생산성과 포장 공정, 그리고 공장 전반의 통합 아키텍처

패키징은 제품 생산에 있어서의 최종 단계에 행해진다. 때문에 제조 시스템에서 포장 공정의 중요성이 간과되곤 한다. 제조 라인의 흐름을 실시간으로 100% 소화할 수 있는 포장 공정의 구축은 전체 제조 라인에서의 수직적이고 수평적인 통합 아키텍처를 통해 가능해진다. [편집자 주]

흔히 변화는 인생의 맛이라고 일컫는다. 그러나 고속 패키징 산업에 있어서 그 변화라는 것은 가벼운 또는 격심한 속쓰림을 유발하거나 때론 소화불량을 유발하는 것으로 알려져 있다.
왜냐하면 오늘날과 같이 경쟁이 극심한 상품 시장에서, 기업은 변화하는 소비자 욕구를 신속히 만족시킬 수 있도록 철저히 광범위한 종류의 제품을 공급해야 하기 때문이다.

예를 들어 초콜릿 생산자는 한입에 먹을 수 있는 사이즈, 미니사이즈, 일반사이즈, 킹사이즈의 캔디 바를, 그것도 같은 날에 동시에 생산해야 한다. 그래서 생산 시설은 빈번한 라인 변경을 감당할 수 있도록 유연해야 하고, 신제품을 용이하게 도입할 수 있도록 충분히 확장할 수 있어야 한다. 이러한 변화에 대응할 수 있도록, 패키징 서비스의 최종 수요자와 장비 공급자들은 확고한 토대가 필요하다.

그래서 이들은 이제 완벽한 통합 시스템을 찾아 로크웰 오토메이션과 같은 세계적인 공급업자에게 자문을 구하고 있다. 로크웰 오토메이션의 통합 아키텍처는 패키징 업무에 시스템 일관성과 유연성을 제공한다. 이를 통해, OEM과 최종 수요자도 기술적 생산성을 강화하고 투입 시간을 줄일 수 있으며, 신기술도 남보다 빠르게 적용할 수 있게 되었다.

다양한 부문, 공통적인 요구사항

패키징이란 소비자에게 도달하기 전에 제품을 박스나 병, 자루에 넣어 포장하는 행위를 말한다. 여기에는 미니 도넛에서부터 감기약, 어린이 장난감등 모든 것이 포함된다. 이외에도 패키징에는 포장지로 싸기(Wrapping), 판지 상자에 담기(Cartonning), 상자에 담기(Case packing), 화물 운반에 싣기(Palletizing) 등, 선적과 유통을 용이하게 하는 부가적인 일들이 포함된다. 패키징을 이용하는 경우는 주로 소비재, 식품 및 음료, 제약, 소규모 기계 산업 등 다양한 종류의 산업에서 찾아 볼 수 있다.

다양한 산업에서 패키징을 이용하지만, 패키징 기계 OEM과 위탁 패키징 업자, 일반 사용자들에게는 공통적인 요구사항이 있다.

1. 빨라진 생산 공정 만큼의 속도를 따라잡을 것.

제조업자들이 생산 공정을 능률화 해가면서, 더 빠른 속도로 더 많이 생산하는 방법을 터득하고 있다. 패키징 작업도 마찬가지로 처리량 증가를 실현해 이에 부합해야 한다.

2. 항상 준비할 것.

시장은 끊임없이 이동하고 있기 때문에 제조업자들도 끊임없이 적응하고 있다. 이는 즉, 패키징 기계도 마찬가지로 민첩해야 하고 아주 짧은 시간에 적응할 수 있어야 한다는 것을 의미한다. 어느 기업이 잠재시장이 이동하는 것을 보고 크기나 모양을 달리하여 어떤 것을 생산하고자 한다면, 패키징 작업도 마찬가지로 변해야 한다. 계약 제조업자나 패키징 업자에게는 특히 유연성이 중요하다. 이들은 일반 제조업자와 같은 설비를 사용하지만, 다양한 소비자 요구를 맞추기 위해 더 다양한 설비를 더 적은 규모로 사용한다. 이들에게는 빠르고 효율적인 전환이 필수적이다.

