실시간 모니터링으로 기계 성능 극대화

현장 모든 기계의 성능과 신뢰성을 유지하고 개선하기 위한 계획을 세우는 것은 제조 작업에 필수적입니다. 신뢰할 수 있는 기계는 단기 통보 생산 실행을 가능하게 합니다. 제조업체가 더 유연할수록 더 많은 신규 고객을 유치할 수 있습니다.

현장 생산성을 더 높은 수준으로 끌어올리는 가장 효과적인 전략의 기초는 실시간 모니터링에서 시작됩니다. 현장 모든 기계에서 문맥이 풍부한 실시간 데이터 스트림을 확보하는 것은 모든 생산 실행을 개선하고 설계-제조(DTM)가 잠재력을 최대한 발휘할 수 있게 하는 데 매우 귀중합니다. 이 글에서는 다음을 다룹니다.

• 기계의 기준 성능을 정의하는 실시간 모니터링의 역할,
• 실시간 모니터링이 설계-제조(DTM) 전략 성공에 어떻게 기여하는지,
• 실시간 모니터링을 활용해 기계 피트니스 플랜을 미세 조정하는 이점,
• 기계 피트니스 플랜 수립을 시작하는 방법,
• 기계를 민첩한 설계-제조 공정에 맞추는 전략.

기준 성능 정의하기

지속적인 변화를 가져오는 강력한 피트니스 플랜은 진정한 성능 기준선에서 시작되며, 이는 운동을 시작하는 개인에게나 현장의 기계에게나 마찬가지입니다. 자사의 기계에 결과를 가져다주는 피트니스 플랜을 만들기 위해 제조업체는 실시간 모니터링에 의존하여 필요한 기준선 데이터를 얻습니다. 모든 생산 실행에 실시간 모니터링을 필수적인 부분으로 만듦으로써, 그들은 영구적인 개선을 새로운 표준으로 만듭니다.

IQMS/다쏘시스템과 함께 의사결정 분석가(Decision Analyst)가 실시한 두 번의 최근 설문조사는 제조업체가 이제 실시간 모니터링에 의존하여 현장 생산성을 개선하는 방식, 즉 개별 기계 피트니스 플랜 수립의 기초가 되는 기계 성능 기준선을 설정하는 방식을 보여줍니다.

특히, 2019년 북미 제조업체 150곳을 대상으로 한 의사결정 분석가의 설문조사에 따르면, 제조 응답자의 82%가 기존 기계 업그레이드나 신규 기계 구매를 최우선 순위에 두고 실시간 모니터링으로부터 통찰을 얻고자 합니다. 이러한 기업들은 완전히 감가상각된 생산 기계를 자기 진단하고 문제를 보고할 수 있는 최첨단 스마트 연결 기계로 교체하고 있습니다. 이는 운영 조건의 맥락에서 실시간 데이터를 제공하여 피트니스 플랜을 미세 조정하는 데 매우 귀중합니다. 또한 실시간 모니터링을 최적화하기 위해 제조업체의 38%가 제조 실행 시스템(MES) 소프트웨어에 투자하고 있는 것으로 나타났습니다(아래 그림 1 참조).

한편, 2018년 말 의사결정 분석가의 설문조사에서 전체 제조업체의 81%가 실시간 모니터링이 비즈니스를 개선한다고 답했습니다. 공정 집약적 산업, 특히 플라스틱 제조에서는 제조업체의 87%가 실시간 모니터링이 운영에 필수적이라고 보고했습니다. 전체적으로 제조업체의 63%가 실시간 모니터링을 통해 각 기계의 개별 피트니스를 더 잘 추적할 수 있을 것으로 예상했습니다. 생산 실행 유형별 가동률, 스크랩, 다운타임 리포팅을 검토함으로써 가능합니다(아래 그림 2 참조).

설계-제조(DTM) 성공 지원

실시간 모니터링은 단일 설계-제조 환경을 만들기 위해 필요한 다양한 제조 시스템과 공정 기반을 동기화하는 데 필수적입니다. 여기서는 설계자, 엔지니어, 품질 관리, 생산 팀이 협업할 수 있습니다. 설계-제조는 엔지니어링, 품질, 제조 팀을 동일한 제품 데이터 모델로 통합하는 것을 전제로 합니다. 생산 기계의 실시간 모니터링은 모든 팀에 제조 가능성, 품질, 모든 신제품의 규모에 관한 중요한 피드백을 제공함으로써 이 데이터 모델에 기여합니다. 이는 설계-제조 공정의 모든 사람을 위한 필수 피드백 루프이며, 현장 기계의 유용 수명 연장에 직접 기여합니다.

