계장기술(PROCON)

기술정보 디지털 공간에서의 작업 재정의

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 20회 작성일 23-01-13 15:03

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사람들이 디지털 환경에서 어떻게
더 스마트하고 빠르고 효율적으로 일할 수 있을까?

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디지털 엔지니어링은 ‘양자택일(All-or-nothing)’ 전략이 아니다. 작업자가 잘 알고 있고, 좋아하는 툴을 교체할 필요가 없다. 대신 이러한 툴을 디지털 방식으로 확장하여 설계자, 생산 관리자, 기술자 및 기타 관계자의 업무 수행 방식을 개선하자.

여러분은 자사의 비즈니스를 검토하고, 디지털 접근 방식을 사용하여 더 스마트하고 빠르며 더 나은 작업을 수행할 수 있는 부분을 결정하면 된다. 이를 위해 디지털 엔지니어링이 비즈니스를 개선할 수 있는 핵심 영역은 1. 설계 및 프로토타이핑 2. 시운전 3. 작업자 교육 4. 생산 5. 유지보수 5가지다.


설계 및 프로토타이핑

장비 설계 구축, 테스트 및 검증을 디지털화하면 설계 단계에서부터 비즈니스에 적용 가능한 것을 변경할 수 있다. 가상 설계 및 프로토타이핑은 ▲시장 출시 기간 단축 ▲설계 위험 감소 ▲더욱 높은 품질의 맞춤형 장비 생산을 지원한다.

제조업체는 시뮬레이션 소프트웨어로 3D CAD 모델에 물리학을 적용하여 생명을 불어넣을 수 있다. 시뮬레이션을 통해 어떻게 작동하고, 사람 또는 다른 기계와 상호 작용하는지 확인해 보자.

Y모델을 가상현실(VR) 환경으로 가져와 생산 현장에서 관찰할 수 있다. 공장을 짓기도 전에 현장에 있는 HMI (Human Machine Interface) 앞에 서 있을 수 있다면 어떨까? 설계가 완료되기 전에 시스템을 작동할 수 있다면 얼마나 많은 시간을 절약할 수 있을지 상상해 보자.

부품을 구입과 새로운 프로토타입 설계에 수일 간의 노동이 투입되는 대신 몇 번의 클릭만으로 디지털 디자인을 변경할 수 있다. FactoryTalkⓇ Logix Echo와 같은 솔루션을 사용하여 프로그램이 가능한 로직 컨트롤러를 에뮬레이트할 수도 있다. 새로운 작업 흐름을 이용해 에뮬레이션 소프트웨어는 제조업체가 설계 단계에서 테스트 단계로 바로 이동하고, 상당한 엔지니어링 노력을 절약할 수 있도록 지원한다.

장비를 더욱 빠르게 시장에 출시할 수 있도록 지원하는 것은 디지털 트윈만이 아니다. 재사용할 수 있는 코드를 이용해 제조업체는 처음부터 다시 설계하지 않고도 기존 장비를 바탕으로 성공을 구축할 수 있다.

프로그래밍 제어 그 이상을 생각해보자. 시뮬레이션 소프트웨어 성공은 거의 모든 것을 디지털 방식으로 모델링할 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 터빈이나 펌핑 스테이션의 행동 모델을 생성할 때 Studio 5000Ⓡ Simulation Interface는 해당 모델을 실행 중인 Logix 코드에 직접 연결할 수 있다. 실제 상황에서 프로그램이 직면하게 될 것을 재현할 수 있는 시뮬레이션 기반 태그값으로 프로그램을 실행하자.


시운전

제어 장치 테스트를 수행하기 위해 장비가 현장에 오기를 기다리는 것은 큰 문제를 일으킬 수 있다. 고객 옆에 서서 장비가 가동되기 전까지는 장비와 장비의 제어 시스템이 제대로 조정되어 있는지 알 수 없다. 시스템이 기대에 미치지 못하는 수준으로 작동하거나 사양을 충족하지 못하는 상황에 직면할 수 있다. 또한 이러한 문제를 막판에 해결하려면 비용이 많이 들고, 가동 시작 기한을 넘기게 되며, 고객과의 관계도 껄끄러워질 수 있다.

가상 시운전은 이러한 문제 해결에 도움이 될 수 있다. 기계 설계와 제어 시스템의 실제 작동 로직 모두에 대한 동적 디지털 트윈을 생성하여 장비를 고객 공장에 설치하기 훨씬 전인 설계 단계 초기에 문제를 발견할 수 있다. 어떠한 자원이 할당되기 전에 장비와 컨트롤러 작동을 철저히 확인하고 시연할 수 있다.


