생산 장비 유지보수 업무와 인더스트리 4.0

모바일 CMMS 소프트웨어 Limble CMMS의 설립자이자 CEO인 Bryan Christiansen씨가 Industry 4.0이

어떻게 공장 운영과 자동화 및 안전성 유지에 기여하는지 설명한다.

제품을 생산하기 위해 기계에 크게 의존할 수밖에 없으며, 적절한 생산설비 유지보수는 공장운영의 중요한 요소다. 

그러나 현실적으로 신뢰할 만한 유지보수 프로그램을 사내에 구축하는 일은 시간,

노력 및 비용을 포함하여 상당한 양의 리소스를 필요로 하는 어려운 업무일 수 있다.

지난 10여 년 동안 Industry 4.0 기술의 성장과 발전은 특히 공장 유지보수에 있어 기술 발전과 혁신의 새로운 시대를 열어왔다. 

현장 근로자들도 이제 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 머신러닝 등 Industry 4.0의 기술적 토대에 힘입어

개발된 수많은 새로운 툴과 솔루션을 포함한 기술에 접근할 수 있게 되었다.

그러나 이러한 솔루션 활용의 도입과 이점을 단순히 공장 운영 비용 절감에만 초점을 맞추어서는 안 된다.

제조업 유지보수 업무 최적화로 환경에 대한 부하를 줄이고 지속 가능한 개선과 작업자의 안전과 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 

유지보수에 대한 장기적이고 종합적인 접근으로 경제적, 사회적, 환경적 문제의 균형을 맞추는 감각과 인식이 중요하다.

아래에 Industry 4.0으로 공장 유지보수 전략의 계획 및 구현을 단순화하는 네 가지 방법을 살펴본다.

1. 예측 유지보수(Predictive maintenance)

예측 유지보수는 장비 고장 징후를 조기에 탐지하고 유지보수 스케줄링을 최적화하는 데 중요한 역할을 한다.

예측 유지보수 기술은 첨단 분석 및 기계 학습 알고리즘을 통해 장비 성능을 실시간으로

모니터링하여 중대한 문제로 확대되기 전에 잠재적인 문제를 식별할 수 있다. 

이러한 사전 예방적 접근 방식을 통해 유지보수 팀은 장비 문제를 신속하게 해결하므로

비용이 많이 들고 설비 가동이 중단될 수 있는 예상치 못한 다운타임을 최소화할 수 있다.

Industry 4.0으로 예측 유지보수 활동을 고도화한 사례와 방법을 살펴보자.

• 센서를 이용한 모터, 펌프 등 회전 장비의 진동 수준 모니터링. 진동 레벨이 특정 임계치를 초과할 경우 장비 유지보수 작업을 예정하게 된다.

• 변압기 및 모터 와이어 권선 같은 전기 구성 요소 또는 베어링 같은 회전 장비 부위의 온도를 모니터링하기 위해 온도 센서를 사용한다.

  온도가 일정 한도를 초과할 경우 장비 고장을 방지하기 위해 유지관리 작업을 하도록 예약된다.

• 음향 센서를 사용하여 압축기 및 터빈 등 장비에서 발생하는 소리를 모니터링한다.

  소리의 변화로 잠재적인 문제를 탐지하여 신속한 유지 관리 조치를 할 수 있다.

2. 디지털 트윈(Digital twins)

디지털 트윈은 물리적인 장비, 프로세스 또는 시스템의 가상 복제품으로, 유지보수 절차를 시뮬레이션해 가며 최적화하는데 유용하다.

유지보수 절차를 테스트하고 유지보수 요구사항을 예측하는 데 사용할 수 있는 장비의 디지털 모델을 지원한다.

Industry 4.0 환경 속에서 디지털 트윈의 다양한 응용 프로그램이 활용되고 있다.

• 가상 테스트 및 시뮬레이션 : 가상 환경에서 장비 성능을 시뮬레이션하고 테스트할 수 있다. 

  이를 통해 실제 가동 중인 장비에서 미리 사전에 유지보수 작업을 계획하고 평가할 수 있다. 

  가상 테스트 및 시뮬레이션으로 다운타임을 개선하고 유지보수 작업의 정확성을 향상시킬 수 있다

• 원격 모니터링 및 제어 : 장비 성능을 원격으로 모니터링하고 제어할 수 있다.

  유지보수 작업을 원격으로 수행할 수 있어 현장 유지보수의 필요성이 감소되고 작업자 안전도 향상된다

• 교육 및 훈련 : 디지털 트윈은 훈련과 교육 목적으로 많이 사용된다.

  가상 환경 속에서 유지보수 작업을 수행하는 방법을 학습하여 현장 교육에 대한 의존도를 줄이며 작업자 안전도 개선된다.

