사물인터넷(IoT)과 더 넓은 의미에서의 제4차 산업혁명(Industry 4.0)은 오늘날 제조업계에 만연한 새로운 패러다임으로, 제조업체의 운영 방식과 계획에 지대한 영향을 미치고 있습니다. 전반적 설비 효율(OEE) 개선은 IoT의 핵심 요구사항이며, OEE 최적화를 위해서는 품질 검사실과 제조 현장에서 수집된 측정 및 테스트 데이터를 포함하여 조직 전체에 걸쳐 정확하고 최신의 데이터가 필요합니다.
측정 및 검사 데이터 수집의 속도, 양, 정확도를 높이는 것은 효율성을 개선하고 일관된 품질의 부품을 제조하는 데 필수적인 강력한 통찰력을 제공하기 때문에 매우 중요합니다. 품질 관리를 위한 정밀 측정 데이터 수집/획득 측면에서 이러한 이점을 얻는 가장 명확한 경로는 무선 및 모바일 검색 기술입니다.
무선 데이터 수집 시스템은 모바일하면서도 강력하게 암호화되고 보안이 유지되어야 하며, 무제한 거리와 게이지 호환성부터 사용 편의성, 자동화된 제조 작업에의 실질적 통합에 이르기까지 다양한 요구사항에 적합해야 합니다. 최고의 무선 데이터 수집 시스템은 단일 직원이 사용하든 통합 품질 관리 시스템을 갖춘 전사적 차원에서 사용하든 관계없이 생산성을 획기적으로 높이고, 오류 가능성을 제거하며, 완전한 문서화를 제공하고, 데이터 수집 프로세스를 자동화할 수 있습니다.
OEE, 린(Lean), 식스시그마( Six Sigma) 이니셔티브는 최상의 품질 관리 관행을 뒷받침할 신뢰할 수 있는 데이터를 필요로 합니다. 특히 의료, 바이오메디컬, 항공우주, 방위 산업 등의 제조업체는 규제 요건을 충족해야 하며 중요 부품 제조에 대한 추적 가능하고 신뢰할 수 있는 문서화를 제공해야 합니다.
작업자가 주요 측정값을 수동으로 추적하도록 요구하는 시스템은 한 교대 근무 중 수십 번에서 수백 번에 걸쳐 극도로 세심한 주의를 기울여야 하는데, 이는 일관되게 수행하기 어렵고 비현실적입니다. 교육 문제도 있습니다. 직원들이 데이터를 완전히 이해하고 정확하게 수집 및 전사하는 데 필요한 배경 지식이 부족할 수 있습니다. 숫자 자리 바꿈, 소수점 위치 오류 등의 문제가 흔히 발생합니다. 또한 직원이 측정값을 기록하기 위해 생산 작업을 중단해야 할 수 있어 전체 생산성이 저하됩니다.
측정 데이터 전송에 보안되지 않은 네트워크를 사용하면 해커가 회사의 일반 데이터에 더 넓게 접근할 수 있는 통로가 될 수 있습니다. 적절한 디지털 보안 조치 없이 측정 데이터가 전송되면 잠재적으로 심각한 보안 위험이 됩니다.
비즈니스 성장과 다각화는 한 시설 또는 여러 위치에 걸쳐 더 많은 품질 관리 프로세스를 필요로 할 수 있습니다. 데이터 수집 시스템에 확장성이 없다면, 별도의 데이터 수집 프로세스를 설정하는 것이 시간이 많이 걸리고 번거로우며 혼란, 부정확성, 통신 지연을 초래할 수 있습니다. 더 심각한 경우 제품 불합격, 실패, 고객과의 법적 분쟁으로 이어질 수 있습니다.
샘플링 전략은 생산된 각 구성품의 100% 측정이 제공하는 완전한 그림을 제공할 수 없습니다. 일부 기존 QC 프로세스에서 흔히 볼 수 있는 이 구조는 생산 공차 드리프트를 예측하고 식별하지 못하게 할 수 있습니다. 또한 의료나 군수 산업처럼 100% 부품 검사와 추적 가능한 문서화가 필수적인 산업에서는 이 전략이 선택 사항조차 아닙니다.
모든 불량 부품은 비용, 시간, 자원의 손실을 의미합니다. 100% 측정이 제공하는 완전한 통찰력 없이는 제조업체는 추가 비용을 감수할 위험이 있으며 고객과의 관계를 해칠 수도 있습니다. 엄격한 표준 준수를 요구하는 고객에게 불량 부품이 전달될 경우 심각하거나 치명적인 결과를 초래할 수 있습니다.
