모듈식 생산 | 코파데이타

소규모 배치 및 개별화된 솔루션에 대한 수요가 증가하면서 제품과 혁신 주기가 점점 단축되고 있습니다. 생산 및 혁신 주기의 단축은 제조업체, 특히 제약 등 공정 제조 산업에 문제를 야기할 수 있습니다. 이러한 산업 분야와 화장품 회사, 식품 제조사에서 사용되는 공정 플랜트는 단기간에 적응하고 변화할 수 있을 만큼 충분한 유연성을 갖추지 못한 경우가 많습니다.

모듈식 생산은 생산 수량 변경이나 새로운 배합법에 따라 새로운 제품을 생산할 수 있도록 장치를 적응시키는 과정을 단순화시켜 줍니다. 모듈식 생산은 대규모 작업을 여러 개의 작은 구성 요소로 나눕니다. 즉 생산이 개별 서비스로 분할되고 각 서비스는 표준화됩니다. 각각의 모듈이 상호 연결되어 있으므로 다양하게 구성할 수 있습니다. 제조업체는 생산될 제품에 따라 구성을 변경하여 “플러그 앤 프로듀스(Plug & Produce)”할 수 있습니다.

모듈식 생산과 모듈형 패키지(MTP: Module Type Package)는 다양한 산업에서 생산 혁신을 일으킨 고성능 솔루션을 제합니다. MTP와 모듈식 생산의 이점을 살펴보기에 앞서 민첩한 생산으로 인해 제조업체가 직면하게 되는 과제에 대해 자세히 알아보십시오.

1. 경쟁 심화

치열한 경쟁 환경에서 살아남기 위해 전 세계 제조업체들은 가격과 생산성에서 경쟁력을 갖춰야 합니다. 투입되는 인건비도 제조업체의 경쟁력에 큰 영향력을 행사합니다. 예를 들어, 미국에 사업장을 보유한 기업들은 미국 근로자보다 적은 임금을 지불하는 국가에 사업장을 둔 제조업체에 비해 인건비 면에서 더욱 어려움을 겪습니다. 영국에서의 지속적인 노동력 부족은 영국 제조업체의 글로벌 규모의 경쟁을 저해합니다.

또 다른 경쟁 분야는 산출력입니다. 어떤 제조업체들은 경쟁자보다 더 많은 제품을 더 빠르게 생산합니다.

제조업체는 지속적인 발전을 위해 다음 분야에 집중해야 합니다.

탄탄한 브랜드 및 긍정적인 평판 구축
가격 경쟁력 제고와 동시에 수익에 부정적인 영향 해소
혁신을 앞당기는 기술 도입

2. 높은 생산 비용

많은 제조업체들이 높은 생산 비용에 직접적으로 기여하는 두 가지 문제인 공급망 중단과 노동력 부족에 직면해 있습니다. 생산 비용은 원자재 가격, 인건비, 공장 운영에 필요한 간접비 등으로 구성됩니다. 생산 비용은 제조업체의 통제 범위를 벗어나기도 합니다. 인플레이션이나 공급망 와해는 원자재 가격의 상승으로 이어지며, 이는 회사의 생산 비용 증가를 초래합니다.

노동력 부족도 생산 비용을 증가시킬 수 있습니다. 필요한 인력에 비해 근로자 수가 적은 경우, 더욱 매력적인 일자리로 보이기 위해 주로 회사들이 이용하는 방법으로는 임금 상승이 있습니다. 노동력 부족은 또한 공장 현장에 인력 부족으로 인한 생산 속도 저하로 생산 비용을 증가시킵니다.

다행히도 생산 비용을 낮출 수 있는 방법이 존재합니다. 공급망 불안으로 자재 수급 문제가 발생하는 경우 더 쉽게 공급받을 수 있는 대체 옵션으로 전환할 수 있습니다. 모듈식 생산 방식은 유연성 향상을 통해 비용을 감소시켜 줍니다.

3. 제품 수명주기 단축

제품 수명주기 단축도 제조업체의 어려움을 가중시킵니다. 제조업체는 보통 신제품 출시를 위해 상당한 시간과 자금을 투자합니다. 하지만 몇 년도 되지 않아 사라지는 경우가 빈번합니다. 그러면 회사는 또 다시 더 많은 시간과 자금을 투입하여 다른 신제품을 기획하고 제조해야 합니다. 제품 수명 주기 단축은 다음과 같은 측면에서 제조업체에게 부정적인 영향을 끼칠 수 있습니다.

