오늘날은 새로운 기술이 범람하고 있다. 자동화 기술과 정보 기술 역시 그렇다. ‘과학이 우리를 기다려주지 않는다’는 말이 나올 정도다.
자료｜오토메이션 월드
목차
1. 레시피 관리 및 일괄처리 소프트웨어
2. 식품 안전 및 정치세척(Clean in Place)
3. 설비종합효율과 미끄럼 기반 제조
4. 자동화 및 계획 관리
5. 스마트한 장치 및 자산 관리
3. 설비종합효율과 미끄럼 기반 제조
1) 설비종합효율 계산법: 타당하고 현실적인 안내서
2) 설비종합효율 결과 향상을 위한 네 가지 방법
3) 성능 개선을 위한 설비종합효율과 자동화의 맞손
4) 미끄럼기반 장비 설계 및 사용 시의 여덟 가지 권장사항
5) 미끄럼기반 장비의 일곱 가지 주요 이점
☞ 12월호에서 계속
설비종합효율 결과를 개선하는 네 가지 방법
설비종합효율을 계산하면 산더미 같은 빅 데이터도 손바닥 안의 정보 덩어리로 바꿀 수 있다. 설비종합효율로 운영효율성을 측정하거나 개선한 경험 및 이를 실현하는 방법을 공유한다.
1. 설비종합효율을 활성화한다. 아주 크고 단순한 그래픽 디스플레이를 통해 공정라인에 있는 운영자들에게 계획했던 업무 성과와 진행 중인 업무 성과를 비교해 보여주자. 설비종합효율을 유용하게 만드는 첫 단계다.
자동화 동향 분석은 작업 중단 및 정지시간을 유발하는 주요 원인을 알려준다. 이러한 분석을 통해 얻은 결과를 잃어버린 작업 처리시간과 돈으로 직역하는 건 그 다음 과정이다. 특정한 동향 내지 경향을 감지할 때마다 알람을 울리게 하는 것이 좋다. 근무 교대 시 및 교대 시간 중간마다 설비성과에 대한 팀 회의 일정을 잡는 것도 중요하다. 성과를 일관적으로 도출하는 것에 대해 축하하고 보상하자.
2. 작업자들에게 자율권을 준다. 보틀링(병에 무언가를 채워 넣는 것을 말함. 편집자 주) 라인에 대한 보고체계를 개발함으로써 해당 생산 라인과 설비의 설비종합효율 그리고 상자와 병 컨베이어의 유용성에 대해 계산한다. 품질과 KPI 보고서를 포함해 설비와 컨베이어의 정지시간 파레토 차트를 보여주는 상세한 보고서를 생성한다. 그리고 SCADA(감시 제어 데이터 수집 시스템)를 현장에 설치해 작업자가 장비의 알림을 볼 수 있도록 한다. 이를 통해 문제가 발생했을 때 작업자나 운영자들이 즉시 대응할 수 있다.
3. 신뢰할 수 있는 보고 요건을 갖춘다. 자료는 많이 기록하되, 계산은 가능한 한 단순하게 만드는 것이 중요하다. 그래야 보고서를 임의로 조작하기 어려워지며, 프로그램을 시행한 효과를 볼 수 있다. 보고 내용이 정직하지 않다면 설비종합효율을 연장으로 쓰는 허깨비를 쫓는 셈이다. 또한 가동시간·낭비·지연·그 외의 생산량과 품질에 영향을 줄 요소들에 대해 사용자의 기준을 명확히 한다. 작업 효율성을 높이는 최선의 방법은 이러한 기준 및 자료를 입력할 때 모든 구성원이 관여하게 만드는 것이다.
4. 설비종합효율을 일괄제어(Batch Control)와 통합한다. 설비종합효율은 상대적인 기준으로, 시스템과 효율성에 대한 당신의 정의에 근거한다. 따라서 기준을 명확히 하고 지속적으로 시스템과 결과를 추적해야 한다. 또한 가능하면 설비종합효율 시스템 및 측정 패러미터를 일괄생산을 제어하는 다른 소프트웨어와 통합하는 것이 바람직하다.
설비종합효율은 자동화에 대한 투자자본수익률(ROI)을 평가하는 매우 중요한 도구지만, 이것이 전부라고 생각하진 말자.
성과 개선을 위한 설비종합효율과 자동화의 맞손
설비종합효율은 생산공정이 실제로 얼마나 효율적인지 평가하기 위해 설계된 일종의 미터법(metric)으로, 사용 중인 설비의 실질적인 가용성에 근거한다.
설비종합효율은 약 50년 가까이 사용해 온 개념으로, 주로 린 생산방식을 위한 노력을 평가하는 핵심성과지표로 쓰였다. 오늘날에는 자동화 소프트웨어의 진보에 힘입어 다양한 규모의 설비에 적용될 수 있을 만큼 강력해졌다.
