[TECH & INSIDE] 향상된 타이어 제조장비 개발 Finite-capacity Scheduling, 제어 및 정보 통합해 운전 간소화 실현 로크웰 오토메이션은 다양한 전력, 제어 및 정보 서비스를 제공함으로써 타이어 제조업체의 성공을 지원하고 있다. 경쟁이 날로 치열해지는 타이어 시장에서 제조업체들은 Finite-capacity Scheduling, 제어 및 정보 통합을 통해 제조장비 운전의 간소화를 실현할 수 있으며, 이와 함께 비용 절감과 생산량 증대, 추적 및 제어가 월등히 향상되는 등의 효과를 누릴 수 있다. 요즘과 같이 경쟁이 치열한 타이어와 고무 제조업계에 종사하는 전 세계 기업들은 최근 전례 없는 불안정한 변화에 직면해 있다. 제조업체를 비롯한 원료 공급업체와 장비 제조업체(OEMs)는 고객의 수요, 세계화, 업계의 통합, 기술 혁신, 안전 요구사항, 정부규제 그리고 소비자의 가격 인하 요구 등과 같은 수많은 변화요인으로부터 상당한 영향을 받고 있다.특히 타이어 제조 부문에서는 투입된 노동력과 유지보수비를 절감함과 동시에 생산량을 높이고 신뢰도와 제품 품질을 일관성 있게 유지하는 장비에 대한 수요가 발생하고 있다. 신속한 생산과 함께 완벽한 제품 품질 역시 중요한 요소로 여겨지고 있으며, 더욱 커진 타이어 면적을 충족시키고 보다 섬세한 설계를 위한 업계의 트렌드도 반영할 수 있도록 유연성 있는 장비에 대한 요구가 커지고 있다.타이어와 고무 제조에 자동화 및 정보 솔루션을 적용하면 친환경 타이어 생산에 폭넓게 사용할 수 있는 타이어 생산장비(Tire Building Machine ; TBM)와 같은 기계류에 대한 설계, 개발 및 배송에 소요되는 총비용을 절감할 수 있다. TBM 공정TBM은 업계 표준에 따라 그린 타이어를 제작할 때 필요한 반제품들인 트레드, 사이드월, 이너 라이너, 바디플라이, 비드, 코드 바디 등을 조립하는 장비다. 다양한 운전 기능을 동시에 자동으로 수행할 수 있도록 장비 주기를 프로그래밍할 수 있으며, 균형 잡힌 싱글 오퍼레이터로서 작동하도록 생산주기를 조정할 수도 있다. 진행 시퀀스 또한 PLC로 제어가 가능하다. 여러 개의 장비 부품들이 드럼, 컨베이어, 롤러, 조인트리스 벨트 라인, 언와인딩 운전을 비롯해 절단 시스템, 레이저 마크, 교정 시스템, 공기압 밸브와 함께 작동해야 하기 때문에 장비의 공정은 꽤 복잡한 편이다.복잡한 시퀀싱과 로직 연계 과정 역시 모션, 제어, 드라이브 제어 및 안전 인터록을 통해 실행돼야 한다. 또한 HMI 요구사항에서는 레시피, 경보, 진단 및 운전까지 규정하고 있으며 다수의 제3자 장치들과의 커뮤니케이션도 필요한 실정이다.이렇듯 차량 유형, 타이어 크기, 타이어 구조(바이어스, 래디얼), 제작방식에 따라 공정과정에서 제기되는 수많은 난제들을 해결하기 위해 타이어 제조업체들은 TBM을 도입하고 있으며 이를 통해 다음과 같은 목적을 달성하고자 한다.● 생산성 : 단계별 소요기간을 최대한 짧게 최적화하고 복잡한 레시피 관리로 인한 교체시간 및 복구 시간을 단축하며 최고의 품질을 유지함과 동시에 처리량을 최대화한다.● 안전 : 직원과 장비의 안전을 보장하기 위해 안전규제 표준을 준수한다.● 유연성 : 그린 타이어 크기 및 상이한 구성품 유형을 비롯해 다양한 타이어 유형과 제작 공정의 요구사항을 충족시켜야 한다.● 사용의 용이성 : 장비의 복잡성에도 불구하고 유지보수는 손쉽게 이뤄져야 한다. ● IT 통합형 : 표준형 Ethernet 접속, MES 플랫폼, ERP 지원과 같은 전사적인 수준의 연결성을 제공해야 한다.장비 제조업체의 관점에서 TBM은 다음과 같은 역량을 갖춰야 한다. ● 모듈화 : 특정 고객의 애플리케이션에 적합하도록 장비의 기능을 조화롭게 활용할 수 있어야 하며, 시장 수요에 맞춰 현지화된 새로운 장비를 개발할 수 있도록 맞춤형 기능을 개발한다.