제조 인텔리전스를 사용하는 Hillshire Brands

과제

  • 1파운드 단위로 포장된 원통형 소시지의 무게 편차로 인해 용량 초과분 및 매출 손실이 발생

솔루션

  • 통합 아키텍처 – 전사적으로 Logix 제어 플랫폼을 기반으로 표준화하여 확장 가능한 제어 구현. EtherNet/IP 네트워크의 끊김 없는 실시간 통신 구조와 단일 설계 환경 및 일관성 있는 툴
  • 제조 인텔리전스 – FactoryTalk VantagePoint 소프트웨어가 생산 정보를 집계 및 상호 연결하여 운영 팀에 제공하므로, 편차를 손쉽게 파악하고 실시간으로 수정할 수 있습니다. FactoryTalk Historian 소프트웨어는 생산 데이터를 자동으로 식별하고 수집하여 저장합니다.
  • 시스템 설계 및 납품 – 로크웰 오토메이션 PartnerNetwork™ 프로그램의 제어, 프로세스 및 정보 솔루션 파트너인 Grantek Systems Integration이 시스템 설계, 설정 및 구현을 이끌었습니다.

결과

  • 폐기물 감소, 산출량 향상 – 연간 0.10%의 산출량이 향상되었는데 이는 4만5,000kg의 소시지에 해당하는 양으로, 상당한 매출원가 절감을 의미
  • 빠른 투자 수익(ROI) – 일년 내에 시스템 투자 수익(ROI)을 달성할 수 있음

배경
2012년 한 해에만 미국인들은 거의 2억400만kg에 달하는 소시지와 햄을 소비했습니다. 소시지 제조업체의 판매액으로 따지면 이는 15억 달러에 달합니다. 대부분의 사람들은 아침 식사의 중심을 차지하는 이 든든한 식품의 생산 프로세스에 관심이 없겠지만, 해당 분야에 정통한 작업자들이 생산 현장에서 공정을 예의 주시하며 제품의 일관성과 품질을 보장하고 있는지 여부에는 분명 관심이 있을 것입니다.

Hillshire Brands 포트폴리오의 일부인 지미 딘(Jimmy Dean) 브랜드는 상위 4개 제조업체의 판매량을 전부 합친 것보다 더 많은 양의 냉장용 소시지를 판매합니다. 이 회사는 이러한 선두 위치를 지키기 위해 지속적으로 높은 품질과 일관적인 제품을 제공해야 함은 물론 최대한의 비용 절감과 산출량 향상을 통해 경쟁력 있는 가격을 유지하여 시장 점유율을 둘러싼 치열한 경쟁에서 살아남아야 합니다.

과제
미국 테네시 주 뉴번에 위치한 Hillshire Brands 공장은 연간 68,000,000kg 이상의 소시지를 생산합니다. "처브(chub)"라는 애칭으로 불리는 1파운드(약 450g) 단위로 원통 포장된 지미 딘 소시지가 총 생산량의 3분의 2를 차지합니다. 제조 공장에서는 300개 이상의 다양한 SKU로 판매되는 소시지의 분쇄, 양념, 주입, 포장을 전담하는 11대의 장비를 가동합니다. 플라스틱으로 포장되는 소시지는 1파운드 단위로 판매되기 때문에 각 원통형 포장에 소시지 양을 정확하게 담는 일이 상당히 중요합니다. 각 라인의 마지막 단계에서는 모든 원통형 소시지의 무게를 측정해 허용되는 무게 편차를 벗어난 제품을 걸러냅니다. 무게 검사를 통과하지 못한 제품은 작업자가 직접 손으로 잘라 내부에 오염원이 포함됐는지 여부를 확인합니다. 그 후 소시지는 시스템으로 다시 투입되거나 폐기되는데, 둘 다 비용이 많이 듭니다.

