글로벌 제과기업, 새로운 배치 관리 시스템으로 다운타임 감소 및 반죽 품질 향상
대규모 글로벌 브랜드 제과 업체의 한 공장은 오랫동안 과도한 생산 손실과 낮은 재무 성과로 어려움을 겪고 있었습니다. 생산량이 적고, 반죽 품질이 낮았으며, 12개의 혼합 스테이션에서 사용되는 배치 시스템과 원료 이송 시스템에 문제가 많아 계획에 없던 다운타임이 잦았습니다
뿐만 아니라, 기존 시스템은 독점 소프트웨어를 보호하기 위해 코드에 잠금 설정이 되어 아무도 액세스할 수 없었습니다. 또한 문제를 인지하고도 공장을 계속 가동하면서 문제를 해결할 수 있는 방법을 알지 못해 모든 직원들의 불만이 쌓여가고 있습니다.
선택은 두 가지 밖에 없는 듯했습니다. 한 가지는 아무것도 하지 않고 노후화되는 시스템의 장애와, 생산 저하, 비효율성, 유연성 부재로 인한 업그레이드 불가라는 상황을 계속 견디는 것이었고, 다른 한 가지는 오랜 기간에 걸쳐 12개의 혼합 스테이션을 하나씩 중단해 각 스테이션에서 사용되는 14대의 컨트롤러의 코드를 교체해 테스트하고 몇 달간의 변경 작업을 거쳐 전체 공장의 생산성이 향상되길 바라는 것이었습니다.
그러나 세 번째 옵션이 존재한다면? 14대의 PAC, 모든 HMI 스테이션과 새로운 배치 관리 솔루션을 실행 중인 시스템에서 작성하고 테스트할 수 있다면?
이는 다운타임을 획기적으로 절감시키고, 새로운 코드에 대한 신뢰를 형성하며, 비즈니스 위험을 감소시킬 수 있습니다. 또한 예측할 수 없는 결과, 증가하는 비용, 무한대로 발생하는 다운타임도 줄일 수 있습니다.
이 제과 업체는 로크웰 오토메이션의 솔루션 파트너인 폴리트론(Polytron) 에게 혼합 시스템을 에뮬레이션하여 설치 전 가상으로 ‘만약’의 상황들을 운영해볼 것을 요청했습니다. 에뮬레이션이 새로운 배치 관리 및 제어 시스템에 대한 신뢰를 제공함으로써, 이 제과 업체는 전체 공장의 모든 혼합 영역을 효과적으로 중단할 수 있었습니다.
제과 업체는 단 며칠 후에 생산을 재개할 수 있을 것이라는 사실을 인지한 상태로 모든 혼합 시스템과 원료 이송 시스템 프로그래밍을 교체할 수 있었습니다.
잠긴 코드 교체
기존 배치 제어 시스템은 몇 년 전에 설치되었고 잠금 상태에서 코드에 버그가 있는 채로 유지되어 왔습니다. 공장은 이 시스템을 자체적으로 지원하거나 변경할 수 없었습니다. 이 시스템의 공급업체는 수백 킬로 떨어진 곳에 위치해 지원 비용이 만만치 않았고 지원 일정을 잡는 것도 쉽지 않았습니다.
제과 업체는 내부 직원이 자체적으로 운영 및 유지 관리할 수 있는 역량을 확보하기 위해 개방형 표준 접근방식이 필요했습니다.
잠긴 코드 교체의 고유한 도전과제:
- 기존 시스템에 대한 문서가 존재하지 않았기 때문에, 폴리트론과 제과 업체는 새로운 코드를 시작하기 전에 시스템 운영 방법을 재정의하고 모든 코드를 역설계해야 했습니다.
- 시스템 통합업체의 엔지니어들과 공장의 배치 시스템 전문가들이 함께 힘을 합쳐, 새로운 코드가 핵심적인 정보를 포착할 수 있도록 운영 관리자들의 경험과 지식을 모아 적절한 기술 이전이 적용되도록 했습니다.
- 로크웰 오토메이션의 FactoryTalk Batch 시스템이 어떻게 운영될지 세부적인 설명을 만드는 것은 제과 업체가 새로운 시스템에 대한 작업자 재교육 시간을 줄이기 위해 필수적이었습니다.
