자원 효율성을 높이는 생산 관리

MES(Manufacturing Execution System, 생산 관리 시스템)로 생산 계획을 개선할 수 있으며, 개선된 계획을 통해 필요한 노동력과 사용 면적을 줄일 수 있다. 공구 마모를 제 때 인지하면 더 이상 많은 불량품을 생산하지 않게 되며, 이는 재료와 에너지 소비를 줄일 수 있다.

라인홀드 셰퍼(Reinhold Schäfer)

2017년 9월 2일, 이른바 „지구 과부하의 날“이 다시 되돌아왔다. 독일 Eco 뉴스에 따르면, 같은 기간에 재생되는 만큼만 사용한다면, 지구의 인구가 수치상으로 사용 가능한 올 한해 가용 자원을 이날까지 전부 사용한 것이다. 전년도에 비해 올해 지구 과부하의 날이 일주일 정도 빨라졌다. 과부하가 그만큼 증가 추세인 것이다. 우리의 후손을 위해서, 아니 비용 때문이라도 자원과 에너지를 아끼는 것이 더욱 중요하다.

그래프로 에너지 소비와 기계 상태의 상관 관계를 확인할 수 있다.

제조 업계에서 자원과 에너지를 아끼는 방법에는 어떤 것들이 있을까? MPDV GmbH 대표인 공학박사 위르겐 클레티는 다음과 같이 답하였다. „MPDV의 Hydra 같은 MES는 제조회사가 보다 효율적으로 생산할 수 있도록 지원합니다. 예를 들어 불량품을 카테고리화하여 불량품 누적을 감지하고 적절히 멈추게 합니다. 이후에는 점점 많은 정상적인 상품이 생산되기 때문에 이 방법으로 자재를 아낄 수 있습니다.“ 또 다른 예시로는 기계가 작동 중단하는 이유를 분석하는 것이다. „여기서도 생산 절차 중단을 자주 초래하는 이유를 식별할 수 있습니다. 셧다운을 줄이게 되면 전체 생산 시간이 짧아진다는 의미이고 에너지 소비도 줄어듭니다. 대부분의 기계는 대기 상태에서도 에너지를 계속 소비합니다. MES가 다양한 유형의 낭비를 발견하고 이를 제거하는 방법을 지원하는 사례가 있습니다.“

 

공학박사 위르겐 클레티 교수, MPDV GmbH 대표: “절감 효과의 정도는 사용자가 MES를 도입하기 이전에 얼마나 효율적으로 작업했었느냐에 따라 크게 좌우됩니다. 대체로 MES Hydra를 통해 5 ~ 25%의 효율성이 증대됩니다.“

MPDV사는 에너지 효율성 및 자원 효율성과 관련하여 많은 경험이 있는 Hydra 사용자를 충분히 확보하고 있습니다. „작업 현장의 투명성 증대와 에너지 및 자원 효율성도 MES의 목표입니다. MES Hydra는 전세계적으로 1,000개 이상 설치되었습니다. 절감 효과는 사용자가 MES를 도입하기 이전에 얼마나 효율적으로 작업했었는지, 이에 따라 크게 좌우됩니다. 대체로 MES Hydra를 통해 5 ~ 25%의 효율성이 증대됩니다.“(위르겐 클레티)

MES를 도입하면 자재뿐만 아니라 에너지도 절감할 수 있다. „두 가지 관점으로 볼 수 있는데, 첫째로, Hydra는 기계와 시스템의 에너지 소비를 파악한 후 절감 잠재력을 확인할 수 있습니다. 두 번째로 불량이나 작동 중지를 줄여 특정의 품목을 제작하는 데에 에너지를 덜 소비하게 됩니다.“

MPDV의 위르겐 클레티는 사용 업체 한 곳을 예로 들었다. „에너지 관리에 대한 구체적인 사례가 플라스틱 처리업체 Ruch Novaplast입니다. 이 업체는 제조 공정에 증기와 압축 공기를 사용합니다. Hydra는 각각의 기계에서 증기와 압축 공기 소비량을 파악하고 이 값을 주문에 따른 규정값과 비교했습니다. „소비량이 갑자기 커지면 라인 시스템에 누출이 있는 것으로 추측할 수 있습니다. Hydra로 이러한 누출을 신속하게 감지하고, 감지 부위를 차단할 수 있었습니다.“ 이로써 Ruch Novaplast는 압축 공기와 증기 생산을 위한 에너지 비용을 현저하게 낮추었다. 하지만 아쉽게도 Ruch Novaplast는 절감된 정확한 값은 밝히진 않았다.

