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스마트 팩토리, 유지비 감소와 생산공정의 질 확보

글쓴이 : Riushop 날짜 : 2018-04-27 (금) 16:46 조회 : 364

센서 기술과 클라우드 접속과 함께 효율성과 규제준수

 

1959년에 설립된 Polibol은 유연포장분야의 선두주자이다. 150명의 직원과 4천만 유로가 넘는 수익을 가진 Polibol은 유연포장 프린터와 컨벤터로 기술혁신의 세계적인 명성을 가지고 있다. Polibol 그룹은 2개의 공장을 운영하고 있는데, 하나는 Zaragoza에 하나는 Madrid에 18000 제곱미터의 공간을 차지하며 위치하고 있다. 회사의 주된 활동은 음식과 소비상품(개인용품, 세제)을 위한 유연포장에 사용되는 프린트된 코일과 알루미늄으로 합판된 플라스틱을 제조하는 것이다.

 

출처 : K-Smart Factory

 

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<Polibol Zaragoza 공장>

 

Zaragoza 공장은 포장에 특화되어 있으며 50퍼센트 정도는 미국, 유럽, 북아프리카로 수출된다. Polibol은 자신의 고객층에 자부심을 가지고 있으며 여기에는 각 시장의 선두주자들이 포함되어 있다. 회사는 전 세계로 자신의 제품을 판매하고 국제 규제 위원회에 준수하여 생산한다.
Polibol은 제조업체로서 몇몇 중요한 과정이 진행되는 생산 라인을 운영한다. 몇몇 경우에 작업 현장의 기계 근처의 기온을 조절하는 것은 필수적이다. 다른 경우에는 가스 농도가 허용치를 준수하도록 관리되어야만 한다. 음식 산업에서의 포장은 Polibol이 인증받은 ISO-22000와 같은 국제 기준과 음식의 안전성과 위생을 고려해서 요구되는 건강 기준법에 영향을 받는다. FDA 규제를 준수한다는 것은 생산 과정을 걸쳐 높은 수준의 품질 규제가 필요하다는 것을 의미한다.
또 다른 Polibol의 중요한 고려사항은 품질을 보장하면서 비용을 줄이기 위해 어떻게 절차를 최적화 하는 가이다. 생산 제어는 환경 변수에 대한 지속적인 측정을 필요로 하는데 무선 센서 기술(WSN)이 이상적인 영역을 만들 수 있다.

 

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<프린팅 머신이 있는 Polibol 공장의 작업현장>

 

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<출력된 플라스틱 물질이 Polibol 공장의 원통에 감겨 있다.>

 

사례 : 기계, 센서, 클라우드

 

Libelium은 Waspmote Plug & Sense! 과 Meshlium 게이트웨이를 이용해 제품 품질과 작업환경에 영향을 미치는 중요 공정, 공장 전체의 환경 변수, 한계 등을 모니터링 할 수 있는 특별한 적용을 고안했다. Libelium의 센서 네트워크 기술을 이용해서 Polibol은 PC, 타블렛, 스마트폰과 인터넷을 이용해서 실시간으로 파이프와 프린팅 기계 근처의 기온, 최종 제품에 쪼이는 빛의 강도, 작업 공간 주위의 CO2 분포도 등을 모니터링할 수 있다.
Libelium의 센서 기술과 Microsoft의 Azure Cloud 플랫폼의 결합은 Libelium의 센서노드에서 클라우드로 데이터가 전송되는 것을 가능하게 해주고 Polibol에서의 몇가지 적용에서 사용과 분석이 가능하게 해준다.

