최고 수준의 자동화는 다음에서 발견됩니다

대만의 반도체 제조 시설에서 다중 달러 프로세서에 사용될 실리콘 웨이퍼가 제조될 때, 원료 폴리실리콘에서부터 최종 단계까지 모든 과정이 인간의 개입 없이 이루어집니다. 웨이퍼는 의료 수술실보다 천 배 더 깨끗한 공기가 유지되는 클린룸 내에서 자동화 기술에 의해 여러 공정 단계를 거칩니다. 기계들은 작업을 완료하기 위해 서로 통신하며, 관리 실행 시스템(MES)은 진행 상황과 현재 공정을 추적합니다. 만약 문제가 발생하면, 인간 엔지니어의 개입 없이 스스로 문제를 해결하고 그 사건을 데이터베이스에 기록합니다. 기술의 예측 유지보수 기능은 기계의 가동 중단 시간에 맞춰 유지보수 작업을 예약할 수 있게 합니다. 이는 단순 로봇 공정을 넘어 모든 운영 측면이 하나의 단위로 긴밀히 통합된 오늘날 가능한 최고 수준의 자동화를 나타냅니다. 이 수준이 어떻게 보이고 의미하는지를 이해하는 것은 오늘날 세계에 존재하는 다양한 자동화 유형과 각 제품 유형의 생산 공정에 유용할 수 있는 자동화에 대한 이해를 제공합니다.

요약: 생산에서 가장 진보된 자동화 수준은 완전히 통합되고 데이터 기반이며 자체 최적화되는 공장으로, 일반적으로 Industry 4.0 또는 무인 제조(lights-out manufacturing)로 알려져 있습니다. 이러한 공장에서는 원자재가 도착하는 시점부터 완제품이 테스트되고 인증되어 출하되는 순간까지 모든 공정이 자동화되고 상호 연결되며, PLC 및 SCADA와 같은 기계 수준 운영 소프트웨어, 생산 라인 공정을 위한 MES(제조 실행 시스템), 그리고 비즈니스 활동을 위한 ERP(전사적 자원 관리) 계층에 의해 제어됩니다.

최고 수준의 자동화가 어떻게 보이는가: 완전 통합, 자체 최적화 공장

그만큼 최고 수준의 자동화 제조에서 최고 수준의 자동화는 단일 기계나 단일 소프트웨어 플랫폼이 아닙니다. 이는 고객 주문을 최소한의 인간 개입으로 출하된 제품으로 전환하기 위해 함께 작동하는 기술 스택, 즉 아키텍처입니다. 이 아키텍처는 공장이 최고 수준으로 운영되기 위해 반드시 갖추어야 할 세 개의 계층으로 구성됩니다.

계층 1: 물리적 자동화 - 기계, 로봇 및 자재 취급. 최고 수준의 운영에서는 자동화할 수 있는 모든 활동이 실제로 자동화됩니다. 올바른 관점에서 생산 라인은 단순히 수동으로 부품을 옮기는 반자동 스테이션 여러 개가 아니라, 컨베이어 시스템 또는 이와 유사한 장치를 통해 제품이 한 위치에서 다른 위치로 연속적으로 이동하는 흐름입니다. 스테이션은 조립, 용접 등 하나 이상의 복잡한 공정과 관련된 작업을 수행하며, 작업자가 부품을 적재하거나 하역하지 않습니다. 기계는 특정 유형에 국한되지 않고, 다양한 유형의 제품을 처리할 수 있는 유연성을 갖추고 있습니다. 기계에는 모터와 장치 상태를 보고하는 센서 등 다양한 장치가 설치되어 있습니다. 전기 보호용 장치를 제조하는 회사의 경우, 1층에는 MCB, MCCB, 접촉기를 조립 및 테스트하는 제조 라인도 포함됩니다. MCB 자동 조립 라인 부품 공급, 조립, 보정, 테스트, 마킹, 분류를 하나의 연속 흐름으로 통합하여 몇 초마다 보정 및 인증된 차단기를 생산하는 시스템은 최고 수준의 물리적 자동화의 예입니다. 이러한 라인에 통합된 테스트 스테이션에 대해 더 자세히 알고 싶다면, 저희 가이드에서 MCB 자동 테스트 라인이란 무엇인가 각 유닛에 대해 수행해야 하는 보정, 자기 트립, 고전압 테스트를 설명합니다.

