 기술의 융합이 필요하다.

많은 기업들에서 제조 운영기술(OT)과 정보기술(IT) 기능이 하나로 통합되고 있는 것처, 설치, 프로그래밍, 운영, 자동화 장비와 제조 자산 유지 관리를 담당하는 직원들을 위해 가공 및 제조 애플리케이션에 사용되는 장치들에 안전과 스마트 장비가 통합되고 있다. 이는 자산을 안전하게 운영할 수 있도록 만들 뿐 아니라 발생하는 일에 대한 귀중한 통찰력을 제공한다. 스마트 장치는 수집된 핵심 데이터를 분석하고 활용할 수 있도록 설계되어 전체 생산 프로세스의 안전성, 효율성, 생산성 및 수익성을 높여주기 때문이다.

스마트 안전 솔루션으로 지원되는 운영 복원력

뉴노멀로 추진되는 디지털 트랜스포메이션 여정의 목표 중 하나는 높은 운영 복원력을 확보하여 증가하는 사이버 보안 위협, 새로운 규정 준수 요구, 공장 및 직원 안전 요구사항 등 스마트 안전 솔루션에 대한 수요를 부추기는 비즈니스 위험들을 극복할 수 있는 역량을 높이는 것이다.

팬데믹이 발생하기 전에도 제조업체와 가공업체는 시장과 상품의 불확실성, 급격한 수요 변동, 보다 민첩하고 효율적이며 지속 가능한 환경 유지, 안전하고 생산적인 작업 환경 유지 등 수많은 도전 과제에 직면해 있었다. 팬데믹으로 인해 이러한 문제가 더욱 커지자, 선도적인 제조업체와 가공업체들은 디지털 트랜스포메이션 프로세스 동안 기업의 주요 목표 중 하나로 운영 복원력에 초점을 맞추게 되었다. 운영 복원력을 달성하려면 기업은 물리적 및 조직적 경계를 허물고, 인력의 참여를 유도하며, 팀들을 연결하여 프로세스에 안전이 통합된 환경에서 실시간 협업을 강화해야 한다.

또한 공급망을 실시간으로 관리하여 무결성, 민첩성 및 유연성을 유지해야 하며, 공급망이 시장 수요와 자재의 가용성 변화에 효과적으로 대응할 수 있도록 만들어야 한다. 기업들은 예기치 못한 가동 중단과 장비의 장애를 방지하고, 제품 주문 이행을 보장하고, 직원을 보호하고, 보안 아키텍처를 강화하기 위해 새로운 방법을 구현하고 있으며, 이러한 모든 작업에는 광범위한 스마트 안전 솔루션 포트폴리오가 필요하다.
 
운영의 도전 과제를 극복하는 데 도움을 주는 스마트 안전 솔루션

스마트 안전 솔루션은 기업이 운영에서 직면하는 다양한 도전 과제를 해결하는 데 중요한 역할을 한다. 일례로 스마트 안전 솔루션은 직원들이 표준 운영 절차를 준수하고, 절차상의 이상 상황에 대한 책임 소재를 규명하며, 누군가 이러한 시스템을 우회하여 자신과 다른 사람을 위험에 빠뜨릴 수 없도록 설계되어 있다. 이는 인력 구조의 변화와 원격 근무자의 증가, 노령 작업자의 퇴직 또는 은퇴, 경험 부족으로 인해 젊은 작업자가 부상을 입을 가능성이 높은 환경에서 특히 중요하다. 작업자의 부상은 장비 수리를 시도하는 경우 발생하는 경우가 많다. 걸림, 공급 오류, 제품 전환 등으로 인해 프로세스 중단이 야기된다.

스마트 안전 솔루션은 가동 중단 정보에 대한 가시성을 높여 기계적 결함 등 작업자에게 가동 중단 원인에 대한 문맥 정보를 제공하고, 이러한 문제를 해결할 수 있는 해결책을 제공한다. 스마트 안전 솔루션이 운영의 도전과제를 해결하는 데 도움을 줄 수 있는 또 다른 분야는 데이터 관리다. 데이터 수집과 보고서가 최신 데이터와 정보에 기반하도록 보장하는 것이다.