● 표준화 : 장비의 섹션이나 조건에 따라 시퀀싱이나 연계작업이 훨씬 더 복잡해질 수는 있지만, 장비의 변경을 최대한 줄이면서 손쉽게 재배치할 수 있도록 복잡한 타이어 장비에서 공통적인 메커니즘을 개발하고 문서화한다.● 비용 효율성 : 장비의 통합과 기계적 및 전기적 최적화를 달성하고 배선 구축에 소요되는 시간과 비용을 절감한다.타이어 및 고무 제조업체 그리고 장비제조 업체와 10년 이상의 긴밀한 파트너 관계를 유지하고 있는 로크웰 오토메이션은 제조업체들이 경쟁적 우위를 확보할 수 있도록 도와주는 다양한 전력, 제어 및 정보 서비스를 제공하고 있다.세이프티 기능에 주력로크웰 오토메이션의 통합 아키텍처(Integrated Architecture™)는 개별 모션, 드라이브 제어, 입․출력, 네트워크, 비쥬얼라이제이션 및 정보 컴포넌트로 구성돼 있으며, 반응성과 품질을 향상시키면서 생산성은 올리고 비용은 줄여주는 고차원적인 의사 결정에 필요한 전사적 정보 교환이 실시간으로 이뤄지도록 도와준다.로크웰 오토메이션이 제공하는 TBM 솔루션 중에는 세이프티 기능을 통합시킨 제품도 있다. 장비에 세이프티 보호가 적용되면 위험요소가 제거돼 제조업체들이 EN/ISO 13849-1을 달성할 수 있게 된다. 세이프티 기능의 통합으로 가치가 향상되면 생산성과 효율 수준, 인텔리전스를 비롯한 전반적인 경쟁력이 강화되며, 기능 안전이 컴플라이언스를 넘어서는 수준으로 최적화되면 폐기물이 절감되고 장비의 기능 운전을 개선할 수 있다. 또한 통합된 솔루션의 설계를 통해 경쟁력이 강화돼 세계시장에서의 기회 포착뿐 아니라 위험 감소, 서비스 개선을 비롯해 평균수리시간(MTTR)과 진단까지 개선된다.로크웰 오토메이션의 통합 세이프티 솔루션은 장비의 가동 중단시간을 최소한으로 줄이면서 최대 결과를 얻을 수 있도록 지원하며, 세이프티, 표준 제어 및 비쥬얼라이제이션에 필요한 플랫폼과 프로그래밍 툴을 공통으로 사용하기 때문에 취득비용을 줄일 수 있고 스위치(세이프티 릴레이용)와 적재공간도 절약할 수 있다. 게다가 세이프티 프로그래밍은 개방형 통합 제어방식이므로 장비의 세이프티를 보장하고 현행 제어 투자까지도 보전할 수 있다.분산 제어하나의 컨트롤러로 분산 제어를 실현해야 하는 고객을 위해 로크웰 오토메이션은 개방형 네트워크, 통합 모션, 다양한 세이프티 컴포넌트로 구성된 솔루션을 제공함으로써, 고객이 여분의 부품 세트, 유지보수 서비스, 관리할 시스템을 모두 하나씩만 갖춰도 분산 제어가 가능하도록 지원하고 있다.Allen-Bradley® CompactLogix™ PAC를 기반으로 하는 이 솔루션은 공통 개발환경에서 공통 제어 엔진을 사용하는 중소형 애플리케이션을 제공하고 있으며, 세이프티, 모션, 개별 부품, 드라이브 역량을 단일 컨트롤러로 모두 통합했다. 솔루션에 포함된 그밖의 구성품으로는 MPSeries Low Inertia(MPL) 서보 모터가 장착된 Allen-Bradley Kinetix® 350과 6500 서보 드라이브가 있어 원활한 가속과 감속이 가능하다. 배선 연결의 부담이 적을 뿐만 아니라 EtherNet/IP™의 공통 소프트웨어 플랫폼을 사용하기 때문에 CIP Motion, CIP 세이프티, CIP Sync, DLR(Device-Level Ring) 기술까지 활용해 TBM의 IT 환경 통합이 가능해진다. 장비의 현재 상황을 보여주며 문제 발생 시 작업자에게 경고를 해주는 Allen-Bradley PanelView™ Plus HMI와 다양한 Allen-Bradley 세이프티 컴포넌트가 세이프티 제어에 추가돼 있다.메뉴팩처링 매트릭스와 개발 툴장비 및 재료 사용 혹은 설비종합효율(OEE)과 같은 성능 매트릭스는 TBM 생산 운영이 얼마나 잘 관리되고 있는 가에 대한 중요한 통찰력을 제공해준다. Rockwell Software® FactoryTalk® Metrics는 공장 현장의 장비를 모니터링하고 장비의 현재 성능뿐 아니라 장기적 해석을 위한 히스토리 데이터에 대한 시기적절하고 정기적이며 구체적 정보를 제공한다. 