LIMS Edge Device, 인더스트리 4.0 생산으로의 진입 촉진, 경쟁력

스마트 공장, 인더스트리 4.0 및 산업용 사물 인터넷(IIoT)과 같은 용어는 제조 관련 장비 및 소프트웨어의 모든 개발자가 사용하는 피할 수 없는 유행어가 되었습니다. 스마트 공장에 대한 많은 논의는 예측자들이 글로벌 제조 산업이 어떻게 변화할 것인지에 대한 비전을 공유하는 것으로 시작됩니다.

이러한 설명은 적층 제조, 3D 시각적 시뮬레이션 및 협업 로봇 공학과 같은 급성장하는 기술에 종종 포함됩니다. 이 모든 것이 평범한 직업 상점에서는 손이 닿지 않는 것처럼 보일 수 있으며 생각조차 하기에는 너무 비쌉니다. 누가 그것을 정말로 필요로 합니까?

스마트 제조에 대한 업계 전반의 대중적인 견해는 의도치 않게 오해의 소지가 있습니다. 마치 "자동차란 무엇입니까?"라는 질문에 답하는 것과 같습니다. 주간 고속도로 시스템을 설명함으로써. 두 경우 모두 핵심 아이디어는 훨씬 간단합니다. 누가 스마트 제조를 진정으로 필요로 하는지에 대한 질문에 대한 답은 단연코 평범한 작업장과 미래에 경쟁력을 유지하고자 하는 모든 제조업체입니다.

약관 정의

스마트 공장을 이해하는 유용한 방법은 비교적 간단한 기술인 저렴한 전자 센서로 시작하는 것입니다. 사전 센서 세계에서 기계 작업자는 부품을 절단하기 위해 CNC 선반 또는 밀을 프로그래밍하고 기계는 지침을 따르고 금속을 제거하기 위해 최선을 다합니다. 통신은 작업자에서 기계까지 모두 단방향입니다.

기계가 명령을 정확하게 따랐습니까? 충돌과 같은 명백한 재해가 없는 한 제조업체는 작업이 완료된 후 부품을 검사하지 않는 한 알 수 없으므로 시간과 비용이 많이 듭니다.

센서를 입력합니다. 머시닝 센터에 전략적으로 배치된 최신 센서를 통해 양방향 통신이 가능합니다. 센서를 사용하면 기계가 작동하는 동안 자체 상태 및 작업 상태에 대한 정보를 기록하거나 전달할 수 있습니다. 진동 측정, 온도 변화, 모터 전류 분석 및 기타 요소를 네트워크를 통해 공유하여 모니터링 및 분석할 수 있습니다. 기계의 상태와 그 상태가 작업에 미치는 영향을 실시간으로 빠르게 평가할 수 있습니다.

센서가 기계와 만나는 곳은 IIoT에서 고무와 도로가 만나는 곳입니다. 새로운 생산 장비에는 일반적으로 적절한 센서가 장착되어 있지만 비교적 저렴한 비용으로 구형 장비에 설치할 수 있습니다.

센서 지원 시스템은 사용자가 무엇을 해야 하는지 아는 것 이상으로 할 말이 많습니다. 그러나 분석 소프트웨어는 데이터를 처리하고 이를 사용하여 작업을 개선하고, 기계를 유지 관리하고, 제품 설계를 개선하고, 심지어 기계 장비 자체의 설계를 개선할 수도 있습니다.

이와 동일한 양방향 통신 접근 방식이 자동화 및 여러 기계를 갖춘 스마트 제조 셀을 만들기 위해 확장되었습니다. 더 멀리 축소하고 ERP(전사적 자원 관리) 데이터가 된 방식과 비교할 수 있는 방식으로 이전에 분리된 사일로에서 제조 데이터에 액세스하고 사용할 수 있는 이러한 방식으로 전체 시설이 네트워크로 연결되어 있다고 상상해 보십시오.

장비가 사람 및 기타 장비와 데이터를 공유하여 더 빠르고 고품질이며 지속적으로 부품 및 제품 생산을 개선할 수 있는 제조 시설의 매력적인 비전이 바로 스마트 팩토리입니다.

그러나 단일 기계에서 센서에서 파생된 데이터를 가져와서 작동을 개선하는 데 사용할 수 있습니다.

LIMS를 통한 스마트 제조로의 진화

Larry Megan은 "Industry 4.0은 비즈니스를 더 잘 운영하기 위해 데이터를 사용하는 방법에 관한 것입니다."라고 말했습니다. "데이터가 없으면 시작할 곳도 없습니다."

Megan은 중소 제조업체(SMM)가 이러한 여정, 즉 "디지털 혁신"을 시작할 수 있도록 지원하는 사명을 가진 비영리 플로리다주 Clearwater에 있는 Advanced Manufacturing International(AMI)의 부사장입니다. 알려져 있습니다.

