식음료 산업의 모듈형 프로세스 자동화

식음료(F&B) 산업에서 프로세스 자동화는 매우 중요한 역할을 합니다. 글로벌 시장에서 효율성, 품질, 보안이 핵심 과제가 되는 가운데, 자동화는 이러한 문제를 해결하는 핵심 솔루션이 됩니다. 디지털화가 가속화되면서 생산 공정을 더욱 효율적이고 유연하며 지속 가능하게 만들 수 있습니다.

기업들은 급변하는 시장 환경과 엄격한 규제에 신속하게 대응해야 하는 과제를 안고 있습니다. 최신 자동화 기술을 도입하면 경쟁력을 높이고 새로운 요구사항을 충족할 수 있습니다. 하지만 전체 공정을 디지털화하고 자동화하는 과정에서 다양한 장애물이 발생합니다.

식음료 산업 관리

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주요 과제는 다음과 같습니다.

소규모 식음료 제조업체는 자체 자동화 솔루션을 개발하는 데 필요한 전문 지식이 부족할 수 있습니다. 이에 따라 턴키(turnkey) 솔루션을 제공하는 시스템 통합업체나 장비 제조업체에 의존하게 됩니다. 또한, 식품 산업에서는 살아 있는 미생물을 활용하는 경우가 많아, 공정이 변동될 가능성이 높아 맞춤형 대응이 필요합니다.
빠른 투자 수익에도 불구하고 식품 및 음료 산업의프로세스 최적화를 위해서는 인건비, 하드웨어, 소프트웨어에 상당한 투자가 필요합니다. 이러한 초기 비용은 디지털 전환에 걸림돌이 될 수 있습니다. 또한 시스템을 마이그레이션할 때 발생하는 생산 중단 시간으로 인한 기회 비용도 있습니다.
새로운 모듈을 구현할 때 이 프로세스의 소프트웨어 부분은 특히 기존 시스템과의 통합에 있어 매우 중요합니다. 현장 및 I/O 레벨의 개별 장치는 자율적으로 작동할 수 있지만 향후에는 다른 장비와 조율해야 합니다. 엔드투엔드 자동화를 위해서는 새로운 장비가 기존 시스템과 통신해야 하며, 이는 서로 다른 제조업체의 장비에서 종종 문제가 될 수 있습니다.
식음료 산업의 공정 자동화를 위해서는 공정 제어 시스템 수준의 데이터 보안이 중요합니다. 폐쇄형 시스템에서는 주로 이중화 시스템을 통해 생산 데이터를 보호하는 데 중점을 둡니다. 클라우드의 데이터 분석과 같은 외부 인터페이스의 경우 데이터 도난 가능성이 새로운 위협이 됩니다.
자동화의 범위는 전체 프로젝트 라이프 사이클에 걸쳐 점진적으로 발전하며, 종종 커미셔닝 중에도 발전합니다. 많은 운영 요구사항은 테스트 과정과 사용자를 통해서만분명해집니다. 또한 프로세스 엔지니어링의 요구 사항과 프로세스 자동화의 요구 사항 사이에 불일치가 있는 경우가 많기 때문에 솔루션 제공업체 간의 원활한 내부 커뮤니케이션이 필요합니다.
기술적 요구 사항과 함께 직원들의 수용도 매우 중요합니다. 아무리 뛰어난 자동화도 사용자와 직원의 동의 없이는 아무 소용이 없습니다. 관련 팀은 사용자 인터페이스를 이해하고 IT/OT 수준에서 이를유지 관리할수 있어야 합니다. 따라서 모든 이해관계자의 수용을 촉진하는 것이 중요합니다.

모듈식 프로세스 자동화

프로세스 자동화는 생산 공정을 자동으로 제어하고 모니터링하는 기술을 의미합니다. 이를 통해 효율성, 일관성, 품질을 개선하고 복잡한 작업을 자동화할 수 있습니다. 기존 자동화 방식은 하나의 완전한 시스템을 한 번에 구축하는 일괄형(모놀리식) 접근 방식이 많았습니다. 하지만 이러한 방식은 이후 시스템 변경이나 추가 작업이 어렵고 비용이 많이 듭니다.

