유연성 갖춘 포장을 향한 패스트 트랙

지능형 운반 시스템

식품과 음료로부터 화장품과 그 이상에 이르기까지, CPG(소비자 패키지 상품) 생산자들은 지속적으로 확장 중인 포장 옵션들을 요구하고 있다. 머지 않아 서보 제어 방식의 컨베이어조차도 비용 효율적인 방식에서 보조를 맞출 수 없게 될 것이다. 그러나 독립적 셔틀을 갖춘 지능형 운반 시스템은 생산 프로세스를 훨씬 더 민첩하게 만들고 동시에 자산 효율성을 개선할 것이다.

The fast track to flexible packaging
The fast track to flexible packaging

“소비자 상품 생산자들은 상이한 종류의 포장, 상이한 적재 배열 그리고 상이한 제품 내용까지도 수용해야 할 필요가 있습니다.” B&R의 포장 산업 글로벌 기술 부장 Maurizio Tarozzi는 설명한다. 이로 인해 기계 제작자들에게는 신속한 전환과 극단적인 유연성의 제공이라는 도전 과제가 주어진다.

“오늘날의 많은 기계들은 어느 정도까지는 이러한 유연성을 발휘할 수 있습니다.” Tarozzi는 말한다. 그러나 기계의 복잡성에 새로운 옵션이 추가될 때마다 기계 효율성은 잠식되고 궁극적으로 총 소유 비용에 영향을 미치게 된다.

제 1 단계: 서보 드라이브 기술
“보다 유연한 포장 기계에 대한 주요 전환점을 목격하는 것은 이번이 처음이 아닙니다.” Tarozzi는 말한다. “여러 해 전에 우리는 기계식 캠으로부터 현대식 서보 기술로의 전환을 목도하였습니다.” 유연성과 최적화된 OEE(전반적 설비 효율성)에 대한 수요가 지속적으로 증가함에 따라, 기계류도 자체 진화에서의 다음 단계로 들어설 때가 되었다고 Tarozzi는 말한다.

전통적인 포장 라인은 두 가지 중 한 방법으로 설계될 수 있다. 하나는 간헐적 방식으로써, 제품은 충전, 접착, 포장의 각 스테이션으로 운반되고, 각 단계마다 정지하게 된다. 이 접근 방식의 단점은 사이클 타임이 가장 늦은 스테이션에 의해 결정된다는 점이다. 또 하나의 가능성은 연속 동작으로써, 여기에서는 스테이션들이 컨베이어와 함께 움직인다. 충전 캐러셀(carousel)은 좋은 실례이다.

마그네틱 셔틀(shuttle)은 트랙에 용이하게 추가하고 제거할 수 있다.
마그네틱 셔틀(shuttle)은 트랙에 용이하게 추가하고 제거할 수 있다.
셔틀은 다른 것과 독립적으로 속도를 바꾸거나, 정지하거나 심지어 후진할 수도 있다.
셔틀은 다른 것과 독립적으로 속도를 바꾸거나, 정지하거나 심지어 후진할 수도 있다.

제 2 단계: 지능형 운반 시스템
“종래의 서보 기술을 이용하면 사용자는 두 가지 방식 중 하나를 선택해야 했습니다.” Tarozzi는 설명한다. “그러나 이들을 혼합하는 것도 가능합니다. 바로 여기에서 긴 고정자(long-stator) 리니어 모터 기술이 역할을 하게 되는 것입니다.” 이러한 시스템은 타원형의 트랙 형태로 된 모터 고정자와 다수의 셔틀로 구성된다. 가장 발전된 설계에서, 셔틀은 자기력 만에 의해 트랙 상에 고정되고 전기자기적 방식으로 추진된다.

“여기에서의 큰 장점은 각각의 셔틀을 다른 것과 독립적으로 움직일 수 있다는 것입니다” Tarozzi는 말한다. 셔틀은 다른 속도로 이동할 수 있고, 정지하거나 심지어 후진할 수도 있다. 속도와 가속도는 해당 생산 단계에 적응된다. “제품, 프로세스 및 기계의 이러한 분리는 유연성과 생산성에 있어서 전혀 새로운 가능성을 열어줍니다.” 셔틀의 움직임은 CNC나 로봇 어플리케이션에서 추가적인 축으로써 이용될 수도 있다.

감소된 사이클 타임
동적 가속도를 감안할 때, 지능형 운반 시스템은 포장 사이클 타임을 극적으로 감축할 수 있으며, 때로는 절반까지 줄일 수 있다. “프로세스를 기계적 설계로부터 격리시킨다면, 운동 궤적은 기계의 물리적 제약이라기 보다는 각 개별 제품에 의해 정의됩니다.” Tarozzi는 설명한다.

지능형 운반 시스템은 현저히 증가된 생산 속도에도 불구하고 포장 프로세스 자체에 대한 어떠한 변경도 요구하지 않는다. 시스템이 하는 것은 프로세스의 각 단계 사이에서 품목이 운반되는 방식을 최적화하는 것뿐이다. Tarozzi는 요약한다. “본질적으로 지능형 운반 시스템은 사용자로 하여금 비동기 프로세스의 동기화를 허용합니다.”

셔틀은 CNC나 로봇 어플리케이션에서 추가적인 축으로써 이용될 수 있다.
셔틀은 CNC나 로봇 어플리케이션에서 추가적인 축으로써 이용될 수 있다.

신속한 전환
“높은 생산 속도는 훌륭한 점이지만, 우리가 이야기하고 있는 유연한 생산과 OEE(전반적 설비 효율성) 개선을 위해서는 높은 생산 속도를 빠른 전환과 조합할 필요가 있습니다.” Tarozzi는 지적한다. 지능형 운반 시스템이 신속한 전환에 기여하는 방법에는 두 가지가 있다. 일면에서, 지능형 운반 시스템은 전환 작업의 대부분이 소프트웨어 형태로 맵핑되는 것을 허용한다. 다른 한 편에서, 자기식 이동 장치는 트랙에 대한 추가와 제거가 매우 용이하다.

SuperTrak 시뮬레이션 툴은 동기화된 로봇까지도 감안한다.
SuperTrak 시뮬레이션 툴은 동기화된 로봇까지도 감안한다.

높은 신뢰성
지능형 운반 시스템은 또한 기계 구조를 크게 단순화한다. 지능형 운반 시스템은 모터 구동 체인, 벨트 및 기어를 제거하고, 기계 장치를 간단하고 효율적인 소프트웨어 프로필로 대체한다. 유지보수 비용은 극적으로 감소한다.

투명한 비용
“일부 기업들은 이행 비용을 예측하기 곤란하기 때문에 새로운 기술의 시도를 망설입니다.” Tarozzi는 설명한다. 그러나 B&R의 지능형 운반 시스템을 이용하면 이것은 문제가 되지 않는다. “당사에서 제공하는 시뮬레이션 툴은 동기식 로봇까지도 고려합니다.”

이것은 지능형 운반 시스템을 이용하여 기존 포장 프로세스를 구현하기 위해 트랙이 어떠한 모습을 갖추게 될지를 시뮬레이션하는 것을 가능하게 한다. 기계 운전원은 트랙의 길이가 얼마나 될지, 셔틀이 몇 개가 필요한지 정확히 정의할 수 있다. 시뮬레이션 툴을 이용하여 가상 시운전을 수행하는 것도 가능하다. “이것은 지능형 운반 시스템으로 자산 효율성을 개선하는 것을 용이하게 합니다.” Tarozzi는 말한다.

Maurizio Tarozzi Global Technology Manager – Packaging, B&R

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