디지털 스레드를 구축하여 작물 보호제 생산 간소화

성공 가도로 이끄는 최고의 성과

농업은 예측 불가능한 날씨, 해충 및 잡초 억제의 필요성, 시장 가격 상승 및 천연 자원 부족으로 인해 항상 복잡한 상황에 직면하고 있습니다. 오늘날 전 세계의 재배자들은 병충해 통제에 안전하고 신뢰할 수 있는 도구에 의존하고 있습니다. 고효율의 혁신적인 살균제는 진균성 질병을 지속 가능한 방식으로 억제하는 동시에 우수한 품질과 높은 수확량을 유지하는 데 핵심입니다.

작물 보호 산업의 선두 기업인 BASF는 100년 이상에 걸쳐 농민의 신뢰할 수 있는 파트너로 눈부신 활약을 펼쳐 왔습니다. BASF 포트폴리오는 종자 및 선별된 식물 특성 연구, 화학적/생물학적 작물 보호, 토양 관리 솔루션, 작물 상태 관리, 해충 방제 및 디지털 농업 등으로 구성되어 있습니다.

BASF는 독일 루트비히스하펜에 본사를 두고 있으며, 이곳에서 200개 이상의 글로벌 생산 시설을 운영하면서 다양한 분야에 적용되는 수천 가지의 상용 제품을 생산하고 있습니다. 그 중 Xemium®은 환경적으로 안전한 활성 살균제로, 다양한 균류에 대항하는 높은 내재성 활성과 식물 전체에 미치는 탁월한 이동성을 동시에 보장합니다. 이로써 신뢰성 높은 작물 보호로 수확량을 증대하므로 재배자는 높은 수익성과 환경 보호의 요구를 모두 충족할 수 있습니다.

Xemium 생산은 연중무휴로 하루 24시간 운영되며 여기에는 품질 관리 및 최종 포장에 대한 실험실 분석뿐만 아니라 연속 및 배치 프로세스가 모두 포함됩니다.

정보 연결 및 자동화

BASF는 연중무휴로 가동하는 생산 플랜트에서 Xemium 및 기타 관련 제품을 처리하고 포장합니다. 이 과정에서 며칠간에 걸친 배치 생산 주기로 연속 및 배치 프로세스가 진행됩니다. 생산 라인 끝에서 제품은 대형 백에 채워진 후 추가 처리를 위해 다른 생산 시설로 운송됩니다.

BASF 팀은 2010년에 플랜트가 시운전된 이래 완전 자율형 프로세스를 통해 Xemium을 생산해 왔습니다. 플랜트의 모든 부분과 업스트림 플랜트는 SIMATIC® 제품군을 통해 제어되며, 여기에는 SIMATIC PCS 7 프로세스 제어 시스템을 비롯하여 효율적인 배치 프로세스 자동화를 위한 SIMATIC BATCH 소프트웨어 패키지가 포함되어 있습니다.

또한 프로세스 중 품질 관리 활동의 일환으로 샘플을 채취하여 현장 실험실에서 분석을 수행합니다. 팀은 품질 관리 프로세스를 간소화할 수 있도록 SIMATIC WinCC V7 SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) 소프트웨어를 설치했습니다.

BASF는 ERP(전사적 자원 관리) 소프트웨어를 사용하여 작물 보호제 생산 플랜트를 위한 프로세스 주문과 제어 레시피를 생성합니다. 최근까지 시스템 간에 연결이 없었습니다. 실험실 SCADA 시스템은 주변 소프트웨어 환경과 격리된 것과 마찬가지의 상태였습니다.

따라서 팀은 제어 시스템의 HMI(Human-Machine Interface)를 사용하여 프로세스 주문과 제어 레시피를 인쇄하고 수동으로 입력해야 했습니다. 이 경우 스프레드시트 소프트웨어와 휴대용 계산기 같은 일반 보조 도구로 빈번하게 변환 계산을 수행해야 했습니다. 감독자는 완료된 배치 및 품질 보고서에 대한 정보를 ERP 시스템에 수동으로 입력해야 했습니다. 포장 체크리스트와 마찬가지로 이 보고서도 종이 문서로 제본되었습니다.

