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티백 생산 – 충만한 혁신성

Twinings는 지금까지 지속적으로 완벽한 차 마시기 경험을 추구하면서, 그의 새로이 발명된 티백(tea bag)과 포장을 위한 새로운 생산 라인을 구축하기 위해 오랜 기간 동안 기계 제조 동반자 역할을 해온 IMA와 협력하였다. IMA와 자동화 동반자인 B&R은 Industry 4.0 생산을 달성하기 위한 Twinings에게 필요한 지능과 유연성을 새로운 기계에 장착하였다.

Twinings는 그의 새로운 포장 개념으로 차(茶) 제품 가운데 차별화를 가져오는 데 도움이 될 수 있도록 향상된 카톤 포장의 개폐와 혁신적 싱글 티백 포맷을 제공한다.

 

Twinings는 전세계 소비자들에게 차의 풍미를 제공하면서 건강에 좋은 차에 대한 인기를 늘리는는 데 있어서 추진체의 역할을 해 왔다. 이 성공에서 티백의 디자인은 핵심적 요소이고, 혁신 정신에 있어서 Twinings는 언제나 차 애호가들을 즐겁게 하기 위한 새로운 방식을 추구해왔다.

Twinings는 현재 그의 새로운 포장 개념으로 보다 우수한 카톤 개폐에 대한 향상된 소비자 경험과 차 제품들 사이에서 차별화를 추진하는 데 도움이 되는 혁신적인 새로운 싱글 티백 포맷을 제공한다. 소비자 연구에 의하면 새로운 포장 디자인과 티백 포맷은 풍미와 신선도 양면에서 높은 점수를 기록하면서 이러한 목표를 달성하였다고 한다.

제품의 재(再)출시는 또한 Twinings UK 생산 설비에 대한 주요 투자를 의미하며, 제품 품질과 고객 서비스에 대한 동사의 끊임없는 추구를 지원하기 위해 최신 기술의 적용이 요구되었다. Twinings가 수십 년 간 영국 차 문화의 초석이 되어 온 가열 밀봉 티백을 새로이 발명하게 될 신규 생산 라인의 개발을 시작하면서, 이 회사는 기계 제조사인 IMA와의 장기적으로 확립된 관계에 의존할 수 있었다는 것을 기쁘게 생각하였다.

운전원 인터페이스는 IMA가 자체의 HMI 하우징 시스템에 통합시킨 Automation Panel이다.

혁신에 적합한 동반자
다년 간의 협력을 통해 IMA의 품질과 서비스에 대한 헌신뿐만 아니라 프로세스 엔지니어링의 현상 유지에 도전하고, 확립된 기술의 전통적 제약을 극복하고, 가능성의 기술을 포용할 수 있는 동사의 인상적인 능력이 입증되었다. “많은 공급자들은 단순하게 수십 년 묵은 기술의 변종을 시장에 제시하는 것으로 만족하고 있습니다.” Twinings의 공급 운영 분야의 영국 및 아일랜드 책임자인 Ian Kavanagh는 말한다. “바로 그것이 IMA와 같은 동반자가 우리 조직에 극히 중요한 이유입니다. 이 회사는 호기심이 많고, 새로운 가능성에 대해 개방적이며, 이론을 응용된 편익으로 전환시키는 데 필요한 자원을 투자하는 데 있어서 인색하지 않습니다. 연구 기관과 혁신적 공급자와의 협력은 이들로 하여금 설계 상의 제약에 대한 신선한 사고의 솔루션을 해결할 수 있도록 합니다.”

 

Sauro Rivola, Automation Manager, IMA

 

Automation Studio – IMA를 위한 최선의 솔루션IMA에 의해 구현된 것과 같은 새로운 기술이 운영 단계에 들어설 수 있다는 사실에 고무된 Twinings는 이들의 완전한 잠재력을 달성함에 있어서 사이버-물리 시스템이 역할을 하게 될 것이라고 믿는다.

이러한 지능형 솔루션은 개발자들로 하여금 가장 영향력이 크고 데이터를 가치 있는 정보로 변환하기 위해 그들의 능력을 크게 향상시킬 수 있는 자원에 집중하도록 이들을 이끌어준다.