근본적인 원칙은 제조업체가 Industry 4.0 요건을 충족하기 위해 대량의 측정 데이터를 정확하고 일관되게 획득할 수 있도록 하는 것입니다. 오늘날의 무선 측정 데이터 수집 시스템은 Industry 4.0을 위해 완전하고, 확장 가능하며, 안전하고, 견고해야 합니다. 즉, 자동화, 운용 용이성, 간소화된 확장성, 견고한 데이터 암호화 및 보호, 전송을 위한 무제한 거리 및 제약 없는 사용이라는 기초적 이점을 제공해야 합니다. 그 결과 생산성 증가, 오류 감소, 완전한 문서화 제공, 자동화에 의한 신뢰할 수 있는 데이터 수집 프로세스가 실현됩니다.
최신 무선 네트워킹 기술로 작동하여 휴대전화, 컴퓨터, 무선 전자 기기를 상호 연결하는 단파 무선 주파수를 사용함으로써 훨씬 빠른 속도, 더 넓은 대역폭, 더 긴 범위의 높은 데이터 처리량을 가능하게 합니다. 이러한 시스템은 다음과 같은 다양한 중요한 이점을 제공합니다.
직원이 반복적으로 작업을 중단하고 측정값을 기록해야 할 때 생산성은 필연적으로 부정적인 영향을 받습니다. 또한 수동 데이터 수집 프로세스는 기록 데이터베이스에 오류를 유입시켜 정확성을 심각하게 저하시키고 향후 결함을 지속시킬 수 있습니다. 최신 측정 데이터 수집 시스템에서는 버튼 하나로 측정 데이터를 전송할 수 있어 시간을 크게 절약할 수 있습니다. 예를 들어 데이터를 기록한 후 컴퓨터에 입력하는 것보다 버튼을 누르는 것이 최소 4배 더 빠릅니다.
자동화는 품질 관리 측정 데이터 수집 프로세스 전반에 걸쳐 극대화되어 프로세스 효율성과 포착된 측정값의 정확성을 개선합니다. 자동 타임스탬핑과 같은 기능은 각 데이터 포인트에 대한 중요한 컨텍스트를 제공하며, 이는 추적성과 품질 관리/생산 사양 준수에 필수적입니다. 측정 도구로 수신 확인 메시지를 다시 보내는 것도 유용합니다.
데이터 이동 시간이 50ms 미만인 초고속 연결과 더 높은 비트 레이트, 초저지연 네트워크를 사용하는 시스템을 통해 최대 용량에서도 지연 없이 대용량 데이터를 처리할 수 있습니다.
측정 데이터 수집 프로세스를 구축하는 것은 여러 수준에서 저항에 부딪힐 수 있습니다. 경영진은 새로운 방법을 도입해도 실질적 이점이 있을지 불확실할 수 있습니다. 작업자는 미지의 것에 대한 두려움과 새로운 프로세스 학습에 대한 불안감을 가질 수 있습니다. 이러한 우려를 해소하기 위해 사용 편의성이 최우선 과제이며, 작업자가 빠르게 자신감을 얻고 데이터 수집 프로세스가 짧은 기간 내에 최적화될 수 있도록 합니다. 예를 들어 운용 용이성은 모바일 앱으로 확장되어 노트북과 같은 더 큰 하드웨어를 현장에 가져갈 필요가 없습니다.
새로운 네트워크 토폴로지 구조는 단순하거나 복잡한 다양한 상황에 맞게 구성할 수 있으며, 분산형 원격 게이트웨이도 활용할 수 있습니다. 오늘날 시스템의 모듈식 구조는 새로운 데이터 수집 시스템을 구매하지 않고도 품질 관리 측정 데이터 수집 프로세스를 쉽게 확장하거나 축소할 수 있게 합니다. 데이터는 내장 무선 송신기가 있는 게이지 또는 외장형 엔드 노드가 장착된 게이지에서 게이트웨이로 전송되며, 안드로이드™ 또는 iOS® 모바일 플랫폼과 윈도우® 기반 컴퓨터(노트북, 데스크톱 PC, 씬 클라이언트 PC, 서버)에서 작동합니다. 리피터 및 브리지 구성 요소는 PLC 및 기타 고속 직렬 자동화 장비에 직접 연결되어 실시간 데이터 수집이나 원격 기계 조작이 가능합니다.