이러한 데이터는 공장 인력들이 생산시설 내에서 혹은 제조기업의 전반에서 자산을 최적화하는데 필요한 의사결정을 정보에 기반해 내릴 수 있도록 도와준다.예를 들어 타이어 제조업체가 가동 중단시간, 품질, 원료 폐기물에 대한 데이터를 수집하는 보고 시스템을 원하는 경우 핵심 데이터의 수집과 보고에 생산횟수, 고철 생산, 원료 소비, 가동 중단시간 발생 이벤트, 주요 성능 지표를 포함시킬 수 있다.파워 프로그래밍은 모든 Logix 컨트롤러에 적합하고 재활용이 가능하며 사전 정의된 템플릿과 페이스플레이트를 활용한 모듈 프로그래밍 기법은 장비 포트폴리오 전반에서 엔지니어링 시간을 단축시켜 준다. 또한 생산의 유연성으로 인해 현행 자산으로 새로운 제품의 요구사양을 맞추는 과정에서 소요되는 시간과 자본 투자를 최소화할 수 있으며 모듈화된 실행으로 소프트웨어의 테스트가 용이해 개발시간을 최대 50%까지 단축할 수 있다.로크웰 오토메이션에서는 서보-시스템 하드웨어와 모션 캠 프로파일의 최적화를 위해 메카트로닉스 툴과 일렉트로닉 캠을 제공한다. 예를 들어 Motion Analyzer Virtual Design Tool은 기계와 제어 기능을 연결시킴으로써 사용자가 장비 설계를 최종적으로 진행하기 전에 가상환경에서 분석, 최적화, 시뮬레이션 및 옵션의 선정을 해볼 수 있도록 한다. Motion Axis Complex Move는 주어진 이동거리나 이동시간을 기반으로 복잡성의 절대치 혹은 점차 복잡성이 증가하는 모션 프로파일을 생성한다. Multi Servo-Loop 구성에서는 위치, 속도, 토크 서보뿐 아니라 이중 피드백, AUX 피드백, 이중 명령 서보까지 설정할 수 있다.Finite-capacity scheduling과 제어 및 정보를 통합함으로써 제조업체는 타이어 제조장비 운전의 간소화를 실현했다. 뿐만 아니라 상당한 규모의 비용 절감과 함께 생산량의 증대, 운영 전반에 대한 가시성, 추적 및 제어가 월등히 향상되는 이점까지 누릴 수 있게 된다.타이어 제조업계의 솔루션 전문가인 로크웰 오토메이션은 제조업체에게 경쟁적 우위를 가져다 줄 수 있는 파워, 제어, 정보 서비스를 제공하면서 기업의 성공을 뒷받침하고 있다. 또한 비즈니스에 영향을 미치는 업계의 정책과 요구사항에 대한 심도 있는 이해를 바탕으로 제조업체가 위험요소를 줄이고 운영의 효율성을 개선하며 신속한 시장 진입을 실현할 수 있도록 하고 있다. For tires, speed is everything서보 및 리니어 기술 적용해 OEE 80% 달성 자동차 타이어 생산에서 가장 중요한 요소는 속도, 품질 그리고 안전이다. 이러한 점을 염두에 두고 VMI Holland(이하 VMI)는 2009년 신규 생산 기계 라인으로 타이어 제조업체의 투자 수익률을 상당히 높여주는 ‘MAXX’를 도입했다. MAXX는 독일에서 개최됐던 ‘Tire Tech 2009’에서 ‘Award for Innovation and Excellence’를 수상할 만큼 업계에서 좋은 평가를 받아왔다. VMI에서 근무하는 연구 및 개발 관리자 Jan Grashuis와 그 팀은 2년간 MAXX의 작동 프로토 타입에 대한 연구를 진행해왔다. Jan Grashuis는 “우리는 새로운 메카트로닉 기계 개념을 구현해 품질을 한 차원 끌어올리길 원했다. 우리 목표는 가능한 한 많은 영역을 동시에 최대한으로 개선시키는 것이었다”며 “실제 새로운 MAXX 기계 라인 이면의 기본원칙에 대해 오랫동안 열심히 고민했다”고 말했다. 