패키지 단위로 제품 가격이 책정되기 때문에 한 패키지에 정해진 용량 이상이 담긴다는 것은 곧 매출 손실을 의미합니다. 동시에 소시지의 용량이 부족하면 고객의 만족도에 영향을 줄 수 있습니다. 지불 금액에 대한 대가를 받지 못한다고 생각하기 때문입니다. 게다가 미국 연방육류검사법은 모든 식육 제품의 포장에 제품 내용물의 무게 또는 수가 정확하게 표기되도록 지정하고 있습니다. 미국의 모든 주에서 이와 유사하거나 추가적인 법규가 적용되고 있습니다. 무게 검사에서 제품 패키지의 라벨이 부정확하게 표기됐다는 것이 발견되면 해당 제품에 대해 판매 불가 처분이 내려지고 벌금이 부과될 수도 있습니다. 이런 경우 기업의 평판과 수익성에 타격을 받습니다.

뉴번 공장의 운전자들은 원통형 소시지의 용량 편차가 허용치를 넘는다는 사실을 발견했습니다. 지나치게 많은 초과분이 패키지에 담기고 있었던 것입니다. 그렇지만 운전자들은 실제 용량이나 초과분이 발생하는 원인을 이해하기 위한 충분한 제어 시스템 데이터에 액세스할 수 없었습니다.

솔루션
뉴번의 엔지니어들은 문제가 발생하는 원인을 이해하면 용량 편차를 감소시킬 수 있을 것으로 보고 기업 엔지니어링 팀에 도움을 구했습니다. Hillshire Brands의 Jon Riechert 수석 프로젝트 엔지니어는 이미 캔사스 주의 캔사스 시티, 앨라배마 주의 플로렌스에 있는 공장에서 제조 인텔리전스 전략과 정보 시스템의 구현을 이끈 경험이 있었습니다. 테네시에 있는 엔지니어들의 우려 사항을 전해들은 Riechert는 Grantek Systems Integration의 팀에 뉴번 공장에 제조 인텔리전스 전략을 구현해줄 것을 요청했습니다.

Grantek은 Hillshire Brands의 제어, 품질, 유지보수 엔지니어들과 협력해 제조 인텔리전스 전략을 통해 팀원들이 문제의 원인을 이해할 수 있도록 도왔습니다. 최우선 과제는 공장의 팀원들에게 완제품의 용량에 대한 이해를 제공하는 것이었습니다. 그러나 용량 변동의 발생 원인을 파악하기 위해서는 생산 공정 라인 전반에 걸쳐 추가적인 데이터 포인트가 필요했습니다.

Grantek은 Riechert와 그 팀과 협력해 FactoryTalk® 소프트웨어 제품군에 기반한 제조 인텔리전스 솔루션을 구현했습니다. 이 소프트웨어는 로크웰 오토메이션의 Logix 제어 플랫폼과 직접 통합돼 실시간으로 생산 데이터에 대한 액세스를 제공합니다. Hillshire Brands는 이미 모든 공장을 Logix 제어 플랫폼을 기반으로 표준화하여 정보 소프트웨어를 생산 현장의 제어 시스템에 통합하는 것을 단순화했습니다.

또한 뉴번 공장은 이미 산업용 네트워크인 EtherNet/IP를 단일 가동하고 있었기 때문에 데이터 수집이 상당히 수월했습니다. 팀은 11개의 소시지 라인 장비를 EtherNet/IP를 통해 FactoryTalk Historian 소프트웨어를 실행하는 두 개의 새로운 현장 서버에 연결했습니다. 이를 통해 팀은 장기간 동안 데이터를 수집해 트렌드를 확인하고 모든 장비의 성능을 비교할 수 있었습니다. 교대 중에 한 장비가 용량 편차를 초과하는 소시지를 생산하면 운전자는 과거 데이터를 살펴보고 문제가 언제 시작됐는지 확인할 수 있습니다. 다른 장비는 모두 생산량 한도 미만으로 정상 작동하는 경우, 문제가 해결될 때까지 생산은 계속될 것입니다.