설계자, 엔지니어, 품질 관리, 생산 팀은 제품 모델 변경이 제품 기계의 효율성과 신뢰성(평균 고장 간격 MTBF 포함)에 미치는 영향에 대한 귀중한 통찰을 얻습니다. 설계-제조 팀은 실시간 모니터링 데이터에서 얻은 통찰로 신제품 개발에 더 민첩하고 반복적인 접근법을 취합니다. 가장 중요한 것은 실시간 모니터링이 이 다양한 팀 구성원들을 공통 제품 모델로 동기화하는 데 기여한다는 점입니다. 설계-제조를 전제로 한 더 협력적인 신제품 개발 접근법은 생산 오류를 줄이고 수율을 높여 제품 품질과 수익성을 모두 개선합니다.

기계 피트니스 플랜 미세 조정

실시간 모니터링에 기반한 피트니스 플랜이 견고한 매출 성장의 기반이 되는 설계-제조 전략을 수립하기에 좋은 출발점인 데에는 세 가지 주요 이유가 있습니다.

초기 모델 설계를 기반으로 프로토타입을 더 빠르게 제작하면서 실시간 모니터링 피드백을 바탕으로 품질과 생산 규모를 평가합니다. 예를 들어, 해양 제품을 전문으로 하는 플라스틱 제조업체는 설계-제조를 활용해 초기 제품 모델을 정의한 뒤, 고속 3D 프린터와 스테레오리소그래피 기반 이미징 장치를 결합해 몇 시간 만에 프로토타입을 제작합니다. 고객이 제품 모델 프로토타입을 승인하면, 동일한 모델로 컴퓨터 지원 제조(CAM) 소프트웨어를 사용해 초기 제품 금형을 만듭니다. 거기서부터 생산 공정이 시작됩니다. 제품의 품질과 내구성을 디지털 방식으로 먼저 생성하고 테스트함으로써 고객과 해양 제품 제조업체는 연간 수천 시간과 비용을 절약합니다. 이는 설계-제조 접근법이 문제를 더 일찍 포착하고 신제품을 더 빨리 시장에 내놓는 방법을 보여줍니다.

신제품 출하 전 수요 창출 지원을 위해, 실시간 데이터가 모든 기계에서 생산 계획자가 모든 신제품에 대한 최적 워크플로를 정의하는 데 도움을 주는 설계-제조 접근법을 취합니다. 예를 들어, 자동차, 소비재, 플라스틱 공정 제조 산업을 위한 탄소 섬유 기반 OEM 제품의 선도 공급업체는 고객 프로토타입 모델을 먼저 생성하여 출하일 훨씬 전에 신제품 렌더링 이미지를 제공합니다. 고객은 렌더링 이미지를 활용해 마케팅 및 판매 캠페인을 계획하고, 영업 지원 자료를 준비하며, 포장을 정의합니다. 여기서 설계-제조는 OEM 고객에게 더 많은 가치를 제공하고 그들이 신제품 판매에 성공하도록 돕습니다.

기준 제품 모델로 고객에게 더 많은 옵션 제공을 위해 향상된 구성-가격-견적(CPQ) 및 제품 구성 전략을 활용합니다. 여기서 실시간 모니터링은 설계-제조 팀에 어떤 구성 가능 제품이 제작하기에 가장 효율적이고 생산적이며 수익성이 높은지에 대한 피드백을 제공합니다. 좋은 예는 BMW의 온라인 및 대리점 제품 구성기로 지원되는 모델 기반 제조 접근법을 사용한 맞춤형 미니 쿠퍼 판매의 큰 성공입니다. CPQ와 제품 구성은 이 전략을 지원하는 모든 시스템이 동기화되고 공통 리듬으로 실행될 때 탁월합니다. 설계-제조가 이를 가능하게 합니다. 이는 제조업체가 이전보다 더 많은 맞춤형(더 높은 마진) 제품을 고객에게 생산함으로써 생산 센터 가동률을 높일 수 있다는 희소식입니다.

기계 피트니스 플랜 수립하기

성공적인 성장 전략을 수립하려면 제조업체는 모든 공작기계에 대한 피트니스 플랜과 연계해야 합니다. 이는 기계의 유용 수명을 연장할 뿐만 아니라, 기계 건강에 대한 추가 데이터로 생산 스케줄링도 개선합니다. 특정 생산 실행에 가장 적합한 기계 조합에 가장 자격 있는 기술자를 배정하는 것은 각 기계가 일관되게 높은 수준의 생산 피트니스를 유지할 때 크게 단순화됩니다.

