조직적인 재료 플로우 – 구조화된 설계

지멘스의 ‘Process Industries and Drives’ 파트는 최근 한 Lower Bavarian 자동차 제조업체를 위해 전기 설계 프로젝트를 완성하였다. 이 프로젝트는 4개의 새로운 물류 부지, 40개의 자동화된 소부품 시스템, 약 200여 개의 제어 캐비닛, 3000개 이상의 모터, 14000개 이상의 센서 및 엑추에이터(actuators)를 가지고 있다. 이 프로젝트를 성공적으로 완성하기 위해 EPLAN Electric P8과 EEC One이 활용되었다. 이 소프트웨어들로 지멘스는 설계 과정을 고도로 자동화, 표준화시켜 성공을 거두었다.  하나의 자동차는 수 천 개의 작은 부품으로 이루어져 있다. 엔진 블록, 차체 구성요소, 시트 같은 부품들은 크기가 크지만 이를 제외한 대부분의 부품들은 비교적 크기가 작다. 조립 과정에서 핸들, 조명, 안전벨트와 같은 작은 부품들을 잃어버리지 않고 자동차 제조업체와 공급업체에게 운송하는 게 주된 문제가 된다. 이를 해결하기 위해 지멘스의 공장들은 각 공장 당 최소 1개의 자동화된 소부품 시스템을 갖추고 있으며, 이 시스템은 순서에 따라 부품들을 저장하고, 골라내고, 찾는다.     

4개 저장시설의 자동화 수준 향상

지멘스의 고객인 그 Lower Bavarian 자동차 제조업체는 생산 조달 과정을 다시 조직하였다. 그리고 대략 40개의 자동화된 소부품 시스템을 사용해 4개의 소부품 저장시설들을 가동하기 시작했다. 각 현장에는 대략 2000개의 컨테이너가 있고 매 시간마다 소부품들이 회수된다. 또한 각 현장에는 수동으로 적재 화물을 내려놓거나 피킹을 할 수 있는 사전 저장소 공간이 있다. 생산에 필요한 부품들은 화물 이동 차량에 적재된다(표 1). 이로써 조직적이고 효율적인 부품 운송이 가능하다.   4개 저장시설들은 서로 구조는 유사하지만 각자 다른 특징들을 가지고 있다. 지멘스의 Process Industries and Drives 파트가 이 저장시설들을 설계하고 구축하였는데, 이는 지멘스에게 중요한 프로젝트였다.  “저희는 한 프로젝트 설계에10000시간 넘게 투자한 적도 있습니다.” 팀장인 Jürgen Göhringer 엔지니어가 말했다. 약 20명 정도의 전기 설계 엔지니어들이 고성능 ECAD 도구를 사용해 보았고, 프로세스의 자동화 및 표준화를 높이 평가했다. “자동화와 표준화 작업에는 많은 준비가 필요합니다. 그렇지만 자동화와 표준화로 설계 시간이 줄어드니까 이 노력이 아깝지 않지요.” 

200개 이상의 제어 캐비닛

설계 후 나온 결과 지표들은 놀라웠다. 완성된 프로젝트는 200개가 넘는 제어 캐비닛을 포함하였고, 3000개 이상의 모터, 14000개 센서 및 엑추에이터를 활성화하였다. 지멘스는 한 Lower Bavarian 자동차 제조업체의 딩골핑(Dingolfing) 소재 공장에서 자동화된 소부품 시스템에 필요한 제어 캐비닛을 100개 넘게 설계하였다. 이 캐비닛들은 1000개의 모터, 6000개의 센서를 제어한다. 그리고 Simatic ET200pro 모듈(표 2)에서 나온 약 900 개의 입출력 어셈블리로 Simatic S7 319F에 있는 액추에이터, 센서, 고장 안전 제어기 간의 Profinet 근거리 무선통신이 가능하다. 

첫 단계: 표준화

고객과 협업하는 첫 단추는 표준화이다. 지멘스의 전기 설계 엔지니어 Martin Fritz가 말했다. “저희는 단일한 문서 표준에 대해 합의했으며 그 디자인이나 레이아웃에 대해서도 의견 일치를 보았습니다. 그리고 표준 프로젝트를 정의했으며, 제어 캐비닛 샘플을 처음에는 배선 없이, 나중에는 배선까지 포함해 만들었죠. 고객들이 이 샘플을 승인하면 모든 설계 작업들이 시작됩니다.” 지멘스는 슈투트가르트 현장의 전기 설계 툴로 EPLAN Electric P8을 주로 사용했다. 엔지니어 Sabine Graw가 말했다. “저희는 이미 P8을 사용해 몇 가지 프로젝트를 수행한 적이 있으며, 여기에서 프로젝트 구조화 노하우를 쌓았습니다.”  