무선 측정을 위해서는 내장형 무선 장치가 포함된 무선 측정 도구를 사용하는 것이 매우 생산적이며, 데이터 수집이 더 쉬워집니다. 또한 측정 데이터 수집 시스템이 다양한 전자 정밀 도구 및 게이지 브랜드와 호환되는 것이 유리합니다. 백팩 무선 장치는 기능을 확장하고, 눈에 띄지 않으며, 쉽게 부착할 수 있습니다. 최신 측정 데이터 수집 시스템 사용자는 기존 시스템이 하나의 게이트웨이만 갖는 것과 달리, 데이터 수집을 위한 중앙 또는 분산 지점 역할을 하는 여러 게이트웨이를 활용할 수 있습니다. 소형 게이트웨이와 리피터는 손바닥에 들어갈 만큼 작습니다.
또한 데이터 수집 애플리케이션은 믿을 수 없을 정도로 다양하므로 시스템은 모든 사용 사례를 커버할 만큼 다용도여야 합니다. 최신 측정 데이터 수집 시스템은 자동차 및 농업부터 방위, 항공우주, 의료, 에너지 등 고도로 규제된 산업에서 모든 부품 및 구성품의 100% 측정에 이르기까지 거의 모든 사용 사례에 적응 가능합니다.
최신 데이터 수집 시스템은 광범위한 애플리케이션과 거리에서 정밀 측정 데이터를 신뢰성 있고 정확하게 수집하도록 설계되었습니다. 단일 또는 소수의 측정 도구를 단거리에서 사용하는 것부터, 대형 공장에서 수백 야드 떨어진 곳에 많은 측정 도구가 위치하거나 여러 시설에 걸쳐 1마일 이상 떨어진 구성까지, 측정 데이터 수집 요건이 진화하고 증가함에 따라 확장된 거리와 증가된 애플리케이션 요구사항을 쉽게 수용할 수 있습니다.
가장 단순한 적용인 휴대용 구성은 모바일 기기에서 실행되는 무선 앱을 특징으로 합니다. 이 간단한 설정은 내장 무선 장치가 있는 무선 측정 도구 하나로 모바일 기기까지 최대 30피트(10미터) 거리에서 데이터를 전송할 수 있습니다. 또는 모바일 기기에 따라 휴대용 구성에서 5~8개의 측정 도구가 모바일 앱에 연결되어 최대 30피트(10미터) 거리에서 데이터를 전송할 수 있습니다. 또한 사용자는 USB 게이트웨이가 있는 노트북이나 PC로 하나(또는 여러 개)의 무선 측정 도구로부터 최대 30피트(10미터) 거리에서 측정 데이터를 쉽게 전송할 수 있습니다(그림 1).
일반적인 구성에서는 제조업체가 측정 데이터 수집 시스템을 실행하는 컴퓨터나 노트북을 갖추고, 최대 200피트 거리에서 데이터 수집 프로세스에 20개의 측정 도구를 지원할 수 있습니다. 이 설정에는 하나의 USB 게이트웨이가 포함되며, 측정 도구의 백팩 엔드 노드가 전송 범위를 30피트에서 200피트(61미터)로 늘립니다(그림 2).
대형 공장 구성 예시에서는 20개의 측정 도구가 브리지와 원격 게이트웨이를 사용하여 총 데이터 전송 범위를 수백 피트 또는 야드까지 확장할 수 있습니다(그림 3). 엔터프라이즈 구성에서는 원격 게이트웨이, 브리지, 그리고 필요에 따라 리피터를 추가하여 측정 데이터 전송을 수백 야드에서 1마일 이상으로 늘릴 수 있습니다. 100개 이상의 측정 도구를 통합할 수 있으며, 각 원격 게이트웨이는 20개의 측정 도구를 지원할 수 있습니다. 더 먼 거리의 경우 야기 장거리 안테나를 구성에 포함할 수 있습니다(그림 4).
데이터 보안은 군대를 포함한 모든 제조업체의 최우선 관심사입니다. 품질 관리 측정 데이터 자체는 해커에게 그다지 가치가 없을 수 있지만, 사이버 범죄자는 여전히 품질 관리 데이터 전송에 사용되는 네트워크를 스푸핑하여 디지털 인프라에 더 일반적으로 접근할 수 있습니다. 측정 데이터 수집 시스템은 고도로 안전한 무선 플랫폼을 특징으로 하는 다양한 보안 조치를 통해 이 문제를 해결합니다. 전송되는 데이터는 다층적 접근 방식으로 암호화되어 수동적이든 능동적이든 외부 접근을 절대적으로 차단합니다.
또한 모바일 앱은 스마트폰이나 태블릿의 OS에 연결되지 않아 중요한 지점에서 의도하지 않은 접근을 제한합니다. 양호한 보안 유지는 무선 전송의 새로운 취약점을 빈번하게 해결하여 시스템을 지속적으로 안전하게 유지하는 것도 포함하며, 측정 데이터 수집 시스템 공급업체는 이에 발맞추는 데 전념해야 합니다.