수익 창출 기회 감소
제품의 판매 실적 예측 난이도 증가
유연성 저하 및 실수 만회 기회 상실

소규모 배치 생산 공정을 도입하면 제품 수명 주기가 단축되어도 제조업체가 적절히 조정하고 적응할 수 있습니다.

4. 맞춤형 제품에 대한 수요 증가

개인 맞춤형 제품에 대한 수요 증가는 경쟁에서 차별화 우위를 창출하고자 하는 기업들에게는 좋은 기회가 될 수 있지만, 맞춤형 제품을 생산해야 하는 제조업체에게는 어려운 과제입니다. 이제 동일한 화이트 라벨 제품을 생산하고 회사 브랜딩을 부착하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 이제 제품은 다른 경쟁사 제품들과는 다른 차별성을 보유해야 합니다.

기존 제조 방식으로는 공장에서는 다양한 종류의 맞춤형 제품을 생산하기 위해 필요에 따라 생산을 적응하고 조정하는 것이 어렵습니다. 하지만 제조업체는 MTP와 모듈식 생산을 통해 다양한 제품을 생산할 수 있도록 공장 구성을 쉽게 변경할 수 있습니다.

1. 혁신 역량 제고

경쟁 심화는 기업에게 고객과의 관계를 유지하고 고객들이 자사 제품 구매를 지속적으로 유도하기 위해 더 혁신적으로 변모되어야 할 필요성을 증대시킵니다. 이를 잘 인지하고 있는 기업들은 가장 인기 있는 제품에 새로운 제품 라인 또는 제품 변형의 정기적인 도입이 필요하다고 생각합니다.

여러 향을 가미한 탄산수, 다양한 종류의 샌드위치와 과자류, 다채로운 색상의 립스틱을 생각하면 됩니다. 제약 회사는 약제 및 건강기능식품의 배합비를 조정하는 방식으로 특허를 새롭게 갱신합니다. 자동차 회사는 인기 차량에 새로운 페이스리프트나 연식 변경 모델을 정기적으로 출시합니다. 회사가 신제품이나 스핀오프 제품을 출시할 때마다 제조 공정이 변경되어야 합니다.

모듈화는 제조업체의 투자 위험도 크게 낮춰줄 수 있습니다. 시장 수요에 맞춰 신제품 생산 능력을 쉽게 변경할 수 있습니다. 예를 들면 새로 출시한 맛의 탄산음료가 기존 제품보다 더 시장 반응이 좋으면 모듈식 생산을 도입한 기업은 간단한 조정만으로 수요가 높은 제품 생산량을 증대시킬 수 있습니다. 모듈화는 제조업체의 경쟁력 유지에 큰 역할을 합니다.

2. 생산 비용 40% 절감

전통적인 제조 방식으로는 생산 제품 전환을 위해 플랜트의 레이아웃 변경 시 상당한 시간과 자금이 필요합니다. 모듈식 생산은으로는 향상된 유연성으로 전환 비용을 40%까지 절감할 수 있습니다. 플랜트에서 소규모 배치로 다품종 제품을 생산하는 경우 생산 비용 절감 효과가 더욱 큽니다.

모듈식 생산과 MTP를 도입하면 한 제조 공정에서 다른 공정으로 간편하게 전환할 수 있습니다. 플랜트에서 일주일 중 월/화요일에는 제품 A를 생산하고, 수요일에는 제품 B 생산으로 전환할 수 있습니다. 그런 다음 많은 시간과 자금 투자 없이 목/금요일에 제품 C를 생산할 수 있도록 생산을 전환할 수 있습니다.

3. 시장 출시 시간 50% 단축

제품 수명 주기의 단축은 더 짧은 시장 출시 기간을 요구합니다. 신제품을 빠르게 출시할수록 시장에서 제품의 성공 여부를 빠르게 측정할 수 있습니다. 제품 반응이 좋으면 생산을 지속하여 판매하고, 실패한 제품은 폐기하고 다음 옵션을 이행할 수 있습니다.

모듈식 생산 방식은 사전 구성된 모듈을 조합하는 방식으로 시장 출시에 소요되는 기간을 50%까지 단축시켜 줍니다. 엔지니어는 최소한의 비용으로 모듈을 공정 제어 시스템에 통합할 수 있습니다. 또한 모듈식 방식을 이용하면 실험실 또는 개발 단계에서 생산 단계로 쉽게 전환할 수 있으므로 제품 개발에 소요되는 시간도 크게 단축됩니다.