3. 전환시간을 제거할 것.

이것은 위에 나온 <항상 준비하라>를 논리적으로 확장한 것이다. 빈번한 라인 변경에 신속히 적응할 수 있도록, OEM은 운영자가 최소한으로 참여하여 제품A에서 제품B(그리고 C,D또는 E까지)로 이동할 수 있는 패키징 설비를 조달하도록 요구 받는다.

4. 비용(과 다운타임)을 줄일 것.

OEM과 제조업자들은 다양한 방식으로 비용을 절감하고자 한다. OEM은 엔지니어링 시간에 구조화되어 있는 비용을 관리하고, 끊임없이 변화하는 속도와 디자인, 처리량을 만족시킬 수 있도록 규모를 증감 할 수 있는 기계를 만들고 싶어한다. 제조업자들은 다운타임이 적고 공장 자원에 알맞은 설비를 찾고 있다. 또한, 이둘 다 국내 및 국외의 표준을 모두 맞출 수 있고 재현하는데 비용이 많이 들지 않는 시스템을 원한다. 지배적인 목표는 바로 보편적인 확장성과 최대한의 신뢰성이다.

아키텍처 구성요소

많은 공급자들이 앞서 말한 패키징 산업을 성공으로 이끄는 핵심 요소를 보여 주는 컴포넌트 설계 능력을 보여주었다. 단순히 기계에서 전자식 장비로 이동함으로써 어느 정도의 발전은 이루어졌다.

예를 들어, 과거에는 새로운 공구를 추가하거나 부품을 이동시키고 캠 위치를 다시 잡는 등의 전환 작업에 연장을 갖고 있는 기술자가 필요했다. 이제 전자식 기계는 소프트웨어 프로그램과 서보 모션 컨트롤을 이용해 아주 짧은 시간에 전환 작업을 수행 할 수 있다.
그러나 최대의 이익은 전체 패키징 애플리케이션과 그 개별 구성요소(I/O 블록, 광 센서, 드라이브, 안전요소 등)를 포함하고 있는 통합 아키텍처에서 나온다.

이외에 통합 아키텍처에는 기타 생산 영역의 작업에 대한 애플리케이션의 연결도 포함된다.
로크웰 오토메이션의 통합 아키텍처를 통해, 패키징 OEM과 제조업자는 앞서 말한 목표에 도움이 되는 몇 가지 특별한 기능을 얻게 된다. 이는 운전 및 기계 제어에 사용되는 단일 플랫폼, 공통의 프로그래밍 환경, 통합 처방 관리(Integrated recipe management), 공통 HM와 네트워크 서비스, 그리고 수직/수평적인 공장 전반의 통합 지원이다.

Logix 플랫폼으로 전체를 통합

통합 아키텍처는 모든 제어 기능을 동시에 여러가지 일이 가능한 단일 컨트롤러 플랫폼으로 연결하여, 시퀀스 운전 및 제어, 드라이브 제어를 처리한다. 로크웰 오토메이션은 이 통합 작업에 Logix 플랫폼을 사용하여, 더 높은 시스템 효율, 더 빠른 애플리케이션 개발 그리고 더 쉬운 유지보수 및 총 비용 절감 효과를 가져왔다.

모든 시스템 제어요소가 동일 한 하드웨어 샤시 위에 있을 뿐 아니라 동일한 다중 프로세서 제어 아키텍처내에 있기 때문에 패키징 시스템의 효율이 향상 될 수 있다. 운전 제어에 실시간 통신과 데이터 처리가 가능해져 더 정확히 생산 할 수 있고 처리량을 높일 수 있게 된다.

