지능형 운반 시스템
디지털화만으로는 진정한 의미의 대량 맞춤화와 배치 사이즈 1 생산을 달성하는 데는 충분하지 않다. 역학 및 드라이브 기술에 있어서도 혁신적인 접근 방식이 필요하다. 이 새롭고 지능적인 수송 시스템의 핵심을 이루는 것은 바로 이러한 종류의 접근법으로 – 지능형 운반 시스템의 혁명적 설계는 적응형 생산 시스템을 가능하게 하고 유연하고 효율적인 생산의 새로운 시대를 약속한다.
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생산 기업들은 신제품을 보다 빠르게 출시하도록 하고 글로벌 시장에서 더 큰 경쟁력을 제공해 주는 솔루션을 끊임 없이 찾고 있다. 도전의 핵심은 맞춤화된 제품의 배치 사이즈 1을 생산할 때에도 전반적 기기 효율성(overall equipment effectiveness: OEE)을 극대화하는 길을 찾는 것이다. “수 없이 논의되어 온 바와 같은 통신 기술과 소프트웨어를 기반으로 하는 디지털화의 주제는 초점을 지나치게 좁힙니다.”라고 B&R의 메카트로닉 기술 부장 Robert Kickinger는 단정적으로 말한다. 새로운 시대는 또한 제품이 기계와 생산 시스템을 통해 운반되는 방법에서도 근본적인 새로운 방법을 요구하고 있으며 B&R은 이 도전에 응전하였다. Kickinger는 말한다. “지능형 ACOPOStrak 운반 시스템을 개발함에 있어서, B&R이 혁명적인 새로운 기계 개념의 토대를 닦았습니다.”
OEE 극대화하는 다이버터(diverter)
그렇다면 지능형 운반 시스템으로 하여금 그토록 적응형 프로세스의 자동화에 적합하게 해주는 것은 무엇인가? “다이버터는 글자 그대로 시스템의 방향 전환 컴포넌트입니다.”라고 Kickinger는 설명한다. 그것은 100% 전자식(電磁式)이기 때문에 전혀 마모가 없다. ACOPOStrak 다이버터는 마치 고속도로 분기점과 마찬가지로 제품 흐름을 합류 또는 분류시킨다. 그는 “다이버터가 생산성에 어떠한 영향도 미치지 않고 최대 속도로 셔틀(shuttle)로 하여금 트랙을 전환하도록 합니다.”라고 강조한다. 병입(甁入)된 음료수와 같은 대량 생산 품목을 하드웨어 변경 없이, 6병 들이 포장의 조합을 그때그때 6병 가운데 3병, 2병, 1병을 각각 다른 맛의 음료수 제품으로 섞어서 포장하는 것으로 변경할 수 있다. 다이버터는 또한 결함이 있는 제품이 식별되면 즉시 라인에서 제외시킬 수 있다. 종래의 시스템에서 생산 라인이 끝날 때까지 작업을 지속하던 것과는 천양지차다. 이것은 전체 생산성에 긍정적 영향을 미친다.
병렬 처리
ACOPOStrak과 그의 다이버터는 또한 병렬 처리 구현을 위한 새로운 차원의 유연성을 더해준다. 제품 흐름을 분류시켰다가, 복수의 처리 스테이션을 통과시키고. 생산 라인 하류에서 다시 합류시키는 것이 가능하다. 이러한 방식으로 생산 속도는 더 이상 처리 시간이 가장 느린 스테이션에 의해 제한을 받지 않는다. “최종 고객은 대응되는 기계 점유 면적을 늘이지 않고도 생산성을 높일 수 있습니다.”고 Kickinger는 설명한다. 다시 말해서 ACOPOStrak은 제곱미터 당 생산량을 향상시킨다. “궁극적으로 이것은 보다 높은 ROI(투자수익률)를 의미합니다.”고 그는 덧붙인다. 이러한 지능형 운반 시스템을 이용하는 기계나 라인을 구축하면, 수요 변동에 대응하여 개별적으로 트랙 세그먼트와 처리 스테이션을 추가할 수 있는 모듈화와 유연성을 갖추게 된다. 산업 IoT에 의해 구상되는 지정한 적응형의 규모 조정이 가능한 기계가 현실이 되는 것이다.
ACOPOStrak 기반의 제조 시스템은 또한 고장 내성이 대단히 우수하다. 만약 병입 라인의 밸브 하나에 문제가 있다면, 그 밸브로 병을 보내지 않는 것으로 해결된다. 고장난 밸브는 낭비로 이어지지 않으며, 이것은 OEE 품질 계수에서 큰 차이를 가져온다.
정지 시간(downtime) 없는 변경 작업
운전 중 교체 가능한 셔틀은 즉석에서 공구 없이 바꿀 수 있기 때문에 유례 없는 높은 가용성을 제공한다. 제품을 변경할 때, 조작자가 해야 할 일은 가이드 상에 새로운 셔틀 휠(shuttle wheel)을 설치하는 것뿐이다. 셔틀은 트랙에 영구자석만으로 유지된다. 트랙 레이아웃에 피트 레인(pit lane)을 포함시키면 변경과 서비스 작업은 더욱 효율화될 수 있다. “이에 대해 생각하는 방식 중 하나는 아이스하키 경기의 벤치와 유사합니다.”고 Kickinger는 말한다.