또한 “새로운 기계 개념을 설계하는 동안 VMI가 지난 10년 동안 축적해온 모든 실제적인 경험을 통합해 넣었으며 로크웰 오토메이션의 도움을 일부 받은 결과, 우리는 품질, 인간공학, 사용 편의성, 속도, 안전 및 생산성을 모두 통합한 기계를 제공할 수 있게 됐다”고 덧붙였다. 속도가 최우선자동차 타이어 생산 프로세스에서 가장 중요한 요소 중 하나는 TBM(타이어 성형기)이다. TBM은 일련의 강화된 계층으로 타이어를 제작해 사이드월과 트레드를 형성한다. 스풀에서 공급된 타이어의 부품들은 드럼의 다양한 계층에 층적된다. 이때 자재 공급의 정밀도와 자재 길이 및 배치가 매우 중요하다. 이러한 변수들은 TBM의 카메라로 모니터링된다. Jan Grashuis는 “차량 타이어 생산에서 중요한 것은 각 타이어를 제작하는 데 드는 시간”이라고 말했다. 타이어 생산시간이 가능한 짧아야 했다. 타이어 하나당 TBM 작업시간이 50~60초로 단축된 것이 그리 오래되지 않았음에도 새로운 MAXX TBM은 38초 만에 작업을 완료했다. 고객의 스풀 크기와 크기 변화의 수에 따라 조금씩 달라질 수 있지만, 고객은 80%의 OEE(설비종합효율)를 달성할 수 있다. 짧은 주기와 OEE의 향상은 높은 생산성으로 이어진다. MAXX는 완전한 자동 기계다. 즉 기계 운영자의 주요 작업은 자재의 스풀을 보급하는 것뿐이다. 대부분의 중요 파라미터는 레시피로 제어되므로 정확성과 반복성이 뛰어나다. 자동화 기술이 핵심 역할 담당서보 드라이브를 사용함으로써 트랙 위의 드럼에 대한 리니어 운동을 제어해 주기시간을 크게 단축할 수 있었다. 리니어 서보 기술 덕분에 속도와 정확성이 높아진 것이다. VMI는 MAXX TBM의 다양한 모든 운동에 대해 22 서보 축을 사용한다. 모든 요소는 Allen-Bradley® ControlLogix® PCA(Programmable Automation Controller)와 통합 모션 모듈 및 Allen-Bradley Kinetix® 서보 드라이브를 통해 제어된다. 프로세스의 속도 향상은 캡 스트립을 맞출 때 중요하다. 타이어 제조업체는 정확한 장력으로 이 스트립을 부착하길 원한다. 안전도 중요한 요인이다. 기계 작동자가 기계의 이동부에 끼일 위험을 최소화하기 위해 VMI는 기능적인 위험 평가를 실시해 그 결과에 따라 적절한 안전기기를 설치했다. 위험 평가의 결과는 EN ISO 13849-1 성능 수준 ‘e’ 정도의 보호에 필요한 기계를 나타냈다. 다양한 라이트 커튼, 도어 스위치 및 레이저 스캐너를 설치하면 사람이 기계의 이동부에 끼이는 상황을 방지할 수 있다. 이러한 세이프티 장치는 세이프티 원격 I/O 모듈인 로크웰 오토메이션의 Allen-Bradley type 1791 DS/ES CompactBlock™ Guard I/O에 연결된다. 그런 다음 네트워크를 통해 I/O 모듈은 Allen-Bradley GuardLogix® 컨트롤러와 통신한다. 이 컨트롤러는 한 컨트롤러에서 세이프티 기능과 일반적인 모션 기능을 모두 제어 및 모니터링하는 세이프티 PAC이다. 성능 향상속도가 향상됨에 따라 컨트롤러에 대한 기대도 한층 높아졌다. Capstrip Tension Controller의 경우 로크웰 오토메이션의 기술 사용으로 속도가 2배 향상됐다. 4m/초였던 속도가 처음에는 6m/초로 향상됐고 새로운 기계 도입 후에는 8m/초를 달성하게 됐다. 용접이나 스플라이스도 서보 기술을 사용해 신속하고 정밀하게 수행할 수 있다. 과거에는 일부부품에 대해 이 단계를 수작업으로 수행했다. 속도 향상은 사전 조립 및 보강층 분야에도 적용된다. MAXX에서 이러한 작업은 단일 이동으로 이뤄지며 부품들은 하나씩 차례로 신속하게 연결된다. 기계에 비드 에이펙스의 보급과 완성된 타이어의 제거도 이전에는 수작업으로 수행했지만 이제는 로봇으로 처리하게 됐다. 이같은 변화는 시간 단축은 물론 직원들의 작업환경 개선에도 도움을 줬다. ■ 자료_ 로크웰 오토메이션 코리아