2층: 데이터 및 제어 인프라—감독 제어 및 데이터 수집(SCADA) 시스템, 제조 실행 시스템(MES), 디지털 스레드. 공장 내 장비는 공정 매개변수, 품질 데이터, 오류 코드, 에너지 사용량, 사이클 시간 등 많은 유용한 데이터를 생성합니다. 최고 수준의 자동화는 이러한 모든 데이터 포인트를 추적하고, 공정에 대한 맥락을 제공하며, 이를 사용할 시스템과 사람들에게 제공합니다. SCADA 시스템은 PLC, 드라이브, 기계의 센서로부터 실시간으로 모든 데이터를 추적하여 공장 전반에 대한 개요를 제공하고, 운영자에게 알람 및 편차를 알리도록 설계되었습니다. MES는 SCADA 위에서 작동하며, 생산 주문을 관리하고, 각 개별 품목을 라인에서 진행시키며, 유닛별 공정 데이터와 품질 데이터를 기록하는 역할을 합니다. MES는 인증 및 보증 이해에 필요한 모든 정보를 추적할 수 있는 시스템으로, 공장을 떠난 모든 회로 차단기는 보정 정보, 테스트 결과, 제조에 사용된 기계, 작업자, 원자재 정보를 보여줄 수 있습니다. ERP(전사적 자원 관리) 시스템은 MES 위에 구축되어 주문, 재고, 공급망, 재무 관리를 담당합니다. 맥킨지앤컴퍼니 디지털 제조에 관한 연구는 이러한 수직 통합이 Industry 4.0이 약속하는 생산성, 품질, 유연성 향상의 가장 중요한 촉진제임을 확인합니다.

레이어 3: 인텔리전스 및 자율성—예측 분석, AI, 및 폐쇄 루프 제어. 가장 진보된 자동화 수준은 단순히 발생 상황을 알리는 것에 그치지 않습니다. 미래의 발전에 대한 예측을 제공하고, 인간의 명령 없이 이 예측에 따라 조치를 취합니다. 예를 들어, 예측 유지보수 알고리즘은 진동 신호, 모터 전류, 중요한 스핀들 또는 로봇 관절의 온도와 같은 매개변수를 모니터링하며, 요소가 고장 나서 예기치 않은 정지를 초래하기 전에 다음 예정된 다운타임 동안 유지보수를 계획합니다. AI 기반 비전 시스템은 라인 속도에서 각 제품의 품질을 제어하며, 규칙 기반 시스템으로는 감지할 수 없는 결함을 포착하고, 새로운 결함 유형이 나타날 때 이를 식별하는 학습을 수행합니다. 폐쇄 루프 공정 제어 알고리즘은 품질 매개변수 수준(예: 열 트립 유닛의 보정 또는 용접 연결의 품질 매개변수)을 모니터링하며, 공정 변수를 자동으로 조정하여 출력이 사양 범위 내에 유지되도록 하여 공정 엔지니어의 개입 없이도 품질을 유지합니다. 이 수준에서 인간의 역할은 기계를 조작하거나 제품을 검사하거나 정보를 기록하는 것이 아니라, 예외를 관리하고 시스템이 진단할 수 없는 사례를 조사하며 반드시 내려야 하는 생산 결정을 내리는 것입니다. 국제 로봇 연맹(IFR)은 그리고 Deloitte AI 기반 품질 검사 및 예측 유지보수의 증가하는 도입을 문서화했으며, 추세는 명확합니다: 가장 높은 수준의 자동화는 공장이 학습하는 수준입니다.