또한 스마트 안전 솔루션은 검사, 규정 준수 로그 및 사고 보고서를 위한 안전 데이터를 수작업으로 입력하는 수고를 덜어준다. 솔루션은 공장 현장 시스템에 연결되어 오류를 제거하는 데 도움을 준다. 이외에도 스마트 안전 솔루션은 규정 준수를 강화하여 문서화 및 보고와 관련된 업계 표준 준수와 관련된 문제를 해결하는 데 도움을 줄 수 있다. 스마트 안전 솔루션은 설치와 유지 관리도 더 쉽다.

일반적으로 안전 솔루션은 추가 진단 데이터를 얻기 위해 더 복잡한 배선이 요구된다. 그러나 통합 스마트 안전 솔루션은 기존 배선을 사용해 중요한 진단 데이터에 액세스할 수 있으므로 시간과 비용이 절약되고, 장비 또는 생산라인의 상태를 완벽하게 파악할 수 있다. 팬데믹으로 야기된 뉴노멀 시대에서 생산성과 운영 복원력을 모두 향상시켜 주는 스마트 안전 솔루션에 대한 시장의 요구를 해결하기 위해서 로크웰 오토메이션은 광범위한 안전 솔루션 포트폴리오에 스마트 기능을 추가했다.
이러한 솔루션은 데이터를 분석 및 진단한 후 의미 있는 정보로 전환하여 안전 규제 준수와 생산 성과를 모두 개선하도록 설계되었다. 전환된 정보는 생산성을 높이고 예기치 못한 가동 중단을 줄이는 동시에 안전 무결성과 규정 준수를 유지하는 데 사용된다. 이 모든 것이 커넥티드 엔터프라이즈(Connected EnterpriseⓇ) 전략의 일부다.
 

현장 및 원격 인력 모두를 위해 설계된 스마트 안전

안전 솔루션의 전통적인 가치는 현장 작업자를 보호하고 생산성을 높이는 것이다. 그러나 오늘날에는 현장 근무자와 원격 근무자가 혼재하기 때문에, 디지털 트랜스포메이션에 필요한 기술을 활용하는 스마트 안전 솔루션이 필요해졌다.

이를 위해 로크웰 오토메이션은 다양한 원격 모니터링 및 제어 기능을 스마트 안전 솔루션 포트폴리오에 포함하게 되었다. 예를 들어, EtherNet/IP 네트워크를 통해 스마트 안전장치의 성능을 전송하여 원격으로 문제를 해결할 수 있다. 이를 통해 개별 장치의 운영에 대한 일반 데이터와 안전 데이터를 모두 수집한 다음, 장소에 관계없이 작업자가 수집된 데이터를 시각화할 수 있다. Studio 5000Ⓡ을 사용하면, 어느 위치에서나 스마트 안전장치를 설정 및 모니터링하고, 장치 프로필에 액세스할 수 있다.

또한 EtherNet/IP 네트워크는 이력 데이터에서 구축된 예측 유지 관리 루틴을 히스토리안에서 스마트 안전장치로 전송하고, 장치 운영에서 수집된 데이터에 타임 스탬프를 찍어 히스토리안으로 재전송할 수 있게 해준다. 또한 원격 작업자가 EtherNet/IP 네트워크를 통해 가드 도어 위치, 가드 잠금 상태 표시 등 스마트 안전장치에 대한 안전한 액세스를 요청할 수도 있다. 히스토리안 데이터에 대한 액세스 요청은 애플리케이션을 조정하는 데 사용될 수도 있다. 이는 수정되지 않은 표준 이더넷을 통해 관리되는 일반 및 안전 제어를 위해 설계된, 간소화된 EtherNet/IP 상의 안전 네트워크 아키텍처 때문에 가능하다.

로크웰 오토메이션의 스마트 안전장치는 개별적으로 식별된 액세스 포인트를 통해 특정 자산 또는 장비에 대한 데이터 액세스를 제공하여, 개별 장치의 운영 데이터를 수집할 수 있다. 하나의 장치에 스마트함과 안전성이 내장되면 배선과 시스템의 복잡성을 간소화할 수 있다. 이외에도 스마트 안전장치를 자산 및 장비의 기존 안전장치와 함께 사용할 수 있기 때문에, 전면 교체를 하지 않고 기존 설치 기반을 활용할 수 있다. 스마트 안전장치는 또한 장치의 사용량이나 사용 기간에 따라 예방적 유지 관리 절차를 조정할 수 있다.
 

