향상된 타이어 제조장비의 개발

향상된 타이어 제조장비의 개발
Finite-capacity scheduling과 제어 및 정보의 통합으로 제조업체의 타이어 제조장비 운전 간소화
로크웰 오토메이션

 

 

요즘과 같이 경쟁이 치열한 타이어와 고무 제조업계에 종사하는 전 세계의 기업들은 현재 전례 없는 불안정한 변화에 직면하고 있다. 제조업체를 비롯한 원료 공급업체와 장비제조업체(OEMs)는 고객의 수요, 세계화, 업계의 통합, 기술혁신, 안전 요구사항, 정부규제 그리고 소비자의 가격 인하 요구와 같은 수많은 변화요인으로부터 상당한 영향을 받고 있다.
특히, 타이어 제조부문에서는 투입된 노동력과 유지보수 비용을 절감함과 동시에 생산량을 향상시키고 신뢰도와 제품 품질을 일관성 있게 유지하는 장비에 대한 수요가 발생하고 있다. 신속한 생산과 함께 완벽한 제품 품질 역시 중요한 요소로 여겨지고 있으며, 더욱 커진 타이어 면적, 보다 섬세한 설계를 위한 업계의 트렌드도 반영할 수 있을 만큼 유연성 있는 장비에 대한 요구가 커지고 있다.
타이어와 고무 제조에 자동화 및 정보 솔루션을 실행하면, 친환경 그린타이어의 생산에 폭넓게 사용할 수 있는 타이어 생산 장비(TBM;Tire Building Machine)와 같은 기계류에 대한 설계, 개발 및 배송에 소요되는 총 비용을 절감할 수 있게 된다.
TBM 공정

TBM은 업계 표준에 따라 그린타이어를 제작할 때 필요한 반제품들인 트레드, 사이드월, 이너 라이너, 바디플라이, 비드, 코드 바디 등을 조립하는 장비이다. 다양한 운전 기능을 동시에 자동으로 수행할 수 있도록 장비 주기를 프로그래밍할 수 있으며, 균형 잡힌 싱글  오퍼레이터로서 작동하도록 생산주기를 조정할 수도 있다. 진행 시퀀스 또한 PLC로 제어가 가능하다. 여러 개의 장비 부품들이 드럼, 컨베이어, 롤러, 조인트리스 벨트 라인, 언와인딩 운전을 비롯해 절단 시스템, 레이저 마크, 교정 시스템 그리고 공기압 밸브와 함께 작동해야 하기 때문에 장비의 공정은 꽤 복잡한 편이다.
복잡한 시퀀싱과 로직 연계 과정 역시 모션, 제어, 드라이브 제어 그리고 안전 인터록을 통해 실행되어야 한다.
또한, HMI 요구사항에서는 레시피, 경보, 진단 및 운전까지 규정하고 있으며, 다수의 제3자 장치들과의 커뮤니케이션도 필요한 실정이다.
이렇듯 차량의 유형, 타이어 크기, 타이어 구조(바이어스/레디얼), 그리고 제작 방식에 따라 공정과정에서 제기되는 수많은 난제들을 해결하기 위하여, 타이어 제조업체들은 TBM을 도입하고 있으며, 이를 통해 다음과 같은 목적을 달성하고자 한다.

· 생산성 : 단계별 소요 기간을 최대한 짧게 최적화하고, 복잡한 레시피 관리로 인한  교체 시간 및 복구시간을 단축하며 최고의 품질을 유지함과 동시에 처리량을 최대화한다.

· 안전 : 직원과 장비의 안전을 보장하기 위하여 안전규제 표준을 준수한다.

· 유연성 : 그린타이어의 크기와 상이한 구성품 유형을 비롯한 다양한 타이어 유형과 제작공정의 요구사항을 충족시켜야 한다.

· 사용의 용이성 : 장비의 복잡성에도 불구하고 유지보수는 손쉽게 이루어져야 한다.

· IT 통합형 : 표준형 Ethernet 접속, MES 플랫폼 그리고 ERP 지원과 같은 전사적인 수준의 연결성을 제공해야 한다.
장비제조업체의 관점에서 TBM은 다음과 같은 역량을 갖추어야 한다.