최초의 신형 C59 기계가 생산에 들어갔을 때, Twinings는 IMA가 이 최신 개발 과정에 도입한 지원과 전문 지식에 대해 깊은 인상을 받았고 그들의 보다 고급 기술 지향적인 미래에 예상되는 가능성에 대해 고무되었다고 Kavanagh는 지적한다.

 

도전에 대응하기 위한 올바른 기술
프로젝트가 성공을 거두기 위해서는, 제품 출시에 대한 일정이 확정될 때, 개발 목표가 반드시 100% 충족되어야 한다. 출시를 위해 Twinings에 의해 요구되는 엄격하고 구속력 있는 이 시간 일정은 바로 맨 처음부터 신형 C59 기계의 개발을 추진하는 데 있어서 주요한 도전이었다.

IMA는, 신뢰할 수 있는 공급자의 협력과 전문 지식이 기업의 성공에 중요한 요소라는 것은 부정할 수 없는 사실이기는 하지만, 신형 기계의 개발에 있어서 최신 연구개발을 적용하는 상당한 경험을 축적해왔다. 이 까다로운 프로젝트에 대해, IMA는 자동화를 B&R에게 단일 소스로 맡기기로 결정하였다. 두 회사 사이의 최초의 포괄적 협력으로써 엄격한 시간 일정은 계산된 위험 부담을 안겨주었으나, 용기와 신뢰의 적절한 조합을 통해 그러한 협력이 성과를 거둔 것은 명확하다.

Ian Kavanagh, Head of Supply Operations UK & Ireland, Twinings

 

“B&R은 다년간에 걸쳐 우리 회사에 PC와 입출력 시스템을 공급해왔습니다.” IMA의 자동화 부장인 Sauro Rivola는 말한다. “그리고 우리는 언제나 이 회사의 성능과 신뢰성을 인정해왔습니다.” IMA가 신형 Twinings 기계의 개발을 위해 B&R을 선택한 것은 바로 품질 때문이었다. Rivola는 이렇게 덧붙인다. “B&R의 모션 플랫폼과 Automation Studio 개발 환경을 포함하는 완전히 통합된 제어 시스템은, 콤팩트한 치수와 규정된 전기 축의 의미 있는 이용과 함께, 커다란 차이를 만들어내었습니다.”

최종 고객과의 구속력 있는 시간 일정은 개발 전략에 현저한 영향을 미쳤다. IMA가 이러한 도전에 대응하는 한 가지 방법은 B&R의 사용 준비가 갖춰진 소프트웨어 모듈을 이용하는 것이었다. 더욱이 B&R 직원들의 뛰어난 지원과 Automation Studio 자체의 탁월한 시뮬레이션 기능으로 인해 이미 개념 설계 단계에서 기계의 주요 부분에 대한 크기를 결정하는 것이 가능하였다.

기계의 20개 이상의 축 사이의 완전한 동기화와 안전 관련 통신은 POWERLINK를 경유하는 openSAFETY를 통해 제공된다.
기계의 20개 이상의 축 사이의 완전한 동기화와 안전 관련 통신은 POWERLINK를 경유하는 openSAFETY를 통해 제공된다.

B&R의 드라이브 통합 안전 기술과 싱글 케이블 하이브리드 모터 커넥터는 IMA로 하여금 배선에 요구되는 시간을 현저히 단축하고 Twinings에 의해 규정된 바와 같은 안전 어플리케이션에 대한 CAT3을 (EN 13849-1) 획득할 수 있도록 하였다. 마지막으로 에너지 복원 시스템의 이용은 에너지 소비와 전기 캐비닛 내의 열 방산의 현저한 감소를 달성하는 데 도움이 되었다.

 

시뮬레이션을 통해 처음부터 정확하게
드라이브와 부하를 포함하는 전체 IMA 시스템의 동적 작용을 시뮬레이션함으로써 관성과 내파손성(resistance to breakage) 사이의 관계를 최적화하도록 각 기계 컴포넌트의 크기를 정밀하게 결정할 수 있도록 한다. 프로토타입을 제작하기 전에 개발 환경에서 직접 이러한 단계를 완성할 수 있는 능력은 제 때에 프로젝트를 완료하는 데 있어서 기본적이다.