그는 “제조업체들이 해결하려고 하는 문제는 사람들이 100년 동안 해결하려고 했던 것과 동일한 문제를 해결하려고 노력하고 있다”며 “어떻게 효율성을 높일 수 있을까? 에너지 사용량을 줄이려면 어떻게 해야 합니까? 처리량을 최대화하려면 어떻게 합니까? 품질 문제를 해결하려면 어떻게 해야 하나요?' 달라진 점은 이제 더 나은 결정을 내리기 위한 출발점으로 사용할 수 있도록 답변을 제공할 수 있는 데이터를 신속하게 가시화하는 기술이 있다는 것입니다."

Megan과 AMI의 SMM 작업에는 종종 LECS Energy에서 개발한 LIMS 기기의 사용을 권장하는 내용이 포함됩니다.

Low Investment Manufacturing System을 의미하는 LIMS는 독점 솔루션 엔진 소프트웨어가 있는 컴퓨터, I/O(입력/출력) 허브 및 표준 콘센트에 연결되는 110V 전원으로 구성된 소박한 작은 상자입니다. 생산 장비의 가장자리에 배선하면 복잡한 센서 파생 데이터를 수집하고 공유하기 위한 간단한 솔루션이 됩니다. (AMI는 10월과 11월에 HOUSTEX, EASTEC, SOUTHTEC 및 WESTEC에서 LIMS 시스템의 라이브 데모를 실시할 예정입니다. AMI는 LIMS 상자의 독점 유통업체입니다.)

“많은 제조업체, 특히 자동차, 항공우주 등의 개별 부품 분야에서 우리는 LIMS 솔루션이 훌륭한 온보딩 포인트라고 생각합니다.”라고 Megan은 말했습니다. “CNC나 다른 기계를 사용하고 있지만 개별 기계의 생산성이나 더 광범위하게는 공장 전체에서 일어나는 일에 대한 가시성이 없는 제조업체를 위해 설계되었습니다. LIMS 솔루션은 사람들이 프로세스에서 데이터를 가져와 유용한 형식으로 가져올 수 있는 저렴하고 쉬운 방법입니다. 그리고 나서 더 나은 결정을 내리기 시작할 수 있습니다.”

장치의 주요 개발자인 LECS Energy의 Nat Frampton은 “LIMS는 운영자와 엔지니어가 프로세스를 만지고 분석하고 프로세스에 대한 새로운 이해를 얻을 수 있도록 돕기 위해 설계되었습니다. 해당 데이터를 수집하고, 역사적으로 살펴보고, 상호 작용하거나 데이터를 데이터베이스로 이동하고, 마지막으로 해당 분석에서 결과를 얻고 프로세스를 개선할 수 있습니다."

Frampton에 따르면 LIMS는 원래 미군용 폭발물 제조를 중심으로 설계된 20년 간의 개발 산물입니다. 처음부터 주요 목표는 전문적인 프로그래밍 기술이 없는 사용자도 설치 및 작동할 수 있도록 하는 것이었습니다.

Frampton은 "자신의 작업을 이해하고 장비로 작업할 수 있다면 이 어플라이언스를 구성하는 데 필요한 모든 컴퓨터 기술을 이미 갖추고 있는 것입니다."라고 말했습니다.

LIMS 신청 절차

LIMS는 현기증나는 일련의 작업을 수행할 수 있지만 5단계 응용 프로그램 흐름으로 단순화할 수 있습니다. 첫 번째 단계는 시스템을 주어진 생산 장비에 연결하는 것입니다. 연결 작동 방식은 연결되는 장비와 상점의 네트워킹 설정(있는 경우)에 따라 다릅니다. LIMS는 이러한 변수에 따라 가장 효율적인 방식으로 연결되도록 설계되었습니다.

Frampton은 “LIMS는 개방형 표준을 기반으로 합니다. "따라서 MT Connect와 같은 표준 데이터 프로토콜을 사용하는 비교적 새로운 시스템에 연결하는 경우 누구나 네트워크에서 데이터를 가져와 데이터베이스로 옮기는 것이 매우 쉽습니다. 그러나 기계가 표준 데이터 프로토콜을 사용하지 않지만 기계를 실행하는 로컬 PLC[프로그래머블 로직 컨트롤러]에서 데이터를 사용할 수 있는 경우 일반적으로 비교적 새 제품인 경우 PLC에서 데이터를 가져올 수 있습니다. 우리는 PLC 프로토콜을 이해하고 이를 수행할 수 있는 드라이버를 보유하고 있습니다.”

그는 LIMS 어플라이언스가 50가지 이상의 다양한 산업 프로토콜을 "말한다"고 지적했습니다. "'말할 수 있는' 장비가 있다면 얘기할 수 있을 것입니다."

그리고 언급한 바와 같이 이들 중 아무 것도 작동하지 않으면 센서를 생산 기계에 추가하고 LIMS 장치에 배선할 수 있다고 Megan은 말했습니다.