운영 복원력과 생산성을 향상하는 CIP Safety

로크웰 오토메이션의 스마트 안전장치를 차별화해주는 요소 중 하나는 EtherNet/IP 네트워크에서 CIP Safety를 사용할 수 있다는 점이다. CIP Safety는 EtherNet/IP을 위한 애플리케이션 계층 프로토콜인 Common Indu strial Protocol(CIP)의 확장이다. 이 기능을 통해 작업자들은 현장 또는 원격 위치에 관계 없이 장비나 생산라인의 중요한 데이터에 보다 쉽게 액세스하여 상태를 포괄적으로 파악할 수 있다.

CIP Safety를 사용하는 EtherNet/IP 네트워크에 스마트 안전장치를 연결하면, 장소에 관계 없이 작업자가 장비의 상태를 보다 효과적으로 모니터링하고, 예기치 못한 가동 중단을 줄이며, 유연성을 향상시켜 장비나 생산 자산에서 의미 있는 정보를 확보할 수 있다. 또한 안전성을 높이는 동시에 총 소유비용을 낮추고, 기업의 운영 복원력을 높일 수 있다. CIP Safety를 사용하는 EtherNet/IP 네트워크에 연결된 스마트 장치들은 안전 관련 장애가 어디에서 발생했는지, 작업자가 표준 운영 절차를 준수하고 있는지 등 보다 가치 있는 진단 정보와 인사이트를 제공한다.

제조업체와 가공업체는 이러한 인사이트를 사용해 생산 장비의 생산성과 지속가능성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 작업자가 위험 구간에 근접하면 알람이 울리도록 함으로써, 장비가 느려지거나 중단되는 것을 방지해 생산성을 높일 수 있다. 이외에도 CIP Safety는 가용성 진단 데이터까지 확장되어, 작업자에게 스캐너 렌즈에 먼지가 쌓이는 경우 등 보편적인 오류가 발생하면 알림을 통해 경고를 줄 수 있다.
  

뉴노멀 시대에 완전하게 자리를 잡은 스마트 안전

안전에 스마트 역량을 추가함으로써, 제조업체와 가공업체는 현장 작업자들로부터 작업 효율성을 높이고, 품질을 개선하며, 운영의 응답성과 안전성을 높일 수 있다. 스마트 안전 솔루션은 공정, 기계 및 안전 제어를 표준화하여 시스템의 예기치 못한 가동 중단을 줄여주며, 생산성과 수익성을 개선하는 데 도움을 준다.