작업자 교육

장비와 작업자가 현장에 있어야만 교육을 실행할 수 있는 것은 아니다. 가상 교육을 이용해 기계가 현장에 도착하기 전에 디지털 트윈으로 작업자를 교육할 수 있다. 작업자는 VR 헤드셋을 사용하거나 화면에서 작업을 통해 안전하고 몰입감이 뛰어난 가상 환경에서 기술과 역량을 구축할 수 있다. 아마도 가상 교육의 가장 큰 이점은 자유로움일 것이다.

작업자를 교육 현장으로 보내거나 장비를 사용할 준비가 될 때까지 기다릴 필요가 없다. 그 대신 언제 어디서나 필요한 사람에게 교육을 제공할 수 있다.

가상 교육에는 실제 교육과 같은 제약 사항이 없다. 작업자는 이상적인 작동 상황에서 생산을 계속 실행하는 방법을 배울 수 있다. 또한, 물리적으로는 복제가 불가능할 수 있는 시뮬레이션 결함 및 극한 조건으로 테스트할 수 있다. 이를 통해 생산 시 유사한 사고에 대응하는 준비 태세를 갖출 수 있으며, 궁극적으로는 다운타임을 줄일 수 있다.

가상 교육 시 작업자는 생산 중단을 걱정할 필요 없이 실수를 해도 아무 문제가 없다. 운영자가 잘못한 경우 수정 목적으로 해당 작업을 기록할 수 있다. 또한 실제 생산을 경험하기 전에 교육을 통해 자신의 역량을 입증해야 할 수도 있다.

운 영

생산이 시작되면 디지털 트윈은 프로세스, 장비 및 제어 장치를 모방하여 공장 직원이 작동에 대해 학습하고, 변화를 적용하는 데 도움을 준다. 또한 계속 증가하는 디지털 정보 스레드를 활용하여 생산 개선에 대한 통찰력을 얻을 수 있다.

모든 유형의 작업은 다음의 경우 새로운 수준에
도달할 수 있다.
•생산 개선을 지속해서 추진하고 디지털 스레드에서 얻은 통찰력을 활용하여 즉시 조정
• 시험 라인 가동 시작, 생산 일정 조정 및 시퀀싱을 통해 제품 혼합 및 수량 최적화
• 품질, 안정성 및 처리 성능 개선을 위한 장비 구성 시험
• 품질 영향, 폐기물 또는 가동 중단 시간 발생 전 가동 상의 문제 파악을 위한 프로세스의 이상 현상 감지
• 새 제품 또는 기계를 테스트 가동하여 처리 성능을 최적화하고, 다운스트림 병목 현상과 같은 문제 방지
• 물리적인 이동 대신 광산과 같은 대규모 운영을 가상으로 재현하여 장비 문제를 확인하고 관찰
• 값비싼 장비나 수동 판독이 필요할 수 있는 결정 값 추정을 위해 가상 센서 생성


유지 보수

유지 보수팀은 디지털 시뮬레이션과 실시간(또는 예측까지 가능) 통찰력을 사용하여 이전과는 전혀 다른 방법으로 가동 중단 시간을 방지할 수 있다.

디지털 스레드의 데이터는 기술자가 문제 발생을 감지하도록 도와 가동 중단 시간을 예방 지원 또는 최소화할 수 있다. 여기에는 기술자에게 유지보수 시점을 알려주는 제어 시스템 장치의 상태 및 진단 데이터가 포함된다. 또한, 오늘날 가동시간만큼 중요한 스위치 수준 경보의 네트워크 데이터 등도 포함된다.

이상적인 작업 환경에서라면 유지 보수팀은 가동 중단 시간 이벤트를 예측할 수 있기 때문에 대응할 필요가 없다. 예측 분석을 사용하여 상황이 점점 더 가능해지고 있다. 이러한 분석은 기계 학습 및 인공지능을 사용하여 작업을 학습하고, 장비 문제를 조기에 식별하여 기술자에게 알려준다. 따라서, 기술자는 계획된 가동 중지 시간 동안 유지 보수 일정을 세울 수 있다.

디지털 트윈은 몇 가지 주요 방법으로 평균 수리 시간(MTTR) 개선에 도움이 될 수 있다. 먼저, 가상 교육을 이용해 기술자는 작동 중단 시간 문제가 처음 발생하면 이를 해결하는 대신 해당 문제를 사전에 대비할 수 있다. 문제가 발생하면 기술자는 증강현실(AR) 기술을 사용하여 물리적 장비에 디지털 진단 또는 작업 지침을 오버레이 하여 문제를 더 빠르게 진단하고 해결할 수 있다.

본고는 AUTOMATION TODAY 73호(TECHNOLOGY WATCH)의 내용이다.