아이다호 주 남파(Nampa)시에 있는 펩시 보틀링 벤처스(PBV)의 생산 담당자인 크리스 베이컨이 2012년 자동화 컨퍼런스에서 전한 말은 많은 이들의 흥미를 자아냈다. 남파 공장은 생산량이 PBV의 가장 큰 공장에서 생산하는 용기의 10분의 1에 불과할 정도로 작은 시설이다. 크리스는 이러한 남파 공장을 개선하기 위한 대한 노력의 일환으로, 자동화 및 설비종합효율 추적 시스템을 사용한 것에 대해 설명했다. 남파 공장의 비밀은 실시간 모니터링 제어를 활용하는 자동화 시스템을 생산 시설에 도입한 것이었다.
비록 펩시 보틀링 벤처스의 예시가 일괄처리 분야에서 비롯된 것이긴 하지만, 이 회사의 설비종합효율과 지속적인 개선을 위한 접근은 연속 공정(Continuos Process)에 대한 교훈을 시사한다.
이 프로젝트는 시설 내의 보틀링 생산라인에 대한 설비종합효율을 높이기 위한 방법으로 출발했다. 하지만 결과적으로 문제 해결에 대한 수단을 개선하고 지속적인 개선 문화를 발전시키기 위한 중요한 다리가 되었다.
1단계 : 성과 추적하기(Tracking Performance)
제한된 인적자원 및 다수의 소량생산과 마주했을 때 제일 먼저 해야 할 것은 생산라인의 성능 및 성과를 추적하는 시스템을 개발하는 것이다. 이때 성과는 전체 장치 및 각 기계중심점(머신 센터) 단위로 측정한다. 연관된 자료를 측정 및 획득함으로써 각 장비를 평가할 수 있다.
특정 시점을 분석(Point-in-Time Analysis)하기 위해 배경 정보를 시스템으로부터 가져옴으로써 실시간으로 기회(Opportunities)를 만들어낸다. 이러한 정보를 바탕으로 장치가 정지하는 정확한 원인 부호(Reason Code)를 실행함으로써 근본 원인을 분석할 수 있다.
2단계 : 어떻게·언제·무엇을 측정할지 결정하기
설비종합효율계산을 가능한 정확하게 수행하기 위해서는 생산라인의 시간이 반드시 표준화되어 있어야 한다. 전체 시설이 동일한 시간을 공유해야 함을 뜻한다.
정말 기본적인 이야기지만, 많은 시설들이 시간 표준화를 하지 않는다. 품질 관리·유지보수·생산자 등에게 필요한 크고 작은 활동들에 대해 비표준적으로 접근하고 있기 때문이다.
제조공정에서 발생하는 문제를 바로잡기 위해 오전 7시에 장비를 가동하는 것(7AM Startup Time)이 새로운 표준으로 떠올랐다. 추적 시스템은 매일 아침 7시에 설비종합효율 계산을 시작해, 병마개가 풀리거나 음료 충전 작업이 멈출 경우 등의 비생산시간이 발생할 때마다 이를 획득 및 기록하는 방식으로 작업한다. 또한 생산을 방해하는 근본 원인을 정확히 반영하도록, 구체적인 원인 부호를 자동으로 첨부한다. 원인 부호는 머신 센터의 PLC에서 즉각적으로 제거된다.
3단계 : 자료를 실제 생산에 도입하기
설비 및 장치가 생산을 측정하고 관련 데이터를 획득할 수 있게 되었다면, 다음 우선순위는 시스템의 구조를 시각적으로 표현해내는 일이다. 이를 통해 모든 조직 구성원이 유용한 정보를 파악할 수 있다.
시스템의 구조로 시각적으로 표현할 때에는 시설의 머신 센터 흐름을 반영하는 아주 단순한 설계를 선택하는 것이 바람직하다. 또한 HMI 스크린의 색상 조합은 생산라인의 실시간 활동과 정확하게 연결되어야 한다.
예를 들어 붉은색은 머신 센터가 작업 중단 상태에 들어갔음을 의미한다. 이 경우 컴퓨터의 드롭다운 메뉴(주 메뉴를 선택하면 주 메뉴에 들어 있는 하위 메뉴들이 아래로 나란히 배열되어 나타나는 형태의 메뉴 표시 방식. 출처 IT 용어사전)에서 시각적으로 확인할 수 있는 원인 부호를 동시에 출력한다.
노란색은 기계나 머신 센터가 전환 상태이거나, 작업 중단 상태에서 벗어나기 위해 상위 혹은 하위의 머신 센터를 기다리고 있는 등의 이유로 장비가 가동되고 있지 않음을 의미한다.