시뮬레이션은 또한 모터의 크기를 결정함에 있어서 높은 정밀도를 보장한다. IMA는 모터 시뮬레이션을 통해 얻어진 이론적 토크 곡선과 기계 자체 상의 측정에 의해 얻어진 토크 곡선 사이의 탁월한 상관 관계를 관찰한 바 있다.

시뮬레이션은 그러한 신뢰성 높은 결과와 함께 전기 컴포넌트의 선택에 있어서 실수를 회피할 수 있는 유익한 툴이라는 것이 입증되었다.

기계 개발 시간은 운전에 앞서서 드러나지 않았던 오류로 인한 기계적 또는 전기적 컴포넌트를 교체해야 할 필요성이 없었기 때문에 현저히 단축되었다.

이러한 접근 방식은 또한 IMA로 하여금 메커니즘 지오메트리와 모션 프로필에 관한 수많은 시험을 미리 수행할 수 있도록 하고 최소한의 오차 마진으로 그들의 동적 작용을 예측하는 데 도움이 되었다. 이것은 실제 기계 상의 시험 회수를 극적으로 감소시킴으로써, 지속적인 중단 없이 시운전이 원활하게 진행될 수 있도록 하였다.

 

당신의 찻잔 속 한 조각의 오렌지
B&R은 단 몇 개월의 기록적인 납품 기간을 충족시켜야 하는 티백 생산에 대한 새로운 접근 방식에서 상호 협력하기 위해 일찍이 IMA와의 프로젝트에 참여하였다. 프로젝트는 그러한 까다로운 요구사항으로 인해 IMA와 B&R 사이의 완전한 상호 의존성을 기반으로 하였다.

Automation Studio에서 직접 수행되는 고급 시뮬레이션 기능은 초기 개념 설계 단계에서 기계의 긴요한 부분들의 크기를 정밀하게 결정할 수 있도록 한다.
Automation Studio에서 직접 수행되는 고급 시뮬레이션 기능은 초기 개념 설계 단계에서 기계의 긴요한 부분들의 크기를 정밀하게 결정할 수 있도록 한다.

 

B&R에 의해 제시된 솔루션은 최신 기술을 특징으로 하였으며, 여기에는 싱글 하이브리드 케이블을 통해 연결되고 정교한 SafeMOTION 알고리즘을 이용하여 제어되는 EnDat 이점이 인코더를 갖춘 신형 모터 시리즈와 B&R의 ACOPOSmulti 드라이브에 포함된 전력 회생 기능이 포함되었다. 기계 상의 20개 이상의 축 사이의 완벽한 동기화와 안전 관련 통신은 POWERLINK를 경유하는 openSAFETY를 통해 제공된다. 여러 개의 소형 랙(rack)은 기계 자체의 모듈 구조를 반영하는 일련의 드라이브들을 관리하고, 공통 DC 버스는 에너지 절약을 극대화하는 데 도움이 된다.

수십 개의 X20 입출력 모듈이 디지털과 아날로그 신호를 제공하는 한편, SafeLOGIC 컨트롤러는 모든 축에 대한 안전한 모션 제어를 감독한다. Automation PC 910은 기계 제어 논리 및 안전과 모션 제어를 포함하는 실시간 운전을 다루고 – 모터에 대해 단 1200 마이크로초의 제어 사이클 타임을 달성한다.

HMI 어플리케이션은 IMA의 윈도우 기반 SCADA 시스템과 함께 두 번째의 Automation PC 910 상에서 실행된다. PC는 SDL3을 통해 운전원 패널에 연결된다. Automation Panel은 “네이키드(naked)” 터치 패널로써 맞춤화되고, IMA는 이것을 자체의 HMI 하우징 시스템에 통합하고 각 시스템 유형에 대해 필요한 특정한 컴포넌트들과 조합한다.

B&R 자동화 플랫폼에 포함된 웹 기반의 시스템 진단 매니저(System Diagnostics Manager)는 표준 웹 브라우저를 이용하여 기계 운전 상태를 점검할 수 있도록 한다. 기계 상의 진단 루틴을 프로그래밍하는 것보다, 단순하게 각 B&R 장치에 내장된 고유의 자체 진단 기능을 활성화하면 세계 어느 곳으로부터든 광범위한 기계 및 생산 데이터에 즉각적으로 접근하는 것이 가능하도록 한다.


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