보다 나은 생산성을 위한 MagneMover lite 지능형 컨베이어 시스템

MagneMotion의 MagneMover LITE 기술은 다양한 기업의 요구 조건을 충족시킬 뿐만 아니라 기업의 성장에 맞추어 갈 수 있을 만큼 빠르고 유연하다. 무동력 또는 인덱싱 모션 플랫폼에 비해 독특한 이점을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 중복 스테이션이 없는 회선의 균형을 유지하고 전체 프로젝트 비용을 크게 절감 할 수 있다. 이 글을 통해 MagneMover LITE의 성공적인 활용사례에 대해 소개하고자 한다.

활용예시 1: 새로운 자동화 시스템에 대한 필요성을 평가하고 Magnemotion의 MagneMotion LITE(MM LITE™) 지능형 컨베이어 시스템을 선택하다.

ARUP Laboratories는 미국 전역의 병원, 진료소 및 기타 표준 실험실에서 환자 표본에 대한 특수한 임상 진단 실험을 수행하는 선도적인 국가 표준 실험실이다. 1984년에 설립된 ARUP는 유타 대학교 병리학 계열의 비영리 기업이다. 이 실험실은 평범한 선별 실험에서부터 난해한 분자 및 유전자 분석에 이르는 3000가지 이상의 실험 및 실험 조합을 수행하고 있다. ARUP이 움직이는 샘플의 낡은 자동화 시스템을 업데이트하기로 결정했을 때, 그들은 기존의 혁신적인 자동화 시스템과 함께 최신식의 이동 시스템을 만들기 위해 MM LITE를 선택했다.

도전 과제

ARUP은 북미에서 가장 자동화된 실험실 중 하나다. 실험실은 시간당 6000 개의 표본을 수용 할 수 있는 1100 피트 자동 운송 및 분류 시스템과 230 만 개의 표본을 수용 할 수 있는 2층 냉동고 자동 저장 및 검색 시스템을 갖추고 있으며 단일 표본의 검색 시간은 2.5 분이다. 이 연구소는 또한 OCR 기술을 사용하여 잠재적으로 라벨이 붙은 환자 표본을 식별하는 세계 최초의 자동화 된 카메라 시스템과 세계 유일의 자동화 된 해동 및 혼합 작업 셀 및 기타 여러 가지 맞춤식 로봇 및 소프트웨어 시스템을 자랑한다. 전체적으로 이러한 시스템은 ARUP의 빠른 성장과 품질 및 생산력을 개선해주고 소요 시간을 감소시켰다. ARUP은 임상 실험실에서 손실된 표본에 대한 6 시그마 품질을 달성한 미국 최초의 임상 실험실이 되었다. 기존의 자동 이송 및 분류 시스템은 ARUP의 생산성을 2배로 만들었고, 시스템이 설치된 1998년에 소요 시간을 30% 감소시켰다. 시스템이 여전히 잘 작동했지만, 기계의 유지비용은 증가했고 교체 부품을 찾는 것은 어려워졌기 때문에, ARUP은 시스템을 바꾸기로 결심했다. ARUP이 요구하는 새로운 자동 이동 시스템의 기준은 다음과 같았다. •미래 성장을 대비할 수 있는 능력이 높을 것 •낮은 유지비용 •ARUP이 소프트웨어와 하드웨어를 통제할 수 있을 것 •10~15년 더 사용할 수 있는 최신식 기술

문제 해결

결정 과정을 돕기 위해 ARUP은 ARUP의 요구에 가장 적합한 시스템 유형에 대한 권장 사항을 작성하기 위해 독립된 컨설턴트를 고용했다. 컨설턴트는 두 가지 제안을 개발하는 일을 맡았다. 첫 번째 제안은 4개 공정 고용자를 하나의 그룹으로 묶는 ARUP의 현재 ‘POD’ 접근 및 매니페스팅 공정에 기본을 두고 있다. 30명 정도 되는 그룹들이 있고, 전문적으로 도움을 주는 직원들도 있다. 두 번째 제안은 접근성과 매니페스팅에 있어서 완벽하게 재설계하는 것이다.

