로크웰오토메이션, PlantPAx 프로세스 자동화 구현

누사파이니스트요거트, 95%의 제품손실을 줄인 식품회사

미국에서 가장 급격한 성장률을 보이고 있는 요거트 기업 누사파이니스트요거트(Noosa Finest Yoghurt)는 프로세스 자동화 이후 단 6개월 만에 전 작업환경을 자동화 설비로 전환해 생산력의 300% 확대를 달성했다.

편집자 주

호주의 퀸즐랜드주에 있는 작은 해변 마을인 누사에서 휴가를 보내던 코엘 토메이는 폴 매튜슨과 그랜트 매튜슨이 누사에서 생산해 판매하는 호주식 요거트의 독특한 맛에 흠뻑 빠져 버렸다.

결국, 토메이는 당시 사업에는 문외한이었음에도 불구하고 매튜슨 형제의 요거트 레서피를 미국에 출시하자고 설득했으며, 이는 콜로라도주 벨뷰에 위치해 현재 미국에서 가장 급성장을 기록하는 누사파이니스트요거트(이하 ‘누사’)의 설립으로 이어졌다.

이후, 누사는 콜로라도 지방의 고객들을 겨냥해 2010년 공식적으로 론칭을 발표하며 소비자 입맛을 사로잡을 수 있는 장인의 요거트를 생산했다.

이 요거트는 독창적인 맛과 특유의 달콤함을 무기로 빠르게 성장하며 큰 인기를 구가하며, 시장을 확장하게 됐다. 출시 후, 4년이 채 되기도 전에 누사는 시장을 확장했으며 소비자들은 미 50개주 어디에서나 누사의 요거트를 맛볼 수 있게 된 것이다.

수작업의 고통

누사가 최초 출시됐을 당시에는 모든 요거트가 낙농장에서 시작해 수작업으로 생산됐다. 다행스럽게도 시설이 모닝 프레시 데어리(Morning Fresh Dairy)의 농장에 있어 신선한 원유를 즉시 공급받을 수 있었다.

일단, 원유를 얻은 다음에는 크림을 넣고 누사만의 비법 재료인 벌꿀과 과일 등을 수작업으로 계량해 믹스 탱크에 첨가해야 한다. 이 작업은 핵심 프로세스를 모니터링하는 것도 어려웠지만, 밸브 이동 경로의 설정, 믹서와 펌프 속도 조정, 온도 제어 밸프 조정 작업은 운영자의 신중한 주의가 필요했다.

이러한 일련의 작업과정은 전부 수작업으로 진행됐으며, 그 외의 데이터 추적과 모니터링, 기록도 마찬가지였다.

이러한 작업과정에서 만약 하나라도 잘못됐을 경우, 누사는 문제점을 해결하기 위해 상당한 시간을 낭비하게 됐다. 최종적으로 문제 해결방안을 찾을 수 있다면 다행이지만, 무엇이 어떻게 잘못됐으며 어디서, 언제, 왜 발생했는지에 대한 문제 발생 원인을 찾기 위해 데이터를 추적하다가 한계에 부딪쳐 추측에 그치는 경우가 많아 작업에 상당한 차질을 빚었다.

누사의 웨이트 그로취 부사장은 “우리는 자체 품질보증과 FDA에서 요구하는 다양한 규제 관련 보고서를 작성하기 위해 데이터를 효율적으로 추적할 수 있는 방안을 수립할 필요가 있었다”고 설명했다.

누사는 더 이상 인적자본을 투입하지 않고도 데이터를 추적해 프로세스를 문제없이 모니터링 할 수 있는 방안이 필요했다. 요거트 수요가 증가하면서 자원을 늘리지 않고 생산을 확대할 수 있는 유일한 대안은 프로세스 자동화 뿐이었다.

그로취 부사장은 “우리 제품이 이렇게 빨리 인기를 얻을 수 있으리라고는 전혀 예상치 못했다”며 “이제 대규모 소매점을 고객으로 확보하고 주문에 대응하려면 설비의 신속한 확장이 절실하다는 사실이 확실해졌다.

이렇듯 자본을 늘리고 수요를 충족시킬 수 있는 방법은 자동화 뿐이다. 그 뿐 아니라 앞으로 제품의 수요가 증가할 것으로 예상되므로 그에 따른 생산 목표를 달성하기 위해선 프로세스 모니터링과 데이터 수집을 통해 생산 확장을 간편하게 수행할 수 있는 편리한 시스템이 필요했다”고 전했다.

새 설비 구축 통해 충족된 수요

지난 2012년, 누사는 기존 설비와 50m가 채 되지 않는 거리에 25,000평방피트 규모의 요거트 설비를 신축하기로 결정했다. 누사는 요거트 생산, CIP, 유틸리티에 필요한 완전 자동화 제어 시스템을 설계 및 구현하기 위해 로크웰오토메이션파트너네트워크의 솔루션 파트너인 말리스코엔지니어링(이하 ‘말리스코’)의 협력을 구하기로 했다.

