포괄적 디지털 트윈을 사용하여 하이 베이 웨어하우스 커미셔닝 시간 30% 단축

간편한 물류

높이 12m~50m의 팔레트 수백 또는 수천 개를 보관할 수 있는 하이 베이(High-bay) 웨어하우스는 물류 전문가에게는 꿈이자 악몽입니다. 꿈인 이유는 비교적 작은 바닥 면적에 많은 상품을 보관할 수 있기 때문입니다. 보관하고 반출하는 과정이 더 기계적이고 자동화될수록 상품을 양호한 상태로 고객에게 더 빨리 제공할 수 있습니다. 그러나 복잡성으로 인해 하이 베이 웨어하우스를 설치하고 모든 프로세스가 원활하게 실행되기 전까지는 계획자에게 악몽이 될 수 있습니다.

Ferrero는 Tecnomatix® 포트폴리오의 플랜트 시뮬레이션으로 새로운 지평을 열고 있습니다. 이는 SIMATIC 자동화와 함께 사용되어 하이 베이 웨어하우스를 신속하게 커미셔닝합니다.

Tecnomatix는 Siemens Digital Industries Software의 포괄적이고 통합된 소프트웨어 및 서비스 포트폴리오인 Xcelerator 포트폴리오의 일부입니다.

Ferrero Group은 3대 가족 경영 기업으로 연간 매출액이 123억 유로에 달합니다. 본사는 이탈리아 북부 피에몬테주 알바에 위치하며, 현재 회장인 Giovanni Ferrero의 조부모가 1940년대에 설립한 패스트리 매장 및 제과공장으로 시작했습니다. 가게에서 Kinder Chocolate(Kinder Schokolade) 또는 Kinder Surprise Eggs(Überraschungseier)를 보면 Ferrero와 밀접하게 연결된 어린 시절의 많은 추억이 떠오릅니다. duplo와 hanuta에 포함된 사진 컬렉션, 특히 축구 월드컵 또는 유럽 챔피언십 사진이 매우 유명합니다. Ferrero는 Mon Chéri, TicTac, Ferrero-Küsschen과 같은 많은 유명 브랜드를 생산합니다.

생산 후 최대한 빨리 제품을 유통하려고 하는 Ferrero에 있어 하이 베이 웨어하우스는 필수 불가결한 요소입니다. 하이 베이 웨어하우스는 생산과 판매 사이의 프로세스 체인에서 전략적 노드를 형성합니다. 그러나 커미셔닝은 복잡하고 시간이 오래 걸리는 경우가 많습니다. 최근 알바의 본사에 지어진 것과 같은 자동화된 하이 베이 웨어하우스의 경우, 계획에서 운영 준비 단계를 완료하는 데까지 25개월이 걸렸습니다. 상품의 양이 많기 때문에 매일 손실이 발생하면 상당한 비용을 초래합니다.

제어 기술의 기본

Ferrero는 웨어하우스가 사용할 준비가 되고 선반과 스택커 기중기 및 컨베이어 벨트가 설치되자 커미셔닝을 준비했습니다. 첫 번째 단계는 PLC(Programmable Logic Controller)와 SCADA(감시 제어 및 데이터 수집)를 사용하여 특정 제어 프로그래밍을 개발하는 것이었으며, 건설의 마지막 단계와 병행하여 시작했습니다. 커미셔닝은 물류 장비 및 제어 장치가 설치되고 프로그래밍된 테스트를 실행한 경우에만 수행했습니다. 복잡성과 더불어 팔레트가 컨베이어 및 스택커 기중기와 함께 이동되기 때문에 이 프로세스는 시간이 오래 걸리며 6개월 동안 지속되었습니다.

