최신 제조 IT를 위한 구성 요소

지금까지는 제조 현장의 효율적인 제조 계획을 위해 MES(생산관리시스템)가 필요했다. 하지만 인더스트리 4.0과 개별 소량 생산 시대에는 까다로운 요건을 충족하는 프로세스와 기능을 구비한 스마트 팩토리가 필요하다.

 

나탈리 클레티(Nathalie Kletti): MPDV Mikrolab GmbH 사업 개발부 부사장

 

MES(생산관리시스템)는 효율적인 제조와 숍플로어의 투명성을 제공하는 만물의 척도였다. 하지만 현대식 제조업체들이 스마트 팩토리를 염두에 두고 있다면, 현재의 MES가 제공하는 것 이상의 것을 필요로 한다. 이때 목적 지향적인 VDI 가이드라인 5600의 시각이 제조의 IT 필요성을 파악하고 적합한 응용으로 뒷받침하는 데에 적합하다. MPDV가 제공하는 스마트 팩토리 요소들은 제조 IT에 대한 이러한 목적 지향적인 시각을 확장하고 동시에 스마트 팩토리에 대한 새로운 요건을 제시한다. 다년간의 시장 경험을 기반으로 다섯 가지 요소, 즉 플래닝 & 스케줄링(Planning & Scheduling), 실행(Execution), 분석(Analytics), 예측(Prediction), 산업 사물인터넷(IIoT)을 제시한다. 이러한 스마트 팩토리 요소들은 인더스트리 4.0 비전을 실현하고, 제조업체들은 복잡한 한계 조건에서도 생산 경쟁력을 유지할 수 있다.

 

제어 루프를 이루는 스마트 팩토리 요소

스마트 팩토리 요소의 제어 루프는 다양한 소스의 규정을 기반으로 생산을 계획하고(Planning & Scheduling), 이후 이러한 계획을 이행하고 실행한다(Execution). 이때 수집하는 데이터를 분석하고(Analytics) 거기에서 다른 인식과 함께 다시 계획에 반영할 수 있는 예측을 도출한다(Prediction). 산업 사물 인터넷은 데이터 수집과 제공을 통해 이러한 루프를 지원한다. 이 작업의 일부는 MES로 매핑할 수 있다. 다른 요소들에 대해서도 점진적으로 새로운 제품들이 출시될 것이다.

스마트 팩토리를 구성하는 다섯 가지 분야가 제조 IT (예, MES)에 대한 현대적 시각을 가능하게 한다.

다음은 실제에 가까운 시나리오이다. 맨 처음 „플래닝 & 스케줄링“ 요소에서 상위 ERP 시스템으로부터 제조 주문이 들어오면 „분석“과 „예측“ 요소의 결과와 함께 적합한 플래닝 도구에 로드 된다. 예를 들어 „분석“에서 품목 A를 기계 2보다 기계 1에서 30% 정도 더 효율적으로 제조할 수 있다는 점을 파악된다. „예측“에서 기계 3이 볼 베어링 마모로 인해 앞으로 3일 안에 고장 날 확률이 75%라고 예상된다. 따라서 작업자는 작업 준비 과정에서 품목 A에 대해 넘겨 받은 주문을 기계 1에서 계획하고 다른 주문은 남아 있는 기계에 분배하도록 결정한다. 동시에 기계 3에 대해서는 볼 베어링을 점검하고 경우에 따라 교체하기 위해 이틀 후 정비를 할 수 있도록 계획한다. 얼마 전 품질 관리 분야에서는 모든 품목을 500번째마다 치수를 점검해야 하는 것으로 지정하였다.

 

플래닝은 제조 단계로 간다

이후 플래닝은 다음 요소인 „실행(Execution)“으로 넘어간다. 작업자들은 대기 중인 주문을 보고 선행 주문이 완료되면 이를 등록한다. 동시에 각각 테스트 주문이 등록된다. 이제 연속적으로 현재 지수와 주문 진행 상황이 나타난다. 첫 번째 500개 제조되면 작업자에게 테스트가 대기 중이라는 점을 알린다. 작업자는 해당 부품을 꺼내 디지털로 연결된 버니어 캘리퍼로 지정된 특성을 검사한다.