3. 협업 로봇(Collaborative robots)

일반적으로 코봇으로 알려진 협업 로봇은 공장 유지보수를 더 쉽고, 안전하고, 효율적으로 할 수 있는 Industry 4.0 핵심 기술 중 하나이다.

아래에 응용 프로그램 몇 가지 소개한다.

• 검사 및 진단 : 장비 문제를 검사하고 진단하는 데 코봇을 사용할 수 있다.

  카메라가 장착된 코봇으로 장비 구성 부품을 점검하여 마모 또는 손상의 상태나 징후를 판별할 수 있다.

  이러한 방법으로 문제를 조기에 탐지하여 더 큰 문제로 확대되기 전에 유지보수 작업을 수행할 수 있다.

• 작업자와의 협업 : 코봇은 유지보수 담당자와 협력하여 유지보수 작업을 수행할 수 있다.

  예를 들면, 코봇은 유지보수 작업자가 양손이 필요한 작업을 할 때 도구를 잡는 일을 도와줄 수 있다.

  이와 같은 방법으로 유지보수 작업의 생산성을 높이는 동시에 작업자의 부상 위험성을 줄일 수 있다.

4. 증강현실(Augmented reality)

증강현실(AR)은 보통 웨어러블 기기를 사용하면서 시각, 청각 또는 기타 감각의 입력 등 디지털 요소를 통합하여 물리적 세계의 현장감을 향상시키는 기술이다.

증강현실을 사용하여 장비 성능, 유지보수 프로세스 및 안전 프로토콜에 대한 실시간 정보를 얻을 수 있어 유지보수 업무 및 프로그램을 크게 개선할 수 있다.

인더스트리 4.0과 관련된 증강 현실의 사용 사례를 보면 다음과 같다.

• 원격 지원 : AR은 원격 지원 업무를 위해 사용될 수 있으며, 유지보수 작업 시 유지보수 작업을 지시하거나 안내 할 수 있는 전문가와 연결할 수 있다.

  유지보수 작업자가 AR 안경을 착용하면 기술자는 원거리에서도 현장을 볼 수 있어 원격으로 전문가의 지시와 시각적 도움을 받을 수 있다.

  현장에 전문가나 엔지니어가 상주하거나 출장 비용을 절감하여 유지 관리 효율성을 높일 수 있다.

• 장비 시각화 : AR를 활용하여 장비 구성 요소를 시각화하고 기능, 성능 및 유지관리 요구 사항에 대한 정보를 파악할 수 있다. 

  예를 들어, AR 헤드셋과 안경을 착용하여 조립품 내 보이지 않는 밸브의 위치를 강조할 수 있거나,

  유지보수 이력 정보를 스냅샷으로 제시하는 방법 등 물리적 장비의 구성부품에 디지털 정보를 오버레이할 수 있다.

  이러한 기능은 유지보수 직원이 유지보수 작업을 보다 효율적이고 정확하게 수행할 수 있도록 지원한다.

• 교육 및 훈련 : AR은 장비 유지관리 절차에 대한 유지관리 담당자 교육에도 활용할 수 있다. 

  예를 들어, AR 헤드셋과 시각적 보조 장치 및 대화형 기기를 함께 사용하여 펌프 오버홀 같은 유지보수

  작업을 수행할 때 단계별로 작업 지침을 지시할 수 있다. 이를 통해 교육 비용을 절감하고, 교육 효과를 개선하며,

  유지보수 담당자가 유지보수 작업을 수행할 수 있도록 적절한 교육을 받을 수 있다.

인더스트리 4.0은 IoT, AI 및 기계 학습 같은 기술을 활용하여 공장의 유지보수 업무 관행에 혁명을 가져왔다.

이러한 발전으로 유지보수 작업을 보다 효율적으로 수행할 수 있게 되었고 비용도 줄 일 수 있게 되었다. 

앞서 기술한 네 가지 Industry 4.0 전략을 보다 적극적으로 구현하여 공장의 유지보수 프로세스를 더욱 최적화하고 다운타임을 최소화하며 생산성을 높일 수 있다.

이러한 기술과 전략을 채택하려면 상당한 시간과 자원 투자를 필요로 하지만 장기적인 관점에서의 효과와 이익으로 초기 비용을 회수할 수 있다. 

Industry 4.0 기술은 변화하는 시장 수요와 요구에 대응할 수 있도록 공장의 유연성과 적응성을 높여준다.

이러한 새로운 기술과 전략을 수용하여 공장 운영의 잠재력을 현실화하고 유지보수 업무를 최대로 고도화할 수 있다.

참조 | https://manufacturingdigital.com/smart-manufacturing/4-ways-industry-4-0-makes-factory-maintenance-easier