바이오의약품 제조업체 노후화에서
새로운 기회 발견

미해결된 장비 노후화 문제가 수백만 달러에 달하는 문제로 연결될 우려 존재하였습니다. 예비 부품 없는 장비에 장애가 발생하는 경우, 생산 차질 및 배치 손상에 대한 우려가 있었습니다.

세계 최대의 바이오 의약품 제조업체 중 한 곳은 노후화된 정제용 스키드 제어 시스템 두 대의 문제를 해결할 필요가 있었습니다. 그 과정에서 이 기업은 추가적으로 운영을 개선할 수 있는 기회를 발견했습니다.

노후화에 앞서가기

각 생산 배치는 세포들이 포함된 1~4 밀리미터의 앰풀 하나로 시작됩니다. 이는 약품에 핵심적인 단백질을 생성하는 요람의 역할을 합니다. 이 앰풀은 세포의 성장과 복제를 촉진하기 위해 활성 상태로 해동된 후 완충 매체와 결합되는 발효과정을 거칩니다.

이 과정을 거친 세포 앰풀은 최대 12,000 리터까지 용량이 증가할 수 있습니다.

원하는 용량에 도달하면, 해당 배치는 정제 공정으로 이동됩니다. 그곳에서 일련의 다양한 과정을 거쳐 세포 파편, 불필요한 단백질 및 기타 요소들이 제거됩니다.

이 공정의 마지막 단계는 접선유동여과(tangential flow filtration, TFF)입니다.

TFF는 단백질에서 완충제 역할을 하는 종자들을 제거하기 위해 압력을 가하는 과정입니다. 이는 약품의 목표 사양을 충족하는 최종 농도로 정화 및 정제하는데 도움이 됩니다. 이 과정 후 세포는 충진 공정으로 보내집니다.

이 기업은 배치 크기에 따라 다수의 TFF 스키드를 보유하고 있습니다. 그러나 두 개의 중형 TFF 스키드 제어 시스템이 지원 수명주기 한도에 근접하고 있었습니다.

첫 번째 스키드는 1998년 처음 가동을 시작하였으며, 두 번째 스키드는 증가하는 제품 수요를 충족하기 위해 그 얼마 후 도입했습니다. 두 스키드 시스템 모두 컨트롤러(PLC), 가변 주파수 드라이브(VFD) 및 휴먼 머신 인터페이스(HMI) 요소를 갖추고 있었으며, 이들은 곧 단종이 되거나 이미 단종이 된 상태였습니다.

뱅크스 인티그레이션(Banks Integration)의 프로젝트 엔지니어인 톰 브라운(Tom Brown)은 “이 기업은 단종이 머지 않았다는 사실을 인지하고 시스템을 교체하거나 업그레이드하길 원했다"며, “스키드 시스템의 전반적인 상태를 고려할 때, 제어 시스템을 업그레이드하는 것이 합당했다”고 말했습니다.

노후화 되는 장비는 가용 예비 부품의 부족과 잠재적인 다운타임으로 인해 장애가 발생하는 경우 최대 1천만 달러의 생산 비용이 발생할 수 있었습니다. 이뿐만 아니라, 이들은 컴포넌트 간의 통신 오류로 인해 매주 5~6회의 핵심 알람을 발생하여 불필요한 다운타임이 야기되었습니다.

진단 정보가 부족하여 알람 문제를 진단하고 해결하는 일 또한 쉽지 않아 발생한 알람 문제를 해결하느라 품질, 자동화, 제조 과학 그룹에서 최대 10명의 직원들이 나서야 했던 경우도 있었습니다.

브라운은 “느슨해진 전선처럼 간단한 경우에도 수시간이 소요되었다”고 덧붙였습니다.

이외에도, 두 스키드 시스템이 동일한 설계에 기반하지만, 자체적으로 구동이 되었습니다. 이는 각 시스템이 별도의 코드를 가지기 때문에 각 생산 런마다 별도의 테스트를 해야 함을 의미했습니다.

제어 시스템의 마이그레이션

이 바이오 의약품 제조업체는 로크웰 오토메이션 PartnerNetwork^™ 프로그램의 솔루션 파트너인 뱅크스 인티그레이션 그룹과 협력하여, 로크웰 오토메이션의 PlantPAx^® 모던 DCS 제어 시스템으로의 업그레이드 프로세스를 설계, 엔지니어링 및 검증하였습니다.

여기에는 구형 PLC와 VFD를 Allen-Bradley^® ControlLogix^® 5570 컨트롤러와 Allen-Bradley PowerFlex^® 525 VFD로 업그레이드하는 작업이 포함되었습니다.

