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2019. 03 클린에너지 기반의 대표 Smart 공장 신성이엔지 용인사업장

클린에너지기반의대표 Smart 공장 - KOSMIA28D-2].pdf디지털트윈(Digital Twin) [실제공장] [3D 공장모델링] 가시화 제조빅데이터 APS ERP MES 공장운영CPS

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2019. 03

클린에너지 기반의 대표 Smart 공장신성이엔지 용인사업장

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ContentsⅠ. 회사소개

- 회사연혁

- 사업무문

Ⅱ. 스마트펙토리

- 스마트 공장의 발전 전략

- 스마트공장 시스템 체계도

- 시스템 구축 및 자동화 사례

- 스마트공장 구축 성과

Appendix

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회사 연혁

* Energy & Growth, Eco-friendly New Technological Green Solutions

Ⅰ.회사소개

신성기업사 설립

냉동공조사업

클린룸사업물류자동화사업미국 지점설립태양광사업

20182017

1982 1977

중국 법인 / 싱가폴지점 설립

2006 2003 19972007

3개사 기업분할베트남 법인 설립

2008

1억불 수출의 탑 수상(신성솔라에너지, 신성FA)

2015 2016

용인 사업장 Smart 공장 준공 (10.28)3개사 합병 (12.15)삼성전자 혁신 우수협력사장려상 수상

대표스마트공장 선정

산업통상자원부 지정

안전경영대상 수상

고용노동부

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사업 부문(1/2)

Ⅰ.회사소개

재생에너지

동일한 공간에서도 더 많은 전력을 생산

태양광 1세대 기업 신성만의 기술력이 담긴 고효율

태양전지

태양광 사업의 체계적, 전문적인

사업 지원

컨설팅–설계–시공–O&M 전 단계에

대한 One Stop Service 제공

태양광 모듈과 에너지 저장장치(ESS)가

결합하여 언제 어디서나 전기를 생산, 저장,

사용하는 Smart Grid의 핵심 시스템

* ESS: Energy Storage System

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사업 부문(2/2)

파티클

• 실제 공정 중에 발생하는 파티클을 영상으로 보여줌으로써파티클 발생,이동,오염 매카니즘을 파악하는데 매우 유용한시스템

• 다양한 규격 대응 (사이즈, 전원 사양, 풍속 등)• 고효율 Fan, Motor 적용 에너지 차별화

• NH4: 80%, NOx: 30%, SOx: 70% 이상 제거(가스 불순물제거장치’특허 보유 )

• OAC를 통해 인입되는 대기오염물질 제거

• VOC Rotor를 이용하여 공기중의 VOC를 연속적으로흡착 재생하여 제거하는 방식

• 근로 환경 개선

Nozzle

Eliminator

▣ FFU/EFU ▣ 휘발성 유기 화합물 제거 장치 (V-Master)

▣ 미립자 가시화 장치 ▣ 외기 처리 장치 (OAC)

클린환경

Ⅰ.회사소개

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생산활동의 모든 정보(4M 1E)를 실시간으로 수집/분석하여 품질 및 생산실적 예측하고

자원을 재분배하여 생산 효율 극대화 시킨 공장 (공장의 Navigator)

Real Time

목적지설정

실시간 정보 수집/분석

• 이동거리 예측• 도착시간 예측

구간별 속도정보

도로상황/사고 정보

• 거리 예측 보정• 도착 시간 수정

목적지 도착

• 도로 상황 모니터링• 증감 현실(AR)에 의한 기시화

생산계획 실시간 정보 수집/분석

• APS (일정 계획수립)• MES (라인별 Order)

인적 DATA자재 현황설비 Parameter

생산실적품질 DATA

• Big DATA 분석에 품질 예측• 설비 Parameter 분석/고장 예측

최적화 목표달성

• MES 의한 현황 모니터링및 가시화

• 생산 자원 재배치로효율 극대화

Smart Factory

Navigator

Ⅱ.스마트펙토리

신성이엔지 스마트 공장의 개요(1/2)

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자동화 공장 스마트 공장

목적 생산성 및 품질향상을 통한 경쟁력 지속 유지 및 향상

주요기술자동화시스템, 로봇 등

하드웨어 중심의 자동화

IoT, 빅데이타, AI, CPS등

소프트웨어 중심의 지능화

특징재발 방지 및 무인화를 통한 원가절감

(불량률 감소를 토한 수익 증대)