· 모듈화 : 특정 고객의 어플리케이션에 적합하도록 장비의 기능을 조화롭게 활용할 수 있어야 하며, 시장 수요에 맞춰 현지화된 새로운 장비를 개발할 수 있도록 맞춤형 기능을 개발한다.

· 표준화 : 장비의 섹션이나 조건에 따라 시퀀싱이나 연계작업이 훨씬 더 복잡해질 수는 있겠지만, 장비의 변경을 최대한 줄이면서 손쉽게 재배치할 수 있도록 복잡한 타이어 장비에서 공통적인 메커니즘을 개발하고 문서화한다.

· 비용 효율성 : 장비의 통합과 계적 및 전기적 최적화를 달성하고 배선 구축에 소요되는 시간과 비용을 절감한다.

타이어 및 고무 제조업체 그리고 장비제조 업체와 10년 이상의 긴밀한 파트너 관계를 유지하고 있는 로크웰 오토메이션은 제조업체들이 경쟁적 우위를 확보할 수 있도록 도와주는 다양한 전력, 제어 및 정보 서비스를 제공하고 있다.

세이프티 기능에 주력

로크웰 오토메이션의 통합 아키텍처(Integrated Architecture)는 개별 모션, 드라이브 제어, 입/출력, 네트워크, 비쥬얼라이제이션 및 정보 컴포넌트로 구성되어 있으며, 반응성과 품질을 향상시키면서 생산성은 올리고 비용은 줄여주는 고차원적인 의사결정에 필요한 전사적 정보 교환이 실시간으로 이루어지도록 도와준다.
로크웰 오토메이션이 제공하는 TBM 솔루션 중에는 세이프티 기능을 통합시킨 제품도 있다. 장비에 세이프티 보호가 적용되면, 위험 요소가 제거되어 제조업체들이 EN/ISO 13849-1을 달성할 수 있게 된다.
세이프티 기능의 통합으로 가치가 향상되면 생산성, 효율수준 그리고 인텔리전스를 비롯한 전반적인 경쟁력이 강화되며, 기능 안전이 컴플라이언스를 넘어서는 수준으로 최적화되면 폐기물이 절감되고 장비의 기능운전을 개선할 수 있다. 또한, 통합된 솔루션의 설계를 통해 경쟁력이 강화되어 세계 시장에서의 기회 포착뿐 아니라, 위험감소, 서비스 개선을 비롯해 평균수리시간(MT TR)과 진단까지  개선된다.
로크웰 오토메이션의 통합 세이프티 솔루션은 장비의 가동중단시간을 최소한으로 줄이면서 최대의 결과를 얻을 수 있도록 지원하며, 세이프티, 표준제어 및 비쥬얼라이제이션에 필요한 플랫폼과 프로그래밍 툴을 공통으로 사용하기 때문에 취득 비용을 줄일 수 있고, 스위치(세이프티 릴레이용)와 적재 공간도 절약할 수 있다. 게다가, 세이프티 프로그래밍은 개방형 통합 제어방식이므로 장비의 세이프티를 보장하고 현행 제어투자까지도 보전할 수 있다.

분산제어

하나의 컨트롤러로 분산 제어를 실현해야 하는 고객을 위해 로크웰 오토메이션은 개방형 네트워크, 통합모션 그리고 다양한 세이프티 컴포넌트로 구성된 솔루션을 제공함으로써, 고객이 여분의 부품 세트, 유지보수 서비스 그리고 관리할 시스템을 모두 하나씩만 갖추어도 분산제어가 가능하도록 지원하고 있다.
Allen-Bradley CompactLogix PAC를 기반으로 하는 이 솔루션은 공통개발 환경에서 공통 제어엔진을 사용하는 중소형 어플리케이션을 제공하고 있으며, 세이프티, 모션, 개별 부품, 드라이브 역량을 단일 컨트롤러로 모두 통합하였다.
솔루션에 포함된 그 밖의 구성품으로는 MP-Series Low Inertia(MPL) 서보 모터가 장착된 Allen-Bradley Kinetix 350과 6500 서보 드라이브가 있어 원활한 가속과 감속이 가능하다. 배선연결의 부담이 적을 뿐만 아니라, EtherNet/IP의 공통 소프트웨어 플랫폼을 사용하기 때문에, CIP Motion, CIP 세이프티, CIP Sync 그리고 DLR(Device-Level Ring) 기술까지 활용하여 TBM의 IT 환경 통합이 가능해진다. 장비의 현재 상황을 보여주며, 문제발생 시, 작업자에게 경고를 해주는 Allen-Bradley PanelView Plus HMI와 다양한 Allen-Bradley 세이프티 컴포넌트가 세이프티 제어에 추가되어 있다.

