변화에 적응하고 계십니까? 모듈형 제조 프로세스가 도움이 될 수 있습니다.

오늘날 제조업체는 공급망 문제, 인력 부족, 엄격한 안전 예방 조치를 포함하는 새로운 현실에 직면해 있습니다. 2020년 초, 신종 코로나바이러스에 의해 발생한 COVID-19는 전 세계적으로 수백만 건의 사례를 초래했고, 이 바이러스로 인해 우리가 알고 있던 일상생활이 중단되었습니다.  긍정적인 측면은 많은 제조업체가 의료계 및 그 외에서 필요한 물품을 생산함으로써 COVID-19 확산에 맞서 싸우는 데 영감을 받고 동기를 부여받았다는 점입니다.

이 위기로 인해 제조업체는 사고방식, 계획 및 생산 실행 방식을 변경해야 한다는 사실을 깨닫고 있습니다. 귀하와 귀하의 팀은 새로운 요구 사항이나 시장 수요에 맞게 생산을 축소하거나 변경할 수 있는 방법에 대해 궁금해하고 있습니까? 공장의 생산 능력을 전환하고자 하거나 전환해야 하는 경우, 모듈형 제조 프로세스는 유연하고 반응적으로 대처할 수 있는 빠르고 쉽고 비용 효율적인 방법을 제공할 수 있습니다.

프로세스 자동화 분야에서 거의 30년 동안 일하면서 새로운 제조 요구 사항에 대응하여 프로세스 자동화 시스템을 업데이트하거나 수정하는 가장 효율적인 방법에 대해 자주 질문을 받았습니다. 제조업체가 프로세스에서 유연하고 적응할 수 있는 추가적인 방법을 고려함에 따라 이러한 질문은 그 어느 때보다도 더 관련성이 높아졌습니다.

신제품 또는 원자재, 공급망 교란, 역량 확장 또는 기존 제어 시스템에 대한 기타 수정 사항을 처리하든 상관없이 다음 두 가지 질문을 고려하십시오.

• 제조 요구 사항이 변경됨에 따라 시스템을 신속하게 변경하고 적응할 수 있는지 어떻게 알 수 있습니까?
• 프로세스 자동화 시스템을 변경하고 테스트하는 데 필요한 노력을 최소화하는 방법은 무엇입니까?

배치 제어 표준

프로세스의 유연성과 모듈형 특성을 결정하는 핵심 기능 중 하나는 처음 설치 시 국제자동화학회(ISA)의 배치 제어 표준인 ANSI/ISA-88(S88이라고도 함)을 따랐는지 여부입니다. 1995년에 발표되어 2010년에 업데이트된 S88 표준은 장비 및 기계의 물리적 기능을 사용 또는 방향과 분리하는 용어와 프로세스를 규정합니다. 이 표준은 무엇을 할 수 있는지(측정 가능한 것, 장비의 기능 등)와 어떻게 할 것인지(절차 실행, 처리 단계 등)를 구분합니다.

물리적 측면과 절차적 측면을 분리함으로써 시스템은 새로운 처리 장비, 기존 장비의 새로운 기능, 새로운 운영 순서 또는 새로운 제품 등 다양한 시나리오에 맞게 쉽게 수정 및 적응할 수 있습니다. 이는 모두 프로세스 자동화 시스템의 요구에 따라 달라집니다.

모듈형 제조 프로세스 변경: 일반적인 시나리오

모듈형은 프로세스 자동화에서 새로운 개념이 아닙니다. 저는 오랫동안 BASIC의 서브 루틴을 비유로 들어 이 개념을 설명해 왔습니다. 한 번 작성된 코드는 실행에 사용하는 설정만 변경하면 여러 방식으로 반복 사용할 수 있습니다. 이것이 바로 모듈형의 아름다움과 강점입니다.

모듈형의 가치를 보여주기 위해 제조업체에 흔히 발생하는 몇 가지 간단한 변경 시나리오와 이러한 변경이 S88을 따르는 모듈형 프로그래밍으로 어떻게 용이해질 수 있는지 살펴보겠습니다.

1. 프로세스에 새로운 원료 추가. 이는 기존 원료의 변경을 의미할 수도 있습니다. 간단한 3원료 첨가 혼합 프로세스에서 바이러스 살균제와 같은 새로운 화학 물질을 추가하고 기존 10개 레시피를 변경하여 이 새로운 원료를 추가하고자 한다고 가정해 보겠습니다. 이를 가장 효율적으로 수행하는 방법은 무엇일까요?
   • 비모듈형 솔루션: 모듈형 프로그래밍 원칙을 따르지 않는 일반적인 공장에서는 새로운 바이러스 살균제 기능을 추가하기 위해 각 레시피를 모두 수정해야 합니다. 모듈형 개념이 없으므로 새로운 원료의 모든 기능을 각 레시피에 반복 구현해야 합니다.
   • 모듈형 솔루션: 모듈형 구현에서는 새로운 원료의 기능이 객체로 구현됩니다. 이 객체는 자동화 관점에서 해당 원료 공급 시스템의 전체 기능을 완전히 나타냅니다. 시스템의 기능에 맞게 작성됩니다. 레시피는 이러한 자동화 객체를 실행하거나 호출하도록 작성됩니다. 따라서 모든 기능은 객체에 한 번만 작성되고, 실행 시 레시피에서 호출됩니다.
     