4. 생산 유연성 극대화

플랜트에 모듈식 생산을 도입하면 유연성이 향상됩니다. 엔지니어는 생산 프로세스 변경 시 작업의 재설계 또는 변경 없이도 한 모듈을 다른 모듈로 쉽게 교체할 수 있습니다. 모듈 유닛은 필요할 때 언제든지 재사용할 수 있습니다.

모듈식 생산으로 제조업체는 사용하는 기계의 선택 범위를 넓혀줍니다. 전통적인 방식에서는 특정 회사의 기계를 이용하거나 모두 동일한 장치를 사용해야 하는 제약 사항이 존재했습니다. 하지만 모듈식 생산 공정에서는 이러한 제한이 없어집니다.

모듈형 패키지(MTP)란?

모듈형 패키지(MTP: Modular Type Package)는 장치 데이터 모델이 사용할 프레임워크를 생성하여 상호운용성을 실현합니다. MTP는 장치에 사용된 기술이나 제조업체에 관계없이 공정 속성 및 인터페이스를 각 장치에 제시합니다. 따라서 각 모듈의 제조사가 모두 다른 경우에도 쉽게 상호 연결하고 재사용할 수 있습니다.

이 모듈에는 각각의 종속성을 감소시키는 기능이 포함되어 있습니다. MTP의 작동 방식을 설명하기 위해 가정용 컴퓨터와 프린터 간의 관계를 예로 들 수 있습니다. 컴퓨터와 프린터는 제조사가 다른 경우에도 서로 연동되어 작동합니다. 모든 프린터는 드라이버와 함께 제공되기 때문에 다양한 모델의 컴퓨터에서 작동이 가능합니다. 사용자가 가정용 컴퓨터에 프린터 드라이버를 설치하면 그 드라이버가 프린터를 구동하는데 필요한 정보를 컴퓨터에 제공합니다.

이 예에서 프린터는 모듈, 드라이버는 MTP, 컴퓨터는 공정 제어 장치에 해당됩니다. 프린터에 문제가 발생하거나, 컬러 프린터에서 흑백 프린터로 전환하는 경우,공정 제어 장치 대신 이 모듈과 MTP만 교체 또는 변경하면 됩니다.

MTP에서 제공되는 모든 정보는 표준화된 형식으로 상위 프로세스 오케스트레이션 레이어(POL: Process Orchestration Layer)에 쉽게 통합할 수 있습니다. 이 과정에서 zenon POL 및 zenon Engineering Studio가 완전히 자동화된 방식으로 연동됩니다. 따라서 모든 작업 단계가 Engineering Studio에서 자동화되고 POL을 통해 서비스 엔진으로 전송되므로 단 몇 단계만으로 완전히 자동화된 공정 제어 시스템(PCS: Process Control System)이 완성됩니다.

대부분의 엔지니어링은 이미 모듈식 엔지니어링을 포함합니다. 따라서 큰 비용 투입 없이도 공정 제어 시스템을 완전 자동화된 모듈에 통합할 수 있습니다.

모든 MTP 호환 모듈과 상태는 zenon PEA(Process Equipment Assembly)를 통해 관리할 수 있습니다. 여기에서 현재 POL에 통합된 모듈 및 사용 가능한 모듈에 대한 개요가 제공됩니다.

MTP 제작

MTP 생산 공정

MTP 생산 공정은 일반적으로 다음과 같이 진행됩니다.

MTP에는 표준화된 형식의 정보가 포함되어 있습니다. MTP는 기술 인터페이스를 정의하고 제어 이미지와 제어 로직을 생성하는 정보를 포함하도록 엔지니어링 되어있습니다. zenon POL 등 프로세스 오케스트레이션 레이어로 MTP를 가져옵니다.
MTP를 가져온 후 구성이 필요합니다. 서비스 파라미터가 구성되고 논리적 링크가 생성됩니다.
국제자동화협회(ISA: International Society of Automation)가 제정한 ISA-88은 배치 제어와 관련된 모델과 용어를 규정합니다. ISA-88의 목표는 자동화 공급업체가 배치를 보다 쉽게 통신, 구성 및 통합할 수 있도록 하는 것입니다. 많은 제조업체가 ISA-88를 사용하여 배치 생산을 추적합니다. ISA-88의 개념은 MTP를 통해 오픈 벤더(Open Vendor), 독립적인 플러그 앤 프로듀스(Plug & Produce) 모델로 진화합니다.
공정의 마지막 단계는 MTP가 POL 내에 제대로 통합되었는지 테스트를 통해 확인하는 것입니다. 이는 새 프린터를 구성한 후 테스트 페이지를 인쇄하는 것에 비유할 수 있습니다. 테스트 페이지가 문제없이 인쇄되면 필요한 문서의 인쇄를 진행할 수 있는 것과 동일합니다.