[TECH & INSIDE] 향상된 타이어 제조장비 개발

Finite-capacity Scheduling, 제어 및 정보 통합해 운전 간소화 실현

기사입력 2013-06-25 00:05:00

[산업일보]

로크웰 오토메이션은 다양한 전력, 제어 및 정보 서비스를 제공함으로써 타이어 제조업체의 성공을 지원하고 있다. 경쟁이 날로 치열해지는 타이어 시장에서 제조업체들은 Finite-capacity Scheduling, 제어 및 정보 통합을 통해 제조장비 운전의 간소화를 실현할 수 있으며, 이와 함께 비용 절감과 생산량 증대, 추적 및 제어가 월등히 향상되는 등의 효과를 누릴 수 있다.

요즘과 같이 경쟁이 치열한 타이어와 고무 제조업계에 종사하는 전 세계 기업들은 최근 전례 없는 불안정한 변화에 직면해 있다. 제조업체를 비롯한 원료 공급업체와 장비 제조업체(OEMs)는 고객의 수요, 세계화, 업계의 통합, 기술 혁신, 안전 요구사항, 정부규제 그리고 소비자의 가격 인하 요구 등과 같은 수많은 변화요인으로부터 상당한 영향을 받고 있다.

특히 타이어 제조 부문에서는 투입된 노동력과 유지보수비를 절감함과 동시에 생산량을 높이고 신뢰도와 제품 품질을 일관성 있게 유지하는 장비에 대한 수요가 발생하고 있다. 신속한 생산과 함께 완벽한 제품 품질 역시 중요한 요소로 여겨지고 있으며, 더욱 커진 타이어 면적을 충족시키고 보다 섬세한 설계를 위한 업계의 트렌드도 반영할 수 있도록 유연성 있는 장비에 대한 요구가 커지고 있다.

타이어와 고무 제조에 자동화 및 정보 솔루션을 적용하면 친환경 타이어 생산에 폭넓게 사용할 수 있는 타이어 생산장비(Tire Building Machine ; TBM)와 같은 기계류에 대한 설계, 개발 및 배송에 소요되는 총비용을 절감할 수 있다.

TBM 공정

TBM은 업계 표준에 따라 그린 타이어를 제작할 때 필요한 반제품들인 트레드, 사이드월, 이너 라이너, 바디플라이, 비드, 코드 바디 등을 조립하는 장비다. 다양한 운전 기능을 동시에 자동으로 수행할 수 있도록 장비 주기를 프로그래밍할 수 있으며, 균형 잡힌 싱글 오퍼레이터로서 작동하도록 생산주기를 조정할 수도 있다. 진행 시퀀스 또한 PLC로 제어가 가능하다.

여러 개의 장비 부품들이 드럼, 컨베이어, 롤러, 조인트리스 벨트 라인, 언와인딩 운전을 비롯해 절단 시스템, 레이저 마크, 교정 시스템, 공기압 밸브와 함께 작동해야 하기 때문에 장비의 공정은 꽤 복잡한 편이다.

복잡한 시퀀싱과 로직 연계 과정 역시 모션, 제어, 드라이브 제어 및 안전 인터록을 통해 실행돼야 한다. 또한 HMI 요구사항에서는 레시피, 경보, 진단 및 운전까지 규정하고 있으며 다수의 제3자 장치들과의 커뮤니케이션도 필요한 실정이다.

이렇듯 차량 유형, 타이어 크기, 타이어 구조(바이어스, 래디얼), 제작방식에 따라 공정과정에서 제기되는 수많은 난제들을 해결하기 위해 타이어 제조업체들은 TBM을 도입하고 있으며 이를 통해 다음과 같은 목적을 달성하고자 한다.

● 생산성 : 단계별 소요기간을 최대한 짧게 최적화하고 복잡한 레시피 관리로 인한 교체시간 및 복구 시간을 단축하며 최고의 품질을 유지함과 동시에 처리량을 최대화한다.
● 안전 : 직원과 장비의 안전을 보장하기 위해 안전규제 표준을 준수한다.
● 유연성 : 그린 타이어 크기 및 상이한 구성품 유형을 비롯해 다양한 타이어 유형과 제작 공정의 요구사항을 충족시켜야 한다.
● 사용의 용이성 : 장비의 복잡성에도 불구하고 유지보수는 손쉽게 이뤄져야 한다.
● IT 통합형 : 표준형 Ethernet 접속, MES 플랫폼, ERP 지원과 같은 전사적인 수준의 연결성을 제공해야 한다.

장비 제조업체의 관점에서 TBM은 다음과 같은 역량을 갖춰야 한다.