예측을 기반으로 한 효율성 증대

(생산성 향상을 통한 수익 증대)

기능

계획(예방) 정비

평균값을 통한 품질 판정

기간별 계획 생산

예지 정비

패턴과 학습을 통한 품질 예측

실시간 최적 생산

주안점원인규명 및 해경시간 단축을 통한

비가동률 최소화

문제점 및 원인 선제적 대응을 통한

비가동률 최소화

□ 자동화 공장과 스마트 공장의 의미 구분

Ⅱ.스마트펙토리

신성이엔지 스마트 공장의 개요(2/2)

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스마트 공장의 발전 전략

▣ 구축 목표

생산활동과 연관된모든 자원(4M1E*)들이 IT 기술로 연결되고, 데이터기반분석결과에따라스스로제어가 가능한공장

+ Internet of Things

+ 센서

+ Integration

+ 설비온라인

+ Tracking

+ 모니터링

+ Mobility

+ Real Time Processing

+ Big Data

+ 예지 보전

+ 비정형 분석

+ APC*

+ Pattern Recognition

+ 사고방지

+ Fool proof

+ 환경안전

+ 이상발생

+ Dispatching

+ 반송제어

+ Simulation

+ Advanced Planning & Scheduling

+ Global Operation

+ Deep Learning

연결운영

최적화제어

4M1E가IT기술로 연결

데이터 기반분석 & 모니터링

스스로 제어 통한운영 최적화

정보화 자동화 지능화

자체 추진(’16.7~’17.7) 대표공장(’17.8~’18.7) 지속적발전 (~’21)

가시성 분석/예측(사전감지)

*4M1E : Man, Machine, Material, Method, Environment

Ⅱ.스마트펙토리

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스마트공장 시스템 체계도

공장 운영 솔루션 개발/고도화 및 지능형 자동화 시스템 구축

Manufacturing Interface Framework

슬리팅 NCT 절곡 TOX Casing+Fan/Motor 조립 1차 포장 제품 파렛팅

OPC-UA OPC-UA OPC-UA File OPC-UAOPC-UA

Automation Interface FrameworkXML or JSON Format Message Stream

FactoryThings

Manuf.Execution

Operation

MES

제조실행 모니터링

생산실행관리

제품품질 최적화

EPOS

사용전력 수요예측

부하계산

신재생 출력 수요예측

Big Data

생산 스케줄링

설비 관리 실시간 운전제어

수요관리최적연산

품질기준 생성

설비 고장예측

CPS

기계-인간 협업 시뮬레이션

디지털 트윈 라이브러리

기계-인간 협업 체계 설계

Engineering Portal

제품정보 관리

통합 BOM 관리

제품전략 관리

APS

수요기반 Capacity 계획

동적생산계획 수립

표준 공정계획 PERT

기계/설비/실적 모니터링

조달/재고/납품 모니터링

개발 품질 관리

ERP

사양서 검토/도면 출도

생산계획수립

제품 수주/사양서 등록

구매 청구/발주

SCM

자재입고/불출/마감

부품 조달

생산 지원

수요 공급계획

수주/창고 관리

운송/보관 물류 지원

가상화 지원 참조모델

프로젝트 관리

빅데이터 수집/처리/저장 생산성 시뮬레이션

대표 스마트공장 구현을 위한신규 공정 추가 및 자동화

대표 스마트공장 구현을 위한 사람과 로봇협업 작업 및 자동 검사

Ⅱ.스마트펙토리

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시스템 구축 및 자동화 사례_ MES

생산 현황 종합 모니터링 라인별 계획/실적 관리, 설비 관리

< 현장 설비 상태 및 생산 실적 실시간 동기화 및 모니터링>- 기존 ERP 외 MES 시스템과 설비 자동화, AGV 시스템 구축- 제품 개발 시 3D 설계/시뮬레이션, 3D 프린팅 기술을 적극적으로 활용 중

Ⅱ.스마트펙토리

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• 생산계획 / 생산설비 부하 / 태양광 발전량 / ESS 충∙방전 연계 시스템 구축

• MES, APS와 연계한 클린에너지 기반의 마이크로그리드의 EPOS 플랫폼 개발

디지털 전력량계

전기요금정보

(Parameter)