더욱 스마트하고 효율적이며 유연한 파우치 포장

스마트 머신 기능을 탑재한 PouchMaster는 간단한 실 드라이버로 유지 관리 시간을 줄이고 가동 시간을 최적화한다.
소비재 기업들은 진열대 점유율을 놓고 치열한 경쟁을 벌이며, 많은 비용을 지출한다. 슈퍼마켓과 기타 소매업체들은 신제품 진열 비용을 요구하고, 제한된 프리미엄 진열 공간의 경우 더 많은 금액을 요구하는 등 제품을 진열해주는 조건으로 여러 차례 비용을 요구한다.
진열 공간이 확보되면, 제조업체는 이러한 투자로부터 최대한의 가치를 끌어내야 한다. 이는 제품을 올바르게 보관하고, 소비자의 관심을 끌며, 공간을 절약할 수 있는 비용 효율적인 포장 방법을 선택하는 것을 의미한다. 
 더 나은 선택
HMC 프로덕츠(HMC Products)의 제품 개발 관리자인 제프 버그(Jeff Berg)는 “다양한 제품에 유연한 파우치 포장재가 선호된다”며 “변질되기 쉬운 제품에 사용되는 포일 필름 라미네이트는 보관 수명을 연장하며, 스탠드업 파우치 같은 옵션은 진열이 용이하고 공간을 절약해준다. 또한 파우치 포장은 전체적으로 가볍고 경제적”이라고 말했다.
HMC 프로덕츠는 수평 폼 - 필 - 실 기계 제품군인 파우치마스터 라인을 통해 40여 년 동안 시장의 요구를 충족해왔다. 미국 일리노이주 마체스니 파크에 위치한 HMC는 Fortune 500대 기업을 비롯해 공동 포장업체, 스타트업 등 다양한 글로벌 고객 기반을 보유하고 있다.
IM 7-14 Pouchmaster는 빠르게 교체할 수 있는 서보 실 드라이버를 특징으로 하는 매우 효율적인 간헐적 모션 장비다. 장비의 앞쪽 끝 부분에서 필름 장력을 제어하는 댄서 바를 통해 필름 라미네이트가 공급된다. 공급된 필름은 성형 배토기로 들어가 실 드라이버 상단에 위치한 하단 및 측면 실 바를 통과한다.
필름은 절단기에 공급되는 필름 양을 조절하는 등록 포토 아이(Photo eye)를 통과한다. 파우치는 체인에 부착된 클립에 삽입되며, 충전 스테이션을 통해 인덱싱된다. 마지막으로 파우치는 컨베이어를 통해 밀폐된 후 오프 로드된다.
 파우치 충전 최적화
밀봉의 일관성을 유지하기 위해 제조업체는 정해진 양이 들어갈 수 있는 크기의 파우치를 선택하고, 충분한 헤드 공간을 유지해야 한다. 이 때문에 파우치가 너무 적게 채워지는 경우가 빈번히 발생한다.
열 밀봉이 아니라 초음파 밀봉을 사용하는 경우, 고주파 음향 진동과 압력을 가하여 파우치 상단을 밀폐한다. 스트레이 제품은 실의 일부로 밀봉되어 실 품질에 영향을 미치지 않기 때문에 파우치를 더 완전하게 채울 수 있다.
 다기능성을 제공하는 보다 간단한 설계
유연한 Pouchmaster는 고체, 분말, 액체 등 모든 제품 피더에 사용할 수 있다.
제프 버그는 “이 제품은 다양한 파우치 크기나 제품에 사용할 수 있다”며 “어떤 고객은 제품을 7가지 크기의 파우치에 사용하고, 어떤 고객은 4가지 크기의 피더를 사용한다”고 설명했다.
HMC Pouchmaster는 Allen BradleyⓇ CompactLogix™ 컨트롤러를 사용하는 로크웰 오토메이션 플랫폼에 구축된다. Allen Bradley KinetixⓇ 5500 서보 드라이브가 메인 기계 축과 파우치 이송 체인을 구동한다. Allen Bradley PowerFlexⓇ 525 인버터는 컨베이어를 제어한다. 이 장비는 EtherNet/IP™ 네트워크에 통합되며, Allen Bradley PanelView™ Plus 7 그래픽 터미널로 모니터링된다.
버그는 “이외에도 최근에 캠과 공기 실린더를 Kinetix 서보 제어기로 교체하여 기계의 실 드라이버 설계를 간소화했다”며, “결과적으로 시스템 유지 관리가 줄어들었다”고 말했다.
서보 제어는 보다 쉽게 지연 시간을 조정하고, 실 바를 열고 닫을 수 있도록 해준다. 덕분에 전체적으로 더 나은 밀봉 효과를 얻을 수 있다.

스마트 머신의 성능
버그는 “로크웰 오토메이션 시스템을 사용하면 장비가 훨씬 더 스마트해져서 쉽게 변경할 수 있다”며 “파우치 크기를 바꾸려면, 작업자가 실러 바 몇 개를 움직여서 레시피로 작동하는 HMI에서 적절한 옵션을 선택하기만 하면 된다”고 설명했다.
신속 변경이 가능한 툴링은 중요한 제품으로 보다 신속하게 전환할 수 있게 해준다.
버그는 “스마트 머신 또한 인터페이스에 고급 진단 기능을 표시해주어 무엇이 잘못되었는지를 알려줄 수 있다”고 덧붙였다.
가동 시간을 극대화하기 위해 HMC는 다양한 센서를 제어 플랫폼에 통합하여 이상 상태를 신속하게 탐지하고 있으며, HMI에 유지 관리 절차를 안내하는 시각적 지침을 통합했다. 또한 HMC는 EtherNet/IP 연결을 활용하여 고객의 장비를 원격으로 지원하고 있다.
버그는 “가동 중단은 곧 비용”이라며 “이 모든 기술은 공장 관리자부터 장비 작업자와 유지 관리 담당자까지, 모든 사람들이 장비를 최적의 상태로 운영하는 데 도움을 준다”고 말했다.

※본고는 로크웰 오토메이션에서 분기별 발행하는 Automation Today 최신 호(Issue72)의 내용이다.