● 모듈화 : 특정 고객의 애플리케이션에 적합하도록 장비의 기능을 조화롭게 활용할 수 있어야 하며, 시장 수요에 맞춰 현지화된 새로운 장비를 개발할 수 있도록 맞춤형 기능을 개발한다.
● 표준화 : 장비의 섹션이나 조건에 따라 시퀀싱이나 연계작업이 훨씬 더 복잡해질 수는 있지만, 장비의 변경을 최대한 줄이면서 손쉽게 재배치할 수 있도록 복잡한 타이어 장비에서 공통적인 메커니즘을 개발하고 문서화한다.
● 비용 효율성 : 장비의 통합과 기계적 및 전기적 최적화를 달성하고 배선 구축에 소요되는 시간과 비용을 절감한다.

타이어 및 고무 제조업체 그리고 장비제조 업체와 10년 이상의 긴밀한 파트너 관계를 유지하고 있는 로크웰 오토메이션은 제조업체들이 경쟁적 우위를 확보할 수 있도록 도와주는 다양한 전력, 제어 및 정보 서비스를 제공하고 있다.

세이프티 기능에 주력

로크웰 오토메이션의 통합 아키텍처(Integrated Architecture™)는 개별 모션, 드라이브 제어, 입․출력, 네트워크, 비쥬얼라이제이션 및 정보 컴포넌트로 구성돼 있으며, 반응성과 품질을 향상시키면서 생산성은 올리고 비용은 줄여주는 고차원적인 의사 결정에 필요한 전사적 정보 교환이 실시간으로 이뤄지도록 도와준다.

로크웰 오토메이션이 제공하는 TBM 솔루션 중에는 세이프티 기능을 통합시킨 제품도 있다. 장비에 세이프티 보호가 적용되면 위험요소가 제거돼 제조업체들이 EN/ISO 13849-1을 달성할 수 있게 된다.

세이프티 기능의 통합으로 가치가 향상되면 생산성과 효율 수준, 인텔리전스를 비롯한 전반적인 경쟁력이 강화되며, 기능 안전이 컴플라이언스를 넘어서는 수준으로 최적화되면 폐기물이 절감되고 장비의 기능 운전을 개선할 수 있다. 또한 통합된 솔루션의 설계를 통해 경쟁력이 강화돼 세계시장에서의 기회 포착뿐 아니라 위험 감소, 서비스 개선을 비롯해 평균수리시간(MTTR)과 진단까지 개선된다.

로크웰 오토메이션의 통합 세이프티 솔루션은 장비의 가동 중단시간을 최소한으로 줄이면서 최대 결과를 얻을 수 있도록 지원하며, 세이프티, 표준 제어 및 비쥬얼라이제이션에 필요한 플랫폼과 프로그래밍 툴을 공통으로 사용하기 때문에 취득비용을 줄일 수 있고 스위치(세이프티 릴레이용)와 적재공간도 절약할 수 있다. 게다가 세이프티 프로그래밍은 개방형 통합 제어방식이므로 장비의 세이프티를 보장하고 현행 제어 투자까지도 보전할 수 있다.

분산 제어

하나의 컨트롤러로 분산 제어를 실현해야 하는 고객을 위해 로크웰 오토메이션은 개방형 네트워크, 통합 모션, 다양한 세이프티 컴포넌트로 구성된 솔루션을 제공함으로써, 고객이 여분의 부품 세트, 유지보수 서비스, 관리할 시스템을 모두 하나씩만 갖춰도 분산 제어가 가능하도록 지원하고 있다.

Allen-Bradley® CompactLogix™ PAC를 기반으로 하는 이 솔루션은 공통 개발환경에서 공통 제어 엔진을 사용하는 중소형 애플리케이션을 제공하고 있으며, 세이프티, 모션, 개별 부품, 드라이브 역량을 단일 컨트롤러로 모두 통합했다.

솔루션에 포함된 그밖의 구성품으로는 MPSeries Low Inertia(MPL) 서보 모터가 장착된 Allen-Bradley Kinetix® 350과 6500 서보 드라이브가 있어 원활한 가속과 감속이 가능하다. 배선 연결의 부담이 적을 뿐만 아니라 EtherNet/IP™의 공통 소프트웨어 플랫폼을 사용하기 때문에 CIP Motion, CIP 세이프티, CIP Sync, DLR(Device-Level Ring) 기술까지 활용해 TBM의 IT 환경 통합이 가능해진다. 장비의 현재 상황을 보여주며 문제 발생 시 작업자에게 경고를 해주는 Allen-Bradley PanelView™ Plus HMI와 다양한 Allen-Bradley 세이프티 컴포넌트가 세이프티 제어에 추가돼 있다.

