시뮬레이션이 연속 제조를 가능하게 하는 방법 

오늘 아침 양치질할 때 사용한 치약은 매우 진보된 제조 공정을 통해 만들어졌을 가능성이 큽니다. 원재료의 ‍계량 및 혼합, 캡핑, ‍충전 및 튜브 압착, 배송을 위한 스탬핑 및 포장에 이르기까지 입안을 상쾌하게 하는 데 필요한 모든 단계가 고도로 조정된 기계에 의해 차례로 동일한 시설에서 진행되었을 가능성이 높습니다. 이러한 중단 없는 스마트 생산 공정을 연속 제조라고 합니다.

연속 제조란?

연속 제조는 각 생산 단계 사이에 중단이 없는 제조 유형입니다. 이 과정에서 장비는 특정 작업에만 사용되며, 처리 중인 재료는 ‍지속적으로 ‍움직입니다. 연속 제조는 일반적으로 하루 24시간 운영을 의미하기 때문에 이 생산 공정은 동일한 제품을 빠르게 대량 생산할 수 있습니다.

연속 제조를 활용하는 산업은 다음과 같습니다.

• ‍석유
• ‍철강
• ‍제지
• 시멘트
• 식음료
  
• 제약
• 전자제품
• 자동차

배치 제조와 연속 제조 ‍비교

연속 공정과 배치 제조는 오늘날 널리 사용되고 있으며 배치는 표준 산업 공정입니다. 배치 제조에서 생산은 여러 단계에 걸쳐 이루어지며, 종종 각 단계 사이에 제품을 평가하거나 장비를 유지 관리하거나 추가 처리를 위해 제품을 다른 시설로 배송하기도 합니다. 이러한 잦은 중단은 생산 일정에 상당한 차질을 줄 수 있습니다.

배치 제조와 달리 연속 제조는 모든 생산 단계를 하나의 통합 흐름으로 결합합니다. 이러한 안정적인 생산 흐름을 통해 제조업체는 생산 시간을 단축하고 인적 오류를 줄이며 이러한 중단 없이 제품 일관성을 개선할 수 있습니다.

배치 생산은 소규모 기업과 신제품을 테스트하는 기업의 경우에 일반적입니다. 그러나 연속 생산은 동일한 제품을 대량 생산하는 회사의 경우 더 나은 투자가 될 수 있습니다.

연속 제조의 이점은 다음과 같습니다.

• 반복적인 재설정을 위해 장비를 정지할 필요가 없으므로 생산 시간이 단축되어 일정 준수가 더욱 용이
• 자동화된 프로세스가 설정되면 항상 동일한 사양으로 제품이 생산되므로 일관된 제품 공급
• 직원이 제품에 ‍노출되는 시간이 줄어들어 인적 오염이 크게 ‍감소하므로 인적 오류 위험 감소
• 생산 기간을 연장하거나 단축하여 수량을 변경할 수 있으므로 유연한 배치 크기/간‍소화된 확장 능력 향상
• 전체 시스템에 걸친 연속 분석을 통해 자동화된 모니터링 및 예측 유지 관리를 통해 중요한 공정을 보다 효과적으로 제어

연속 제조의 ‍도전 과제

연속 제조는 기업이 시간을 절약하고 제품 표준화를 개선하는 데 도움이 될 수 있지만 다음과 같은 몇 가지 문제가 있습니다.

• 자동화된 기계와 필수 면적의 선행 비용 때문에 초기 투자 비용이 높음
• ‍제품 맞춤화에 적합하지 않은 엄격한 규격의 연속 생산으로 인한 유연성 제한
• 계획되지 않은 유지 관리는 기계의 연속 시스템이 중단되‍어 전체 공정이 오프라인으로 전환됨
• 소비자 수요가 지연되는 경우 재고 축적 문제가 발생할 수 있으며, 이로 인해 제조업체는 대량의 제품을 오프로드하는 데 어려움을 겪을 수 있음

시뮬레이션이 연속 제조를 ‍어떻게 개선할까요?

연속 제조는 완전히 자동화되어 있기 때문에, 전체 시스템에서 ‍지속적으로 정보가 분석됩니다. 이는 디지털 트윈을 사용하‍면 특히 유용합니다. 디지털 트윈은 제조 프로세스 내에서 가동 중인 기계의 연결된 가상 복제본을 제공함으로써 작업자에게 장비 내부 상황을 실시간으로 제공하고 성능 및 유지 관리에 대한 의사 결정을 정확하게 알려줍니다.

예를 들어 산업용 믹서의 디지털 트윈은 재료 간의 마찰로 인해 모터가 변형되거나 고장 날 위험이 있는 경우 제조업체에 경고할 수 있습니다. 시뮬레이션이 지속적으로 제공하‍는 디지털 정보가 없다면 공장 작업자는 자신의 ‍육안으로 볼 수 있는 것, 즉 실제로 일어나는 일의 일부에 ‍근거하여 가정을 해야 ‍합니다.

디지털 트윈에서 하이브리드 분석의 역할

새로운 하이브리드 보정 기능은 예측 분석의 정확도를 더욱 높‍여줍니다. 시뮬레이션 기반 디지털 트윈과 물리적 센서 정보를 혼합‍하여 공장 작업자는 가상 센서를 구현하고 필요한 물리적 센서의 수를 줄여 비용을 절감할 수 있습니다.

하이브리드 분석을 통해 디지털 트윈을 대규모로 배포하여 다양한 조건에서 다양한 장비의 작동을 추적할 수 있습니다. 또한 배포된 각 트윈은 연결된 자산에서 모니터링되는 데이터를 기반으로 보정할 수 있으므로 디지털 트윈이 물리적 시스템 및 장비에 최대한 가깝게 작동하도록 보장할 수 있습니다.

연속 제조에서 디지털 트윈의 이점

디지털 트윈‍이 구축되면 사용자는 제품 수명 기간 동안 제품 성능이 25% 향상되‍고 유지 ‍보수 비용이 최대 20% 절감‍되는 효과를 기대할 수 있습니다¹. 디지털 트윈이 제공하는 다음과 같은 다양한 이점을 통해 경쟁 우위를 확보할 수 있습니다.

• 복잡한 시스템 전반에 대한 실시간 모니터링
• 과거를 추적하고 현재에 대한 더 깊은 통찰력을 제공하며 미래의 동작을 예측하여 다운타임을 방지하는 예측 유지 관리
• 공정 자동화를 통한 운영 효율성 향상
• 재료 및 장비에 대한 정보를 바탕으로 한 재무‍적 의사 결정

연속 제조는 생산 방‍식을 차세대 스마트 통합 제조로 전환하려는 많은 기업에게 큰 도약‍의 ‍기회입니다 혁신적인 기술이 업계 전반의 기업이 운영을 혁신하는 데 어떻게 도움이 되는지 알아보려면 디지털 트윈에 대해 자세히 읽어보거나 Ansys Twin Builder 무료 평가판을 받아보십시오.

참고 ‍자료

1. “Ansys Twin Builder로 디지털 트윈의 가치 실현,” Ansys.