제약 제조

엄격한 규제 준수가 요구되는 제약 제조에서는 표준 준수를 보장하기 위해 지속적인 모니터링이 필요합니다. 많은 제조업체들이 생산 민첩성과 유연성이 요구되는 다양한 종류의 의약품과 치료용 제품도 생산합니다. 플랜트에서 한 주는 의약품 A를 그 다음 주에는 의약품 B를 생산해야 할 수도 있습니다. 수요에 따라 플랜트의 생산 일정을 변경해야 하는 경우도 있습니다. 예를 들면 동절기에는 다른 제품들보다 플루 백신 생산에 집중해야 할 필요가 있습니다.

모듈식 생산은 필요 시 쉽게 전환할 수 있으므로 의약품을 제조하는 기업에 많은 이점을 안겨줍니다. 교차 오염 등 안전 문제 위험성을 줄이면서 장치를 쉽게 프로그래밍하여 서로 다른 의약품이나 의료 제품을 생산할 수 있습니다.
화학

규정 준수와 유연성은 세척용 제품, 의료용 제품, 염색 등에 사용되는 화학 물질을 생산하는 회사에게도 요구되는 사항입니다. 모듈식 생산 공정을 도입한 화학 플랜트는 다양한 제품의 수요에 맞춰 생산 일정을 유연하게 조정할 수 있습니다.
수자원 및 폐기물

폐기물 및 수자원을 처리하거나 에너지 인프라에 기여하는 플랜트도 모듈식 생산의 이점을 누릴 수 있습니다. MTP와 모듈식 생산을 통해 플랜트의 유연성을 높이고, 비용을 절감하면서 보안을 유지할 수 있습니다.
공정 산업

공정 산업은 원재료를 특정한 배합법으로 조합하여 화장품, 플라스틱, 화학 물질, 식품 등의 재화를 생산합니다. 공정 산업에서 생산되는 재화는 특정한 레시피를 따라 생산되며, 생산된 이후에는 문제가 발견되어도 원재료로 되돌릴 수 없습니다.

대부분의 경우 배합법이나 레시피를 조금만 변경해도 상품이나 제품의 제조 공정이 크게 변경될 수 있습니다. 모듈식 생산을 통해 공정 산업은 큰 비용 지출 없이 필요한 경우 쉽게 조정할 수 있습니다.
식음료

식음료 제조업체는 지속적으로 신제품을 개발하고, 더욱 짧은 제품 수명 주기에 맞춰 시장의 다양한 욕구를 충족해야 합니다. 모듈식 생산은 신제품을 생산하고 기존 제품의 생산을 중단할 때마다 장치를 완전히 재구성할 필요없이 유연한 시장 적응을 가능하게 합니다.

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COPA-DATA는 30년 이상 디지털 및 자동화 솔루션으로 공정을 간소화하는 소프트웨어를 제공하기 위해 노력해 왔습니다. COPA-DATA는 산업 자동화 내 광범위한 경험을 기반으로 zenon Software Platform을 지속적으로 개선합니다. 현재, 그리고 미래의 요구 사항에 맞는 모듈식 생산을 실현할 수 있도록 지원합니다. MTP를 통한 모듈화 실현으로 제조 공정을 혁신하고, 미래 지향적인 경쟁력을 확보할 수 있습니다. zenon에 대해 자세히 알아보려면 지금 문의바랍니다.

The high level of risk present in the pharmaceutical industry has made many manufacturers hesitant to move away from paper documentation and embrace the total digitalization of the manufacturing plant. As drug patents expire, however, production efficiency becomes increasingly important. At COPA-DATA, we have developed our pharmaceutical manufacturing software zenon to help companies overcome industry challenges and optimize their processes using innovative technology.