메뉴팩처링 매트릭스와 개발 툴

장비 및 재료 사용 혹은 설비종합효율(OEE)과 같은 성능 매트릭스는 TBM 생산 운영이 얼마나 잘 관리되고 있는 가에 대한 중요한 통찰력을 제공해준다. Rockwell Software® FactoryTalk® Metrics는 공장 현장의 장비를 모니터링하고 장비의 현재 성능뿐 아니라 장기적 해석을 위한 히스토리 데이터에 대한 시기적절하고 정기적이며 구체적 정보를 제공한다. 이러한 데이터는 공장 인력들이 생산시설 내에서 혹은 제조기업의 전반에서 자산을 최적화하는데 필요한 의사결정을 정보에 기반해 내릴 수 있도록 도와준다.

예를 들어 타이어 제조업체가 가동 중단시간, 품질, 원료 폐기물에 대한 데이터를 수집하는 보고 시스템을 원하는 경우 핵심 데이터의 수집과 보고에 생산횟수, 고철 생산, 원료 소비, 가동 중단시간 발생 이벤트, 주요 성능 지표를 포함시킬 수 있다.

파워 프로그래밍은 모든 Logix 컨트롤러에 적합하고 재활용이 가능하며 사전 정의된 템플릿과 페이스플레이트를 활용한 모듈 프로그래밍 기법은 장비 포트폴리오 전반에서 엔지니어링 시간을 단축시켜 준다. 또한 생산의 유연성으로 인해 현행 자산으로 새로운 제품의 요구사양을 맞추는 과정에서 소요되는 시간과 자본 투자를 최소화할 수 있으며 모듈화된 실행으로 소프트웨어의 테스트가 용이해 개발시간을 최대 50%까지 단축할 수 있다.

로크웰 오토메이션에서는 서보-시스템 하드웨어와 모션 캠 프로파일의 최적화를 위해 메카트로닉스 툴과 일렉트로닉 캠을 제공한다. 예를 들어 Motion Analyzer Virtual Design Tool은 기계와 제어 기능을 연결시킴으로써 사용자가 장비 설계를 최종적으로 진행하기 전에 가상환경에서 분석, 최적화, 시뮬레이션 및 옵션의 선정을 해볼 수 있도록 한다. Motion Axis Complex Move는 주어진 이동거리나 이동시간을 기반으로 복잡성의 절대치 혹은 점차 복잡성이 증가하는 모션 프로파일을 생성한다. Multi Servo-Loop 구성에서는 위치, 속도, 토크 서보뿐 아니라 이중 피드백, AUX 피드백, 이중 명령 서보까지 설정할 수 있다.

Finite-capacity scheduling과 제어 및 정보를 통합함으로써 제조업체는 타이어 제조장비 운전의 간소화를 실현했다. 뿐만 아니라 상당한 규모의 비용 절감과 함께 생산량의 증대, 운영 전반에 대한 가시성, 추적 및 제어가 월등히 향상되는 이점까지 누릴 수 있게 된다.

타이어 제조업계의 솔루션 전문가인 로크웰 오토메이션은 제조업체에게 경쟁적 우위를 가져다 줄 수 있는 파워, 제어, 정보 서비스를 제공하면서 기업의 성공을 뒷받침하고 있다. 또한 비즈니스에 영향을 미치는 업계의 정책과 요구사항에 대한 심도 있는 이해를 바탕으로 제조업체가 위험요소를 줄이고 운영의 효율성을 개선하며 신속한 시장 진입을 실현할 수 있도록 하고 있다.

For tires, speed is everything
서보 및 리니어 기술 적용해 OEE 80% 달성

자동차 타이어 생산에서 가장 중요한 요소는 속도, 품질 그리고 안전이다. 이러한 점을 염두에 두고 VMI Holland(이하 VMI)는 2009년 신규 생산 기계 라인으로 타이어 제조업체의 투자 수익률을 상당히 높여주는 ‘MAXX’를 도입했다. MAXX는 독일에서 개최됐던 ‘Tire Tech 2009’에서 ‘Award for Innovation and Excellence’를 수상할 만큼 업계에서 좋은 평가를 받아왔다.

VMI에서 근무하는 연구 및 개발 관리자 Jan Grashuis와 그 팀은 2년간 MAXX의 작동 프로토 타입에 대한 연구를 진행해왔다.

Jan Grashuis는 “우리는 새로운 메카트로닉 기계 개념을 구현해 품질을 한 차원 끌어올리길 원했다. 우리 목표는 가능한 한 많은 영역을 동시에 최대한으로 개선시키는 것이었다”며 “실제 새로운 MAXX 기계 라인 이면의 기본원칙에 대해 오랫동안 열심히 고민했다”고 말했다.

