공장의 전체 라인을 자동화하여 배터리 양극재 생산의 효율 증대

글로벌 시장 기회 포착

1997년 대만 북부 타오위안시에 설립된 HCM에서는 리튬 배터리용 LMFP(리튬 망간 철 인산염) 이차 소재를 생산합니다. 친환경 에너지의 부상으로 전기차가 전 세계적인 트렌드로 자리 잡았습니다. 배터리 기술은 어떤 양극재를 사용하느냐에 따라 성패가 결정되는 전기차 산업에서 중요한 역할을 합니다. 널리 사용되는 양극재 중 LMFP는 안전성, 저렴한 비용, 높은 에너지 밀도와 같은 고유한 특성으로 인해 차별화되고 있습니다. HCM은 주로 전기차 및 배터리 산업에 종사하는 미국, 유럽 및 일본의 1차 고객과 협력하여 고객마다 고유한 분말을 제공합니다.

LMFP는 복잡성 수준이 더 높고 생산이 더 힘들다는 단점으로 인해 고유의 장점이 희석됩니다. HCM의 R&D(연구 개발) 수석 관리자인 Vincent Huang은 "LMFP 생산에는 유연한 제조 시스템이 필수입니다."라고 말하며 다음과 같이 덧붙입니다. "빠르게 성장하는 시장에서 기업 경쟁력을 높이는 유일한 방법은 최단 시간 내에 낮은 에너지 소비, 효율적인 제조 시스템, 최대 용량을 갖춘 장비를 개발하는 것입니다."

HCM의 독보적인 장점은 사업부 중 하나가 필요한 제조 시스템 장비를 개발할 수 있다는 데 있습니다. 따라서 HCM은 새로운 요구사항에 신속하게 대응하고 생산 프로세스를 조정하며 제품의 대량 생산 능력을 갖출 수 있습니다.

또한 HCM 장비 사업부는 MLCC(적층형 세라믹 캐패시터)용 세라믹 소재와 같이 유사한 생산 프로세스를 갖춘 다른 소재 제조업체에 턴키 솔루션을 제공합니다. 커미셔닝 전에 사내에서 장비를 테스트하고 다시 실행하지 않고도 고객별 요구사항을 충족하는 유일한 방법은 장비의 포괄적인 디지털 트윈과 성능이 우수한 시뮬레이션 시스템을 사용하는 것입니다.

효율 향상

소프트웨어, 하드웨어, 서비스로 구성된 Siemens Xcelerator 비즈니스 플랫폼 솔루션 중 하나인 Tecnomatix® 포트폴리오의 플랜트 시뮬레이션을 통해 효율을 높일 수 있습니다. HCM은 2021년 9월 이 시스템을 구현했습니다. 구현 후 첫 번째 단계에서는 기존 생산 라인을 시뮬레이션하고 실제 결과에 맞게 차이를 조정하여 생산 프로세스의 동작과 일치하는 시뮬레이션 결과를 제공했습니다. HCM 소재 사업부의 생산 기술 및 품질 관리 담당 부사장인 William Chen은 "Tecnomatix는 결과물, 에너지 소비, 인건비, 생산 비용을 정확하게 시뮬레이션하여 실험실 규모에서 산업 규모로 확대 전환할 수 있습니다."라고 말하며 다음과 같이 덧붙입니다. "또한 이 시스템은 제조 병목 현상을 분석하고 에너지 소비와 비용을 개선하는 데 유용합니다. 이를 통해 탄소 배출 감축이라는 전기차 산업의 핵심 가치를 실현합니다."

이 첫 번째 검증 단계 후 HCM은 소프트웨어를 사용하여 각 워크스테이션에 가장 적합한 배포를 시뮬레이션했습니다. 일부 스테이션은 사이클링 프로세스로, 다른 스테이션은 배치 프로세스로 작업했기 때문에 각 워크스테이션을 적절하게 배치하는 것이 중요했습니다. 그렇지 않으면 장비 다운타임으로 인해 생산 효율이 크게 감소했을 것입니다. Tecnomatix를 사용하자 장비 다운타임이 크게 단축되고 생산 효율이 향상되었습니다. 일례로, 플랜트 시뮬레이션을 사용하여 샌드 밀(sand mill)의 생산 효율은 15%, RHK(Roller Hearth Kiln, 롤러 하스 킬른)의 활용률은 10% 증가하고 질소 소비량은 10%, 전기 소모는 5% 감소했습니다.