     모든 레시피에 기능을 각각 구현할 필요가 없으므로, 구현 노력의 최대 90%까지 절감할 수 있어 상당한 비용 및 시간 절감 효과를 얻을 수 있습니다.
     
     
2. 새로운 제품 레시피. 기존 시스템에 새로운 레시피를 추가하고 싶다고 가정해 보십시오. 이 예시는 이러한 기능 객체를 새로운 고유 조합과 순서로 쉽게 결합할 수 있는 이점을 보여줍니다.
   • 비모듈형 솔루션: 새로운 레시피에는 필요한 모든 작업, 모든 원료 추가, 모든 교반, 모든 냉각, 모든 이송을 수행하는 모든 코드가 포함됩니다.
   • 모듈형 솔루션: 새로운 레시피는 원료 추가, 교반, 냉각, 이송을 위한 객체에 대한 링크 또는 포인터를 사용합니다.
     
     레시피 구현의 절감 효과는 레시피의 복잡성에 따라 달라집니다. 레시피가 복잡할수록 절감 효과가 커집니다. 간단한 10단계 레시피의 경우, 모듈형 공장에서 새로운 레시피를 구현하는 데 드는 노력은 비모듈형 공장 대비 20% 미만입니다. 두 예시 모두에서 구성 관리 비용 절감, 테스트 비용 절감, 변경 프로세스의 신속화 등 모듈형 구현의 추가적인 이점을 얻을 수 있습니다.

모듈형: 유연성 측면에서 확실한 승자

이 예제에서 볼 수 있듯이, S88에서 제공하는 분리는 제어 기능의 모듈화를 허용하여 기능이 재사용 가능한 작은 객체에 포함되도록 합니다. 이러한 작은 재사용 가능한 객체는 물리적 세계, 즉 프로세스의 기능을 나타냅니다. 장비 기능의 이러한 객체는 다른 객체에 영향을 주지 않고 시스템에서 업데이트 및 수정, 추가 또는 제거할 수 있으므로 변경 작업 시 노력을 줄일 수 있습니다. 결국, “스파게티 코드”라고 농담으로 불리는 단일 프로그램을 변경하기 위해 뛰어다닌 적이 없는 사람이 있을까요?

또한 두 번째 예에서 볼 수 있듯이 이러한 객체는 별도의 모듈형이기 때문에 새로운 제품이나 레시피에 필요한 다양한 고유한 방식으로 결합할 수 있습니다. S88의 개념과 아이디어는 배치 제조 프로세스를 핵심으로 작성되었지만 다양한 프로세스에 적용할 수 있습니다.

단순하고 추상적인 예가 좋을 수 있지만, 이러한 개념이 COVID-19와 같은 중요한 문제를 해결하는 데 어떻게 도움이 되는지 궁금할 수 있습니다. 현재 많은 제조업체가 공급망 문제에 적응하고 모듈형 제조 프로세스의 유연성을 수용하고 있습니다. 일부는 다음과 같은 팬데믹 대응을 위한 공중 보건 노력을 지원하기 위해 이전에 만들어 본 적이 없는 새로운 제품을 만들기 위해 노력하고 있습니다.

• 인공호흡기 – 한 의료 회사는 단 몇 주 만에 생산을 확장한 사례
• 바이러스 테스트 – 다국적 의료 그룹이 COVID-19 테스트를 위해 생산을 전환한 사례
• 손 소독제 – 양조장과 증류소가 중요한 수요를 충족하기 위해 더 높은 에탄올 레시피를 신속하게 생산한 사례

모듈형 제조가 귀사에 적합한 경로일까요?

프로세스와 프로세스 자동화 시스템이 모듈형인지 확인하는 가장 간단한 방법은 장비에 물리적 프로세스 변경이 있을 때마다 모든 레시피를 변경해야 하는지 스스로에게 묻는 것입니다. 물리적 프로세스 변경에 대응하여 여러 레시피를 수정해야 한다면 모듈형 시스템이 아닐 수 있습니다. 모듈형 자동화에 대한 좋은 자료는 제조 자동화의 모듈형 계층 구조를 다루는 최신 ANSI/ISA 표준 S88 및 S95로, 현재의 우수 제조 관행입니다.

더 모듈형 자동화 프레임워크로 나아가기 위해 무엇을 할 수 있을까요? 앞으로 나아가는 것은 간단한 3단계 프로세스입니다.

1. 목표 설정. 생산 영역에 대한 유연한 제조 전략의 모습을 문서화합니다. 달성하고자 하는 목표와 관련 이점을 파악합니다.
2. 계획 수립. 현재 장비와 작업 흐름을 평가하고 S88 개념에 익숙한 자동화 컨설턴트와 함께 검토합니다. 현재 구현이 목표를 어떻게 지원하는지, 개선할 여지가 있는지 파악합니다.
3. 실행. 투자 우선순위를 정하고 목표를 달성하는 프로젝트를 기반으로 변경을 구현합니다.

Rockwell의 솔루션 컨설턴트는 배치 제어 및 자동화 분야의 전문가로, 여정의 어느 단계에 있든 앞으로 나아갈 길을 결정하는 데 도움을 드릴 수 있습니다. 끊임없이 변화하는 이 세상에서 Rockwell Automation은 모두가 COVID-19를 극복하기 위해 전환하는 과정에서 모든 단계에서 함께합니다. 저희 컨설팅 서비스가 어떻게 도움이 되는지 자세히 알아보십시오.