ESS(충전지)특성

(Parameter)

신재생 출력정보

(수요예측/예측보증)

기상청 날씨정보

디지털전력량계

신재생 에너지

태양광 발전

(실)사용전력정보

(수요예측/예측보증)

부하 계산

(생산수량/잔업 등)

MES(ERP,APS)

생산계획정보Interface

EPOS 플랫폼

수요관리최적연산

Peak Saving

Load Shifting

전기료 최소화

PCS 컨트롤

(시리얼컨버터)

ESS

실시간

운전제어제조설비

시스템 구축 및 자동화 사례_ EPOS*

*EOPS : Energy Product & Operating Syatem

Ⅱ.스마트펙토리

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시스템 구축 및 자동화 사례 _ Micro Grid

< 마이크로 그리드 자동 운영 시스템 개발>

구분 설명

PV+ESS 태양광발전 230kW 소내 전력용

PV 태양광 발전 350kW 매전용

ESS ESS 500kW*2 부하이동용

PV 태양광 발전 50kW 소내 전력용

독립형하이브리드

태양광 발전 5kW + 로비 전등

소내 전력용(EV충전용)

태양광 발전 + 전기차 충전용

태양광 가로등 태양광 발전 + 한전전원+보안등

에너지 발전 및 사용 종합 모니터링 | 발전 및 운용 모델 |

▶ 태양광 발전 630kW (모듈 1,968EA 설치 : 매전용 350kW, 소내발전용 280kW)) & ESS 용량 1,000kWh

Ⅱ.스마트펙토리

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시스템 구축 및 자동화 사례 _ EP(Engineering Portal)

< 설계-생산계획-품질관리 시스템 연계를 통한 통합 시스템 구축 >

▶ EP DATA Center內 설계로 도면 최종본 및 이력 관리/공유 용이

▶ 3D 자동설계 모델링 API 구축으로 업무 효율 80% 향상 (제품설계 5Hr→1Hr)

▶ 상생 협력 : 협업 Portal(Parter Service)을 통한 도면 자동 배포로 업무 정확도/효율 향상

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시스템 구축 및 자동화 사례 _ BIG DATA

Ⅱ.스마트펙토리

Tox 설비 건전성

TOX

(1) 운전정보 수집

(코킹시 압력/

서보모터 부하전류/

TACT Time/

실린더 동작시간)

(2) 운전정보 저장

(시계열 데이터베이스)

(4) 운전정보 검증

(UCL/LCL)

(5) 이상징후 검출

(5분 주기)

건전성 모델(모델기반)

(6) Alert 통보

(E-Mail/SMS)

(3) 실시간 모니터링

(인포그래픽)

(8) 경영정보

(주간/월간/연간)

(7) Alert 관리

(분석/저장/보고)

(*) 데이터기반 건전성분석을 위한 데이터

▪ TOX 설비의 실시간 모니터링, 건전성관리(이상징후 검출) 및 분석 프로그램 개발

➢ 하나의 TOX 설비에 대한 139개의 실시간 운전 데이터 수집

➢ Alert 통보 및 분석/관리 할 수 있도록 시스템 구현

→ Alert 분석/관리

→ Alert 목록

데이터 기반 건전성 분석을 위한 자원

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시스템 구축 및 자동화 사례 _ CPS (Cyber Physical System)

[모션 캡처] [작업난이도 분석] [가시화]

■ 작업자 CPS

디지털트윈(Digital Twin)

[실제 공장] [3D 공장 모델링]

가시화 제조 빅데이터

APS

ERP

MES

■ 공장운영 CPS

• 디지털트윈 대시보드 구현 • 생산계획, 제품 및 설비 정보

< 작업자 및 공장 운영 CPS 구현 : 작업 부하 분석, 생산현황 분석>

작업자의 형상 및 동작을 모델링하고, 작업동작을시뮬레이션 함으로써, 객체 간 간섭 여부 검토, 동작에 대한인공공학적 분석을 수행

▶ 작업자 CPS : 1) 착용형 모션 캡쳐 장비 및 RULA 점수 지표 활용으로 실시간 작업 부하/시간 분석, 가시화

2) 표준 작업 시간 vs 실시간 작업 시간 비교/검증

Ⅱ.스마트펙토리

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시스템 구축 및 자동화 사례 _ 부품 운반 자동화(AGV)

