스마트 팩토리, 혁신의 기초가 되다

 

최근 글로벌 제조 환경이 급변화하고 있다. 코로나19 팬데믹, 기후 변화 등 메가 트렌드와 지정학적 요인이 변화함에 따라 공급망 재편, 디지털화, 탈탄소화 등이 강조되며 제조 환경에 영향을 미치고 있다. 특히, 코로나19 팬데믹을 겪으며 경제, 사회 전 부문에서 디지털화의 잠재력이 강조되는 가운데, 디지털 기술과 그 응용이 향후 기후 중립과 지속가능한 생산 및 소비에까지 기여한다는 인식이 확산되고 있다.

 

팬데믹 상황은 노동자들이 일을 하는데 제약이 가해져 생산, 운송, 유통이 지연되면서 공급망 혼란을 야기했다. 국내 완성차 생산 업체의 경우 팬데믹 초기에는 팬데믹 관련 제약으로 인해, 현재는 반도체 및 기타 필수 부품 부족으로 인해 생산에 심각한 차질을 빚고 있다. 지금은 완화되고 있지만, 여전히 기업들은 공급망 혼란을 매출 제한 요인으로 꼽았다.

 

이러한 환경 변화에 대비할 산업 혁신 전략이 바로 스마트 팩토리이다. 스마트폰이 우리 생활에 혁신을 가져다 줬듯이 스마트 팩토리는 품질, 생산성, 물류, 안전 활동 등을 디지털로 변환시키고 최소한의 노동자원으로 다양한 제조지표를 극대화할 수 있다.

 

스마트 팩토리가 산업계에 소개된 지 어느덧 10여년이 됐다. 제조업 비중이 높은 국내 상황과 정부 주도의 스마트 팩토리 보급 확산이 진행되면서 중소·중견기업 중심으로 스마트 팩토리에 대한 니즈가 빠르게 확대될 것으로 예상된다. 시장조사 기업 마켓앤마켓에 따르면, 글로벌과 함께 국내 스마트 팩토리 시장은 매년 11% 이상 급성장하며, 2023년에는 15조 원을 달성할 것으로 전망되고 있다.

 

예지보전이 왜 중요한가?

 

산업 현장에서 유지보수가 요구되거나 개선의 필요성이 느껴질 때는 언제일까? 최근 제조 공장은 내부 시스템이 복잡해지면서 부품이 하나라도 고장날 경우 다운타임 발생에 따른 생산 운영비용 손실이 발생할 수 있다. 그동안에는 이러한 리스크를 해결하기 위해 일정 주기로 포스트 코로나 시대, 생산성 확보 위한 기초 인프라인 ‘반진동 기술’로 모니터링해 고장 여부를 진단하는 예방 정비가 활용돼왔다. 그렇다 보니 유지보수의 85%가 너무 늦거나 예방적인 것에 머물렀다. 사실, 예방 및 예측 정비에 대한 일반적인 관행은 지난 15년간 변경되지 않았으며, 이것은 근본적으로 유지보수 관행을 개선하기 위한 도구가 없었기 때문이다.

 

유지보수를 위한 생산 장비 통제범위 관리에 의한 비용은 운전자 또는 유지보수 관리자가 관리하는 생산 장비로 산정된다. 비용 산정의 예를 들면, 1인 기준 125대 장비를 관리하고, 3교대 근무조건일 때 현장에 1250대의 장비가 있는 경우 총 30명의 인원이 필요하게 된다. 1인 평균 인건비 기준 연봉 7000만 원 기준일 때 21억 원이 필요하다. 이때 예지보전을 적용하면 총 비용의 30% 절감이 가능하며, 불필요한 유지보수를 최소화할 수 있다.

 

현재 산업 현장에서 적용 중인 유지보수 방법은 잘못된 시각의 관행적인 정비인데, 일반적인 유지보수 작업 중 50%는 불필요한 정기점검이다. 실제 사례를 보면, 모든 기기의 수리작업 주문 결과 63%는 수리작업이 불필요했으며 장비에 아무런 이상이 없었다. 일부 유지보수는 오히려 장비의 신뢰성을 감소시키기도 한다. 부정확한 조립, 부정확한 조임, 정렬불량 등 설비 고장의 70%는 초기 설치 또는 예방이고 유지보수 후에 발생하는 경우가 많다. 고장 발생 시 하는 수리(유지보수, Maintenance) 또한 설비 정지 시간에 이루어지므로 생산 손실 비용이 높게 발생한다. 더 중요한 한 가지는 대부분의 장비 고장은 수시로 발생하거나 상황이 누적되어 발생한다는 점이다. 이러한 상황 발생 시에는 일정표에 의한 예방 유지보수도 도움이 안 된다.