새로운 시스템의 이동 부분을 분석하는 동안 두개의 컨베이어 시스템은 일대일 비교를 위해 선택되었다. 비교 대상은 MagneMotion의 MM LITE와 다른 기업의 신제품인 가벼운 무게, 낮은 에너지의 체인 컨베이어 시스템이었다. 각 시스템은 비용, 하드웨어, 소프트웨어, 공간, 예방 유지 보수, 벤더 및 표본 캐리어와 같은 주요 요인에 대한 상세한 조사를 거쳤다. 분석을 마친 후, 각 시스템은 점수로 매겨졌고 ARUP의 오토메이션 팀은 MM LITE 가 다음과 같은 결론을 이유로 새로운 시스템의 기초 기술을 결정했다. •MM LITE 시스템은 표본 회복 시간이 대략 1분이 안 되는 빠른 속도의 장점을 가지고 있다. •MM LITE 트랙의 기계적 연결과 통제 구성은 본질적으로 ‘플러그 앤 플레이’이다. MM LITE는 비싸지 않고 제 3의 통합 업체가 필요하지 않기 때문에 ARUP은 큰 효율성을 얻을 것이다. •MM LITE 트랙이 정확하게 위치를 알아내고 표본을 잡아내는 능력은 컨베이어를 직접적으로 방해하는 다른 기계들(분류기, 로봇, 픽 스테이션 등)의 복잡성을 줄여준다. 이러한 단순화는 초기비용을 줄일 것이고 전체적으로 더 탄탄한 시스템을 가능케 할 것이다. •MM LITE 는 친환경적 시스템이고 다른 컨베이어들 보다 더 적은 작동비용을 실현시켜 줄 것이다. 모터는 현재 시스템과 다른 전형적인 컨베이어들처럼 하루 종일 작동되는 것이 아니라 필요할 때만 작동 할 것이다. •LSM 기술에 있어 사실상 토크나 마찰, 마멸이 없어서 모터는 적은 유지비용으로 쾌적하고 깔끔하게 돌아간다. •LSM 기술은 굉장히 혁신적이고 진보적이며, ARUP의 세계적 수준의 자동화 시스템과 아주 잘 맞는다.

시스템 디자인과 테스팅

시스템 트랙이 디자인되는 동안 MagneMotion은 트랙 길이를 최소화하고 트랙 길을 최적화 하는 전략과 배치 아이디어를 공유했다. 이를 통해 ARUP은 비용을 관리하고 최적의 표본 흐름을 따져 장치 배치를 알맞게 마무리 할 수 있었다. 1미터, 1/2미터, 1/4미터 직선 구간, 90도 커브, 그리고 스위치로 구성된 MagneMotion 트랙은 아주 모듈화되어 있어 효율적이고 간단한 기능 설계를 가능하게 한다. 프로젝트의 여러 단계동안 트랙 레이아웃은 여분의 하드웨어를 수용하기 위해 수정이 필요했었다. ARUP은 부분들을 추가하고 지우며 트랙을 수정하였고 수동 서포트에 의존하지 않으며 기능을 변경했다. 최종 설치 전에는 20개의 서로 다른 로봇 시스템을 통합한 200미터가 넘는 트랙이 시설 밖에 따로 설치되어 있었다. 이것은 ARUP에게 프로그램화하고 실험작동을 방해하지 않고 모든 로봇 시스템과 같은 전체 시스템을 검사하기 위해 필요한 시간을 주었다. 이것은 또한 퍽 움직임과 MM LITE 시스템의 전체적인 흐름을 초기에 디자인된 이론상의 모델에 비해 더 최적화될 수 있는 기회를 주었다. 2014년 가을, ARUP은 MagneMotion의 MagneMover LITE 기술을 기반으로 200 미터의 컨베이어와 20개의 다양한 로봇 시스템을 갖는 최신식의 오토메이션 시스템을 성공적으로 설치하였다. 시스템 프로그래밍은 검증과 확인을 통해 완성되었다. ARUP의 Scientific Director of Automation인 Charles Hawker는 “우리가 배운 것을 토대로 MM LITE 시스템은 우리의 생산 공장 시설에서 우리의 필요를 충족시켜줄 것이다.”라고 말했다. 이어 그는 “MM LITE 은 ARUP의 무한한 성장에 맞추어 갈 수 있게 빠르고 신뢰성 있고 유연하다. 우리는 이 시스템이 예전의 오토메이션 시스템을 능가하고 더 오래 지속될 거라 생각한다.”고 기대했다.