다음 단계: 4개 시설을 위한 매크로 개발

Jürgen Göhringer와 그의 팀원들은 ‘설계 전 설계’를 수행하였는데 이는 2달 이상이 걸렸다. 그러나 이들은 이것이 가치 있는 시간 투자라고 믿었다. “저희는 높은 가용성을 지닌 복잡한 시스템을 다루고 있습니다. 기획과 설계 단계에서 오류가 발생해서는 안 되지요.” 실제 전기 설계는 개별 시스템과 그 부품들을 체계적으로 모듈화하는 데에서 시작했다. Martin Fritz는 말했다. “저희는 고객을 위해 정의한 매크로로 전체 프로젝트를 구조화하는 데 EPLAN Electric P8을 활용했습니다.” 이들은 자동화된 소부품 저장 시스템을 위한 전체 제어 기술을 최대한 적은 변인으로 나타내고자 하였다. 이러한 목적에서 프로젝트에 참여하는 모든 엔지니어들이 쓸 수 있는 ‘마스터 리스트’가 탄생했다. 이 리스트는 사용을 권장하는 부품들과 기술 사양을 보여준다. Sabine Graw는 말했다. “우리는 모든 센서, 모터, ET200 주변 스테이션 하나하나에 대응되는 매크로를 모두 개발했습니다.”

EEC One을 통해 회로 자동 생성

매크로들은 EEC One 내에 있는 카피 리스트의 형태로 나타난다. EEC One는 엑셀 인터페이스와 연동되어 있으며 사용자들은 EEC One에서 매크로를 선택할 수 있다. 그러면 매크로 정보에 기초해 회로도가 자동 생성된다. 매크로 정보로 인해 회로도 생성 작업은 단순화되고, 오류 발생율은 낮아지며, 수정 작업(케이블 지름 수정 등)이 자동화되며 그 속도가 빨라진다. Jürgen Göhringer는 말했다. “EEC One에서는 회로도를 복사하거나 변경하기가 쉽습니다. 그래서 이는 설계 표준화에 이상적인 도구이며 활용 시 설계 프로세스가 빨라지지요.” 그런데 EEC One을 사용하려면 훈련이 필요하다. “오직 사람 2명만이 EPLAN내에서 새로운 아티클을 설치할 수 있습니다. 설계 표준화에서 이러한 규칙은 대단히 중요합니다.” 

과제: 한 프로젝트에 10명의 전기 설계 엔지니어 투입

지멘스가 당면한 과제는 10명 이상의 지멘스 설계 엔지니어들이 동시에 소부품 저장 자동화 시스템을 설계하는 일이었다. 4군데 저장시설에 있는 4개 시스템은 설계가 끝나고 약간의 시간이 지나 가동이 시작되었다. 이로써 프로젝트 진행 상황에 따라 프로세스를 최적화할 수 있게 되었다. 현재 모든 시스템이 가동되고 있으며 문제 없이 운영되고 있다. 이 모든 것은 표준화와 자동화를 위한 도구들을 사용했기에 가능했다. 

결론: 표준화로 시간을 절약

관계자들은 결과에 기반해 프로젝트를 긍정적으로 평가하였다. Jürgen Göhringer는 말했다. “우리는 프로젝트 초기 3개월에 일부러 촉박한 마감시한을 두었습니다. 그리고 표준화에 많은 시간을 투자했죠. 그러자 마치 보상이라도 하듯 전기 설계 과정에서 그만큼의 시간을 아낄 수 있었어요.” 지멘스의 관리자들은 ‘설계 자동화’로 인해 엔지니어들이 창의력을 발휘하는 데 들이는 시간이 늘어났다는 점을 중요하게 여기고 있다. “EEC One 덕분에 중복 작업을 피할 수 있게 되었습니다. 자동화가 없었으면 더 많은 인력이 투입되어야 했겠지요. 그랬다면 그 많은 사람들에게서 협업을 이끌어내야 했기에 아마 프로젝트를 수행하며 스트레스가 상당했을 것입니다.”