그러나 이러한 이점은 첫 번째 단계에만 나타났습니다. HCM은 전체 라인 자동화 및 무인 공장을 목표로 하고 있었습니다. 따라서 다음 단계에서 제조 회사는 제조 자동화 시스템을 시뮬레이션하여 생산 프로세스의 순서를 최적화했습니다. 자동화되고 유연한 생산 시스템에 변경 사항을 실제 적용하기 전에 시뮬레이션하여 모든 설계 요구사항의 충족 여부를 확인할 수 있습니다. 이를 통해 품질 관리 및 조정에 소요되는 작업을 줄일 수 있습니다.

플랜트 시뮬레이션은 HCM이 '스마트 제조 시스템'이라고 부르는 SCADA(감독 제어 및 데이터 수집)/MES(제조 실행 시스템)의 중앙 제어와 상호 작용할 수 있습니다. 실시간 정보 표시 외에도 시스템은 예측 시뮬레이션을 수행하고 이상 또는 문제를 분석하고 효과를 사전에 확인할 수 있습니다.

설계 시간 50% 단축

반복된 검증을 거쳐 플랜트 시뮬레이션 모듈을 사용하여 최적화된 장비 유닛을 구축했습니다. 표준 사용자 객체가 구축되면 이를 설계 데이터베이스로 사용할 수 있습니다. 새로운 프로세스 요구사항이 있으면 플랜트 시뮬레이션 시스템에서 이를 실현하여 운영 결과를 시뮬레이션할 수 있습니다. HCM은 이 도구를 사용하여 필요에 맞게 설계를 재할당하거나 조정할 수 있습니다. 또한 많은 수정이 필요하지 않습니다. 노력과 시간은 줄이고 비용은 낮추어 예측 가능한 안정적인 성능 데이터를 제공합니다.

HCM 장비 사업부의 수석 부사장인 Jack Lee는 "당사의 모든 워크스테이션용 제조 모듈은 제조 데이터베이스로 사용됩니다."라고 말하며 다음과 같이 덧붙입니다. "이를 통해 설계 시간이 50% 이상 단축됩니다. 이 시스템은 프로세스를 정확하게 시뮬레이션하고 다양한 상황에 적용한 결과를 보여주므로 과거에 수행했던 많은 수정 작업을 줄여줍니다."

따라서 HCM이 생산하는 모든 고객별 소재에 대해 필요한 생산 변경을 빠르고 안전하게 실행할 수 있습니다. 플랜트 시뮬레이션은 신제품 제조 프로세스 계획에 적용할 수 있으며 사전에 결과물, 에너지 소비, 인력 요구사항, 생산 비용을 시뮬레이션하는 데 사용할 수 있습니다. 또한 R&D(연구 개발) 단계에서 대량 생산에 이르기까지 신제품에 소요되는 시간, 실패 위험, 비용을 줄일 수 있습니다.

유사한 재료를 위한 자동화된 생산 라인 엔지니어링

또한 HCM 장비 사업부는 LTO(티탄산리튬) 또는 MLCC용 세라믹 소재와 같이 유사한 생산 프로세스를 갖춘 다른 소재 제조업체를 위해 고객별 장비 및 전체 생산 라인을 설계합니다. 제조 데이터베이스의 설계상의 이점 외에도 Tecnomatix는 다음과 같이 판매를 촉진하는 데 사용할 수 있습니다. Lee는 "프로젝트 기획 단계에서 실제 상황과 비슷한 시뮬레이션 결과를 고객에게 제공해 오해를 줄이고 솔루션 성능에 대해 확신을 줄 수 있습니다." 라고 말하며 다음과 같이 덧붙입니다. "플랜트 시뮬레이션은 턴키 프로젝트 시스템 통합을 위한 최고의 도구입니다."