필요 가용성

커미셔닝을 마치면 웨어하우스는 기술적으로 완료된 것으로 간주되므로 ERP(전사적 자원 관리) 시스템에 연결하기 전에 80%의 가용성을 제공해야 합니다. 3개월의 EWM(Extended Warehouse Management) 통합이 완료되면 실제 작업은 2개월 램프업(ramp-up) 단계로 시작됩니다. 이 단계에서는 운송 기술, 제어, MFS(재료 흐름 시스템), WMS(웨어하우스 관리 시스템) 및 ERP로 구성된 전체 시스템이 연동되어 원활하게 작동할 때까지 성능이 서서히 세밀하게 조정됩니다. 고라이브 단계 6개월 후 98%의 가용성을 달성해야 합니다.

가상 커미셔닝

Ferrero는 다양한 사업부에서 드라이브 기술 및 자동화 기능을 갖춘 하이 베이 웨어하우스 설치 및 PLC 제어를 모두 제공하는 Siemens와의 기술 협력을 통해 다기능성의 이점을 활용할 수 있습니다. Ferrero의 엔지니어링 물류 관리자인 Dietmar Lenk는 하이 베이 웨어하우스 커미셔닝을 담당합니다. 알바에 있는 본사에서 마지막 프로젝트를 진행할 때 Lenk와 그의 팀은 새로운 도전으로 가상 커미셔닝을 시도했습니다. 원래 전문 분야인 자동화 기술에 대한 지식과 수년간 가상화 분야에서 Siemens의 개발을 지켜본 경험을 바탕으로 Tecnomatix 플랜트 시뮬레이션을 이 작업에 선택했습니다. 플랜트 시뮬레이션은 원래 제조 플랜트의 재료 흐름 시뮬레이션을 위해 개발되었지만 웨어하우스 물류 부문의 높은 요구사항도 충족할 수 있습니다. 목표는 커미셔닝 시간을 30% 단축하는 것이었습니다.

기존에 하이 베이 웨어하우스 물류 분야의 프로젝트가 없었기 때문에 Siemens는 먼저 Tecnomatix 플랜트 시뮬레이션에서 필수 표준 컴포넌트가 포함된 라이브러리를 구축했습니다. 이는 한 번은 꼭 필요한 기본 과정으로, 이후 프로젝트에서 그 이점을 활용할 수 있습니다. 9주가 걸리긴 했지만, Lenk는 여전히 느긋했습니다. "이전의 유사한 프로젝트 경험을 통해 체험판 변형에 일정 시간을 할애하는 것이 얼마나 중요한지 잘 알고 있습니다"라며 Lenk는 설명합니다.

"나중에 더 높은 프로세스 품질로 더 빠른 프로젝트 결과를 얻을 수 있습니다. 8,000개의 팔레트 공간과 4대의 스택커 기중기를 포함한 알바의 하이 베이 웨어하우스를 커미셔닝하는 데 가상 지원을 통해 13주가 걸렸습니다. 2019년에는 밀라노 근처의 포주올로에서 거의 동일한 하이 베이 웨어하우스를 기존의 방식으로 가동했습니다. 그러나 이를 담당하는 팀은 규모가 더 컸으며 19주가 필요했습니다. 따라서 절감 목표를 즉시 달성했죠."

6개월에서 3주로 단축

알바에서 시작한지 3주 후 FEM(European Materials Handling Federation) 9.222의 규칙에 따라 첫 번째 가용성 테스트를 실행했습니다. 스태커 기중기와 랙 서빙 장치의 시스템 수용 및 가용성에 대한 FEM의 규칙은 공인된 표준입니다. 보통 6개월이 걸리던 98%의 가용성 목표를 3주 만에 달성해 88% 단축했습니다.

가상화 이점

"플랜트 시뮬레이션을 사용한 가상 커미셔닝을 통해 웨어하우스의 안정성이 크게 향상되었습니다"라고 Lenk는 말합니다. "포괄적 디지털 트윈의 높은 품질과 풍부한 표현 능력 덕분에 예정보다 몇 개월 앞서 필요 가용성을 달성했습니다. 완공되면 건설 현장이 대체로 엔지니어는 물론 기능공과 설비 기술자로 복잡하기 때문에 커미셔닝이 쉽지 않습니다. 가상 커미셔닝을 사용하면 편안한 사무실 환경에서 훨씬 일찍 작업할 수 있습니다.