Grantek은 또한 컨트롤러, Historian 및 SQL 서버 등 다양한 데이터 소스로부터 정보를 수집하기 위해 FactoryTalk VantagePoint 소프트웨어를 설치했습니다. 모든 데이터가 중앙의 단일한 대시보드에 모아지기 때문에 모든 인터넷 브라우저를 통해 실시간으로 데이터 및 핵심 성과 지표를 조회할 수 있습니다. FactoryTalk VantagePoint 서버는 뉴번 공장에 있습니다. 그러나 웹 기반의 보고 플랫폼으로 본사와 뉴번의 직원들 모두가 액세스할 수 있습니다.

매일 데이터와 상호 작용하는 뉴번 공장의 엔지니어들은 Grantek은 함께 시스템 대시보드를 설계했습니다. "뉴번 공장 팀은 FactoryTalk VantagePoint 대시보드에 어떤 정보를 표시할지 전적으로 제어할 수 있다"고 Riechert가 설명합니다. "이 소프트웨어를 사용하면서 거의 모든 것을 이 소프트웨어에 시각적으로 표시할 수 있음을 알게 되었습니다. 유연성이 매우 뛰어나므로 현지 팀에서 이 소프트웨어를 좋아합니다. 그렇지 않다면 사용하지도 않겠죠."

결과
"이 시스템을 구축하기 전에는 불량 제품 수가 몇 개나 되는지 파악하는 것이 전부였다"고 Riechert가 돌아봅니다. "그러나 이제 작업자가 라인별로 용량 변동을 확인하고, 완제품의 정확한 용량, 장비 가동 중지 시간, OEE는 물론 육류의 온도까지 파악할 수 있습니다."

이러한 정보를 바탕으로 뉴번의 엔지니어는 새 시스템을 구축한 지 6주가 지나기도 전에 산출량을 거의 0.10% 향상시킬 수 있었습니다. 이는 연간 10만5,000개의 소시지와 수십만 달러의 매출원가 절감을 의미합니다.

"제어공학 팀은 당연히 만족해 한다"고 Riechert가 덧붙입니다. "팀원들이 라인에서 생산되는 각 소시지의 용량을 직접 확인할 수 있기 때문에 특정 주입기의 변동을 추적해 즉각적으로 용량 편차를 줄일 수 있습니다. 그렇지만 품질 보증 팀 직원들이 더 좋아합니다. 무게 검사를 담당하는 이들이기 때문입니다. 매일 수 차례에 걸쳐 수동 채취한 샘플로 용량 변동을 추정하는 대신, 이제 각 소시지, 각 배치, 각 출하량의 무게를 실시간으로 계속해서 확인할 수 있으니까요."

0.10%의 산출량 향상은 이 프로젝트의 투자 수익(ROI)을 정당화하기 충분했지만, Hillshire Brands는 이 새로운 정보 솔루션이 용량 초과분 절감을 통해 산출량을 최고 0.5%까지 향상시켜 23만kg의 소시지를 절약할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.

"프로젝트 목표를 충족하거나 초과 달성하는 문제를 떠나, 이 솔루션이 매우 유연해서 생산 증가 시는 물론 엔지니어의 관점 변화에 따라 확장이 가능하다는 사실이 매우 중요하다"고 Riechert가 말합니다. "FactoryTalk 시스템은 우리 운전자들이 어느 부분을 이해하고 주의를 기울여야 하는지, 문제가 어디서 발생하는지를 데이터로 알려 줍니다. 운전자는 기존에는 수집이 불가능하거나 수동으로 확인해야 했던 고차원적인 패턴을 확인할 수 있게 되면서, 정확한 원인을 파악하고 시스템을 향상시키기 위해 어떤 요소를 변경해야 하는지 결정할 수 있게 됐습니다. 수개월 후 이들은 더 많은 태그와 대시보드, 보고서를 요청하기 시작했습니다. 현재 우리는 일부 공장의 시스템에 에너지 사용 수치를 추가할 것을 고려하고 있습니다. 이러한 정보는 직원에게 더 큰 역량을 부여하고 동시에 직원은 더 많은 역량을 요구합니다."

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