시뮬레이션 소프트웨어를 통한 식품 제조

배경
제조업체에게 식음료 업계는 가장 변동이 심한 시장 중의 하나입니다. 복잡한 포장 요건, 점점 까다로워지는 생산 규제, 그리고 줄어드는 이윤 폭으로 인해, 경쟁에서 살아남으려면 식음료 제조업체들은 혁신적, 효율적이 되어야 합니다. 지난 10여 년간, 미국에서 가장 사랑 받는 식 음료 제조업체 중의 하나가 바로 이를 실천해 왔습니다. 이 기업은 맛있는 다양한 포장 식품을 통해 가족과의 식사를 기억할 만한 일로 만드는데 일조를 하고 있습니다.

그러나 비즈니스가 확장되고 소비자 수요가 급증하면서, 이 식품 제조업체의 패키징 장비는 한계에 도달했습니다. 안정성 문제로 인해 속도와 생산을 증가할 수가 없었습니다. 성장을 지속하기 위해, 이 제조업체는 패키징 라인에 획기적인 투자를 감행하기로 결정했습니다.

도전과제
이 식품 제조업체는 엔지니어링 및 건설업체인 번즈 & 맥도넬(Burns & McDonnell)에게 패키지 라인 성능 향상을 위한 제안을 요청했습니다. 번즈 & 맥도넬은 혁신적인 솔루션을 파악하여 고객이 생산 도전과제를 해결할 수 있도록 지원하는 전문기업입니다. 번즈 & 맥도넬은 이 식품 제조업체가 주요 생산 시설에서 3개의 주요 패키징 라인을 가동하고 있으며, 각 라인은 9개의 핵심 장비로 구성되어 있음에 주목했습니다.

불안정한 성능과 낮은 생산 수치는 업그레이드가 필요하다는 사실을 보여주었습니다. 그러나 각 패키징 라인에 있는 모든 장비의 성능이 저조한 것은 아니었습니다. 번즈 & 맥도넬은 정상적으로 작동하는 장비가 몇 대나 되고 업그레이드 또는 교체가 필요한 장비는 몇 대나 되는지 파악할 필요가 있음을 깨달았습니다. 어떤 장비를 그대로 두고 어떤 장비가 공장 표준에 미달하는 성능을 보이는지 판단하기 위해, 각 장비에 대한 분석이 수행되어야 했습니다. 또한 패키징 라인 업그레이드를 위한 식품 제조업체의 투자는 최대한 공장 운영에 지장을 주지 않고 10%의 생산 용량을 증가시킬 수 있도록 해야 했습니다.

솔루션
번즈 & 맥도넬은 이전의 경험을 바탕으로 시뮬레이션 소프트웨어를 구현하는 방식을 선택했습니다. 시뮬레이션은 실제 공장 환경을 모델링하여 다양한 변경이 공장 현장에 미치는 영향을 테스트해 볼 수 있는 역량을 제공하기 때문입니다. 특히 시뮬레이션 소프트웨어는 새로운 패키징 라인 장비에 투자를 하기 전에 다양한 패키징 라인 업그레이드 조합이 공장의 전체 생산량에 미치는 효과를 테스트할 수 있게 해줄 것이었습니다. 이 팀은 지속적인 프로젝트 지원을 제공하는 것으로 알려진 로크웰 오토메이션의 평판, 성공적인 시스템 경험, 그리고 포괄적인 기능 때문에 Rockwell Software® Arena® 시뮬레이션 소프트웨어를 선택했습니다.

Arena 소프트웨어는 솔루션을 구현하기 전에 새로운 비즈니스 아이디어, 규칙 및 전략의 영향을 분석해주기 때문에 공장 다운타임이 필요하지 않습니다. 또한 이 소프트웨어에 포함된 패키징 에드온은 번즈 & 맥도넬이 패키징 라인이 갖는 고유한 조건들을 지정할 수 있도록 해줍니다. 이뿐만 아니라, 이 소프트웨어의 입력 분석 기능은 시뮬레이션 입력과 시나리오를 어떻게 향상시킬 수 있는지 지침을 제공하여 사용자 경험을 최적화합니다.

번즈 & 맥도넬팀은 광범위한 공장 데이터를 수집하여 Arena 소프트웨어 내에 사실적인 공장 환경을 구축하는 작업에 착수했습니다. 이는 엔터프라이즈 전반과 공장 현장 수준에서 공장이 어떻게 역동적으로 운영되는지 그 특징들을 이해하기 위함이었습니다. 전체 공장 용량, 생산 일정, 장비 안정성 데이터, 장비 속도 및 용량 등 다양한 데이터가 수집 및 분석되었습니다. 이러한 데이터가 수집된 후에 이 팀은 장비 성능에 대한 정확한 정보를 파악하기 위해 각 패키징 장비의 성능 범위를 설정했습니다. 식품 제조업체의 공장 현장을 정확하게 담은 Arena 모델을 구축하기 위해, 150일 간의 시뮬레이션 출력 데이터를 6개월간의 공장 현장 이력 데이터와 비교하였습니다. 장비 안정성 및 라인 안정성 핵심 측정치는 0.25% 차이가 날뿐이어서, 시뮬레이션을 테스트할 수 있는 사실적인 공장 환경이 조성되었음을 확인시켜 주었습니다.

이러한 정보를 기반으로, 번즈 & 맥도넬과 이 식품 제조업체는 테스트와 평가를 수행할 42가지 다른 시나리오를 파악했습니다. 생산 향상의 가능성을 이해하기 위해 각 라인에 있는 4대의 장비 즉, 번들기, 캡핑기, 트레이 성형기 및 펠렛기를 개별적으로 분석했습니다. 이 팀은 또한 각 라인의 모든 4개 주요 장비를 제거 및 교체하는 전체 시스템 교체시의 결과를 분석했습니다. 각 시나리오에서 각 장비의 범위를 포착하기 위해 저, 중, 고 수준의 시뮬레이션을 수행하여, 생산 기간 120일 동안의 성능 평균을 설정했습니다. 이는 실제 패키징 라인에서 발생하는 가변성과 역동성을 파악할 수 있도록 해주었습니다.

도입효과
42개 시뮬레이션 시나리오로부터 데이터를 수집, 분석 및 비교한 후, 번즈 & 맥도넬은 이 제품 제조업체에게 생산 최적화를 위해 각 라인의 특정 장비들을 교체할 것을 제안했습니다.

향후 몇 개월 간, 번즈 & 맥도넬은 이 식품 제조업체와 협력하여 1천8백만 달러 규모의 패키징 라인 업그레이드를 구현했으며, 이는 경쟁업체가 제안한 것보다 80% 적은 다운타임으로 완료되었습니다. 이 투자는 제조업체가 최초에 목표했던 10% 생산 용량 증대를 문제 없이 초과할 수 있도록 해주었습니다.

위에서 언급한 결과는 Burns & McDonnell이 로크웰 오토메이션의 제품과 서비스를 타 제품과 함께 사용하여 얻은 결과입니다. 다른 고객의 환경에서 얻어진 결과와는 다를 수 있습니다.