이 시스템을 로직 및 I/O용 고유 컨트롤러와 운전용 컨트롤러 두 개를 사용하는 재래 패키징 시스템과 비교해 보라. 이 두 컨트롤러는 배선과 시리얼 인터페이스 또는 기타 다른 통신 수단을 통해서 연결되어 있어야 한다. 이는 정보의 실시간 이용이 가능하지 않다는 것을 의미한다. 그 두 개의 시스템을 동기화 하고 프로그래밍하는 작업도 시간이 오래 걸리고 어렵다. 애플리케이션 프로그램은 고유 프로그래밍 패키지와 언어에 맞춰, 각 컨트롤러마다 따로 작성되어야 한다.

통합 아키텍처는 다중 서보 전동 장치의 고속 운전 피드백 통합을 지원한다. SERCOS는 여기에 신뢰할 수 있는 광섬유 인터페이스를 제공하는 표준으로, ControlLogix SERCOS 지원은 패키징 산업에 주요한 장점이 되고 있다. 이를 통해 애플리케이션에 필요한 최대한 많은 수의 서보 축이 가장 빠른 시간에 반응할 수 있다.

RSLogix5000으로 프로그래밍 간소화

공통 프로그래밍 환경과 단일 프로그래밍 패키지를 이용해, Logix 플랫폼은 개별 운전 및 시퀀스 프로그래밍 툴을 구입하거나 관리할 필요성을 없앤다.

Rockwell Software의 RSLogix 5000은 그 두 가지 작업에 대한 명령을 통합하여 애플리케이션 프로그래밍을 간소화하고 시스템 효율을 향상시켰다.

또한 개발 툴을 공유함으로써 엔지니어링 지원의 재 사용이 가능하다. 예를 들어, 어느 기업이 공급 라인을 한 개에서 세 개로 확장해야 한다면, 간단히 필요한 프로세서를 추가하고 코드를 복사해서 넣기만 하면 된다. 프로그래밍은 몇 분만에 완성된다. 확장이 용이한 아키텍처를 이용해 기업은 작업 반복과 재교육을 피할 수 있고, 설계에 들어가는 수고를 대폭 줄일 수 있다. RSLogix 5000은 모터와 전동 장치의 모든 매개 변수를 운전 축 구성의 일부로 정의하며, Logix 컨트롤러는 출력 시 SERCOS 인터페이스를 통해 자동적으로 전동 장치를 구성한다. 이를 통해 사용자가 거의 구성을 건드리지 않고, 전동 장치가 박스에서 바로 출력이 될 수 있다. 이와 더불어, 신속한 프로파일 변경이 가능한 MCCP(Motion Cam Calculate Profile)과 MAPC(Motion Axis Position Cam)래더 명령을 이용해, 복합 운전 프로파일을 간소화할 수 있다.

Recipe 제어를 통해 전환 속도 증가

통합 처방(Recipe) 관리는 패키징 산업에서 전환시간을 줄여준 또 하나의 발전이라 할 수 있다. 특정한 처방에 쓰이는 여러 가지 설정을 줄이고 관리함으로써, 기업은 라인 변경 시마다 기계를 바꾸는 느리고 반복적인 과정을 피할 수 있다. 그래서 수직 ‘형체를 만들고, 채우고, 봉하는(Form, Fill and Seal)’ 기계에 있는 5cm 백(Bag)을 10cm 백으로 바꾸는 일은, 공학적 설계 작용이 아닌, 간단히 “버튼 두 세 개를 누르는” 작업이 된다.

처방(Recipe) 관리는 자체 컨트롤러와 소프트웨어 패키지가 포함된 독립적인 기능이었다. 통합 아키텍처에서 엔지니어는 Allen-Bradley의 PaneView HMI나 RSView, 더 복잡한 시스템에는 RWBatch 소프트웨어를 사용하여 Logix 플랫폼 안에서 지시서를 관리할 수 있다. 이 기능을 통합하여 지시서와 운전제어간 인터페이스는 동일한 백 플레인(Backplane)에 놓이게 된다. 이것은 지시서 접근과 행동개시 사이에 존재하는 지연시간을 대폭 줄여준다.