 

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<네 가지 중요 분야에서 센서 솔루션은 Polibol을 도와준다.>

 

작동하는 방법 : 공장 안에서의 센서

 

Polibol공장에서는 출력 공정이 최종 이미지를 만들기 위해 각각 다른 색을 입히는 프린팅 기계 단위로 수행된다. 각 프린팅 단위의 본체에는 잉크와 용해제가 있어 잉크를 액체상태로 유지시켜주고 코일에 스며든 상태로 유지해준다. 제품은 이후 건조 터널로 옮겨져 용해제는 없애고 건조된 염료만 남아있게 한다.
이 공정에서 건조시키는 온도를 조절하는 것은 매우 중요한데 이 공정에서 제대로 말려지지 않으면 다음 공정에서 잉크가 서로 섞이고 번지게 되어 외양을 망치고 이는 생산 수주의 거부로 이어진다. 프린팅은 고속으로 이루어지는데 분당 200미터이상의 속도로 이루어진다. 게다가 온도 또한 공정 상에서 물질(폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스터, 폴리아미드, PVC, 알루미늄)의 탄력성에 영향을 끼치는데 잉크가 제대로 도포되지 않게 된다.
이처럼, 온도는 합판을 만드는 데에도 영향을 준다. 합판을 만드는 데에 최종 제품의 구성에 필요한 요소들(강도, 방수성, 밀봉 등)을 얻기 위해 알루미늄이나 플라스틱 물질로 이루어진 3개의 판을 함께 압착하는 것을 포함한다. 각 물질의 층 사이와 각 접착제층 사이의 건조 온도는 합판이 분리되는 것을 막기 위해 모니터링 되어야만 한다.
온도 조절은 또한 높은 수준의 분석 정확성과 샘플링 레이트를 필요로 한다. 위의 요소들로 인해 이 프린팅 머신들과 합판 기계들의 유지비용은 높을 것이다. 적절한 온도 조절은 제품의 거부도 줄일 뿐만 아니라 유지비용도 줄여준다.
습도 센서는 폴리아미드나 수용성 합성 폴리머 등의 습기를 잘 흡수하는 재질의 몇몇 플라스틱의 탄력성에 습기가 영향을 미치기 때문에 중요하다. 습도는 프린팅 잉크의 행동을 바꿀 수 있고 최종 이미지의 품질에 영향을 미칠 수 있다.

 

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<Waspmote Plug & Sense를 통해 파이프 내부의 온도를 모니터링>

 

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<Waspmote Plug & Sense를 이용해 온도와 습도 측정>

 

광센서는 적정 수준의 밝기를 유지하기 위해서 필요하고 색은 주위의 빛에 따라 다르게 보이기 때문에 색의 분석을 위해 측정되기도 한다.
휘발성 유기 화합물(VOC)을 탐지할 수 있는 센서는 매우 중요하다. 프린팅과 합판 제작 과정에서 건조 공정 중에 서로 다른 종류의 용제가 휘발된다. 법제에서는 음식과 접촉한 잉크나 접착제에서 나온 용제가 최소 수준의 허용치 이하로 유지되도록 규제를 두고 있다.
환경법은 증발된 용제에서 나온 VOC들이 환경오염을 일으키지 않도록 통제된 방식에 따라 수거되거나 재사용되거나 제거되도록 명시하고 있다. 센서들은 VOC들을 탐지함으로써 이를 준수한다.

 

Plug & Sense! 가 사용된 방식에 따라 달리 특정된 센서와 영역들

 

Waspmote Plug & Sense! 은 배터리가 내장되어 있어 연결된 전력공급 없이도 시스템이 데이터를 특정하고 전송할 수 있게 한다. 배터리의 용량은 6600mAh이고 이것은 샘플링 빈도(측정과 측정간 시간)충전 없이도 몇 일에서 몇 주간 어플리케이션이 스스로 자율성을 가질 수 있다는 것을 뜻한다. Waspmote Plug & Sense! 노드들은 적은 배터리나 전력망 내부에서 지속적으로 배터리를 충전하며 운영할 수 있다.