자동화 피라미드: 수동에서 자율까지 다섯 단계

그만큼 제조에서의 자동화 수준은 종종 피라미드로 설명되며, 가장 단순한 수준이 바닥에 있고 가장 높은 수준이 꼭대기에 있습니다. 아래 표는 다섯 수준 각각의 주요 특성과 일반적으로 적합한 산업 및 생산량을 요약합니다. 수준.

인더스트리 4.0 프레임워크와 자동화 피라미드

자동화 수준 프레임워크는 몇몇 다른 프레임워크에서도 인식될 수 있지만, 가장 일반적인 것은 독일 과학공학 아카데미(acatech)를 포함한 기관들이 개발하고 전 세계 다양한 제조업체와 컨설팅 회사들이 사용하는 인더스트리 4.0 성숙도 모델입니다. 인더스트리 4.0은 인더스트리 1.0(기계화, 증기기관)에서 인더스트리 2.0(대량 생산과 전기), 인더스트리 3.0(컴퓨터와 PLC 개발을 통한 일부 공정 자동화)을 거쳐 궁극적으로 완전 자율적이고 데이터 기반의 생산 시스템에 도달하는 성숙도 모델의 최종 단계로 정의할 수 있습니다. 이 지침에서 설명하는 자동화 수준은 레벨 0(수동)부터 레벨 4(자기 최적화)까지 이 모델에 맞춰져 있어 제조업체가 더 나은 생산을 향한 여정에서 현재 위치와 목표를 이해할 수 있도록 합니다. 실용적인 관점에서 보면, 수준의 피라미드는 하단에서부터 다양한 유형의 기계가 배치되고, 그 다음 PLC 및 SCADA 시스템을 포함한 다양한 제어 시스템이 오며, MES를 거쳐 ERP 시스템으로 최종 단계에 도달합니다. 단일 기계를 구매한다고 해서 레벨 4에 도달할 수는 없습니다. 자동화 아키텍처의 어느 수준에서도 의사소통 오류 없이 모든 단계를 거쳐야 하며, 이는 제조업체가 최소한 하나의 공정을 자동화하는 것부터 시작해야 함을 의미합니다. 예를 들어, 초기 단계에서는 제조업체가 교정이나 테스트와 같은 품질에 중요한 한 공정의 자동화를 시작할 수 있습니다. 벤롱 자동화가 모든 제조 공정에서 구현하는 원칙은 PLC 장치, HMI 및 통신을 포함한 모든 장치가 호환되고 함께 작동하여 제조업체가 완전 자동화된 생산 시스템을 구현할 수 있도록 하는 것입니다.

자주 묻는 질문

고도의 자동화란 무엇인가?

제조에서 최고의 자동화 수준은 인더스트리 4.0 또는 라이트 아웃 제조로 알려진 통합되고 데이터 중심적이며 자기 최적화되는 공장에서 목격됩니다. 이 자동화는 생산 공정을 완전히 자동화했으며, 데이터는 센서에서 ERP로 수직적으로, 공정 단계 간에는 수평적으로 흐릅니다. 정보 기술 기반 분석은 실패를 예측하고 인간 개입 없이 일상 업무를 수행할 수 있게 합니다. 그러나 인간의 역할은 전략적이며, 예외 처리, 시스템 개선 및 자동화 시스템의 역량에 속하지 않는 의사결정을 포함합니다.

자동화 수준은 무엇인가?

제조에서 자동화 수준은 다섯 단계의 연속으로 간주됩니다: 레벨 0 (수동 조작), 레벨 1 (반자동 셀—기계의 도움으로 공정을 수행하지만 자재 취급은 수동), 레벨 2 (완전 자동화 라인—공정과 자재 취급이 기계에 의해 수행되며 하나의 제품에 맞춰져 있음), 레벨 3 (통합 및 유연한 자동화—여러 라인이 생산 모니터링 시스템과 자동화된 자재 취급 시스템으로 네트워크에 연결됨), 레벨 4 (자기 최적화 및 자기 관리 자동화—전체 공장이 통합되고 지능적이며 거의 자율적으로 운영됨).

레벨 4 자동화란 무엇인가?