반면, 모듈형 프로세스 자동화는 보다 유연한 접근 방식을 제공합니다. 전체 자동화 공정을 여러 개의 독립적인 모듈로 나누어 각각 개발, 테스트, 통합할 수 있도록 설계합니다. 이 방식은 단계적인 구축과 확장이 가능하며, 특정 모듈만 추가·교체할 수 있어 전체 시스템을 다시 설계할 필요가 없습니다.

모듈식 접근 방식의 주요 이점

유연성 및 확장성: 모듈을 쉽게 조정하거나 교체할 수 있어 새로운 요구사항이나 기술에 신속하게 대응할 수 있습니다.
비용 절감: 표준 모듈을 재사용하면 개발 비용과 통합 노력이 줄어듭니다. 이는 곧 비용 효율성의 향상으로 이어집니다.
통합 부담 완화: 표준화된 인터페이스를 사용하면 서로 다른 제조업체의 새 모듈을 쉽게 통합할 수 있으며 통합 노력이 줄어듭니다.
빠른 시장 출시: 로우코드/노코드 구성을 기반으로 하여 제품의 출시 시간을 단축할 수 있습니다.
오류 발생 최소화: 표준화된 모듈을 사용하면 복잡성이 감소하고 결과적으로 통합 오류가 발생할 가능성이 줄어듭니다.
유지보수 용이: 개별 모듈을 독립적으로 유지보수하거나 교체할 수 있어 시스템 가용성을 높이고 다운타임을 최소화할 수 있습니다.
혁신 지원: 새로운 기술을 별도의 모듈로 통합하여 기술 발전에 따라 지속적인 개선과 적응을 촉진할 수 있습니다.

이처럼 모듈형 프로세스 자동화는 전통적인 자동화 방식에 비해 더 유연하고, 확장 가능하며, 비용 효율적인 솔루션을 제공합니다. 특히 변화가 빠른 생산 환경에서는 신속한 적응과 혁신이 필수적이므로 더욱 적합한 방식입니다.

전체 자동화 제조 공정의 모듈화

장비 모듈, 생산 시스템, 레시피 관리 또는 사용자 인터페이스의 경우 Profinet, OPC UA 또는 모듈 유형 패키지 표준(MTP)과 같은 표준이 필수적입니다. 모듈식 접근 방식은 프로그래밍 노력과 오류 가능성을 줄이고 효율성을 개선하며 엔지니어링 비용을 절감합니다. 또한 잘 관리된 모듈 라이브러리를 통해 검증된 솔루션을 쉽게 재사용할 수 있습니다. 이 접근 방식은 관점에 따라 다양한 이점을 제공합니다.

모듈식 접근 방식은 표준화된 인터페이스를 통해 식품 생산업체에 더 큰 유연성과 하드웨어 독립성을 제공합니다. 제조업체에 관계없이 장비를 쉽게 교체하거나 업그레이드할 수 있습니다. 이를 통해 비용 효율적인 맞춤형 솔루션을 제공하고 새로운 시장에 더 빠르게 적응할 수 있습니다. 또한 모듈식 시스템을 사용하면 다양한 배치 크기를 더 쉽게 생산할 수 있습니다. 특히 소규모 실험실 또는 시험 배치의 경우 자동화된 솔루션을 쉽게 구현할 수 있습니다.
OEM은 브라운필드 프로젝트에서 더 쉬운 통합과 자동화 비용 절감과 같은 새로운 기회를 누릴 수 있습니다. 자동화 작업이 줄어든 덕분에 장비 제조업체는 향후 이 작업을 직접 수행할지 아니면 아웃소싱할지 결정할 수 있으며, 모듈식 엔지니어링은 어느 쪽이든 상당한 이점을 제공합니다.
특정 소프트웨어와 하드웨어에 특화되어 있던 시스템 통합업체는 이제 하드웨어 독립적인 모듈식 솔루션 덕분에 시스템 간 프로젝트를 보다 쉽게 구현할 수 있습니다. 이를 통해 고객 기반이 확대되고 품질과 분야 간 연계성이 높아집니다. 또한 보다 효율적인 구성으로 숙련된 인력 부족 문제도 해결할 수 있습니다.

zenon을 통한 모듈식 프로세스 자동화

zenon 소프트웨어 플랫폼도 다양한 모듈로 구성되어 있습니다. 필요에 따라 여러 소프트웨어 모듈을 조합해 사용할 수 있으며, zenon 프로젝트 단위에서 개별 모듈을 적용할 수 있습니다.