"이는 매우 중요한 장점입니다. 공간 근접성 덕분에 조정 작업이 쉽습니다. 예를 들어, 지금까지는 PLC 프로그래머가 컨트롤러에 앉고 SCADA 담당 동료는 복도 반대편 끝에서 작업했기 때문에 무선으로 조정 작업을 수행했습니다. 이 경우 문제가 발생하면 실제 조건에서 재현하기가 쉽지 않을 수 있습니다. 반면에 모든 프로그래머가 한곳에 모여 프로젝트를 함께 진행할 수 있는 경우, 모든 것이 단일 시스템에서 가상으로 수행되고 정확히 재현할 수 있기 때문에 작업이 훨씬 쉬워집니다.

"이러한 시뮬레이션 결과의 안정성은 프로젝트를 가속하고 실제 작업의 품질을 높여줍니다. PLC 제어와 관련된 모든 자동화 기술 프로그램을 최적의 조건에서 미리 테스트할 수 있습니다. 이를 통해 오류의 약 95%를 감지할 수 있고 마지막 열간 단계에서 응력이 크게 줄어듭니다. 포괄적 디지털 트윈을 사용하기 전과 같은 방식으로 실제 환경에서 커미셔닝을 수행한다면 제대로 프로그래밍되지 않은 제어 논리에 원인이 없는 물리적 부정확성이 추가될 것입니다."

"예를 들면, 이러한 물리적 부정확성은 팔레트가 손상되었거나 수축 포장 잔여물이 센서를 자극하는 경우일 수 있습니다. 과거에는 이러한 오작동의 원인이 뒤섞여 안전하게 분리하는 데 오랜 시간이 걸렸습니다. 이제는 가상 커미셔닝 덕분에 프로세스를 안정시키기 위한 2개월의 램프업 단계가 더 이상 필요하지 않을 것으로 보입니다. 이에 매우 낙관하고 있어 벨기에 아를롱에서 12,000개의 팔레트 공간과 5대의 스택커 기중기를 갖추게 될 다음 하이 베이 웨어하우스를 건설하는 데도 플랜트 시뮬레이션을 사용할 것입니다."

실시간보다 빠른 속도

물류 시뮬레이션에서 Tecnomatix 플랜트 시뮬레이션은 놀라운 성능과 정확도를 선보입니다. 결과적으로 6,000개의 센서와 230개의 드라이브가 모두 매핑되었습니다. 물리적 한계로 인해 실제 커미셔닝의 시계가 제한되는 경우 가상화를 통해 확장됩니다. 실제 팔레트는 질량의 관성으로 인해 문제가 발생하기 전에 어느 정도까지만 가속할 수 있습니다. 따라서 실제 팔레트가 전체 실행을 완료하려면 오랜 시간이 걸립니다. 가상 모델은 손쉽게 가속할 수 있으므로 테스트 및 프로그래밍 속도가 빨라집니다. Tecnomatix 플랜트 시뮬레이션을 사용하면 실시간에 비해 50,000배 가속이 가능합니다. 가상 커미셔닝 부문의 경우, PLC 제어 시스템은 이전에 1:1 실시간으로 속도를 설정했습니다. 플랜트 시뮬레이션과 PLCSIM Advanced를 함께 사용하면 고객은 시간 기준을 오버클록할 수 있습니다. PLCSIM Advanced와 플랜트 시뮬레이션 간의 API는 오버클록 속도를 고려하여 두 시스템 간의 동기화를 수행합니다. 이러한 방식으로 PLC 코드를 수정하지 않고도 시뮬레이션을 연결하고 실행할 수 있습니다.