공통의 네트워크, 시각표시

운전, 지시서, 시퀀스 제어가 각기 분리되어 있는 기존 패키징 애플리케이션에서는 최종 수요자가 여러 개의 HMI 솔루션을 사용할 수 밖에 없다. 또한 애플리케이션의 규모에 따라서는 다양한 소프트웨어 라이센스와 전문 기술을 갖고 있어야 한다. 여러 플랫폼간의 갭을 메우는 작업은 결국 훈련 비용을 증가시키고 생산성과 연결 능력을 떨어뜨리며, 맞춤과도 어렵게 한다.

로크웰 오토메이션은 확장성을 갖춘 통합 모니터링/제어 솔루션을 공급하기 위해 ViewAryWare전략-통합 아키텍처의 시각표시 부문을 발전시켰다. 모든 ViewAryWare제품은 하드웨어와 플랫폼으로부터 독립적이며 RSView Studio를 중심 구성환경으로 개발되었다. 이를 통해 대폭적인 비용절감과 개발 시간 단축이 가능하며 상이한 플랫폼에서도 애플리케이션을 재사용할 수 있다.
통신 부문에서는 NetLinx가 통합 아키텍처의 개방형 네트워크 전략이다. 산업 애플리케이션용으로 설계된 NetLinx는 공통으로 적용되는 기능을 제공하여, 빠르고 정확한 제어를 위한 데이터 교환, 시스템과 디바이스 구성, 추세분석을 위한 데이터 수집이 가증하다.

NetLinx는 시스템 장애를 제거하는 고성능의 결정론적인 분산솔루션을 공급하기 위해 생산자/소비자 네트워크 기술을 이용한다. Logix 샤시 안에서 NetLinx는 다중 프로세서와 네트워크, I/O가 제한없이 섞일 수 있도록 한다. 그리고 시스템이 커짐에 따라, 추가 샤시에 제어기능을 분산시킬 수 있도록 ControlNet이나 EtherNet/IP가 연결 기능을 제공한다.

수평적 수직적 통합

패키징 기계의 모든 요소를 통합하는 것이 이익이 되는 것처럼, 공장 전반의 모든 설비 부문을 연결시키는 것도 마찬가지다. 이러한 수평적 통합을 통해 패키징 부서는 시리얼을 만드는 단위 공정과, 패키징 용 상자를 기다리는 선적부서와 의사소통을 할 수 있다. 이제 더 이상 공장의 업무 영역은 서로 고립되어 있지 않다. 각부서는 다른 부서가 무엇을 하고 있는지 알고 있으며, 빠르게 변화에 적응할 수 있다.

정보도 역시 생산 영역에서 비즈니스 시스템까지 이어질 수 있어야 한다. 이러한 수직적 통합의 주요 목표는 실시간으로 정보를 수집하여 생산성과 고객서비스를 향상시키는 것이다. 예를 들어, PC이용이 가능한 공장 관리자가 사무실에 앉아 어떤 생산 라인의 전반적인 작동 상태를 확인하여 그것이 최대 생산효율을 내고 있는지, 아니면 필요한 경우 그렇게 되도록 할 수 있다.

통합 아키텍처는 개방형의 전문 시스템 하드웨어, 소프트웨어, 네트워킹 기술을 혼합 사용하여, 수직적, 수평적으로 데이터를 수집하고 공유할 수 잇는 수단을 제공한다. 또한 생산에 방해가 되는 비효율성을 제거 하도록 정보를 제공한다. 이외에도 통합 아키텍처는 교육, 구성 및 유지보수에 관련된 장기적인 비용을 절감하고 운영상의 탁월함과 효율성을 강화한다. 하지만 무엇보다도 제 1의 장점은 더 많은 제품의 생산, 패키징, 서적 능력을 갖춘 통합된 설비이다.

로크웰 오토메이션의 통합 아키텍처는 패키징 산업의 발전을 저해하는 도전 과제에 대한 직접적인 해답이다. 이것은 변화에 대비한 확고한 토대를 제공하며 오늘날 패키징 산업에서 필요한 용이한 운영 능력에 도움이 된다. [자료제공: 로크웰삼성오토메이션]