원격 게이트웨이, 브리지, 리피터를 활용하면 효율적이고 신뢰할 수 있는 데이터 전송 프레임워크를 제공합니다. 시스템 구조는 백팩 또는 내장형 무선 장치와 모바일 앱을 실행하는 모바일 기기처럼 적은 구성 요소로도 가능하며, 대형 공장 구성에서는 브리지, 게이트웨이, 리피터를 활용하여 전송 범위를 크게 확장할 수도 있습니다.
최신 측정 데이터 수집 시스템의 소프트웨어 애플리케이션은 무선 네트워크를 사용하여 여러 측정 도구로부터 정보를 수집합니다. 무선 네트워크는 측정 도구의 내장 무선 기술이나 엔드 노드에 의존하여 데이터를 수집한 후 PC로 릴레이합니다. 데이터 수집 시스템은 네트워크 구성 요소로 신호를 보내 전송을 확인하고 데이터를 요청할 수도 있습니다. 시스템의 하드웨어 구성 요소는 USB 게이트웨이, 원격 게이트웨이, 브리지 익스텐더, 엔드 노드입니다. 엔드 노드는 측정 도구에 부착되는 무선 송수신기입니다. USB 게이트웨이는 PC에 부착되는 무선 송수신기입니다. 원격 게이트웨이는 USB 게이트웨이와 동일하지만 브리지 익스텐더를 사용하여 원격 게이트웨이와 PC 사이의 신호를 증폭함으로써 PC로부터의 통신 범위를 확장합니다. 원격 게이트웨이는 USB 게이트웨이와 동일한 범위를 가지지만 PC에서 매우 멀리 떨어진 곳에 설정할 수 있습니다.
어떤 시스템 아키텍처를 구현하든 결과는 품질 관리 측정 데이터가 필요한 모든 작업 지점에서 신뢰성 있고 정확하며 빠르게 수집할 수 있는 솔루션입니다.
충전식 엔드 노드와 무선 측정 도구를 사용하는 것이 효율적이며, 배터리 교체와 관련 비용을 없앨 수 있습니다. 또한 가혹한 현장 환경에서 사용하기 위해 IP67 보호 등급을 제공하는 엔드 노드와 무선 측정 도구를 고려해보세요. 대부분의 기존 SPC, MRP, ERP 프로그램에 적응할 수 있는 능력도 측정 데이터 수집 시스템의 또 다른 장점입니다.
측정 무선 데이터 수집 시스템을 선택할 때 공급업체의 지식, 서비스, 지원은 핵심입니다. 품질 관리에 대한 깊은 경험과 전문성이 결합되면 성공적인 구현에 큰 도움이 됩니다.
이 기사는 L.S. Starrett Company(Athol, MA)의 연구 개발 이사 겸 첨단 기술 부문 총괄 매니저인 Jeff Wilkinson이 작성했습니다. 자세한 내용은 여기를 방문하세요.
감지기
디지털 유니버스는 2년마다 크기가 두 배로 늘어나, 2013년 4.4조 기가바이트에서 2020년 44조로 성장할 것으로 예상됩니다. 기업은 이 디지털 유니버스에 보관된 데이터의 약 85%에 대한 책임을 지고 있다고 EMC Digital Universe에 따르면 보고되었습니다. 제조 플랜트는 이러한 데이터 생산에 기여하는 기업 유형 중 하나로, 기계 상태를 모니터링하기 위해 공정 데이터를 수집합니다. 자동화 부품 공급업체 EU Automation의 미국 매니저 클라우디아 자렛(Claudia Jarret)에 따르면, 플랜트 엔지니어는
코로나19 팬데믹의 영향이 광범위했다는 말은 과소평가입니다. 제조 부문을 포함해 팬데믹의 영향을 받지 않은 산업은 거의 없습니다. 많은 부문이 팬데믹 이전부터 인더스트리 4.0의 이점을 수용하고 있었지만, 지난 해에는 제조 분야에서 자동화의 극적인 증가를 보았습니다. 팬데믹과 글로벌 노동력 부족에 직면해 많은 제조업체는 봉쇄와 사회적 거리두기 프로토콜로 인해 빈 공장이나 교대 근무 차질을 겪었습니다. 이로 인해 스마트 기술, 원격 모니터링, 실시간 데이터 수집, 자동화를 생산 공정에 도입하여 채용 문제를 상쇄하면서 팀의 생산성과 효