체육관에 등록해 몸매를 가꾸려는 사람처럼, 오늘날 수백만 제조업체는 기계에 대한 강력한 피트니스 플랜의 시작을 가지고 있습니다. 과제는 이를 실행에 옮겨 결과를 얻는 것입니다. 다음 네 단계는 좋은 시작점이 됩니다.

여러 교대 근무에 걸쳐 모든 기계의 기준선 데이터 수집하여 눈에 띄고 쉽게 정의되는 출력 변동이 있는지 확인합니다. 현장 각 기계의 성능 데이터셋을 만드는 것이 모든 개별 기계 피트니스 플랜의 출발점입니다.

오늘날 모든 기계가 보고할 수 있는 초기 지표 세트 선택하여 기준선 비교를 완료합니다. 모든 기계는 사이클 타임, 셋업 타임, 스크랩/재작업률, 수율 등 네 가지 지표로 분석할 수 있습니다. 기계 간 차이는 즉시 드러납니다. 각 기계가 이 네 가지 기준에 대해 얼마나 잘 수행하는지 알면 유용 수명을 연장하는 방법에 대한 귀중한 통찰을 얻습니다.

기준선 데이터 분석과 기계의 이전 활동을 고객 반품 및 품질 문제와 연계하여 가장 상태 좋은 기계와 나쁜 기계 식별합니다. 고객 반품과 품질 문제의 가장 높은 비율을 차지하는 기계는 종종 비정상적으로 높은 마모율을 보이는 기계와 같습니다. 평균 수리 시간(MTTR)과 MTBF 추정치가 정확한지 확인하는 것은 기계 수명 연장과 제품 품질 및 수율 향상의 전제 조건입니다.

실시간 모니터링과 기계 업그레이드 결합하여 생산 시퀀싱이 시간이 지남에 따라 기계 신뢰성과 성능에 미치는 영향을 파악합니다. 특정 기계가 고장 나기 시작하는 이유가 처음엔 명확하지 않더라도 생산 워크플로에서의 상대적 위치와 더 관련이 있을 수 있습니다. 그래서 실시간 모니터링과 스마트 연결 기계로의 최신 업그레이드 결합이 타당합니다. 함께, 이 단계들은 기계 유용 수명 연장 방법을 이해하는 데 있어 잠재적으로 큰 두 가지 변동 원인을 제거합니다.

기계를 DTM에 맞추기

팀이 더 엄격하고 철저한 피트니스 플랜으로 관리되는 기계의 더 높은 성능과 규모를 활용하면, 더 야심 찬 설계-제조 프로젝트를 수행할 수 있는 위치에 서게 됩니다. 신제품 생산에 관여하는 모든 기계의 규모, 속도, 신뢰성을 아는 것은 동시에 설계, 개발, 엔지니어링, 품질, 생산 공정을 수행하는 설계-제조 프레임워크를 만드는 데 더 큰 민첩성을 부여합니다.

제조업체가 엄격하고 지속적인 기계 피트니스 플랜에 전념함으로써 가장 큰 혜택을 보는 곳은 신제품 개발 일정 단축과 비용 절감입니다. 모든 기계가 새로운 생산 요구사항에 어떻게 반응할지 아는 것은 초기 설계 개념부터 작업 지침까지 모든 것의 오류를 줄이는 데 매우 귀중합니다.

피트니스 플랜과 설계-제조 결합의 또 다른 핵심 이점은 협업 팀이 기계 수율 개선 정도와 그것이 향후 생산 실행에 의미하는 바를 알 수 있다는 점입니다.

마지막으로, 기계 피트니스 플랜은 제조업체가 CAM, CAD, 시뮬레이션/유한 요소 해석(FEA), 전기, 검사, 제조 팀에게 그들이 그 어느 때보다 더 빠른 개발, 테스트, 제품 출시 주기를 추구할 수 있다는 확신을 줄 수 있는 가장 강력한 기반을 만듭니다. 제조 공정의 모든 시스템이 다른 케이던스나 클럭 속도로 실행될 때, 동시성 달성은 필수이며, 설계-제조와 지속적인 기계 피트니스 플랜은 이에 필수적입니다. (편집자 주: 이 기사는 Manufacturing Engineering 2019년 9월호에 실린 Viewpoints 칼럼의 확장 버전입니다.)

저자 소개

루이스 콜럼버스(Louis Columbus)는 제조 전사적 자원 관리 기업 IQMS (현재 DELMIAWORKS, 다쏘시스템 그룹)의 수석입니다. 마이클 버클리(Michael Buchli)는 다쏘시스템의 선임 솔리드웍스(SolidWorks) 제품 및 포트폴리오 매니저입니다.