보다 효과적인 장치 레벨 통신과 실시간 성능 모니터링을 지원하기 위해, 이 기업의 기존 데이터 하이웨이 플러스(Data Highway Plus) 네트워크를 싱글 폴트를 허용하는 EtherNet/IP^™ 네트워크로 교체하였습니다.

추가적으로, 원격 액세스 등 더 큰 수준의 액세스를 가능하게 하기 위해 제어 시스템들을 이중화된 클라이언트 서버 SCADA 아키텍처로 통합하였습니다.

새로운 스키드 시스템은 생명 과학용 PlantPAx 프로세스 객체를 활용합니다. 컨트롤러 코드, 디스플레이 요소 및 페이스플레이트로 구성된 이 객체 라이브러리는 생명 과학 업계를 위해 개별화되었습니다. 이러한 사전 정의된 요소들은 작업자들이 보다 신속하게 애플리케이션을 설정하여 생산 구현을 가속화하고 주기 시간을 단축할 수 있도록 해주었습니다.

새로운 시스템은 또한 운전자가 모델을 생성하고 개별적인 레시피를 구축할 수 있도록 해주는 장비 편집기 및 레시피 편집기가 포함된 로크웰 오토메이션의 FactoryTalk^® 배치 소프트웨어를 사용합니다. PhaseManager^™ 기능이 포함된 FactoryTalk Batch는 단계적 로직 인터페이스(PLI) 코드 없이 장비의 단계들을 생성할 수 있도록 해주어 단계적 로직 프로그래밍과 설정을 간소화해줍니다.

새로운 효율성

업그레이드된 TFF 스키드는 이 기업이 장비의 노후화에 한발 앞서가며 중요한 다운타임 문제를 해결할 수 있도록 해주었습니다. 뿐만 아니라, 업그레이드는 추가적인 운영 개선과 비즈니스 혜택을 제공해주었습니다.

새로운 제어 시스템은 동일한 코드를 한번만 테스트하면 두 스키드시스템 모두에 설치할 수 있는 "패밀리" 코드 접근방식을 지원합니다.

브라운은 “두 시스템이 하나의 코드셋을 공유할 수 있기 때문에 검증 비용이 절반으로 줄었다"며 “이제 테스트와 문서 작업을 이중으로 할 필요가 없어졌다”고 설명했습니다.

새로운 시스템은 또한 통신 문제에서 기인하던 알람 발생을 획기적으로 감소시켜 주었습니다. 매주 대여섯 차례 발생하던 알람이 새 시스템 운영 시작 후 2달 동안 한번도 발생하지 않았습니다.

문제가 발생하는 경우, 새로운 시스템은 생산팀에게 스키드에 대한 더 많은 가시성을 제공하여 신속하게 문제를 해결할 수 있도록 해줍니다. 예를 들어, 기존 시스템의 가변 주파수 드라이브(VFD)들은 모니터링이 되지 않았습니다.

결과적으로, 작업자들이 수십 가지의 폴트 코드를 확인해가며 문제를 파악하기 보다는 시스템을 재시작하는 일이 다반사였습니다. 이제, 새로운 VFD의 폴트 코드들은 PLC로 바로 보고가 되어 데이터 히스토리언에 수집이 됩니다.

브라운은 “새로운 시스템과 장치 레벨 링 덕분에, 장애가 정확히 어디에서 발생하는지를 파악할 수가 있다”며, “시스템을 구현한지 첫 주가 지나기 전에 하루에 해당하는 문제 진단 시간을 절약할 수 있었다”고 말했습니다.

이외에도, 새로운 네트워크는 제어 레벨에서 수집된 정보가 시설 전반에서 원활하게 흐를 수 있도록 해줍니다.

이는 브라운과 다른 직원들에게 스키드 시스템을 원격으로 액세스할 수 있는 역량을 제공하여, 현장에 있지 않아도 시스템이 어떻게 작동하는지에 대한 가시성을 쉽게 확보할 수 있게 해줍니다.

브라운은 “이전에는 외부에서 가시성을 확보한다는 것이 거의 불가능했다”며 “이제 사무실이나 다른 위치에서 전화 연락을 받으면, 스키드에 원격으로 액세스하는데 2분밖에 안걸린다. 문제진단의 측면에서만 보아도 획기적인 혜택이다”라고 덧붙였습니다.

위에서 언급한 결과는 바이오 의약품 제조업체가 로크웰 오토메이션의 특정 제품과 서비스를 타 제품과 함께 사용하여 얻은 결과입니다. 다른 고객의 환경에서 얻어진 결과와는 다를 수 있습니다.

Allen-Bradley, ControlLogix, FactoryTalk, PartnerNetwork, PhaseManager, PlantPAx and PowerFlex는 로크웰 오토메이션의 상표입니다.

EtherNet/IP는 ODVA의 등록 상표입니다.