필자는 동영상 내용 중 일부를 강조해 ‘공정분석기술 및 품질 설계의 경향’이란 주제의 컬럼을 발표한 바 있다. 바로 ‘습도와 관련된 PAT 방법이 제품 품질을 개선해 연간 200만달러를 절약할 수 있다’는 부분이었다.
이 프로젝트에 사용된 방법은 ‘사업 문제를 이해하고 해결하기 위한 운영 효율성 기법’에서 소개됐다.
약 200만달러 절약 효과
필자는 에머슨 생명 과학 산업 팀의 수석 컨설턴트인 Michalle Adkins에게 이 프로젝트의 자세한 소개를 요청했다. 그 내용을 지면을 통해 공유하고자 한다.
에머슨 팀은 유동층 건조(Fluidized Bed Dryer) 공정에서 실시간으로 수분을 모니터링하고, 코팅 공정에서의 비드(Bead) 코팅을 모니터링하며, 혼합 공정에서 물질의 혼합을 모니터링하는 개념 증명(Proof Of Concept) 파일럿을 제약업체와 개발했다. 이 개념 증명을 통해, 충분한 양의 데이터를 생산하고 건조 공정의 특성을 분석할 수 있었다.
뿐만 아니라, 이 팀은 프로젝트의 이점을 설명하고 투자수익률(ROI)을 결정하기 위한 분석도 실시했다. 분석 결과, 이런 공정의 솔루션을 통해 약 200만달러가 절약될 수 있는 가능성을 찾을 수 있었다.
개념 증명이 완성된 후, 다음 단계로 시작점을 결정해야 했다. 우선적으로 건조 공정이 선택됐다. 기존의 제어 전략은 공정의 종점을 결정하기 위해 나가는 공기의 온도를 측정했다. 가변적인 습도는 불필요하게 긴 건조 시간, 비효율적인 자원의 사용, 낭비가 생기는 하류 공정으로 이어졌다.
해결책은 공정분석기술(PAT) 기반의 솔루션이었는데, 이 경우 온라인 NIR(근적외선) 분석기가 유동층 건조기의 수분을 실시간으로 측정하고 정해진 습도에 도달하면 공정을 끝나게 한다.
적절한 습도를 유지하는 일로 많은 것을 얻을 수 있다. 배치 내용물을 과도하게 건조시키면 정제가 깨질 수 있으며 낭비가 생긴다. 하지만 내용물을 충분히 건조시키지 않으면 가루가 펀치 기계에 들러붙어 유지보수 비용이 늘어나고 생산량이 낮아진다. PAT를 통해 건조 시간이 줄어들면 생산 능력이 증가하고 에너지 사용이 감소되며 배치당 노동 비용도 낮아진다. 습도가 핵심 품질 요인 중 하나이기 때문에, 모든 배치에 대해 감소된 가변성과 높은 품질을 유지할 수 있으며, 이로 인해 하류 공정 역시 개선된다.
구성된 PAT 솔루션에는 NIR 분석기, synTQ 분석기 및 데이터 관리 소프트웨어를 사용하는 PAT 서버, 그리고 기존 플랜트 제어시스템/네트워크가 포함된다. PAT 서버는 건조 공정이 시작되면 NIR 분석기를 작동시킨다. 그리고 PAT 서버와 제어시스템간의 통신이 확인된다. 그 다음으로 PAT 계기 시퀀스가 시작되고 공정 모델이 실행되는데, 이 모델이 NIR 분석기 분광 데이터를 습도와 같은 핵심 품질 변수로 전환시키고, 그러한 데이터가 운전자의 워크스테이션 및 제어실로 전송되면 제어시스템의 냉각/중지 시퀀스가 작동된다.
이번 프로젝트의 성과를 확인한 이 제약업체는 PAT 솔루션을 제조 시설의 모든 유동층 건조기에 확장 적용할 예정이다.
Michalle과 생명 과학 산업의 전문가들은 운영 효율성에 대한 질문들, 또한 제약/생명과학 분야의 자동화/데이터 관리에 대한 질문을 받기 위해 ‘전문가에게 물어보세요(Ask an expert)’라는 페이지를 운영하고 있다. 뿐만 아니라, Emer son Exchange 365 커뮤니티 생명 과학 분야에서도 이들과 의견을 주고받을 수 있다.