뜻밖의 행운

"알바에서 가상 커미셔닝을 시작한 것은 행운이었습니다"라고 Lenk는 말합니다. "코로나19로 인해 건설 현장을 두 달 반 동안 폐쇄했지만 가상 커미셔닝 덕분에 자동화 개발에 차질이 없었습니다. 물리적으로 가동했다면 그만큼 뒤처졌을 것입니다. 새로운 유형의 공장 수용 테스트는 프로젝트 계획에 제공되지 않았지만 코로나19 제약으로 인해 다행히 가상으로 수행할 수 있었습니다. 벨기에 아를롱에서 진행될 다음 프로젝트를 위해 포괄적 디지털 트윈을 사용한 자동화 및 SCADA 기술에 대한 운영자 교육도 실시할 예정입니다. 이는 우리에게 매우 적합합니다. 이전에는 실제 시작 직전에야 가능해 교육 과정을 위한 기간이 짧았기 때문입니다."

가상 커미셔닝 정의

Lenk는 주문 피킹 시 가상 커미셔닝의 정의를 매우 중요하게 생각합니다. "다양한 설계가 있습니다. 계층 모델의 형태로 VDI를 표현하면 ERP 시스템이 최상위 계층에 있습니다. 여기에는 가상 테스트를 수행할 수 있는 네 가지 가능한 영역, 즉 WMS, MFS, PLC의 제어 수준, 운송 및 스택커 장비의 기술 수준이 포함됩니다. WMS 시스템이나 다른 개별 수준만 가상화할 때 일부에선 이미 시뮬레이션을 거론합니다. VDI 정의에 따르면 이는 시뮬레이션이 아니라 개별 테스트 영역의 에뮬레이션입니다. VDI에 따르면 시뮬레이션은 플랜트 시뮬레이션이 제공하는 것으로 정의됩니다. 가상 모델이 PLC 소프트웨어를 포함한 자동화에서 모든 시스템과의 통신, 하드웨어 매핑에 이르기까지 네 가지 영역과 범위를 모두 포괄하기 때문이죠. 플랜트 시뮬레이션의 포괄적 프레젠테이션만이 신뢰할 수 있는 결과를 제공하는 현실적인 테스트 환경을 제공합니다."

SAP EWM에 집중

알바에서는 독자적인 WMS 시스템이 여전히 사용되고 있습니다. 벨기에 아를롱의 다음 하이 베이 웨어하우스의 경우 Ferrero의 일반적인 SAP EWM 모듈을 포함하는 데 중점을 둡니다. 여기에는 WMS 및 MFS가 포함됩니다. 플랜트 시뮬레이션을 사용하면 다양한 전략을 가상으로 실행하여 보관 및 반출 프로세스를 최적화할 수 있습니다. 또한 응력 테스트가 수행됩니다. 게다가 SAP EWM의 소프트웨어 업데이트를 가져오기 전에 보호되는 가상 환경에서 해당 소프트웨어 업데이트를 사용하여 테스트를 수행할 수 있습니다. 그뿐만 아니라, 현재 하이 베이 웨어하우스 작업 중에 발생하는 여러 작은 변경 요청을 실제 작업에 최적의 변형을 투입하기 전에 시뮬레이션을 통해 손쉽게 실행할 수 있습니다.

솔루션의 상호 작용

첫 번째 하이 베이 웨어하우스의 가상 커미셔닝을 완료하면 향후 Ferrero의 작업이 간소화되고, 이는 상당한 발전을 의미합니다. "Siemens는 다양한 분야에서 매우 효과적으로 지원하고 프로세스를 더욱 최적화할 수 있도록 도와주었습니다."라고 Lenk는 말합니다. "하이 베이 웨어하우스 건설부터 기술 장비 자동화 및 시뮬레이션에 이르기까지 모든 것을 하나의 조직에서 제공합니다. Siemens의 세계적인 입지, 뛰어난 기술 및 훌륭한 파트너십으로 업무 효율과 속도가 크게 개선되었으며 다음 공동 프로젝트가 기대됩니다."