말리스코는 로크웰오토메이션의 PlantPAx 프로세스 자동화 시스템을 구현했다. 이 시스템은 확장성이 높고, 공장 전반에 걸친 제어 시스템을 통해 높은 작업 효율성과 실시간 정보 수집이 가능하다.

그로취 부사장은 “말리스코는 이전에 진행했던 프로세스 실행 프로젝트를 통해 이미 시스템 아키텍처의 이해가 높았으며, 사전 정의 시스템 라이브러리에 대한 내용이나 여러 콤퍼넌트의 동시 작동 방법에 대해 잘 알고 있었다.

무엇보다 개발시간을 단축할 수 있었던 점이 PlantPAx를 선택하게 된 이유”라면 “우리는 향후 성장을 준비할 수 있는 검증된 솔루션이 필요했으며, 로크웰오토메이션의 프로세스 이를 찾을 수 있었다”고 말했다.

EtherNet/IP은 시스템의 통신 내 중추적인 역할을 담당해 설비 전체에 실시간 정보를 전달한다. 말리스코 팀은 Encompass 제품 파트너 VMware의 가상화 호스트에 PlantPAx 서버 콤퍼넌트를 배치하고 플랜트 현장의 HMI를 위해 씬클라이언트(Thin-Client)를 적용했다.

또한, 통합 사용자 보안을 위해 Microsoft 액티브 디렉토리 도메인 콘트롤러를 구현하고, 원격 엑세스를 위해 Cisco VPN 방화벽 기술을 추가했다.

이를 통해, 플랜트 엔지니어들은 언제 어디서나 인터넷에 접속해 원격으로 문제를 해결하고 다양한 방식으로 시스템을 변경할 수 있게 됐다.

그로취 부사장은 “우리 플랜트는 1년 365일 가동하고 있다. 과거에는 새벽 2시에도 고장이 발생했다는 전화를 받으면 잠자리를 박차고 플랜트로 출동해야 했다”면서 “지금은 원격 모니터링 기능을 이용해 집에서 안전하게 로그인하면서 플랜트 밖에서도 문제를 처리할 수 있다”고 말했다.

프로세스 자동화 시스템은 풍부한 데이터를 산출한다. 새로운 시스템의 구현으로 지능적인 생산 솔루션이 가능해졌으며, 누사의 직원들은 원유 및 크림의 공급 정보, 프로세스의 특정 지점에 대한 주요 온도, 재료의 분량, 배치 주기 시간, CIP 추적 등 원료 추적 데이터를 간편히 수집할 수 있다.

이렇듯 데이터 검색을 통해 프로세스 이탈을 검사함으로써 문제 해결에 소요되는 귀중한 시간과 비용을 절감할 수 있게 됐다. 무엇보다 이제 작업 문제를 두고 더 이상 추측만 할 필요가 없게 된 것이다.

새 시스템은 즉시 장착 가능하다. 댄 말리스코 수석 시스템 엔지니어는 “이는 프로젝트 시스템 규모 결정 단계에서 이미 계획된 사항”이라면서 “PlantPAx 시스템은 자체 확장성으로 인해 급속히 성장하는 기업에 이상적인 자동화 플랫폼이다.

수요를 충족하기 위해 신규 장비와 프로세스 장치가 필요하면, 기본 PlantPAx 아키텍처에 악영향을 주지 않고도 추가 I/O, PLC, 서버를 추가할 수 있다”고 덧붙였다.

효율적인 운영 가능으로 생산성 향상

누사의 완전 자동화 요거트 제어 시스템은 불과 6개월 만에 개발 및 설치됐으며, 이는 관련시장에서 전례가 없던 사건이라 할 수 있다. 이렇듯 생산 프로세스의 가시성이 증가하면서 누사의 운영은 개선되고, 이는 요거트 생산 프로세스의 효율성 향상으로 이어졌다.

그로취 부사장은 “새 설비를 이용해 우리는 더 많은 요거트를 더욱 일관적으로 생산할 수 있다”며 “그동안 수동 프로세스는 일관성이 없는 경우가 많아 요거트가 몇 회분씩 모자라는 경우가 많았다. 하지만 PlantPAx 시스템은 그동안 손실된 요거트 제품을 94%까지 줄일 수 있게 했다”고 전했다.

새 설비를 가동한 이래, 누사는 어떠한 인력이나 자원의 추가 투입 없이도 생산력을 300%까지 증가할 수 있었다. 2010년에 최초 가동했을 때 한 번에 생산할 수 있는 제품은 요거트 한 컵이었지만, 지금은 2개의 라인에서 1분마다 약 100컵의 요거트를 생산하고 있다.

현재 누사 요거트 수요는 믿을 수 없을 정도로 증가하고 있으며, 이러한 수요 증가에 대응하기 위해 누사는 또 다른 확장 프로젝트를 진행 중에 있다.

로크웰오토메이션코리아 (Tel. 02-2188-4434)

FA Journal 편집국 (fa@infothe.com)