연속적인 라인을 구성하여 개별 기계 모듈을 연결하는 것은 많은 작업과 큰 공간을 차지할 수 있다. Optima는 두 프로세스를 완벽하게 결합하는 방식으로 충진 및 포장 기계를 하나로 결합했다. 이는 B&R의 지능형 ACOPOStrak 수송 시스템이라는 특별한 솔루션을 통해 가능했다.
“우리 기계제작자들에게 있어 서로 다른 기계 모듈을 연결하는 것은 매우 어려운 도전입니다.” Optima의 기술 영업 매니저인 안드레아스 드레슈너(Andreas Dreschner) 씨는 Optima가 2019년 봄에 프로젝트를 시작하면서 충진 장치와 포장 장치간의 인터페이스를 가능하게 하는 수송 시스템을 평가했다고 밝히면서 이렇게 말했다. “우리 애플리케이션에서 ACOPOStrak과 같은 종류의 유연성을 제공하거나 속도 및 역학에 대한 요구사항을 충족하는 다른 인터페이스 시스템은 없었습니다.”
이 애플리케이션은 네덜란드 식품 소매업체가 일회용 알루미늄 커피 캡슐을 생산하기 위한 충진 및 포장 라인에서 처음 사용되었다. 각 셔틀에는 커피 캡슐 하나를 담을 수 있는 제품 캐리어가 장착되어 있다. 이는 각 캡슐이 나머지 캡슐과는 완전히 독립적으로 라인을 통해 이동할 수 있다는 것을 의미한다. 이를 통해 즉석에서 원하는 수의 캡슐들을 그룹화할 수 있다.
원할한 생산 흐름
드레슈너 씨는 “이 애플리케이션에서의 한 가지 문제는 제조 프로세스에서 발생하는 간극이었습니다.”라고 말했다. 예를 들어 품질검사에서 캡슐이 통과하지 못해 거부될 때 문제가 발생한다. 약간의 무게 편차, 불완전한 밀봉 또는 뚜껑 위치에 대한 미세한 편차로 인해 캡슐이 품질검사에서 거부될 수 있다. 플랜트 작동자는 일반적으로 0.2~0.3%의 QC 거부율을 추정한다. 그는 “캡슐은 일반적으로 10개 또는 그 이상이 카툰박스에 포장됩니다. 따라서 결함이 있는 박스의 비율이 더 높아집니다.”라고 밝혔다.
ACOPOStrak 셔틀이 독립적으로 움직일 수 있기 때문에 생산 흐름의 격차를 쉽게 해결할 수 있다. 품질검사를 통과하지 못한 캡슐은 즉시 제거된다. 드레슈너 씨는 “ACOPOStrak은 즉시 다음 캡슐로 이동하기 때문에, 제품의 흐름이 끊김없이 원활하게 지속됩니다.”라고 설명했다.
(이미지) ACOPOStrak를 통해 Optima는 충진 기계와 포장 기계 사이의 수송 거리를 거의 4미터나 단축할 수 있었다.
유연한 그룹화
커피 캡슐을 충진하고 밀봉한 후 충진 라인은 다음 생산 단계를 위해 동시에 12개의 캡슐을 이동시킨다. 또한 포장 라인의 공급 레인은 15개이다. 여기서도 생산라인은 B&R 수송 시스템의 유연한 셔틀로부터 도움을 받는다. ACOPOStrak은 충진 기계로부터 12개의 캡슐 그룹을 전달받고, 이후 포장 인피드에 도달하기까지 15개 세트로 다시 그룹화한다.
즉석에서 세트 구성
함께 포장되는 다양한 제품 세트는 일반적으로 피드 스크류, 피드 휠, 벨트 및 체인을 통해 정렬된다. 서로 다른 세트 구성을 생성하려면, 하드웨어를 수동으로 수정해야만 했다. Optima의 시스템은 셔틀을 통해 세트간 변경이 무척 쉽다. 작동자 터미널에서 해당 레시피를 선택하기만 하면, 작동중에도 즉석에서 구성을 변경할 수 있다.
4미터 절감
Optima의 혁신적인 솔루션은 설치공간의 측면에서도 제품을 그룹화하는데 기존 기술을 사용하는 시스템에 비해 확실한 이점을 제공한다. 드레슈너 씨는 “스크류를 사용하는 기존 구성에서 그룹화 기능은 각각 220cm인 두 개의 필드를 가진 기계 프레임을 필요로 했습니다.”라고 설명하고, “새로운 ACOPOStrak 솔루션은 시스템의 전체 길이에 80cm만 추가하기 때문에 이전보다 거의 4미터나 짧아졌습니다.”라고 말했다.
