스마트하고 확장성이 뛰어난 솔루션을 통한 EV 및 배터리 생산 확대

글_ 스테파니 반 커크(Stephanie Van Kirk)
Marketing Development Manager, EV Battery, Rockwell Automation

전기 자동차(EV) 혁명이 한창 진행 중입니다. 전 세계적으로 증가하는 전기 자동차에 충분한 전력을 공급할 수 있는 환경을 조성하려고 할 경우 처음부터 성장을 지원하는 스마트하고 확장할 수 있는 생산 전략을 통해 증가하는 수요를 충족할 수 있다고 확신해야 합니다. 배터리 공급이 중단되거나 기가팩토리 시운전이 지연되면 EV 생산 계획이 빠르게 무산될 수 있습니다.

배터리 제조업체들은 다양한 생산 요구사항, 단축된 프로젝트 일정, 생산 능력의 한계에 직면하고 있습니다. 자동차 제조업체들은 기하급수적인 수요 증가를 충족하려면 배터리 생산 속도를 극대화해야 합니다. 고품질의 안전한 배터리를 지속해서 공급하려면 모델링 및 시뮬레이션 툴을 사용하여 기존 프로세스에 새로운 자동화 시스템을 포함해 오프라인에서 “생산” 시나리오를 테스트하여 단축된 프로젝트 일정을 준수해야 하고 배터리 기술의 급속한 발전에 발맞추기 위해 노력해야 합니다.

이에 따라 EV 및 배터리 제조업체들은 커넥티드 배터리 기가팩토리를 개발해 생산 능력을 빠르게 확대하고 있습니다. 프로젝트를 가속하고 가동 중단 시간을 줄이고 오프라인 테스트를 지원하는 디지털 시각적 지원 툴을 사용하여 더욱 스마트하고 효율적인 제조 환경을 조성해야 할 필요성이 그 어느 때보다 높아졌습니다. 이는 대규모 배터리 생산 시설이 필수라는 사실을 의미합니다.

운영 전체에 걸친 가치 창출

그렇다면 어떻게 배터리 기가팩토리를 성공적으로 구축할 수 있을까요? 해결책은 스마트 공장의 지능적이고 조화로운 운영에 있습니다. 그리고 이를 실현하려면 최근에 언급한 것처럼 커넥티드 기가팩토리의 초석으로 제조 실행 시스템(MES) 이 있어야 합니다. IT와 OT 간의 격차를 해소하는 최신 MES는 종단 간 연결 및 가시성을 지원하여 제조업체가 운영을 최적화하고 주요 품질 문제를 해결할 수 있도록 지원합니다.

디지털화된 비즈니스는 시장 수요에 더 빠르게 대응하고, 그 중심에는 MES가 있습니다. MES의 주요 기능 중 하나는 디지털 세계의 라이프사이클 문제가 실제 세계의 문제로 바뀌기 전에 해결할 수 있는 능력입니다. 또한 MES는 오프라인에서 생산 시나리오를 테스트할 때 모델링 및 시뮬레이션 툴과 함께 탁월한 민첩성과 유연성을 지원합니다. 공장과 글로벌 비즈니스 시스템 전체에 걸쳐 운영을 연결할 수 있기 때문에 생산 인력이 실시간 정보를 통해 더욱 신속하고 스마트하게 결정을 내려 대응 시간을 단축할 수 있습니다.

통합 MES를 통해 전체 기가팩토리를 시각화하고 프로젝트 초기에 지능형 운영을 실현하여 장기적으로 시간과 비용을 절약할 수 있습니다.

디지털 혁신을 통한 수요 충족

EV 제조업체가 단축된 프로젝트 일정을 극복하고 생산 요구사항을 변경하며 생산 능력을 개선하려면 시뮬레이션 소프트웨어가 필수입니다.

제조업체들은 디지털화를 향한 움직임과 디지털 트윈의 활용을 통해 디지털 트윈을 사용하는 더욱 민첩한 설계 프로세스를 바탕으로 두 마리의 토끼를 잡을 수 있습니다. 디지털 트윈을 사용하면 오프라인에서 시나리오를 정확하게 테스트하여 자산을 지속해서 개선할 수 있습니다. 부품을 구매하거나 인력을 확충하기 전에 디지털 트윈을 통해 장비와 공장을 설계, 테스트 및 입증할 수 있습니다. 이를 통해 작업자들의 작업 방식을 개선하고 EV 산업의 빠른 변화를 따라잡을 수 있습니다.

EV 및 배터리 제조업체는 Emulate3D™ 디지털 트윈 소프트웨어를 사용하여 장비 설계 및 성능의 가능성을 넓힐 수 있습니다. Emulate3D 기술은 PLC나 CAD에 상관없이 다양한 사용자에게 최고의 가상 시운전 솔루션을 제공합니다. 부품을 주문하기 전에 장비가 어떻게 작동하는지 확인할 수 있습니다. 현장을 직접 방문하기 전에 제어 문제부터 확인할 수 있습니다. 또한 결과에 대한 기대와 무관하게 가상의 세계에서 공장 인력에 시스템 교육을 제공하고 라인 변경을 시뮬레이션하면서 이에 따른 미래 상황을 예측할 수 있습니다.

