- 높은 처리량을 유지하면서 더 스마트하고 유연한 시스템 제공

수년 동안 장비 제조업체들은 제품 전환 시간과 장비의 유연성을 개선하는 데 주력해왔다. 그 결과 생산되는 SKU의 수가 전례 없이 증가했지만, 생산 현장 전반에서 유연성과 처리량을 균일하게 확보하지는 못하고 있다.

예를 들어 상자 포장기는 분당 300개의 파우치를 로딩하지만, 파우치 충전은 그 속도를 따르지 못한다. 전체 포장 라인이 몇 분 안에 변경될 수 있지만, 재료를 주입하는 고속 처리 장비는 그만큼 민첩하지 못하다.

정상적인 상황에서 제조업체는 일부 장비가 최대 처리량을 내지 못해도 유연한 생산과 적절한 공급을 유지할 수 있다. 그러나 팬데믹으로 인해 수요가 급증하자 공장의 처리량을 극대화하는 것이 중요해졌고, 더 큰 유연성이 필요해졌다.

최근에 발생한 사태들은 업계를 지원하는 모든 기업들에게 도사리고 있던 도전과제를 부각시켜 주었다. 어떻게 처리량을 유지하면서 더 스마트하고 유연한 시스템을 구축할 수 있을까?

경계를 무너뜨리는 기술들

장비 성능을 최적화하는 것이 최우선 과제지만, 많은 장비 제조업체들은 기존 기술에 기반한 장비를 점진적으로 개선하는 것만으로는 고객의 요구에 부응할 수 없다는 사실을 발견했다.
정적인 기계 부품, 마찰 기반 컨베이언스, 수많은 보조 장비로 구축된 장비들은 고정 변수를 사용하기 때문에 균일한 제품에서 높은 처리량을 얻을 수 있다. 그러나 제품이 다양하게 혼합되어 있고, 생산 볼륨이 적은 환경에서는 설계를 아무리 수정해도 생산성 목표를 달성하지 못하는 경우가 허다하다.

메카트로닉스가 발전하면서, 보다 유연한 장비가 곧 더 나은 처리량을 의미하게 되었다. 특히 조립, 포장 및 기타 응용 분야에서, 이러한 기술은 다음과 같은 분야를 선도하고 있다.
 
•로봇공학
본질적으로 유연한 로봇은 기계적인 재라우팅이 아니라 비전 유도 라인 추적을 사용하여 무한하게 다양한 제품 형태와 크기를 처리한다. 로봇은 즉석에서 제조 방법을 변경하면서 생산 속도 요구를 충족할 수 있다.

•독립형 카트 기술(ICT)
기존 컨베이어 시스템은 사전에 정해진 경로에서 고정된 속도로 제품을 이동시킨다. ICT는 시스템에 속한 다른 카트들의 위치를 기반으로 지능적으로 카트를 이동하여 유연성과 처리량을 향상시킨다.
•자동 제품 전환
전환 메커니즘에 기반한 스마트 서보 모터와 드라이브를 통해, 버튼 한 번만 누르면 새로운 제품 구성을 위한 장비 설정이 가능하다. 메카트로닉스는 복잡한 기계설계를 대체하기 때문에, 적은 수의 부품으로 훨씬 더 적은 공간에서 더 많은 작업을 수행할 수 있다. 또한 에뮬레이션과 디지털 트윈 기술을 통해, 장비 제조업체들은 가상 세계에서 설계를 테스트 및 확인하여 위험을 줄이면서 혁신을 가속화할 수 있다. 통합 기계 제어 전략을 사용해 이러한 기술을 장비와 공장 아키텍처에 통합하는 장비 제조업체들이 늘고 있다.

한 단계 더 높은 수준의 데이터 활용

고객의 성공 기회를 개선하는 한 가지 방법은 정보를 활용할 수 있도록 시스템을 설계하는 것이다. 이는 제어 플랫폼 및 네트워크 인프라에서 표준화를 수행해 통합을 간소화하고, 분석 플랫폼과 비즈니스 시스템에 원활하고 안전하게 연결하는 것을 의미한다.

오늘날 대부분의 기계와 장비는 정비와 가동 시간을 개선하는 데 도움을 주는 기술적(Descriptive) 알림을 제공한다. 모터 과부하가 걸렸음을 나타내는 알림은 문제 해결에 도움이 된다. 그러나 작업자는 여전히 그 순간에 어떻게 대처해야 할지 여러 가지 결정을 내려야 한다.
 