새로운 셔틀을 피트 레인에서 장착하고 다이버터를 통해 트랙의 실제 생산 라인으로 보낸다. 같은 방식으로 더 이상 필요하지 않은 셔틀은 간단히 피트 레인으로 보낼 수 있다. “이 모든 작업이 최대 생산 속도에서 이루어집니다.”고 그는 강조한다. ACOPOStrack의 절대적인 설계의 유연성은 그리드 상에서 세그먼트들을 상이한 조합으로 배열함으로써 모든 유형의 개방 및 폐쇄 레이아웃으로의 변신을 허용한다. 트랙 시스템의 핵심은 네 가지 유형의 모듈형 세그먼트로부터 조립된 리니어 모터로써, 이들은 각각 하나의 직선 세그먼트, 하나의 45° 세그먼트 및 두 개의 22.5° 세그먼트이며, 하나는 우측으로 다른 하나는 좌측으로 굽어 있다. “ACOPOStrak은 어떠한 생산 현장에도 완벽하게 적응합니다.”고 Kickinger는 설명한다. “동시에 과거에는 절대 불가능했던 전혀 새로운 기계 설계를 열어줍니다.”
고도의 역동성과 유연성
그러나 지능형 운반 시스템은 유연성보다 더 많은 것을 제공한다. 성능에서도 탁월한 것이다. 시스템은 5 g 가속이 가능하고 단 50 밀리초의 최소 생산 피치로 초당 4미터를 넘는 최고 속도에 도달한다. “이러한 성능 수치들을 다이버터의 편익과 극단적인 설계 유연성과 조합하면 과거에 시장에서 볼 수 없었던 토털 패키지가 됩니다.”고 이 메카트로닉스 전문가는 말한다. 그는 업계가 생산성과 가속화 된 ROI를 달성할 수 있는 세대간 도약의 직전 단계에 도달했다는 것을 확신하고 있다.
더 짧아진 출시 기간
B&R은 ACOPOStrak을 최소한의 시간과 노력으로 가동시키고 운전하기 위한 광범위한 소프트웨어 기능을 제공한다. 동일한 어플리케이션 코드를 제한 없이 시뮬레이션에서나 실제 하드웨어 상에서 실행시킬 수 있다. “개발자들은 필요한 만큼 빈번하게 시뮬레이션 하드웨어와 실제 하드웨어 사이를 오가며 전환할 수 있습니다.”라고 Kickinger는 설명한다. 이렇게 되면 개발 시간과 시운전 시간이 현저히 단축된다. “이것은 출시 시간 측면에서 믿기 어려운 장점입니다.” 개발자들은 또한 프로세스 지향적 프로그래밍으로부터도 편익을 누린다. 그들은 복수의 축과 셔틀을 개별적으로 프로그래밍하기보다는 단순히 트랙 상에서의 제품 흐름을 정의하는 규칙을 기술(記述)한다. 통합된 충돌 회피를 포함하는 자율적인 교통 제어는 개발자의 손에서 더 많은 일들을 덜어준다.
대량 맞춤화
B&R은 ACOPOStrak으로 유연성을 갖춘 모듈형의 생산 시스템의 운영을 고도로 수익성 있도록 만들어주는 솔루션을 설계하였다. “당사의 시스템은 높은 전반적 기기 효율성, 높은 투자수익률 및 짧은 출시 기간을 가능하게 합니다.”라고 Kickinger는 요약한다. 또한 업계는 이것을 이용하여 진정한 대량 맞춤화로 가는 본궤도에 오르게 된다.
배치 사이즈 1의 고수익성 생산
개인화된 제품에 대한 수요는 지속적으로 증가하고, 소비자들은 그러한 제품에 대해 기꺼이 더 높은 가격을 지불한다. 그러므로 대량 맞춤화는 매력적인 경제적 수익을 제공한다. 그러나 비용 효율적인 방법으로 새로운 접근 방식을 구현하는 것은 대부분의 산업 부문에서 주요한 도전으로 남아 있다. 시스템 유연성의 증가는 일반적으로 전반적 기기 효율성(overall equipment effectiveness: OEE)의 감소를 수반하기 때문이다. 그러므로 대량 맞춤화의 목표는 OEE의 세 가지 요소, 가동률, 성능 및 품질을 대량 생산에서 달성할 수 있는 것과 같은 수준으로 유지하는 것이다. 또한 제조사들은 신제품과 개선된 제품에 대한 투자수익률(ROI)의 극대화와 출시 기간(time to market: TTM)을 최소화를 추구한다. 이것은 경제성의 관점에서 큰 규모의 대량 맞춤화가 타당성을 갖추도록 하는 유일한 길이다.