 

반면, 예지보전은 실시간 장비의 상태를 감시하고 문제가 언제 발생할지를 예측하여 문제를 해결한다. 따라서 사용자는 문제가 프로세스나 장비의 영향을 주기 전에 수리를 필요로 하는 장비만을 위한 유지보수 진행이 가능하므로 다운타임을 최소화할 수 있어 생산성 향상을 돕게 된다. 또한, 고장 나기 전에 조치를 취할 수 있기에 부품의 비용이나 유지보수 인건비를 절감할 수 있다는 장점이 있다.

 

이처럼 예지보전은 실시간으로 설비에서 발생하는 진동, 온도, 습도 등의 데이터를 수집해 부품 고장을 사전에 예측하고 알려주는 솔루션으로, 스마트 팩토리 분야에서 가장 고도화된 기술로 꼽힌다. 특히 최근에는 IoT, AI, 빅데이터 기반 공장 설비들이 등장하면서 지능화한 설비 시스템에서도 고장 신호를 예측하고 조치하는 예지보전에 대한 수요가 크게 늘고 있다.

 

잔류진동 문제와 해법

 

일반적으로 모터와 같은 회전 설비는 제조 공장의 주 동력을 제공하는 중요 제조 설비에 속한다. 이 회전 설비(장비)에서 발생하는 진동을 센서로 감지한 후 실시간으로 분석ㆍ진단해 설비의 이상 유무를 감지하게 된다. 때문에 실시간 진동 측정과 감시가 필요하다. 특히, 모터 구동에 의한 잔류진동은 생산성과 위치 정밀도를 감소시킨다.

 

과거엔 잔류진동이 크게 문제 되지 않았으나 반도체, FPD, LED용 부품의 경량·소형화가 가속화되면서 생산 장비의 정밀도 향상이 필요했다. 현재 적용 중인 방법으로, 진동을 제거하기 위해 수동형 댐퍼를 적용하고 있지만 잔류진동을 제거하기에는 역부족이었으며, 그렇다고 고가형 장비인 능동형 댐퍼를 적용하는 것은 비용 부담과 기존 제품에 적용이 불가능하다는 문제가 있었다.

 

이에 모벤시스는 장비 제조사들의 원가 부담을 줄이면서 장비의 효율성을 높이고자 반진동 솔루션을 개발했다. 반진동 솔루션은 고객의 생산성을 맞춤과 동시에, 낮은 강성의 기구 구조에서 진동을 최소화하여 경쟁력 있는 장비를 만들 수 있도록 지원한다.

 

포토메카닉 연구 자료에 따르면 실제로 반도체 Die 접합 장비에 적용해 택타임 25% 감소, 위치정밀도 평균 70% 향상, 잔류진동에 의한 안정화 시간 감소 등으로 생산성이 적용 전보다 7% 향상됐다. L사의 경우 반진동 솔루션 ‘AVS-1000’을 적용 후, 이동시 잔류진동이 76.7% 감소했다. 그 외 반도체 패키지 검사장비에서는 잔류진동에 의한 카메라 진동 감소로 적용 전보다 검사 성능이 15% 향상됐으며, OLED 디스펜싱 장비에서도 반진동 기술 적용 후 디펜싱 위치 정밀도 향상과 잔류진동에 의한 디스펜서 헤드 진동 감소 등으로 생산성을 5% 향상했다.

 

 

SW로 제어하는 반진동 기술

 

모벤시스의 반진동 기술은 진동 발생 위치에 대한 측정을 통해 소프트웨어로 진동을 감소시킨다. 이에 기존에 설치된 기계에 적용하더라도 설계 변경으로 인한 시간이나 비용 발생이 없고 사용자가 원하는 위치의 진동을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

 

앞서 언급한 바와 같이 기계 또는 설비에서 발생하는 진동은 정밀도와 수명 저하를 일으키기 때문에 반대로 진동을 모니터링하면 정밀도와 수명 저하를 예측하게 된다. 진동 모니터링 센서인 ‘SynseIT’는 진동 측정 센서가 공통적으로 갖는 진동 측정 기능 외에 실시간 필터링 기능이 있으며, 진동 수준 모니터링 기능을 통해 장비 진동상태에 문제가 있는지 지속적으로 파악할 수 있다.

 

오토메이션월드 임근난 기자 |