결과
생산에 대한 새로운 통찰력으로 무장한 펩시 보틀링 벤처스는 자사 생산시설의 낮은 성능의 근본 원인을 금세 파악할 수 있었다. 라벨 부착장치 내의 진공 드럼통이 주기적으로 막히는 현상이 그것이다. 펩시 보틀링 벤처스는 정지시간 추적 시스템 안에 설치된 원인 부호를 통해 이 문제를 파악할 수 있었다.
OEM을 가공 처리기(Processor)로 개선함과 동시에 몇몇 창의적인 내부 구조를 갖춤으로써 특정 기계중심점의 정지시간을 55%가량 줄일 수 있었다. 이 회사는 성능 상의 이점을 통해 OEM 업그레이드 비용을 다섯 달 이내에 만회할 수 있었다.
성능이 향상됨에 따른 장기적인 결과 또한 나타났다. 시간이 지남에 따라 노동량이 43% 감소한 것(2009년부터 2011년까지).
스키드 기반의 장비를 설계·사용하기 위한 여덟 가지 권고
스키드 장비를 부착한 설비, 즉 모듈러 설비를 현장에서 흔하게 볼 수 있게 되었다. 정치세정(Clean In Plasce)장치·생물처리기(Bio Processor)·송풍기 및 압축기·펌프 등이 그 예다.
1. 인터페이스 층을 만든다. 각각의 OEM 장비는 고유한 조작 및 처리방식이 있다. 서로 다른, 다양한 OEM 장비에 S88을 적용하기 위해서는 통합 층(Layer)을 만드는 것이 바람직하다. 중앙 제어와 관찰 및 감시 그리고 장비의 사용 및 일괄적 관리를 위해서다.
OEM 공급업체에게 제품을 무리하게 주문제작하는 것을 강요하지 않는 편이 좋다. 공급업체의 지원이나 교육, 제품의 품질, 추가적인 비용 등 다양한 측면에서 문제를 야기할 소지가 있기 때문이다. 판매자가 제공하는 표준형 제품을 사용하되, 통합 층을 사용하여 장비의 절차 및 방법을 OEM 장비 언어로 변환하는 것이 바람직하다. OPC나 XML 등 특정한 인터페이스를 사용해 장비 언어를 바꾸는 것. 통합 층은 ISA 95 레벨 2와 레벨 3 사이를 연결하는 유일한 수단이다.
2. 스키드 설계를 위한 팁. 모든 관의 흡입구와 배출구를 자체 밀봉한다. 또한 90° 각도로 휘어진 수평 관을 사용해 스키드의 한 면과 빠르게 연결해야 한다(편의에 따라 45° 각도로 휘어진 관을 사용하기도 한다).
화살표를 통해 흡입구와 배출구를 정확히 표시해야 한다. 흡입구와 배출구에 홈을 새기는 등 영구적인 표시방법을 강구해야 한다. 또한 스키드의 한 면에서 밸브를 제거할 때를 대비해 밸브에 접근하기 용이해야 한다.
스키드는 완전한 보호를 실현한다. 인터락(기계 각 부분이 정상적으로 작동하지 못하는 경우 기계적, 유·공압적 등의 방법에 의해 자동적으로 그 기계를 작동할 수 없도록 하는 기구. 출처 산업안전대사전) 기능을 활용하는 것도 바람직하다. 만약 문이 달려있다면 자연적으로 환기가 되어야 하며, 필요하다면 인위적으로 환기를 시켜준다. 보호장치는 부수적인 물리력에도 견딜 수 있을 정도로 견고한 것이 바람직하다.
비정기적인(혹은 평상시의) 공정 확인이나 디버깅 등, 측정 혹은 여타 기계적 작업을 관찰할 필요가 있는 곳에는 강화 안전유리로 만든 창을 도입한다.
3. 스키드 건설(Skid Construction). 건설에 사용된 자재가 의도한 공장 환경을 구현할 수 있는지 확인한다. 예를 들어 일부 시설에는 나무로 된 스키드 장비를 사용할 수 없다. 이럴 경우 사전에 대체재에 대한 확인이 필요하다.
4. 스키드는 래프팅과 유사하다. 스키드 접속 방식은 롤 성형(Roll Forming) 장비의 래프팅(고무보트에 여러 명이 탑승하여 물살이 빠른 계곡을 헤쳐 나가는 레포츠. 출처 스포츠 백과)작업과 그 형태가 유사하다. 롤 성형 라인에는 많은 요소들이 있지만, 전처리 장비로는 코일 처리기와 교정기를, 후처리 장비로는 용접기와 절단기, 디버거 그리고 적재기 등을 포함하는 것이 일반적이다. 모든 구성요소들은 변환이나 전환이 쉽다.