 

Meshlium 게이트웨이에서 클라우드

 

 

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Meshlium은 멀티프로토콜 게이트웨이이고 와이파이, 이더넷 그리고 802.15.4등 서로 다른 커뮤니케이션 프로토콜과 함께 배열될 수 있고 이것은 시스템이 노드로부터 센서데이터를 받고, 분석하고 로컬 데이터베이스에 저장하는 것을 가능하게 한다.
802.15.4 커뮤니케이션 기술을 사용하는 것은 센서데이터를 저장하거나 측정된 그대로 분석하는 것을 가능하게 하여 사용자들이 데이터를 실시간으로 시각화할 수 있게 한다. 브라우저에 IP주소를 도입함으로써 스마트 팩토리의 모든 정보는 Meshlium 웹 인터페이스에서 시각화될 수 있다.

소프트웨어는 사전배열되어 데이터는 언제 어디서나 접근가능하다.

각각의 Waspmote Plug & Sense! 노드는 Libelium 연구소에서 프로그래밍되고 시험되었기 때문에 현장에 적용되면 ON 스위치를 누르는 순간부터 모니터링이 가능하다.
Waspmote Plug & Sense!는 관련된 영역에서 서로 다른 간격을 두고 모니터링을 진행하는데 모든 절차가 같거나 더 중요한 우선순위를 가지지 않기 때문이다. 각각의 측정 이후에 데이터는 802.15.4를 사용하는 Meshlium으로 전송된다. 배터리 잔량 등의 정보는 솔루션에 지속성을 제공하기 위해 보내진다.
Microsoft Azure의 사용은 Polibol이 서버시스템을 배열할 필요 없이 빠르게 데이터를 전송할 수 있게 해준다. 시작부터 센서 데이터는 다운로드 가능하고 로컬 분석, 또는 다른 서버로 전송될 수 있다. 데이터가 Azure 플랫폼과 동기화되고 나면 어디서든지 접근 가능하다.
로컬 데이터베이스를 Azure로 바로 전송해주는 Meshlium 플러그인 덕분에Meshlium은 Microsoft Azure 플랫폼과 매 60초마다 동기화된다. Polibol의 Rafael Asin에 따르면 “우리에게 Micosoft Azure를 사용하는 것의 가장 큰 이점은 플러그 앤 플레이 설치와 즉각적인 데이터 가용성, 유비쿼터스 접근이다.”

 

Waspmote 는 전력을 낮추고 높은 성과를 낸다

 

Waspmote 센서 노드는 4가지 전력모드를 제공한다. 활성, 수면, 깊은 수면 그리고 휴면 상태이다. 휴면 상태에서는 0.7μA의 전력을 소비하여 뛰어난 배터리 지속성을 보여준다. 디바이스는 충전 없이 3년까지 운용될 수 있다. 각각의 측정 이후에 Waspmote는 수면상태에 들어간다. 이 수면상태는 Waspmote 플랫폼 내부에 결합된 낮은 전력 센서 덕분에 솔루션의 수명을 늘릴 수 있고 설치와 유지가 쉽다. 몇몇 Waspmote 노드들은 몇 달, 몇 년간 자리를 지킬 수도 있다.

각 Waspmote Plug & Sense!의 자율성은 샘플링 빈도에 따라 다양하다. 노드가 그리드에 연결되면 에너지 균형은 정적이다. 흐름이 따로 없다면 노드들은 몇 시간 혹은 몇 일 동안 연속으로 작동될 수도 있다고 Libelium의 엔지니어인 David Remon이 말했다.
현대적인 기계, 고성능의 제품 혹은 그들의 구성품, 스마트 센서와 클라우드 기반의 기술은 생산 절차에서 산업 자동화가 생산성을 높이고 위험을 최소화하면서 생산자들이 최고 수준의 성장을 할 수 있게 한다. Libelium 기술은 Axeda, Esri, Sentilo,Telefonica, Thingworx, 그리고 Microsoft Azure platform과 같은 클라우드 플랫폼과 결합한다.


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