활용예시 2: 혁신적인 컨베이어 시스템으로 비용은 줄이고 의료 기기 자동화 시스템의 유연성을 향상시키다.

Systematix Inc.은 자동차, 제약, 의료분야처럼 까다로운 산업의 턴키(Turn-Key) 공장 자동화 시스템을 설계하고 제작한다. 그들의 고객이자 의료 기기 산업에서 유명한 업체는 Systematix를 통해 주사바늘과 유리병을 포함한 일회용 특수 의료 장비를 위한 완전 자동화 조립 및 검사 시스템을 사용하고자 했다. Systematix는 새로운 자동화 시스템을 위해 MagneMotion의 MagneMover LITE(MM LITE ™) 지능형 이송 시스템을 채택해 유연한 자동화 시스템을 개발했다. 이 시스템의 최종 사용자인 의료 기기 업체는 이미 장치를 사용 중이었지만 추가적인 수요를 공급하기 위해 두 번째 생산 라인을 필요로 했던 것이다. 이 의료 기기 업체가 필요로 하는 조립 과정은 기계 조립, 접착제 도포, 마지막 포장 단계에서 로봇 배치를 포함하는 여러 가지 단계로 구성되어 있다. 의료 기기 업체의 요구사항은 다음과 같았다. •복잡한 제품을 정확하고 일관되게, 안전하게 조립하기 •부적합한 부품은 제거하며, 제조과정에 있는 부품은 자동 검사 수행 •왕복시간 2.5초 유지 •ISO 7(class 10,000) 클린 룸(clean room)내에서 작동 •많은 전환 시간 혹은 인력 투입 없이 제품군 내에서 최소 장비 2개 조립 •탄탄한 조립 과정을 제공하며 자본의 지출을 최소화 •1명의 노동자만 두어 운영비 최소화하고, 예정된 유지 보수 및 예비 부품의 필요 최소화 •평균 고장 간격(MTBF) 최대화 과정의 최적화를 위한 수고와 비용의 최소화 •비용과 노력 최소화하기

Systematix는 고객의 목표를 성취하기 위해 여러 어셈블리를 처리 할 수 있는 유연성, 필요에 따라 확장 할 수 있는 기능, 한 사람에 의한 작동 등 다양한 요구사항을 충족시킬 수 있는 오토메이션 레벨을 개발했다. 이 시스템을 성공적으로 디자인하고 시행하기 위해 가장 중요한 부분은 공정 중 감지 기능과 혁신적인 운반 기술인 MagneMotion의 MM LITE 시스템을 사용하는 것이었다.

공간 내 측정 및 센싱

Systematix는 감지/측정/검출 동작을 전 라인에서 통합했고, 다음과 같은 기술을 사용하여 과정을 지켜본다. •부품의 존재를 감지하는 기계적 그립 장치 •힘과 배열을 측정하고, 공정이 올바른 프로파일을 생산하는지 확인하는 로드셀 및 LVDT •공정에서 제거되도록 불량품을 검출하고 정확한 조립여부와 조립 중 제품의 손상 여부를 파악하기 위하여 공정 중 다양한 부분에서 제품의 온전함을 모니터링하기 위한 머신 비전(Machine vision)

