독일의 고급 가전 제조 전문업체인 Miele는 고객 요구에 긴밀하게 대응하는 맞춤형 생산을 위해 생산 공정을 전환했다. 특징은 TwinCAT3 기반으로 한 제조 테스트 스테이션으로, 이를 통해 Miele는 세계 각국의 각기 다른 전기 규격에 따른 다양한 버전의 제품을 보다 효율적으로 생산하고 있다.
자료제공 | Beckhoff · 트라이텍

글로벌 가전 제조기업 Miele는 독일 Oelde에 있는 자동화 시설에서 연간 약 30만개의 전기 오븐 및 레인지를 생산하고 있다. 유의할 점은 Miele의 비즈니스 지역이 독일 내에만 국한되지 않는다는 점이다. Miele의 수출은 총 생산량의 70%에 달하는데, 이에 따라 Miele는 국가별로 다른 전압 규격에 대응해 여러 버전의 제품을 생산해야 하는 과제를 안고 있다.

완전 조립 셀로 생산 유연성 향상
가전 산업에서는 특히 기능 외에도 제품의 안전이 중요 요소다. 따라서 안전을 비롯한 각종 테스트 작업이 완벽하게 수행되어야 한다. 테스트가 완료된 다양한 규격의 제품 생산을 위한 선택은 TwinCAT3 자동화 소프트웨어 제품군을 활용하는 조립 공정의 전환이었다.

전환의 핵심은 기존 제조 라인을 TwinCAT3 기반 반자동 및 완전자동 테스트 스테이션을 갖춘 제조 셀로 재구성하는 것이다. 이를 통해 통합 엔지니어링과 표준 제어, 세이프티 및 측정기술의 긴밀한 상호 작용을 이뤄냄으로써 Miele는 생산 효율성을 한층 제고하는데 성공했다.

Miele 산업 엔지니어링 부서의 Maik Hartmann은 “기존에는 여러 개의 연속된 테스트 스테이션이 있는 조립 라인을 운영했지만 ‘고객의 요구에 따른 생산주기’를 구현하기 위해 U자 조립 셀로 전환했다. 차이는 모든 직원이 제품 테스트를 포함하여 확장된 업무를 진행한다는 점”이라고 설명했다.

이러한 전환은 생산 유연성을 높이는 이점을 가져왔다. 세 개의 동기화된 조립 라인을 운영하던 기존 환경에서는 작업 전환이 매우 어려웠다. 제품 변형(약 800개)과 1~10의 다양한 로트 크기로 인해 사이클 타임의 손실을 피할 수 없었을 뿐 아니라 인력 변동까지 필요했기 때문이다. 이와 달리 총 7개의 조립 셀에서 전기제품의 완전 조립 및 테스트를 수행하는 U자형 생산 공정은 리드 타임을 줄이는 동시에 볼륨 및 변형의 유연성이 높다. 즉, 시장의 변화에 보다 탄력적이고 능동적으로 대응할 수 있다.

Miele 산업 엔지니어링 부서의 Thorsten Nagel은 “완전 조립 및 테스트가 가능한 조립 셀로의 전환을 통해 Miele는 사전 계획 없이 모든 전기제품을 언제든 제조할 수 있게 됐다”며 “사전 계획이 필요하지 않다는 것은 급변하는 고객 수요나 단기 수주의 변화에 더 빠르고 원활하게 대응할 수 있음을 의미한다”고 말했다.

테스트 시간 대폭 감소

Miele Oelde 공장의 7개 조립 셀에는 각각 하나 또는 그 이상의 반자동 테스트 스테이션이 위치한다(총 17개). 또 조립 셀의 운반 세그먼트에는 9개의 자동 스테이션이 운영돼 테스트 및 ‘테스트 내용’에 의한 변동을 모니터링하고 전기제품을 중앙 포장 구역으로 운반하면서 납품서를 생성한다.(만약 테스트 과정 중 결함이 발견될 경우에는 수리를 위한 영역으로 제품을 이동시킨다.)

실제 기능 테스트는 순서에 따라 반자동 테스트 스테이션 작업자에 의해 수행된다. Meile는 매일 생산되는 약 1000개 전기제품에 대해 다양한 기능 검사와 함께 법적 안전 검사·보호도체 측정·고전압 테스트 등의 다양한 안전 검사를 실행하고 있다. 자동화 기술을 기반으로 테스트 소요 시간은 기기당 2~3분 정도에 불과하며, 모든 테스트 값은 중앙 데이터베이스에 자동으로 기록된다.