•생산성 향상 : 최적 경로 물류 동선 확보 및 운반LOSS를 최소화, 부가가치 작업 집중

•자재관리 고도화 : 부품별 Location과 대차 QR Code 시스템 연계 (자재 Tracking 및 Validation 가능)

Ⅱ.스마트펙토리

<안전센서><견인방식><유도방식>

Magnetic Guided

대차 견인용Up-Down 장치

구분 내용

유도방식 MAGNET LINE 유도 방식 (대차 견인Type)

주행속도 Max. 50m/min

BATTERY Li-ion 24V 50Ah (8시간 이상 운행)

견인 중량 Max. 700kg

AGV(중량물 운반)

모바일로봇(소부품 운반)

구분 내용

유도방식 자율주행 방식 (대차 견인Type)

주행속도 Max. 54m/min

BATTERY Li-ion 24V 60Ah (16시간 이상 운행)

견인 중량 Max. 60kg

<안전센서 & 장애물 회피><Mapping & Navigation>

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시스템 구축 및 자동화 사례 _ 자동절곡기

•생산성 50% 향상 : Punching된 Sheet metal을 In_Line 방식으로 6단계 연속 밴딩

•실시간 품질 관리 : 전극센서로 정확한 절곡 위치 결정 및 Vision 활용 (검출 형상 vs 정상 형상 비교 검증)

전극센서를 활용한 절곡 치수 위치 제어

• 제품의 노칭면을 검사하여 절곡 기준값 획득

• 가공 품질 균일도, 정확도 향상

Vision으로 형상, 치수의 자동 품질 검사

• 양품 형상 Image 사전 등록(각도, 거리,좌표)

• Vision을 통해 취득한 Image 비교/검증

Ⅱ.스마트펙토리

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7. 시스템 구축 및 자동화 사례_ Casing 조립 자동화

TOX Joining

• 유공압 실린더로 Sheet Metal을 맞물림

구조로 소성 변형시켜 접합

• Bolt나 리벳이 필요 없고 접합 두께 측정으로

결합력 관리 가능

• 0.6~2.3T의 알루미늄, 스틸, 구리 이종소재

접합 가능

접합강도 관리

알루미늄(1.2t + 1.5t) 접합강도

구분 인장력(N) 전단력(N)

4Φ 리벳 700 1,000

6Φ TOX 950 1,000

8Φ TOX 800 1,300

갈바륨(0.8t + 0.8t) 접합강도

구분 인장력(N) 전단력(N)

4Φ 리벳 700 1,000

6Φ TOX 1,000 1,500

8Φ TOX 800 1,300

•체결 공법 혁신 : Sheet Metal을 리벳이나 용접 작업 없이 유공압으로 소성 변형하여 자체 결합

•설비 관리 혁신 : Casing Parts 자동 공급/조립 및 주요 Parameter 실시간 수집 (설비 건전성 모니터링)

Ⅱ.스마트펙토리

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시스템 구축 및 자동화 사례_ 협동 로보트(Cobot)

Align

Pre-Align에 대한 정보 출력

제품의 모서리를 검사하여 얼라인 정보 획득, 틀어진

각도를 이용하여 데이터 보정

정밀 Align에 대한 정보 출력

제품의 가공 좌표를 offset(X,Y,T)하여 로봇 카메라의

FOV에 홀이 위치하도록 데이터 보정

체결 토크값Pre-Align

❑ Machine Vision System

❑ System 구성도

•생산라인 고도화 : 작업자 중심의 생산 라인 → 시스템/기계-인간 협업 중심 생산 라인으로 변환

•지능형 자동화 : 머신 비전 기술 적용으로 자동 볼팅 구현 (20개소 자동 체결 및 체결력 실시간 관리)

MES

Master Robot

Slave Robot

Master SlavePre-Align Camera

Master RobotAlign Camera

Slave RobotAlign Camera

TCP/IP

TCP/IP

Screwdriver ScrewdriverPLC

TCP/IP

I/O

TCP/IP & I/O

AreaSensor

AreaSensor

Ⅱ.스마트펙토리

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시스템 구축 및 자동화 사례 _ 자동 비닐 포장

무인 비닐 자동 포장

• 공정 Tact Time(수작업 140sec → 30sec)

감축으로 생산성 향상

포장공정 설명

제품 투입 ▶ 전단 실링 ▶ 측면 실링 ▶ 배출(MES보고)

• 외부 이물 등 완벽 보호 • 품질 향상 • 생산성 향상

구분 상세 사양

적용 규격MIN. W560 x L560 x H100

MAX. W1,600 x L1,600 x H350

실링 온도 145℃ ± 10

Tact Time 30 sec

포장 설비 Spec.