Opcenter Execution Process는 ERP 소프트웨어와 프로세스 자동화 시스템 간 정보 허브의 역할을 하며 실험실 정보 관리 시스템은 물론 샘플링, 재료 추적 및 포장 관련 휴대용 무선 장치와도 통신이 가능합니다.

디지털 격차 해소

BASF의 프로젝트 운영 관리자인 Maximilian Hierold는 "수작업을 포함하는 이러한 '생체역학적 데이터 전송'은 시간이 오래 걸렸고 고급 인력에게 형식적인 추가 작업을 안겨 주었습니다."라고 말합니다. "또한 오류가 발생하기 쉬웠습니다. 즉, 개별 작업자의 워크플로로 인해 프로세스 편차가 생길 가능성이 높았죠."

품질 보고서 입력이 지체되었으므로 플랜트에서는 프로세스 편차에 민첩하게 대응하지 못했습니다. 플랜트에서는 표준 배치를 사용하여 모든 원재료를 생산했으므로 관리가 쉽지 않았으며 배치 프로세스에서 소비되는 원재료에 대한 추적 가능성 역시 상당히 부족한 편이었습니다. "포장된 제품은 정규 업무일의 주간 근무 시간에만 픽업되기 때문에 출고 창고가 넘치지 않으려면 사전에 정확한 생산 계획이 필요했습니다." BASF의 자동화 엔지니어인 Moritz Hofherr 박사는 이렇게 말합니다.

이런 이유로 BASF 프로세스 자동화 전문가들은 전사적인 디지털 트랜스포메이션의 일환으로 기존의 분리된 소프트웨어 시스템 간의 수직 통합을 채택함으로써 생산 효율성을 높이는 방법을 생각하게 되었습니다. 이들은 예비 연구에서 SIMATIC BATCH와 ERP 소프트웨어 간의 연결 고리 역할을 할 MES(제조 실행 시스템) 소프트웨어를 중심으로 여러 가지 가능한 솔루션 개념을 상호 비교했습니다. 이러한 개념을 바탕으로 새로운 솔루션을 제안할 입찰자를 모집했습니다.

낙찰자는 MOM(제조 운영 관리) 기능을 제공하는 종합적이고 균형 있는 포트폴리오인 Opcenter™ 소프트웨어를 사용할 것을 제안했습니다. 이 소프트웨어는 APS(고급 계획 및 스케줄링), 제조 실행, 품질 관리, 제조 인텔리전스 및 성능, 약품 제형, 사양 및 실험실 관리를 지원합니다. Opcenter 및 SIMATIC은 Siemens Digital Industries Software의 포괄적이고 통합된 소프트웨어 및 서비스 포트폴리오인 Xcelerator의 일부입니다. 팀은 Opcenter Execution Process를 사용하여 미들웨어 계층을 구축하는 방법으로 기존 시스템 간의 디지털 격차를 해소할 수 있었습니다.

맞춤형 그래픽 사용자 인터페이스가 포함된 휴대용 스캐너는 수동 데이터 수집(예: 샘플 취합, 소모품 소비 기록 등)이 요구되는 프로세스를 지원합니다.

엔드 투 엔드 디지털화

이전에 SIMATIC IT Unified Architecture Process Industries로 알려진 Opcenter Execution Process는 포장형 소비재, 식음료 및 화학 산업을 지원하는 Siemens의 MES입니다. Opcenter를 활용하는 기업은 최첨단 플랫폼 및 앱 접근 방식을 기반으로 제조 효율성과 유연성을 높이고 우수한 품질을 구현할 수 있습니다.