시연 후 설계

기가팩토리 설계 프로세스 내에서 Emulate3D를 사용할 수 있는 세 가지 주요 영역이 있습니다. Emulate3D는 다양한 표준 툴을 통해 공장 레이아웃을 구축하고 실제를 나타내기 시작하는 시스템의 지점에 신속하게 도달할 수 있도록 지원합니다. 초기 시연 단계를 마치면 모든 프로젝트 이해 관계자가 동일한 개념과 비전을 공유할 수 있도록 개념을 표현하고 아이디어를 전달할 수 있는 표준화된 장비와 코드를 사용하여 실제 모델을 렌더링할 수 있습니다.

첫 번째 핵심 영역은 처음 일을 시작하기 전에 개념을 시연하고 모든 이해 관계자를 위한 시각적 경험을 만드는 기능입니다. 단축된 프로젝트 일정을 충족하려면 설계 단계에서 일찍 시작해야 합니다. 디지털 트윈 소프트웨어를 사용하면 공장의 개념적 모델을 구축하여 초기 시스템 설계가 어떻게 작동하는지 확인할 수 있습니다. 시설에 맞추려고 하든 세부적인 생산 흐름을 강화하려고 하든 이 에뮬레이션 소프트웨어는 모든 이해 관계자에게 개념 모델의 3D 레이아웃을 생성할 수 있는 툴을 제공하고 사람들이 명확한 개념 이해를 통해 개발 시간과 의사 결정 시간을 단축하는 방법을 이해하도록 돕습니다.

시뮬레이션을 통한 확장

모델링 개념의 승인 후 기가팩토리 구축의 두 번째 영역은 Emulate3D 소프트웨어 내에서 시뮬레이션 및 실험을 통해 설계를 테스트하는 것입니다. Emulate3D를 사용한 시뮬레이션이란 가동 중단 시간을 없애고 생산을 확장하는 방법 같은 시스템 내 변수를 분석하기 위해 반복적으로 작업을 수행하고 실험할 수 있는 독립형 모델을 말합니다.

이러한 테스트는 장비 등의 요소를 결정할 때 필수입니다. 어떤 장비는 더 저렴하지만 처리 속도가 느리고, 어떤 장비는 더 비싸지만 처리 속도가 빠를 수 있습니다. 또한 자동화 대 비자동화에 대한 결정을 내리거나 설계가 시간이 지나면서 수요를 충족할지 여부를 파악하기 위해 시스템을 분석합니다. 시스템이 현재와 미래의 요구사항을 충족해야 하는 것은 드문 일이 아닙니다. 이 에뮬레이션 소프트웨어는 시스템의 현재 구성이 가동 중단 시간이나 변경 없이 해당 요구사항을 충족하는지 판단하는 데 도움이 될 수 있습니다.

가장 좋은 점은 다양한 변수를 설정한 다음 모델을 실행하여 이러한 테스트를 시뮬레이션할 수 있다는 것입니다. 구체적인 공장 요구사항에 기반하여 신속하게 또는 계획적으로 수행할 수 있습니다. 일반적인 표준 자재 취급 장비 또는 맞춤형 CAD 장비를 가져올 수 있는 모델을 사용하여 시스템 처리량에 대한 실시간 가시성을 확보할 수 있습니다.

에뮬레이션을 통한 확장

기가팩토리 구축의 세 번째 영역은 새로운 생산 프로세스의 오프라인 테스트를 통해 궁극적으로 시운전 중 시간과 비용을 절약하는 것입니다. 엔지니어는 에뮬레이션을 통해 3D 컴퓨터 지원 설계(Computer Aided Design) 개체를 사용해 가상 환경에서 프로그램을 실행하여 장비가 구축될 때까지 기다리지 않고도 시스템 전체를 한 번에 평가할 수 있습니다. 디지털 트윈으로 실제 오퍼레이션 로직을 사용하여 제어 시스템에도 연결되는 가상 기계(Virtual Machine) 생성할 수 있습니다. 그런 다음 시운전하기 전에 장비의 성능을 테스트, 디버그 및 검증할 수 있습니다. 또한 시스템을 에뮬레이션하여 새로운 구성과 제품 유형을 테스트할 수 있습니다. 이는 기가팩토리 구축 중에 디지털 트윈을 거의 무제한으로 적용할 수 있다는 의미입니다.

프로젝트의 주요 경로에서 로직 제어를 제거하면 시스템 시운전이 일련의 체크 박스가 됩니다. 예를 들어, 안전 하드웨어가 작동하고 전기 배선이 올바릅니까?

또한 에뮬레이션은 물리적 환경에서 위험하거나, 너무 시간이 오래 걸리거나, 너무 비싸거나, 너무 많은 원자재를 사용하거나, 다른 생산을 위험에 빠뜨릴 수 있는 작업을 가상 환경에서 수행하는 기능을 제공합니다. 즉, 훨씬 적은 시간, 비용 및 위험으로 시스템을 디지털 방식으로 테스트하여 기가팩토리 구축에서 매우 중요한 결정을 내릴 수 있습니다.

에뮬레이션 및 디지털 트윈 소프트웨어가 산업 장비 설계에 제공하는 가능성과 이 기술이 EV 및 배터리 제조업체의 협업을 촉진하는 방법에는 한계가 없습니다.

[제공. 로크웰오토메이션 rockwellautomation.com]