또한 “새로운 기계 개념을 설계하는 동안 VMI가 지난 10년 동안 축적해온 모든 실제적인 경험을 통합해 넣었으며 로크웰 오토메이션의 도움을 일부 받은 결과, 우리는 품질, 인간공학, 사용 편의성, 속도, 안전 및 생산성을 모두 통합한 기계를 제공할 수 있게 됐다”고 덧붙였다.

속도가 최우선

자동차 타이어 생산 프로세스에서 가장 중요한 요소 중 하나는 TBM(타이어 성형기)이다. TBM은 일련의 강화된 계층으로 타이어를 제작해 사이드월과 트레드를 형성한다. 스풀에서 공급된 타이어의 부품들은 드럼의 다양한 계층에 층적된다. 이때 자재 공급의 정밀도와 자재 길이 및 배치가 매우 중요하다. 이러한 변수들은 TBM의 카메라로 모니터링된다.

Jan Grashuis는 “차량 타이어 생산에서 중요한 것은 각 타이어를 제작하는 데 드는 시간”이라고 말했다.

타이어 생산시간이 가능한 짧아야 했다. 타이어 하나당 TBM 작업시간이 50~60초로 단축된 것이 그리 오래되지 않았음에도 새로운 MAXX TBM은 38초 만에 작업을 완료했다. 고객의 스풀 크기와 크기 변화의 수에 따라 조금씩 달라질 수 있지만, 고객은 80%의 OEE(설비종합효율)를 달성할 수 있다. 짧은 주기와 OEE의 향상은 높은 생산성으로 이어진다.

MAXX는 완전한 자동 기계다. 즉 기계 운영자의 주요 작업은 자재의 스풀을 보급하는 것뿐이다. 대부분의 중요 파라미터는 레시피로 제어되므로 정확성과 반복성이 뛰어나다.

자동화 기술이 핵심 역할 담당

서보 드라이브를 사용함으로써 트랙 위의 드럼에 대한 리니어 운동을 제어해 주기시간을 크게 단축할 수 있었다. 리니어 서보 기술 덕분에 속도와 정확성이 높아진 것이다.

VMI는 MAXX TBM의 다양한 모든 운동에 대해 22 서보 축을 사용한다. 모든 요소는 Allen-Bradley® ControlLogix® PCA(Programmable Automation Controller)와 통합 모션 모듈 및 Allen-Bradley Kinetix® 서보 드라이브를 통해 제어된다.

프로세스의 속도 향상은 캡 스트립을 맞출 때 중요하다. 타이어 제조업체는 정확한 장력으로 이 스트립을 부착하길 원한다.

안전도 중요한 요인이다. 기계 작동자가 기계의 이동부에 끼일 위험을 최소화하기 위해 VMI는 기능적인 위험 평가를 실시해 그 결과에 따라 적절한 안전기기를 설치했다. 위험 평가의 결과는 EN ISO 13849-1 성능 수준 ‘e’ 정도의 보호에 필요한 기계를 나타냈다.

다양한 라이트 커튼, 도어 스위치 및 레이저 스캐너를 설치하면 사람이 기계의 이동부에 끼이는 상황을 방지할 수 있다. 이러한 세이프티 장치는 세이프티 원격 I/O 모듈인 로크웰 오토메이션의 Allen-Bradley type 1791 DS/ES CompactBlock™ Guard I/O에 연결된다. 그런 다음 네트워크를 통해 I/O 모듈은 Allen-Bradley GuardLogix® 컨트롤러와 통신한다. 이 컨트롤러는 한 컨트롤러에서 세이프티 기능과 일반적인 모션 기능을 모두 제어 및 모니터링하는 세이프티 PAC이다.

성능 향상

속도가 향상됨에 따라 컨트롤러에 대한 기대도 한층 높아졌다. Capstrip Tension Controller의 경우 로크웰 오토메이션의 기술 사용으로 속도가 2배 향상됐다. 4m/초였던 속도가 처음에는 6m/초로 향상됐고 새로운 기계 도입 후에는 8m/초를 달성하게 됐다.

용접이나 스플라이스도 서보 기술을 사용해 신속하고 정밀하게 수행할 수 있다. 과거에는 일부부품에 대해 이 단계를 수작업으로 수행했다. 속도 향상은 사전 조립 및 보강층 분야에도 적용된다. MAXX에서 이러한 작업은 단일 이동으로 이뤄지며 부품들은 하나씩 차례로 신속하게 연결된다.

기계에 비드 에이펙스의 보급과 완성된 타이어의 제거도 이전에는 수작업으로 수행했지만 이제는 로봇으로 처리하게 됐다. 이같은 변화는 시간 단축은 물론 직원들의 작업환경 개선에도 도움을 줬다.

■ 자료_ 로크웰 오토메이션 코리아

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온라인 뉴스팀 kidd@kidd.co.kr

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