이제는 에너지 데이터를 평가할 수 있다

Hydra-EMG의 데이터 구조 최적화로 Ruch Novaplast는 많은 양의 에너지 데이터를 더욱 효과적으로 평가할 수 있었다. 또한 새로운 어플리케이션은 한 작업 위치에서 해당 기계 상태와 관련하여 에너지 소비가 어떻게 발생하는지를 산출한다. 이는 셋업, 생산 또는 정비 시 에너지 소비를 차별하여 평가할 수 있다. 정해진 주기로 에너지 소비를 줄이고 총합, 평균, 극한값을 출력하는 것도 또 다른 새로운 기능이다.

MES를 이용한 에너지 관리

MPDV에 따르면 에너지 소비를 산출하는 기능을 MES에 통합하면 많은 장점이 뒤따른다고 한다. 사용자는 에너지 소비를 주문 데이터와 기계 데이터와 관련 짓는 것 외에 이미 존재하는 산출 방법과 에너지 데이터 인터페이스도 사용할 수 있다. MPDV에 따르면 도입 초기뿐만 아니라 운전 중에도 시너지 효과로 인해 비용이 낮아진다고 한다.

라파엘로 레프라티, 이탈리아 Siemens PLM Software 생산 운영 관리를 위한 비즈니스 개발 및 마케팅 부사장: „MES 시스템은 시스템 효율성과 자원 효율성에 확실히 기여할 수 있습니다. 특히 MES 시스템이 디지털 트윈의 일부로 사용되는 경우에 더욱 그러합니다.“

이탈리아 Siemens PLM Software 생산 운영 관리를 위한 비즈니스 개발 및 마케팅 부사장인 라파엘로 레프라티도 이에 대해 확신을 가지고 있다. „MES 시스템은 시스템 효율성과 자원 효율성에 확실히 기여할 수 있습니다. 특히 MES 시스템이 디지털 트윈의 일부로 사용되는 경우에 더욱 그러합니다. 디지털 트윈(제품과 생산 공정을 가상으로 묘사하는 것)은 실제 생산 세계에서 성능을 제어하고 최적화합니다. 데이터 정확도가 높을수록 개선 잠재력이 더욱 커집니다.“

MES 시스템은 디지털 트윈을 보완한다

공장에서 MES 시스템의 사용이 증가함에 따라 물리적인 제품의 제조에 대한 데이터 양도 커지고 있다. 이러한 데이터 수집은 더 이상 수동으로 그리고 종이에 출력하는 방식으로 처리할 수 없고, 디지털 방식으로 처리해야 한다. 이를 위해 PLC (Programmable Logic Controller), 측정 센서, 압력 게이지 그리고 IoT 장치와 같은 고급 센서 기술을 사용한다. „이 실시간 데이터는 지속적으로 가상 세계로 전송됩니다. 실제 세계인 조립 라인의 문제는 생산 중에 가상 세계인 작업 지시를 변경하게 합니다. 이는 프로세스 계획에 대한 최적화 조치입니다. 데이터가 실제 세계에서 가상 세계로 들어가면서, 실제를 보다 정확하게 묘사하는 데에 기여하고, 실제 세계를 개선하면서 완벽한 순환을 형성합니다.“(라파엘로 레프라티)

LNS 리서치에 따르면 기업들의 43%가 지속적인 프로세스 개선을 위한 토대로 분석을 이용하지만, 이들 가운데 20%만이 생산 데이터 평가를 기반으로 실시간 경고를 사용한다. „시스템 성능 관리는 구체적이고 상대적으로 단기간에 장점을 제공하며 따라서 디지털 기업으로 가는 훌륭한 첫 걸음입니다. 올바른 의사 결정권자에게 그 가치를 납득시키는 강력한 논거가 되기 때문입니다.“(라파엘로 레프라티)

Siemens PLM Software 라파엘로 레프라티에 따르면 이태리 자동차 메이커 Maserati에서는 에너지와 자원 효율성의 경쟁력에 있어서 결정적이라고 한다. „MES 덕분에 Maserati는 동일한 품질로 이전보다 세 배 많은 자동차를 생산합니다.“ 암베르크와 중국 청두의 Siemens 공장에서는 MES가 전체 생산 공정을 관리한다. 여기서 수집된 데이터는 디지털화의 근거가 된다. 암베르크 공장은 전체 시스템 효율 75%에 초과 용량을 위한 20%의 버퍼를 갖추고 있다. „이러한 정도의 부가가치는 핵심 프로세스를 정확하고 분석하고 단계적으로 최적화하는 경우에만 가능합니다.“(라파엘로 레프라티)

여러 기계에 사용하는 동일한 공구

하이키키 할릴라, Fastems Systems GmbH 대표: „MMS를 통해 자원 절약 차원에서 이미 긍정적인 경험을 한 일련의 사용자들이 있습니다.“