이 시스템은 진행 중인 생산 데이터뿐만 아니라 품질 검사 결과도 „IIoT“를 통해 수집한다. 측정된 값이 규정 값과 차이가 나면, 생산이 중단되고 해당 기계의 설정을 점검하여 경우에 따라 수정을 위해 설비 기사에게 통보한다. 주문이 완료되면 그 다음 주문이 바로 등록된다. 그 다음 날에는 유지보수 직원이 오고 기계 3에서 대기 중인 정비 작업을 처리한다. 이때 유지보수 기사는 작업 시간을 스마트폰 App에 기록한다.

 

분석 결과는 생산성을 보여준다

책임자는 사무실에서 „분석(Analytics)“을 이용하여 현재 근무조의 생산성과 산출량에 대한 개요를 알아본다. 동시에 최근 며칠 동안 기계 장애를 분석하고 이를 수집한 프로세스 데이터와 품질 데이터와 연결한다. 이때 책임자는 품목 A를 더욱 효율적으로 제작하기에 기계 5도 더욱 적합하다는 것을 알게 된다. 작업자는 이러한 인식을 „플래닝 & 스케줄링“에 다시 반영한다. 이 분석 과정에서 즉각적인 개입이 필요한 상황이 발생하면, 이를 바로 „실행“ 단계에 전달한다.

             „예측“ 역시 „실행“에서 수집한 데이터로 작업하고 연속해서 기계 장애 확률을 계산한다. 시스템은 해당 기계와 공구 정비를 미리 계획할 수 있도록 여기서 얻은 데이터를 „플래닝 & 스케줄링“에 전달한다. 또한 회사도 새로운 어플리케이션인 예측 품질(Predictive Quality)을 이용한다. 품목 A 제조 시 수집한 공정 값은 각 부품의 품질을 예측할 수 있는 토대를 형성한다. 한 품목이 양호 확률이 높은 것으로 예상되면, 이를 다음 작업 단계를 위해 박스에 로드 한다. 불량으로 예상되는 부품은 즉시 리사이클링 박스로 내보낸다. 다른 모든 부품은 육안 검사를 거쳐 양호 또는 불량으로 분류한다. „예측“ 단계의 결과는 바로 „실행“ 단계에 반영된다.

 

숍플로어의 투명성과 효율성 증대

이 모든 것이 기능하기 위해, „IIoT“가 기계 연결을 담당하고, 작업자에게 입력 마스크가 제공되며 숍플로어에서 필요한 모든 문서와 설정 데이터가 전달된다. 앞서 언급한 많은 예시들이 사소하게 보이더라도, 스마트 팩토리 요소를 이용하여 이러한 예시들을 묘사함으로써 응용 사례들의 네트워킹과 절차들의 맞물림이 증가하고 결국 새로운 시각이 숍플로어에서 투명성과 효율성 증대에 기여하게 된다. 현재의 MES 기능 범위가 이미 위에서 언급한 응용 사례의 일부를 커버한다. 특히 „분석“과 „예측“을 위해 기존 데이터로부터 많은 인식과 예측을 위한 새로운 방법과 도구가 필요하다(예: 예측 품질).

             스마트 팩토리는 전통적인 MES보다 더 많은 것을 커버한다. 동시에 낡은 기술을 도태시키고 적용 사례들을 통해서 새로운 부가가치를 형성한다. 또한 인더스트리 4.0 시대에 제조 IT의 본질적인 과제들에 초점이 맞추어지고 있다.

 

하노버 박람회

스마트 팩토리의 새로운 모델

제조업체들이 스마트 팩토리로 가기 위해서는 혁신적인 어플리케이션과 IT 도구가 필요하다. 하노버 박람회 2019에서 MPDV가 폭넓은 포트폴리오를 이용하여 어떤 가능성이 있는지를 7번 홀에서 선보였다.

MPDV는 혁신적인 제조 IT 모델을 이용하여 현대식 MES(생산 관리 시스템)로 충족할 수 있는 스마트 팩토리 요건에 대한 새로운 시각을 제시하였으며, MES의 새로운 기능과 고급 기능에 초점을 맞추었다. 박람회의 또 다른 하이라이트는 현재 제조 IT 생태계에 기반을 두고 형성되는 혁신적인 MIP(생산 통합 플랫폼)이다.