WPTI는 제품의 경제적 실행 가능성을 보장하고 비즈니스 목적을 충족시키기 위해 노동비를 감소시켜야 했으며, 동시에 매일 50스퀘어의 산출량 목표를 달성해야 했다. WPTI는 생산 목표를 충족시키기 위해, 운용자가 쉽게 사용할 수 있고 고장 수리를 간략화하며 다운타임을 단축시켜 주는 제어 시스템 기술을 선택해야 했다.

1990년대 말, 캘리포니아에서 대형 화재가 발생해 인근 일대와 가옥들이 화염에 휩싸였다. 그때 잿불이 지붕 위에 떨어지면서 불길은 삽시간에 아래로 번졌고 결국 모든 건물들을 태웠다. 화학자 Iain Muir는 이러한 장면에 충격을 받아 재활용 물건으로 만든 방화 지붕 자재인 Enviroshake 개념 공식을 만들었다.

Ontario주 Chatham에 있는 WPTI(Well ington Polymer Technology)는 이 화학자의 비전을 받아들여 Enviroshake을 6년에 걸쳐 개발했다. 프리미엄 하이테크 지붕인 Enviroshake는 고전풍의 시다 쉐이크 모습을 모방했지만 복합재료와 관련된 성능과 내구력의 장점이 추가됐다. 개념에서 생산으로 구현하기 위해 WPTI는 시스템 통합업체인 Oxford & Ewing Engineering과 로크웰 오토메이션의 협조를 받아 새로운 생산 제어 시스템을 설계하고 제작했다.

2001년, WPTI는 소규모 프로토 타입의 생산라인에서 자동화된 상업적 운영으로 이행해 노동비를 절감하고 생산 작업 처리량을 크게 높일 수 있었다. Oxford & Ewing의 전문 엔지니어링 기술과 로크웰 오토메이션의 앞선 제어 기술을 통해 높은 제품 품질 요건을 지속적으로 충족시키면서 해당 산출량을 획기적으로 증가시켰다.

문제점

Enviroshake 제조 공정은 혼합, 처리, 포장의 3단계로 구성된다. 혁신적인 지붕 판자는 플라스틱, 타이어 분쇄 고무, 대마, 목재, 아마섬유 등 가공하지 않은 재활재료로 만들어진다. 이들 재료를 혼합하고 용해한 뒤 지붕 판자 형태로 프레스한다. 트림 작업 후, 지붕 판자를 식히고 검사한 후 일괄 판매를 위해 쌓아 둔다. WPTI 엔지니어들은 Enviroshake의 초기 개념과 제조 공정을 설계한 후, 초기 파일럿 라인을 보다 큰 규모로 복제하면 라인 운영 인원이 35명 이상은 필요하게 됐음을 알게됐다. 제품의 경제적 실행 가능성을 보장하고 비즈니스 목적을 충족시키기 위해 WPTI는 노동비를 감소시켜야 했으며, 동시에 매일 50스퀘어(1스퀘어=100스퀘어 피트의 제품)의 산출량 목표를 달성해야 했다.

WPTI는 ‘노동 집약적, 수동 성형 공정을 최소의 노동력과 최대의 효율성으로 작동되고 유지할 수 있는 자동화 생산 라인으로 변경해야 한다’고 판단했다. WPTI의 생산 목표를 충족시키기 위해, 운영자가 쉽게 사용할 수 있고 고장 수리를 간략화하며 다운타임을 단축시켜 주는 제어 시스템 기술을 선택해야 했다.

WPTI의 운영사업부 부사장인 Jim Waters는 “이 프로젝트에 대한 본사의 목표는 즉각적이고 장기적인 니즈를 충분히 충족시킬 수 있으며, 또한 제품 작업 처리량 요구를 충족시켜줄 수 있는 자동화 제조 공정을 만들어내는 것이다. 생산 라인의 자동화와 몇몇 최소 공정들을 효과적으로 조화시킬 수 있는 능력이 본사의 생산 요건을 충족시키는데 중요한 역할을 했다”고 말했다.