“온도, 매장의 습도 등 특정 유형의 분석을 가능하게 하기 위해 센서를 추가한 경우가 있습니다. 이는 PLC 또는 기타 다른 장치로 연결되는 일반적인 유선 신호처럼 연결될 수 있습니다.”라고 그는 말했습니다.

연결이 어떤 방식으로 이루어지든 이점은 "이제 모든 것을 하나의 시스템을 통해 연결하여 모든 것을 바로 타임스탬프할 수 있게 할 것"이라고 Megan은 말했습니다. “모든 것은 시간이 지나면 일관성이 있을 것입니다. 표준 데이터베이스에 저장하고 사용할 수 있는 한 곳에서 컨텍스트에 맞게 데이터를 잘 정리할 수 있습니다."

스무딩, 저장 및 분석

연결이 이루어지고 데이터가 LIMS로 흐를 수 있으면 두 번째 단계는 데이터를 필터링하여 노이즈를 줄이고 신호를 강화하는 것입니다. "장비에서 들어오는 데이터가 항상 완벽하지는 않습니다."라고 Frampton은 말했습니다. "시끄러울지도 몰라." 이러한 이유로 Solution Engine 프로그램에는 이를 원활하게 해주는 간단한 분석 엔진이 포함되어 있습니다. 예를 들어, "들어오는 전류가 있고 이를 킬로와트시로 통합하여 특정 부품에 대한 탄소 발자국을 알 수 있습니다." 필터링은 더 명확하고 정확한 데이터 세트를 가능하게 합니다. 이 초기 데이터 필터링은 시스템이 장기간에 걸쳐 데이터를 기록하고 저장하기 위해 마련되면 가능한 더 복잡한 분석과는 다릅니다.

세 번째 단계는 데이터를 수집하고 사용자가 선택한 데이터베이스(로컬 또는 클라우드에 있음)에 저장하는 것입니다.

Frampton은 "클라우드가 필요하지 않습니다. 예를 들어 사용자는 SQL 데이터베이스를 설정하도록 선택할 수 있으며 "원하는 경우 해당 데이터베이스를 클라우드에 넣을 수 있지만 그렇게 할 필요는 없습니다. LIMS 장치에 로컬로 저장할 수 있습니다.”라고 그는 말했습니다. LIMS 장치에는 16GB의 저장 표준이 있습니다.

시스템을 다른 시스템과 구별하는 또 다른 점은 다음과 같습니다. “우리가 하지 않는 일 중 하나는 데이터 사용량을 모니터링하고 일부 데이터를 저장하거나 태그 제한 또는 이와 유사한 것을 제공할 때마다 요금을 부과하는 것입니다. 데이터는 귀하의 것입니다.”라고 Frampton은 말했습니다.

네 번째 단계는 보고서 생성 및 데이터 분석입니다. 대부분의 기계 운영자가 데이터베이스 전문가가 아니므로 LIMS는 데이터 수집 및 저장을 마우스 클릭만큼 쉽게 하도록 설계되었습니다.

Frampton은 "데이터베이스에 익숙하지 않거나 데이터베이스에 익숙하지 않더라도 걱정하지 마십시오."라고 말했습니다. "그 데이터를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 MS Excel로 내보낼 수 있습니다. 저는 교육을 받은 기계 엔지니어이기 때문에 항상 도구가 Excel로 바로 전달되도록 했습니다."

그러나 사용자에게 Azure나 Google Cloud 또는 다른 클라우드 기반 시스템이 있는 경우 "저희는 해당 데이터를 가져와 Azure의 테이블로 직접 이동할 수 있으므로 Power BI에서 볼 수 있습니다." 말했다. "기계 학습을 살펴보고 결과를 다시 얻을 수도 있습니다."

데이터 활용

다섯 번째이자 마지막 단계는 수집된 정보를 사용하여 프로세스를 개선하는 시스템을 도입한 이유입니다.

"프로세스를 개선하는 방법을 파악했다면 가장 중요한 것은 프로세스를 제어할 수 있는 것입니다. 즉, 이에 대해 조치를 취하는 것입니다."라고 Frampton은 설명했습니다.

원하는 작업은 빨간색-노란색-녹색 표시등 스택을 사용하여 관련 정보를 가시적으로 만드는 것과 같이 시작하기가 비교적 간단할 수 있습니다. 그러나 시간이 지나면 수집된 데이터를 통해 사용자가 훨씬 더 많은 작업을 수행할 수 있습니다.

Megan은 “LIMS를 디지털 혁신의 진입점으로 포지셔닝합니다. “일반적으로 데이터를 수집하고 간단한 시각화를 수행할 수 있다는 아이디어에서 시작합니다. 일단 가지고 있으면 시간이 지남에 따라 더 정교한 작업을 시작할 수 있습니다. 기본 분석에서 궁극적으로 AI와 같은 고급 솔루션에 이르기까지 성숙도 곡선을 따라 올라갈 수 있습니다.

"하지만 간단하게 시작하는 것이 가장 좋습니다. LIMS는 훌륭한 출발점입니다."라고 그는 결론지었습니다.