롤 성형에는 어느 정도의 시간이 걸린다. 각 롤에서 부품이 복제(복사)되며, 좌우의 롤 장비와 조종 및 연동된다. 한쪽 장비가 성형 작업을 하는 동안 다른 쪽에서는 전환 작업을 하게 된다. 한 생산라인 안에 있는 요소들이 복제 및 연동되는 작업은 흥미롭다.
연동 작업을 통해 장비가 제어하는 방식으로 각 요소들을 교체할 수 있는데, 이 작업에는 지게차의 도움이 필요없다.
5. 모듈형 설계. 스키드를 설계하는 가장 좋은 방법은 적절한 설계를 초기에 제시하여 설계가 필요한 영역에 대해 계획하는 것이다. 설계 단계에서 적절한 위치를 정하고, 여기에 맞추어 장비를 배치할 수 있다.
장비 및 기기의 설계자 및 기술자마다 스키드 설계방법이 다양하지만, 가장 좋은 접근법은 모듈형 배치를 제공하는 것이다. 이를 통해 향후 최소한의 노력만으로 설계에 변화를 줄 수 있다.
모듈형 설계가 최선의 설계법인 이유는 필요에 따라 배치를 바꿀 수 있다는 점에 있다.
6. 요소 및 부품을 기반으로 한 스키드 설계. 가장 중요하며 일반적인 구성요소를 기반으로 표준 스키드를 만든다. 여기서 일반적인 구성요소란 역삼투(RO)에 사용되는 막(즉, 역삼투막) 장치의 수나 여타 막 장치(Membrane System) 혹은 일반적인 용량의 기존 송풍기 및 탱크 등이 있다. 장치를 모의실험하여 선택한 장치가 작업 범위를 허용하는지의 여부를 확인하는 것이 바람직하다. 모듈을 병렬 혹은 직렬로 연결하면 기능을 높일 수 있다.
7. 컨테이너 틀(Container Frame)의 크기를 결정한다. 만약 이동식 장비를 원한다면 장비를 설계 혹은 선정할 때 컨테이너 틀 내부에 들어맞는 제품을 찾아야 한다. 일부 배관 장비는 틀 내에서 조립식 형태로(Pre-Engineered) 제작할 수 있다.
컨테이너 틀을 정하고 나면, 품질 기준을 충족하는지 확인하기 위해 지정된 작업장에서 설치 및 실험을 거친다. ▲시동장치 및 제어장치를 벽에 고정한다. ▲진공 펌프·진공 송풍기 장비 플러그를 장비의 공급 동력에 맞추어 꽂는다. 단. ▲보조 장치를 구비해 즉각 사용할 수 있도록 준비한다.
8. 구매 전에 실험 및 시운전을 거친다. 특정 제품을 지정하고 주문하기 전에 다양한 견본 장치를 조사하고 검사한다. 일부 제품은 온라인 등에 사양을 명시하고 있다. 따라서 네트워크에 접속함으로써 제품의 사양을 확인할 수 있다. 실험 및 시운전을 통해 장비의 표준화를 추진하라.
스키드 기반 장비의 일곱 가지 주요 이점
스키드 기반의 시스템들은 오늘날 제조 환경에서 다양한 이점을 자랑한다.
1. 확장이 용이하다. 시설을 개조할 때 기존의 설비를 쉽게 확장할 수 있다.
2. 공장 전체의 공정 동특성에 대한 설계에 유용하다. 스키드 기반의 시스템은 전체 작업량을 쉽게 재분배할 수 있어 제조과정을 더욱 효율적으로 만든다. 예를 들어, 정치세정 스키드를 전체 시스템에 포함하면, 공장 전역을 순환하며 세척할 수 있게 된다.
공정 동특성이란, 공정이 동적평형상태가 아닐 때 공정변수가 시간과 함께 변화하는 일 또는 상태를 동특성이라 하고, 동특성을 대상으로 하는 학문을 공정동특성이라고 한다(출처 두산백과).
3. 메인 시스템과 쉽게 연결 및 분리된다. 파이프라인의 수를 줄이고, 호스로 유연하게 연결한다. 상호 연결이 보다 빠르고 쉬워진다.
4. 새로운 장소나 장치에도 쉽게 적용할 수 있다. 다른 설비에서 사용하거나 기존의 장비를 대체할 경우에도 스키드 기반 장비를 사용할 수 있다.
5. 전용 제어 시스템으로, 고유의 강력한 통제력을 지닌다. 이는 중앙제어장치의 부하를 줄이는 역할을 한다.
6. 중앙제어장치와 쉽게 연결할 수 있다. 두 장비의 연동은 물론 명령, 처리, 상태 관찰 그리고 제어를 실현한다.
7. 모듈형 장비 설계를 지원한다. 하드웨어 제어뿐 아니라 소프트웨어도 제어할 수 있는 확장성을 제공한다. 스키드 기반의 시스템은 모든 재사용가능한 소프트웨어 자산을 활용할 수 있게 해줄 것이다.