Siemens는 BASF 프로젝트 팀이 재정비를 거쳐 적절한 기술 및 프로세스 지식을 제공하고 사용자 수용을 최대화할 수 있도록 지원했습니다. Siemens는 팀이 OT(운영 기술)를 IT(정보 기술)와 연결하여 생산 플랜트의 포괄적인 디지털 트윈을 구축할 수 있도록 종합적인 통합 솔루션을 개발했습니다.

생산 디지털화 솔루션의 핵심은 팀이 Opcenter Execution Process를 통해 구축할 수 있었던 정보 허브입니다. 이 정보 허브는 ERP 소프트웨어로부터 수신되는 프로세스 주문을 제어 레시피로 전환하며 이 제어 레시피는 다시 프로세스 자동화 시스템으로 전달됩니다. 또한 이 소프트웨어를 활용하여 재료 또는 상태 확인 메시지를 ERP 소프트웨어로 전송했습니다.

팀이 Opcenter를 사용하여 구축한 MES에서는 샘플링 요청을 자동으로 생성하여 LIMS(Laboratory Information Management System)에 보내고 다시 LIMS의 분석 결과를 배치 처리 시스템에 제공합니다. 맞춤형 GUI(그래픽 사용자 인터페이스)가 포함된 휴대용 스캐너는 수동 데이터 수집(예: 샘플 취합, 소모품 소비 기록 등)이 요구되는 프로세스를 지원합니다.

팀은 Opcenter Execution Process를 사용하여 생산 라인 말미의 포장을 포함한 전체 생산 프로세스 범위를 디지털화할 수 있었습니다. 작업자는 휴대용 스캐너를 사용하여 충진 체크리스트를 처리합니다. 또한 이러한 입력 항목을 토대로 MES는 컨테이너 레이블 인쇄를 포함한 ERP 시스템 내 운송 프로세스를 트리거합니다.

Hofherr는 "수직 통합으로 기술 및 비즈니스 소프트웨어 시스템을 단절하는 디지털 격차를 해소했습니다."라고 말합니다. "Opcenter Execution Process를 활용한 결과, 지속 가능한 다수확 영농을 목표로 설계된 이 살균제의 생산 프로세스 전반에 걸쳐 디지털 스레드를 구축할 수 있었습니다."

Opcenter를 레시피 정의 수정과 같은 기능과 함께 사용함으로써 생산 효율성 증가를 비롯한 상당한 이점을 제공할 수 있었습니다. 또한 모든 수동 데이터 입력을 없애 오류와 지연 문제를 해결했습니다. 결국 향상된 데이터 일관성을 통해 완전한 생산 투명성을 구현하고 플랜트 제어 대응의 속도를 높여 프로세스 안정성과 제품 품질을 개선할 수 있습니다. "엔드 투 엔드 디지털화를 활용하여 배치 생산 시간을 5~10% 단축했습니다."라고 Hierold는 말합니다. "게다가 생산 감독관의 경우 매월 5일치만큼의 형식적인 부차 업무가 줄어들게 되었습니다."

코로나19 팬데믹 기간 동안 디지털화는 성공적인 시스템 구현의 핵심이기도 했습니다. 이 과정에서 모든 소프트웨어 설치 작업, 테스트, 교육 및 시운전은 원격 방식에 의존해야 했습니다. Hierold는 "이 공동 프로젝트에 참여한 Siemens 전문가들은 탁월한 역량을 바탕으로 임무를 완수해 우리의 기대에 부응했습니다."라고 말합니다. "이러한 성공 이후로, BASF에서는 수직 통합에 Opcenter를 사용하는 비슷한 프로젝트가 진행 중입니다."

생산 라인 끝에서 제품은 대형 백에 채워진 후 추가 처리를 위해 다른 생산 시설로 운송됩니다. 이 프로세스에서 휴대용 스캐너를 입력 장치로 사용하여 체크리스트를 작성할 수 있습니다.