메뉴팩처링 매트릭스와 개발 툴

장비 및 재료 사용 혹은 설비종합효율(OEE)과 같은 성능 매트릭스는 TBM 생산운영이 얼마나 잘 관리되고 있는 가에 대한 중요한 통찰력을 제공해준다. Rockwell Software FactoryTalk Metrics는 공장 현장의 장비를 모니터링하고, 장비의 현재 성능뿐만 아니라, 장기적 해석을 위한 히스토리 데이터에 대한 시기적절하고 정기적이며 구체적 정보를 제공한다. 이러한 데이터는 공장 인력들이 생산시설 내에서 혹은 제조기업의 전반에서 자산을 최적화하는데 필요한 의사결정을 정보에 기반하여 내릴 수 있도록 도와준다.
예를 들어, 타이어 제조업체가 가동중단시간, 품질, 원료 폐기물에 대한  데이터를 수집하는 보고시스템을 원하는 경우, 핵심 데이터의 수집과 보고에 생산횟수, 고철생산, 원료소비, 가동 중단시간 발생이벤트 그리고 주요 성능지표를 포함시킬 수 있다.
파워 프로그래밍은 모든 Logix 컨트롤러에 적합하고 재활용이 가능하며, 사전 정의된 템플릿과 페이스플레이트를 활용한 모듈 프로그래밍 기법은 장비 포트폴리오 전반에서 엔지니어링 시간을 단축시켜준다. 또한, 생산의 유연성으로 인해 현행 자산으로 새로운 제품의 요구사양을 맞추는 과정에서 소요되는 시간과 자본투자를 최소화할 수 있으며, 모듈화된 실행으로 소프트웨어의 테스트가 용이하여 개발시간을 최대 50%까지 단축할 수 있다.
로크웰 오토메이션에서는 서보 시스템 하드웨어와 모션 캠 프로파일의 최적화를 위하여 메카트로닉스 툴과 일렉트로닉 캠을 제공한다. 예를 들어, Motion Analyzer Virtual Design Tool은 기계와  제어기능을 연결시킴으로써, 사용자가 장비설계를 최종적으로 진행하기 전에 가상 환경에서 분석, 최적화, 시뮬레이션 및 옵션의 선정을 해볼 수 있도록 한다.
Motion Axis Complex Move는 주어진 이동 거리나 이동 시간을 기반으로 복잡성의 절대치 혹은 점차 복잡성이 증가하는 모션 프로파일을 생성한다. Multi Servo-Loop 구성에서는 위치, 속도, 토크 서보뿐 아니라. 이중 피드백, AUX 피드백 그리고 이중명령 서보까지 설정할 수 있다.
Finite-capacity scheduling과 제어 및 정보를 통합함으로써, 제조업체는 타이어 제조장비 운전의 간소화를 실현하였다. 뿐만 아니라, 상당한 규모의 금전적 절감과 함께 제조처리량의 증가와 운영 전반에 대한 가시성, 추적 및 제어가 월등히 향상되는 이점까지 누릴 수 있게 된다.
타이어 제조업계의 솔루션 전문가인 로크웰 오토메이션은 제조업체에게 경쟁적 우위를 가져다
줄 수 있는 파워, 제어, 정보 서비스를 제공하면서 기업의 성공을 뒷받침하고 있으며, 비즈니스에 영향을 미치는 업계의 정책과 요구사항에 대한 심도 있는 이해를 바탕으로 제조업체가 위험요소를 줄이고 운영의 효율성을 개선하며, 신속한 시장진입을 실현할 수 있도록 최선을 다하고 있다.

※ 출처 : EngNews (산업포탈 여기에) - 향상된 타이어 제조장비의 개발