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프로젝트 구조와 아키텍처를 통해 zenon은 이러한 프로젝트를 독립형 형식과 네트워크에서 모두 사용할 수 있도록 지원합니다. 즉, 대규모 애플리케이션을 소규모 애플리케이션으로 쉽게 분할하여 관리할 수 있습니다. 예를 들어, 충전 및 포장 라인의 각 기계에 대해 개별 zenon 프로젝트를 생성할 수 있습니다. 이러한 프로젝트는 라인 현장에서 완벽하게 작동할 수 있지만 라인 관리 프로젝트의 하위 프로젝트로 동시에 작동할 수도 있습니다. 이를 통해 엔지니어링 작업은 줄이면서 유연성은 높일 수 있습니다.

zenon 프로젝트 자체에는 다양한 모듈식 구성 요소가 포함될 수 있습니다. zenon 심볼은 이 원칙의 좋은 예로, 템플릿으로 한 번 생성하면 인스턴스 수에 관계없이 사용할 수 있습니다. 심볼의 특정 속성을 해제하고 구성할 수 있는 기능 덕분에 모든 인스턴스는 이와 관련하여 유연성의 이점을 누릴 수 있습니다.

한 걸음 더 나아가, 심볼의 개념을 zenon에서는 스마트 오브젝트 템플릿(SOT)이라고 합니다. 이러한 템플릿에는 심볼 외에도 자체 변수, 이미지 및 함수가 포함될 수 있습니다. 이를 통해 기업은 템플릿을 생성한 다음 인스턴스 수준에서 사용자 지정할 수 있습니다. 예를 들어 밸브와 같은 장비 모듈을 SOT로 한 번 생성한 다음 인스턴스를 원하는 만큼 자주 생성하여 최소한의 노력으로 PI&D 이미지를 재현할 수 있습니다. 그런 다음 팝업, 연동 조건, 알람 처리 등을 포함하여 이러한 인스턴스를 설계할 수 있습니다. 이 접근 방식은 엔지니어링 및 테스트 시간을 크게 단축할 수 있습니다 .

zenon 장비 모델 모듈은 ISA-95에 따라 생산 시설의 기계 및 장비를 구조화하기 위한 SOT의 대안을 제공합니다. 사용자는 실제 생산 현장에 해당하는 계층 구조에 변수, 함수, 기호 등을 할당하고 모듈을 그룹화하여 장비에 따라 알람, 측정 데이터 등을 시각화하거나 아카이브할 수 있습니다.

라이브러리

SOT에는 zenon 로직 모듈도 포함될 수 있으므로 이러한 zenon 기술의 조합은 SCADA 및 HMI 솔루션용 템플릿을 생성할 뿐만 아니라 프로세스 컴포넌트 라이브러리를 위한 모듈을 생성하기 위한 전제 조건을 제공합니다.

프로세스 컴포넌트 라이브러리를 사용하면 시스템 통합업체와 장비 제조업체는 제어 모듈 제조업체와 독립적으로 중앙 라이브러리를 구축할 수 있으며, 이를 통해 전 세계 어디에서나 프로젝트용 인스턴스를 생성할 수 있습니다. 따라서 zenon의 하드웨어 독립성과 신속한 구현이라는 이점이 결합되어 있습니다.

고객

MTP 표준에 기반한 모듈식 생산

MTP(Module Type Package) 표준은 생산 공정을 표준화된 서비스 단위로 나누고, 이를 유연하게 조합할 수 있도록 지원하는 개념입니다. 즉, "Plug & Produce" 방식으로 각 모듈을 쉽게 연결할 수 있으며, 이를 통해 엔지니어링 작업 부담을 줄이고 효율적인 생산 환경을 구축할 수 있습니다.

MTP 표준을 기반으로 한 모듈은 Process Orchestration Layer(POL) 에 통합되어, 다양한 자동화 시스템을 하나의 구조 내에서 유기적으로 운영할 수 있습니다. 이를 통해 생산 유연성이 극대화되고, 기존 장비와의 통합도 원활하게 이루어집니다.

COPA-DATA의 zenon MTP Suite는 모듈형 생산을 실현하기 위한 모든 도구를 제공합니다.