선형 동기 모터 시스템을 이용한 유연한 처리 능력

시스템의 유연성을 최대화하기 위해, Systematix는 혁신적인 운반 기술인 MagneMotion의 MM LITE 선형 동기식 모터 지능형 운송 시스템을 선택했다. MM LITE 시스템은 개별 캐리어(puck)와 움직임을 통제하는 전자 장치로 구성되어 있다. MM LITE는 선형 동기 모터 기술의 원리로 운행된다. 기존의 전기 모터는 바깥쪽의 원통형 고정 파트로 구성되어 있고 전기적인 선과 내부에 원통형 회전 부분을 포함하는데 그것은 영구자석으로 구성되어 있다. 전류가 외부의 전선에 닿으면 내부와 상호작용을 하고 전자기장을 형성한다. 이 전자기장은 내부를 순환하고 기어박스나 작은 기계 조립을 구동시키는 토크를 만들어낸다. 선형 동기 모터는 전기 권선과 자석으로 구성되어 있는 점은 비슷하지만 원통 모형과는 다르게 이것은 바퀴와 다른 낮은 마찰 지지로 뒷받침 받는 전기 권선 위에 비스듬히 놓여 있는 캐리어 위 영구 마그넷의 일직선 모양이다. 전류는 권선에 흐르고 영구 자석과 상호작용하면 전자기장은 전류의 방향에 따라 장치를 앞이나 뒤로 움직이게 하는 추력을 만든다. MagneMotion 시스템의 독특한 특징은 많은 모터와 캐리어가 있을 수 있으며 각 캐리어는 개별적으로 제어할 수 있다. 모듈식 모터와 유도 부분은 모형 기차 트랙처럼 서로 맞물림과 동시에 필요한 전자적으로 연결된다. 시스템의 소형 사이즈는 공간을 더 적게 차지한다. MagneMotion의 고객들이 시스템의 공간이 20~40% 축소되었단 것을 깨닫는 것은 드문 일이 아니다. 제어 시스템은 각 캐리어의 속도와 방향을 관리하고 트랙의 위치를 유지한다. 캐리어는 MM LITE 시스템의 유일한 움직이는 부분인데, 그것은 매우 낮은 마찰계수에서 작동하고 윤활을 필요로 하지 않으므로 클린룸(Clean Room)에서 확실히 유리하다. 새로운 조립 자동 시스템에서 MM LITE 캐리어는 조립 동안 두 제품이 맞춰지기 위해 고정되어 있다. 캐리어는 화물 수용 능력이 1kg(2.2lb)이고 최대 2m/s(6.5 ft/s)의 속도로 이송할 수 있다. 이것은 기존 벨트나 플라스틱 체인 컨베이어보다 약 10배 정도 빠르다. 캐리어가 독립적으로 움직이기 때문에 이송 시스템에 최대한의 유연성을 제공하여 각 공정 스테이션을 최적으로 사용할 수 있을 뿐 아니라 필요에 따라 공정에 제품을 완충하는 기능도 제공할 수 있다. ‘발산’ 모듈을 사용하면 Main Line에서 불합격된 부품을 제거하는 것을 단순화한다. 모듈을 통합하고 전환하여 고객에게 그전과는 다른 유연성을 제공하는 것은 MM LITE 시스템의 특별한 부분이다.

문제 해결

Systematix의 새로운 유연한 오토메이션 시스템은 고객들의 기존 요구사항을 충족시켰음은 물론 능가하는 경우도 있었다. MM LITE의 사용으로 다음과 같은 기존의 고정 오토메이션 솔루션에 비해 향상된 기능 또는 절감 효과가 있었다. •20개의 불필요한 도구가 줄어, 자본 비용 28% 절약 •오직 1명의 작업자만 요구 •사용되는 바닥 면적 50% 감소 •검증 비용 46% 감소 •같은 라인에서 세 가지의 서로 다른 제품을 조립하는 유연한 공정 •정기 유지 보수비용 절감 예상 •시스템의 MTBF 증가 예상 Systematix의 사장인 Michael Becker는 “MagneMotion의 MM LITE 시스템을 사용하면 무동력 또는 인덱싱 모션 플랫폼에 비해 독특한 이점을 얻을 수 있습니다. 비동기 및 동기식으로 이동할 수 있는 기능은 1회, 2회 또는 3회 처리를 가능하게 한다. 또한 중복 스테이션이 없는 회선의 균형을 유지하고 전체 프로젝트 비용을 크게 절감 할 수 있다.”고 말했다.

자료제공 : MagneMotion