솔루션

주로 연구에 몰두하는 내부 직원들과 함께 WPTI는 제어 시스템을 설계하고 만드는데 신뢰할 만한 엔지니어링 및 기술 지원을 필요로 했다. 다양한 솔루션들을 연구하고 평가한 후, 엔지니어들은 생산 라인의 모든 제어 기능들을 관리하기 위해 Allen-Bradley ControlLogix 컨트롤러를 선택했다. 현재 라인은 2개의 별도 시스템(혼합 및 처리)으로 구성돼 있으며, 이들 각각은 자체 ControlLogix 프로세서로 제어되며 이더넷을 통해 서로 다른 곳으로 연결된다. 혼합 시스템 내에 ControlNet을 통해 4개의 별도 패널에 링크된 Cont rolLogix 컨트롤러는 제어 기능들을 처리한다. 그 곳에서부터, 컨베이어가 원재료를 믹싱 빈(Mixing Bin)으로 옮길 때 컨베이어의 속도와 위치를 제어하는데 사용되는 12 Allen-Bradley PowerFlex 70 드라이브 등의 다양한 로컬 장비에 무결점 연결을 위해 DeviceNet이 사용된다.

처리 시스템에서, 모든 I/O와 시스템 장비는 DeviceNet을 통해 ControlLogix 컨트롤러에 연결된다. 운영자는 Rockwell Software RSView Machine Edition HMI 소프트웨어를 가동하는 터치스크린이 탑재된 Allen-Bradley RAC6182 산업용 컴퓨터를 사용하는 시스템을 모니터링하고 조정한다. RAC6182 컴퓨터는 빛이 적은 환경에서도 고해상도의 디스플레이와 판독하기 쉬운 이미지들을 제공하면서 생산 라인의 고속도, 고성능 요건들을 충족시킨다. 운영자 역시 Allen-Bradley PanelView 운용자 인터페이스를 사용해 생산 공정을 모니터링하고 시스템 파라미터를 조정한다.

결과

자동화 제어 시스템을 설치한 후, WPTI는 20파트/man hour에서 180파트/man hour로 생산이 증가했으며 노동력은 83% 감소했다. 또한, 시스템을 통해 회사는 목표로 잡았던 매일 50스퀘어의 생산 산출량 목표를 지속적으로 충족시켰다.

Jim Waters는 “융통성 있는 제어 아키텍처는 운영 태스크를 간략화하고 인력 필요성을 크게 줄여준다. 여러 위치에서 생산라인을 프로그램하고 작동시키며 모니터링해 제품 납품 기능을 증가시키면서 수동 작업을 최소화시킬 수 있다”고 말했다.

제어 시스템은 작업 처리량의 속도를 높이고 전체 신뢰성을 향상시켰다. RSView Machine Edition 소프트웨어를 사용해 프로그래머들은 100% 시각화 패키지로 HMI 스크린을 쉽게 개발하고 테스트할 수 있다. 사용자 친화적 그래픽 인터페이스는 생산 시스템에 바로 연결돼 운영을 간략화해주고 고장 수리를 가속시킬 수 있다.

통합 제어 플랫폼 역시 WPTI가 한 생산 라인에서 다음 생산 라인으로 기술을 재사용할 수 있게 해 엔지니어링 태스크를 간략화하고 운영 효율을 향상시켜준다. 전반적으로, WPTI는 증가된 시장 수요를 충족시킬 수 있는 라인 확장 유연성 덕에 전체 생산에서 300% 증가(평균)를 실현했다.

WPTI는 현재 5개 라인으로 확장될 수 있는 하나의 생산 라인을 운영 중이며 가까운 미래에 라인에 포장 셀을 붙일 계획이다. WPTI는 이 같은 성공의 요인을 사용이 용이한 제어 시스템과 시스템 통합업체 및 로크웰 오토메이션의 전문 엔지니어링 기술 덕으로 돌렸다.

Jim Waters는 “본사의 로컬 Allen-Bradley 판매자가 제공하는 강력한 지원 덕에 프로젝트가 훨씬 쉽게 완성됐다. 본사의 비즈니스 목표를 충족시키고 높은 수준의 유연성과 품질을 고객에게 제공하는 적절한 생산 라인을 설계하고 설치할 수 있게 됐다”고 말했다.

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