Fastems Systems GmbH의 대표인 하이키키 할릴라도 낭비가 없는 생산이 관건이라면 MES가 적합하다고 강조한다. „자동화된 생산 프로세스의 계획, 조절, 시각화 및 모니터링을 위한 Fastems의 생산 관리 소프트웨어 MMS (Manufacturing-Management-Software)는 생산 중 자원 절감의 우수 사례입니다. 이 소프트웨어는 현재 주문 상황과 제조 상황 그리고 이에 필요한 모든 자원을 이용하여 생산을 계획합니다. MMS에 통합된 공구 관리를 통해 중앙 공구 스토리지와 연동하고 동일한 공구를 여러 기계에서 공유할 수 있습니다.“ Fastems에서는 이를 공구 스토리지 CTS (Central Tool Station, 중앙 공구 스테이션)라고 한다. 하이키키 할릴라에 따르면 값비싼 대체 공구에 투자하지 않아도 된다고 한다. „기계 측 공구 슬롯이 가공 작업에 대해 충분하지 않은 경우에 이러한 방식이 유용합니다.“

„이미 MMS로 자원 절약 차원에서 긍정적인 경험을 한 일련의 사용자들이 있습니다. 그러나 이러한 경험은 개별 제조 상황에 크게 의존하므로, 보다 정확하게 상술할 수가 없습니다.“(하이키키 할릴라) 하이키키 할릴라는 MES로 에너지를 절감하는 것에 대해서는 오히려 회의적이다. „Fastems의 유연한 생산 시스템을 선택하는 고객들은 대부분 생산 유연성이 높아 생산성에 확실히 이익이 된다는 점에 관심이 있으나, 에너지 절감 효과에는 크게 관심을 두지 않습니다. 이와 관련하여 알고 있는 구체적인 사례는 없습니다.“

운영 및 분석 도구 Shopfloor Management Cycle의 목적은 전체 시스템 효율을 높이는 것이다.

생산 투명성은 높은 전체 시스템 효율(OEE)를 위한 기본 전제 조건이다. 이것이 Bosch의 운영 및 분석 도구 SMC (Shopfloor Management Cycle)의 목표이기도 하다. 이 도구는 운전과 기계 데이터를 묶고 투명하게 묘사하여 현재 OEE를 확인할 수 있다. SMC를 이용하여 생산 개수, 택트 타임 또는 사이클 타임의 규정 상태와 실제 상태를 비교하여, 결과는 파레토 차트 등을 이용하여 한눈에 보여줄 수 있다. 작동 중지나 제품 정체와 같은 오류는 이 데이터를 바탕으로 쉽게 식별하고 신속하게 제거할 수 있다. 또한 이 도구로 생산 계획 및 생산 공정을 수월하게 최적화할 수 있다. „생산 책임자는 추가적인 ‚관리 뷰‘ 기능으로 시스템 상태를 언제 어디서든 확인할 수 있습니다.“(Dr. 슈테판 쾨니히, Bosch Packaing Technology 분과위원회 위원장)

Dr. 슈테판 쾨니히, Bosch Packaing Technology 분과위원회 위원장: „Bosch의 모든 인더스트리 4.0 응용 사례는 인간을 중심에 두고 있습니다. 기계 조작자, 서비스 기사, 정비 기사는 그들의 일상 작업에서 최상의 지원을 받습니다. 그리고 업무를 보다 빠르고 효율적으로 처리할 수 있습니다.“

Bosch의 에너지 모니터링을 사용하면 생산의 총 에너지 소비를 한 눈에 확인할 수 있다. 해당 센서들이 전류 또는 압축공기 등의 소비량을 산출한다. 측정된 데이터는 에너지 모니터링 플랫폼에서 처리되어 일목요연하게 묘사된다. 변동, 피크 부하 및 비정상적인 사항을 식별할 수 있고 에너지 및 비용 절감 잠재력을 도출할 수 있다. 이용자는 각 기계의 에너지 소비를 포괄적으로 들여다볼 수 있다. 에너지가 어느 곳에서 불필요하게 소비되는지, 시스템이 어느 곳에서 충분히 활용되지 못하고 있는지 확인할 수 있다. 압축 공기가 누출되어 많은 양이 소비하는 경우 오류를 신속하게 식별할 수 있다. 작업자는 이상 여부를 탐색하는데 드는 시간을 줄이고, 불필요한 에너지 비용을 방지하여 시스템 활용도와 성능을 높일 수 있다.

계속 진행 중인 기술 발전

“우리는 인더스트리 4.0 기술 외에 미래의 네트워크화된 공장을 위한 새로운 솔루션을 계속 개발하고 있습니다. 너무 멀지 않은 미래에 기계에 훨씬 더 많은 지능을 들여와, 독립적으로 변화에 적응하고 장애를 방지하거나 제거할 것입니다.“(슈테판 쾨니히) 예를 들면 수직 포장기에 센서를 통합하여 제품 낙하를 정확하게 감지하면, 실링 동작과 조합식 계량기를 적절히 자동으로 조정할 수 있다. „이를 통해 횡방향 이음으로 기계 속도를 최대화할 수 있습니다. 새로운 차원의 생산성이 달성되는 것입니다!“