•무인 Packing : 상하 롤비닐 접착 방식으로 삼면을 熱 융착하여 밀봉 및 Cutting

•생산성/품질 향상 : Tact Time 감축(140sec →30sec) 및 비접촉 Packing으로 Clean度 향상

Ⅱ.스마트펙토리

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시스템 구축 및 자동화 사례 _ 자동 Palletizing + Wrapping

6축 다관절 로봇 + Auto Wrapping

• 비닐 포장으로 보호된 FFU/EFU 완제품 무인

적재 시스템

• Top sheet 기능의 전자동 신축필름 포장으로

오염 및 침수 방지

• MES연동으로 Wrapping 완료 후 공정 Fork

AGV 자동 배출

•안전보건 문제 해소 : 40~60kg 중량물의 반복적 수동 운반/적재 작업 제거

•유연생산 체계 : 모델별 면적에 따른 다양한 적재 패턴 구성 및 Quick Change (1분, Single Change)

•6 Axis Controlled

•Reach : 2,702mm

•Payload : 180Kg

•Auto Tool Changed

•Power : 11kW

ROBOT Spec.

PACKING Spec.

구분 상세 사양

적용 규격 MIX. 1,300 x 1,500

적재 높이 MAX 6단 (H : 1,800mm)

PALLET 공급 Wood Pallet 자동 공급

적재 방법 PP BRKT 자체 적층 / EPS PAD 보호 구조

Ⅱ.스마트펙토리

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스마트공장 구축 성과_KPI

‘15 ‘16 ‘17

[인시 생산수]

0.650.73

(대/Mhr)

0.94

’18~

1.3469%

42%

‘15 ‘16 ‘17

[공정 자동화율]

44%

(%)

63%

’18~

78%19%

15%

‘15 ‘16 ‘17

[공정불량률]

15,195

7,374

(ppm)

6,844

’18~

572

55%

91%

Ⅱ.스마트펙토리

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Ⅱ.스마트펙토리

“제26회 안전경영대상” 수상

이해관계자 관리강화자율 예방관리

29 17

146

환경 보건 안전

감성안전/보건관리 강화취약분야 집중관리

경영시스템 지속 성장

정책 반영 실행력 확보정부 정책대응

3

6

110

1

32 2

1

제·개정 법규

(대응안)

사고사례 주요사고

분석

기타

고객, 협력사/근로자 관리

스마트공장 구축 성과_EHS

• EHS 시스템에 ICT기술을 적용하고 협력사와 상생하는 사람과 환경중심의 안전한 일터 조성

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Ⅱ.스마트펙토리

System에 대한 사고 전환

시스템 도입시 자동화에 의한 성인화 효과에만 초점을 맞추면 투자 자체가 곤란

→Performance 향상의 관점에서 접근해야 함 (설비가동률, 공정 LOB 등)

시스템에 지속적인 투자 의지가 있어야…..

- 생산 설비의 개량/개선 못지 않게 시스템의 지속적인 고도화가 요구 됨

- 시스템의 Up grade가 없으면 고객사를 위한 공장 Audit용으로 전락 할 우려 有

시스템 엔지니어를 소중히…..

- IT? 전산? → 전산쟁이? …. 경영자의 입에서 나오는 순간 뒤처지는 지름길

- ICT 기술력을 가진 System Engineer 발굴 및 육성 (제조설비 Engineer와 동등하게)

- Paper Report를 없애고 시스템으로 보고를 받으시라…(그래야 개발 시스템의 완성도 향상 기대)

스마트공장 구현을 위한 제언

Page 25: 클린에너지기반의대표 Smart 공장 - KOSMIA28D-2].pdf디지털트윈(Digital Twin) [실제공장] [3D 공장모델링] 가시화 제조빅데이터 APS ERP MES 공장운영CPS

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