레벨 4 자동화는 가장 완전한 형태의 자동화, 예측 및 자기 최적화 공장을 의미합니다. 모든 자재 취급과 생산 공정이 물리적으로 자동화되어 있으며, 데이터는 센서에서 ERP까지, 공급업체에서 고객까지 수직 및 수평으로 완전히 통합됩니다. AI 기반 알고리즘이 예측 유지보수와 폐쇄형 공정 제어에 사용됩니다. 결과적으로 이 공장은 인간의 개입 없이 운영될 수 있으며, 인간의 역할은 전략적 감독, 문제 해결 및 지속적인 개선에 국한됩니다.

자동화에서 레벨 3란 무엇인가?

자동화 레벨 3은 스마트하고 유연한 상호 연결된 공장을 의미합니다. 이 유형의 공장에서는 중앙 제조 실행 시스템(MES)을 통해 여러 자동화 라인이 결합되어 생산 주문을 실행하고 작업을 모니터링하며 각 생산 품목의 품질 정보를 기록합니다. 이 라인들은 레시피 변경만으로도 모든 제품 변형으로 전환할 수 있습니다. 자동 자재 취급은 자동 유도 차량(AGV), 자율 이동 로봇(AMR) 또는 공장 내 자동 자재 저장을 통해 구현됩니다. 완전 통합된 작업 흐름은 센서에서 MES, ERP 시스템까지 모든 수준에서 데이터를 얻을 수 있게 합니다. 자동화 레벨 3은 일반적으로 자동차, 의료 장비 및 발전 부문에서 구현됩니다.

참고 자료

• acatech — Industrie 4.0 성숙도 지수. 독일 과학 및 공학 아카데미가 제조업체의 자동화 및 디지털 통합 수준을 평가하고 향상시키기 위한 프레임워크입니다.
• 맥킨지앤컴퍼니 - 디지털 제조 및 인더스트리 4.0. 수직 및 수평 데이터 통합의 생산성 및 품질 영향, 그리고 최고 수준의 자동화를 특징짓는 Industry 4.0 기술의 투자 수익률에 관한 연구입니다.
• 국제 로봇 연맹(IFR) — 세계 로봇 보고서. 산업별 및 국가별 로봇 설치 연간 데이터로, 자동화 피라미드 상위 수준을 특징짓는 유연하고 통합된 자동화의 채택률을 포함합니다.
• 국제 자동화 학회(ISA) — ISA‑95 기업-제어 시스템 통합 표준. 공장 현장과 비즈니스 시스템 간의 수직 통합을 위한 아키텍처와 데이터 모델을 정의하는 국제 표준으로, 최고 수준의 자동화에 필요한 아키텍처입니다.

자동화의 정점은 기계, 애플리케이션, 데이터 및 프로세스가 단순히 상호 연결된 것이 아니라 완전히 통합되어 고객 주문이 ERP, MES 및 생산 프로세스 간에 원활하게 이동하며 각 품목의 품질 관련 데이터가 해당 일련 번호와 연계되어 품목의 전체 수명 주기 동안 언제든지 사용할 수 있고, 편차가 인간 작업자가 변화가 있음을 인지하기 전에 인식, 판단 및 수정될 수 있는 공장에서 이루어집니다. 이 수준을 달성하려면 광범위한 투자가 필요합니다. 이는 품질에 중요한 프로세스의 물리적 자동화부터 시작하여 MES와 기계를 연결하는 데이터 인프라를 제공하고, 지능, AI, 예측 분석, 폐쇄 루프 제어 메커니즘을 사용하여 공장을 자체 최적화하는 자동화 피라미드를 바닥부터 구축함으로써만 가능합니다. 이 과정은 반자동 보정 벤치 또는 조립 셀을 활용하는 전기 장비 제조업체에 의해 시작되며, 적절한 생산량, ROI 증가를 입증하는 충분한 데이터 및 기술 사용 경험이 있는 한 단계별로 다른 프로세스에 적용될 수 있습니다. Benlong Automation은 독립형 및 반자동 장비를 포함하여 공장에서 자동화 피라미드를 구축하는 데 필요한 모든 유형의 기계를 제공합니다.