풍부한 이력 정보가 포함된 기계의 데이터베이스에 네트워크를 연결함으로써 분석 도구는 과거 성능을 기반으로 미래의 동작을 예측하는 모델을 생성하고, 머신러닝을 사용하여 운영을 최적화할 수 있다. 이는 이상 징후를 예측해 작업자가 예방 조치를 취할 시간을 주는 것만큼 간단한 일일 수 있다. 또는 기계에서 모터 속도를 늦추는 것과 같이 자율적이고 처방적인 조치를 취하여 임계값을 유지하고, 장비를 계속 가동할 수 있도록 만드는 것 같은 정교한 일일 수도 있다.

 비즈니스 지원

장비 제조업체들은 오늘날 유연성의 의미를 새롭게 정립해야 한다. 지난 10년 동안 가상 마켓플레이스는 기하급수적으로 성장했다. 그리고 펜데믹이 온라인 리테일의 편리함을 필수 요소로 만들면서 수요를 증가시켰다. 이외에도 더 많은 제조업체들이 도매와 소매 유통에서 완전히 벗어나 온라인 소비자에게 직접 판매함으로써 수익률을 높이고 있다.

그럼 다음 단계는 무엇일까? 공급망, 이커머스 포털 및 MES 시스템 간의 긴밀한 통합을 통해, 수요에 잘 대응하기 위해 보다 빠르고 더욱 유연하게 생산하는 것이다. 장비 제조업체의 경우, 프로세스 초기에 장비의 디지털 기반을 고객과 공유하는 것을 의미한다. 또한 생산 공간에 쉽게 통합될 뿐만 아니라, 기업과 그 밖의 여러 애플리케이션에 직접 연결될 수 있도록 장비를 설계해야 한다는 것을 의미한다.
 

확장 가능한 제품을 통한 기대치 충족

확장 가능한 자동화 플랫폼은 제품의 유연성을 향상시키며, 제조업체와 고객 모두에게 혜택을 준다. 진정한 확장성을 제공하는 제품은 컨트롤러와 I/O에서 HMI (Human Machine Interface) 그리고 배치 공정 제어 및 분석에 이르기까지, 플랫폼의 모든 측면에 다양한 옵션을 제공한다. 아울러 개방형 통신 프로토콜을 통해서 고객은 자동화 인프라에 대한 대규모의 선행 투자 없이 보다 스마트한 장비의 가치로 누리고, 성장에 따라 확장할 수 있다.

장비 제조업체들은 재사용 가능한 플러그 앤 플레이 방식의 지원 툴을 활용하여 제품 확장에 따라 설계 프로세스를 간소화할 수 있다. 또한, 한 시스템에서 개발된 애플리케이션과 분석 기능을 다른 시스템에서 쉽게 활용할 수 있다.

더욱 스마트한 업무 방식

아무리 민첩한 시스템이라 하더라도 최적의 성능을 발휘하지 못하면 처리량을 극대화할 수 없다. 기업들은 장비 문제를 해결하려면 보다 유연한 접근 방식을 취해야 한다는 사실을 깨닫게 되었다. 여행 제한에 직면한 장비 제조업체의 경우, 설치된 자산에 대한 원격 연결이 장비를 지원하기 위한 유일한 방법이 되었고, 기술에 대한 고객들의 관심도 더 높아지고 있다.

팬데믹으로 인해 장비 성능을 최적화하고, 보다 유연한 업무 패러다임을 지원하는 다른 디지털 기술의 도입이 가속화되었다. 특히 증강현실 플랫폼은 상당한 영향력을 미쳤다. 예를 들어, 협업 원격 지원 툴은 증강현실을 사용해 작업자가 현장에 있지 않아도 실시간으로 지침과 안내를 공유할 수 있다.

성공을 위한 전략

메카트로닉스와 디지털 기술의 발전 덕분에, 장비의 유연성이나 처리량을 50% 이상 향상할 수 있다. 그렇다면 장비 제조업체는 어떤 단계를 밟아야 할까?

조언하자면, 개조 프로젝트가 필요한 것은 아니다. 새로운 기술이 제공하는 획기적인 이점을 실현하려면 장비 설계에 ‘백지 상태’로 시작하는 접근 방식이 필요하다. 고객의 요구사항에 맞춰 디지털 여정이 궁극적으로 어디로 향해 갈지에 대한 비전을 세울 수 있다. 장비 제조업체와 고객 간에 자연스럽게 ‘밀어주고 끌어주는’ 협업 프로젝트는 가장 혁신적이고 비용 효율적인 장비를 만들 수 있다.
 
처리량을 유지하며 유연성을 향상해주는 더 스마트한 기계와 장비를 구축하는 방법에 대해 자세히 알아보자.
참조 링크 : https://www.rockwellautomation.com/en-in/company/news/blogs/redefining-machine-flexibility.html
 
본고는 Automation Today 74호(현재 그리고 미래를 위한 장비 설계) 내용이다.