- 이렇게 만들어진 세부적인 설명에 기반해, 코드 표준화를 위한 PlantPAx 오브젝트 라이브러리(Library of Objects)를 사용해 ControlLogix 프로세서를 재프로그래밍했습니다.
- FactoryTalk View HMI 화면들은 기존 시스템과 똑같은 모습을 하고 똑같은 방식으로 사용할 수 있어야 했습니다. 이를 위해, 기존 HMI를 ACP ThinManager와 FactoryTalk View를 사용하는 씬 클라이언트로 교체했습니다. 시퀀스 역시 이전과 똑같이 작동해야 했습니다. 그리고 엄격한 식품 품질 기준을 충족하도록 모든 배치 레시피도 정확하게 따라야 했습니다.
- 설비 내 기존 윈도우 기반 PC를 ACP ThinManager를 사용하는 씬 클라이언트로 교체했습니다.
- 각 핵심 시스템이 전체 솔루션으로 완벽하게 통합되도록 각 하위 시스템의 통합 코드를 재작성해야 했습니다.
또 다른 폴리트론 팀은 12개의 혼합 스테이션과 24개의 건조 및 액체 원료 이송 하위 시스템으로 구성된 전체 혼합 시스템 시뮬레이션 모델을 생성했습니다. 전체적으로 700여 개 이상의 장비가 모델링되었습니다. PAC, HMI, 새로운 배치 관리 솔루션을 연결한 후, 제과 업체는 오프라인 상태에서 테스트할 수 있는 완전한 운영 배치 시스템을 보유하게 되었습니다.
폴리트론은 PlantPAx와 시뮬레이션 소프트웨어를 사용해 IO 드라이버를 시뮬레이션했습니다. 시뮬레이션은 EtherNet/IP와 로크웰 오토메이션의 Logix 및 RSLogix Emulate 자동화 플랫폼을 위해 특별히 만들어진 OPC 프로토콜을 통해 이루어졌습니다. 공장의 역동적이고 현실적인 시뮬레이션을 통해 새로운 제어 시스템을 테스트했습니다.
프로젝트 팀은 수일 동안 레시피 및 운영 시나리오, 수동 및 자동화된 시퀀스, 심지어 잠재적인 폴트와 복구 단계까지 검증을 했습니다. 몇 가지 포괄적인 테스트에 참여한 후, 공장 관리자는 생산 일정을 맞추지 못할 위험이 적다고 판단하고 공장 가동을 잠시 중단하기로 결정했습니다.
새로운 반축
이미 계획 중이던 추수감사절 휴가 기간 동안의 공장 가동 중단을 단 하루만 연장하면 되었습니다. 폴리트론은 월요일 아침 공장 가동을 재개할 수 있도록 해주었습니다.
철저한 계획, 모델링 및 테스트는 성과를 거두었습니다. 제과 업체 관계자는 “모든 것을 사전에 확인할 수 있다는 것은 정말 가치 있는 일이었고 가동에 따른 불확실성이나 추측을 배제할 수 있었다. 새로운 코드는 아무런 문제없이 시스템에 도입되어 정시에 가동을 재개할 수 있었다”고 말했습니다.
5일 후인 월요일 아침 9시, 모든 시스템의 세정이 완료되어 새로운 반죽이 생산되기 시작했습니다.
새로운 배치 관리 및 제어 시스템은 모든 기대치를 충족해 주었습니다. 계획에 없던 다운타임이 발생하지도 않았고, 기술자들은 이제 자유롭게 코드에 액세스해 살펴볼 수 있으며, 품질과 제품 사양도 기준치를 충족했습니다.
- 무엇보다 다운타임이 25% 감소되었고, 반죽 품질이 30% 향상되었습니다. 이는 더 이상 불량 배치가 나오지 않는다는 의미입니다.
- 작업자들도 신속하게 작업에 임할 수 있었습니다. 심지어 프로그램을 전환하고 일주일이 지난 후, “언제 시스템을 변경하냐”고 묻는 직원이 있을 정도였습니다.