그럼에도 기존 제품보다 더 높은 생산량을 달성한다. 네덜란드 식품 소매업체는 분당 72개의 카툰박스에 720개의 캡슐을 생산해 포장한다. 여기에는 총 80대의 셔틀이 순환하고 있다. 그들은 각각 길이가 7.2 미터인 두 개의 분리된 적층 타원형 트랙에 분산되어 있다. 셔틀은 초당 30 m/s²으로 가속하며, 최대 초당 2.6 미터로 이동이 가능하다.
두 개의 트랙으로 나누는 것은 셔틀 자체의 너비도 50mm이지만, 50mm 미만의 제품 사이 간격이 필요하기 때문이다. 따라서 트랙 타원형과 제품 캐리어는 상단 타원형의 그리퍼와 하단 타원형의 그리퍼가 같은 레벨에서 교대로 놓이도록 설계되었다. 이 레벨에서 제품 캐리어의 너비는 각각 약 40mm에 불과하므로, 50mm 미만의 필요한 제품 간격을 만족할 수 있다.
(이미지) ACOPOStrak는 12개의 캡슐 그룹을 전달받고, 포장 인피드에 도달하기 전에 15개 세트로 다시 그룹화시킨다.
부드러운 수송
동적 성능에도 불구하고 캡슐은 매우 부드럽게 처리된다. 드레슈너 씨는 “기존의 그룹화 프로세스에 비해 생산 단계를 크게 줄였습니다. 제품 캐리어는 또한 캡슐들이 다시 그룹화되는 동안 서로 충돌하는 것을 방지합니다.”라고 말했다. 따라서 ACOPOStrack는 고급의 일회용 알루미늄 커피 캡슐과 같은 민감한 제품에 아주 적합하다.
ACOPOStrak 그룹화의 이점
– 설치공간 절감
– 유연한 그룹화
– 간극없는 제품 흐름
– 높은 처리량
– 부드러운 제품 수송
– 식품 등급 설계
시뮬레이션을 통한 티깃 엔지니어링
B&R의 엔지니어링 소프트웨어가 제공하는 지능형 시뮬레이션 옵션은 기계 개발에 큰 도움이 되었다. 드레슈너 씨는 “초기 컨셉에 대한 시뮬레이션을 통해 하나의 트랙만으로는 불충분하다는 것을 알았습니다.”라고 밝혔다.
“두 개의 트랙으로 나누어 시뮬레이션을 반복한 결과 수송 프로세스가 계획대로 진행되고, 고객이 원하는 성능 목표에 도달할 것이라는 확신을 가지고 프로젝트를 진행할 수 있었습니다.” 시뮬레이션은 순조롭게 진행되었다. Optima는 시뮬레이션을 위해 생성된 모든 프로세스 규칙을 가져와서 버튼 하나만으로 실제 기계 애플리케이션에 적용할 수 있었다.
(이미지) 시뮬레이션 소프트웨어를 통해 컨셉의 실행 가능성을 검사하고 확정한다.
혁신적인 기술을 통한 경쟁 우위
모듈형 설계, 셔틀 이동의 간단한 구현과 B&R 전문가의 지원이라는 삼박자가 모두 새로운 기술로 Optima의 학습 곡선을 단축하는데 도움이 되었다. 드레슈너 씨는 “ACOPOStrak은 첫번째 프로젝트를 시작했을 때에는 단순히 프로토타입 상태였습니다. 그러나 모든 관계자들과의 협력이 아주 좋았습니다. 소프트웨어 개발자로부터 경영진에 이르기까지 모든 사람들이 동일한 목표를 주시하고 있었습니다. 그것이 우리가 짧은 시간내에 산업용 시스템으로 개발할 수 있었던 이유입니다.”라고 회고했다.
“이 솔루션은 우리에게 진정한 이정표이며, 실제로 그것을 사용하는 사람들을 놀라게 하는 마력을 가지고 있습니다. 우리 시장에는 이러한 것이 없습니다. 다양한 고객들이 요구하는 기계를 생산해야 하고, 업계에서 갈망해 왔던 즉각적인 그룹화 유연성을 확보해야 하는 기계제작자들을 긴장하게 할 것입니다.”
Photos: Optima, B&R