각각의 생산 환경에 테스트 스테이션을 통합하기 위해서는 유연하고 개방적인 제어 기술이 필수다. 이를 위해 Miele는 Beckhoff 솔루션으로 테스트 스테이션이 통합되도록 구성했다. 이 시스템의 장점은 균일하고 구성이 제대로 갖춰진 제어 하드웨어다. PC 기반 제어는 높은 유연성을 통해 새로운 테스트 요구사항을 보장하고 쉽게 확장될 수 있으며, EtherCAT은 통신 시스템으로써 매우 강력할 뿐만 아니라 개별 요구사항에 따라 다양한 버스 토폴로지를 선택할 수 있는 특별한 이점을 제공한다. 이는 또한 개발 환경에서부터 바로 필드 버스 또는 I/O 수준의 작업을 용이하게 하는 우수한 진단 기능에 의해 보완된다.

손쉬운 안전 규제 준수
새로운 제조 및 테스트 스테이션 개념으로 전환하면서 TwinCAT3 소프트웨어가 자동화 제품군으로 도입됐다. 이 플랫폼의 가장 큰 이점은 Visual Studio 엔지니어링 환경 통합, 그리고 TwinSAFE 세이프티 기능의 통합이다.

Miele는 테스트 스테이션의 소프트웨어로 자체 개발한 ‘Miele 테스트 및 워크스테이션(MPA)’을 사용한다. MPA는 ERP 레벨로 시작화와 데이터 교환을 수행하는 소프트웨어로, 시스템이 중앙의 생산 데이터베이스에서 기기별 테스트 순서를 읽는 등의 역할을 수행한다. TwinCAT3는 MPA에 연결된 하위 시스템으로써 ADS 통신을 통해 제어 테스크와 I/O 데이터를 처리한다.

TwinCAT3는 Miele의 전체 생산 아키텍처에서 결정적인 이점을 제공하고 있다. ‘더욱 손쉬운 프로젝트 개발’이 것이 바로 그것이다. Thorsten Nagel은 “과거에는 특별한 실시간 운영 시스템뿐만 아니라 다양한 PLC 세대, 로봇 및 세이프티 컨트롤러를 위한 다양한 툴을 사용해야 했고, 어떤 경우에는 하나의 컴퓨터에서 실행될 수도 없었다. 반면 Visual Studio에 완벽히 통합된 TwinCAT은 단일 개발 환경에서 일관되게 작업할 수 있게 해 프로젝트의 개발을 더욱 쉽게 한다”고 말했다. 이어 그는 “기존 TwinCAT2 프로젝트를 TwinCAT3에 적용하는 것이 간단하고 효율적인 부분도 또다른 이점”이라고 덧붙였다.

안전(safety) 기술의 매끄러운 통합도 TwinCAT이 중요한 이점이다. 예를 들어 반자동 테스트 스테이션은 안전 요소로 라이트커튼·비상 정지·도어 접촉 스위치를 포함하며, 저전압 지침의 안전 요건도 충족시켜야 한다. 이들은 TwinCAT Editor 기능을 가진 엔지니어링 환경에서 구성될 수 있어 안전 규격을 충족시키기 위한 노력을 경감시킨다.

고급 측정 기능·제어 기술 통합
제어 기술에 측정 기술이 직접 통합됨으로써 프로젝트 디자인은 더욱 단순화됐다. EL3403 3상 전력 측정 터미널(최대 500V AC)과 EL3413(최대 690V AC)은 전력 한계치와의 부합뿐 아니라 오븐에 설치된 발열체의 기능 확인 및 고전압 테스트에 사용된다. 최대 690V AC용으로 설계된 EL3413 전력 측정 터미널은 또한 레인지의 호브(hob)와 에너지 조절 장치용 16핀 커넥터의 핀 지정을 테스트하는 데 사용된다.

PC 기반 제어 기술의 개방성은 추가적인 이점도 제공한다. 전기제품 테스트를 위해 필요한 다른 측정 장치 및 센서를 쉽게 통합할 수 있다는 것이다. Maik Hartmann는 “인터페이스 또는 통신 모듈을 추가하지 않기 위해 테스트 스테이션용 고 전압 측정기·휴대용 스캐너·자동 워크스테이션용 바코드 스캐너 등의 TCP/IP 지원 장치를 선택했다”며 “이들은 EL6614 이더넷 스위치 포트 터미널을 통해 직접 통합되며, TCP/IP를 통해 설정된 현재 매개 변수를 제공하므로 테스트 과정을 단순화한다”고 말했다.