T-code 시스템
MES·물류생산 모니터링 등 생산효율 제고

T-code system은 높은 열을 가하거나 압력을 주는 제조공정에서 MES를 도입하기 어려운 점을 보완했다.
세라믹 자동화 공정의 고열에서도 잘 견디며, 연마를 위한 쇼트블라스트에서도 추적이 가능하기 때문이다.
이는 RFID와 바코드가 제품과 함께 열처리 공정에 들어가는 단점을 보완한 것이다.
조명과 카메라의 위치 등을 초기 세팅하면 기존의 바코드처럼 높은 인식률을 가질 수 있다.

박종현 객원기자 (컨트롤코리아 대표)


MES란 흔히 ‘제조 실행 시스템(MES: Manufacturing Execution System)’이라고 한다. MES는 제조 상황을 실시간으로 모니터링 하면서 생산의 효율성을 높이고 경쟁력을 확보하기 위해 꼭 필요한 시스템이다. 말하자면 제조에 중점을 둔 ERP이다. 실제로 ERP회사에서 MES쪽으로 많이 뛰어들어 개발 중이다.
MES의 주요 기능은 다음과 같다.

· 생산계획에 따른 진척사항 모니터링
· 자재투입 상황 통계와 집계
· 설비와 품질 현황정보 수집 및 판단
· 위에 대한 내용에 따른 조치 기능
· ‌OPC 서버를 통한 MES 구성



대부분의 시스템과 장비들은 통신을 통해 MES로 통합이 가능하다. 물론, 시스템의 입장에서는 계층이 나눠져 있으나 요즘은 이더넷이라는 물리적 통신을 센서 기기에서도 지원하기 때문에 개념이 모호해졌다고 볼 수 있다.
전통적인 생산 공학의 관점에서는 통신장비와 기기의 발달을 통해서 새로운 시스템이 구성될 수 있다는 점이 고무적일 수도 있다. 제조현장에서 실시간으로 데이터를 받기 위해서는 장비를 구동하는 PLC와 통신이 돼야 한다. PLC 메이커들마다 각자의 통신방식이 있기 때문에 제조라인에서 서로 다른 PLC 장비를 사용할 경우, 시스템 구축에 필요한 리소스가 많다. 이를 해소하기 위해서 OPC 서버를 사용한다.
OPC 서버는 거의 대부분 PLC 메이커와의 통신을 지원하기 때문에 제조공정에서 데이터를 실시간으로 데이터베이스에 저장할 수 있다. 또한, 각종 검사기나 리더기, 센서 등은 MODBUS 프로토콜을 통해서 데이터를 저장한다. 따라서 공장 내의 모든 공정 장비와 센서 데이터를 OPC 서버로 관리할 수 있다.



‌데이터베이스의 중요성과 선택

요즘 데이터베이스가 큰 이슈가 되고 있다. 제조 시스템에서도 마찬가지이다. 독일에서 수입한 프레스기의 월별, 분기별 혹은 연별 가동률을 실시간으로 파악해 투자대비 손익분기점을 분석하거나 수입원재료의 사용량을 데이터화한 후, 환율 변동에 따른 구입 시기를 결정할 수 있다. 이러한 데이터의 활용은 관리자들에게 큰 이점을 준다. 현재 고성능의 ‘오픈 소스 데이터베이스’가 많이 나와 있다. 그중에서 MariaDB는 오라클이 MySQL을 인수한 이후의 새로운 대안으로 떠오른 것이다.
데이터베이스의 구축비용보다는 분석설계와 유지관리가 더 중요해지고 있다. MES의 특성상 구축 초기에 PLC의 데이터를 모두 받아와서 데이터베이스화해야 한다. 고객의 요구에 따라 어떤 데이터를 어떻게 가공해서 view해야 할지는 수년이 지난 뒤에도 바뀔 수 있기 때문이다. 시스템 업데이트와 지속적인 유지관리 때문이다. 위에 언급한 MariaDB는 이러한 요구에 충실히 대응할 수 있다. 무엇보다 무료라는 장점이 있다. 관련 분야의 종사자라면 관심을 가져볼 필요가 있다.

생산이력 추적 시스템의 요구

대기업의 1, 2차 벤더들은 ‘생산이력 추적 시스템’과 ‘품질관리 시스템’ 구축을 지속적으로 요구받고 있다. 조립제품의 경우, 불량의 유형과 원인을 파악하기 위해 이 시스템이 필요하기 때문이다. 위의 그림 2에서 리더기들은 추적의 역할을 수행하고 있다. 대부분의 리더기는 공정의 앞과 뒤에 위치해 제품의 이동을 모니터링 하는 것에 사용되고 있다.
마킹기술과 리딩기술에 따라서 제조사별로 많은 제품들이 나와 있다. 가장 많이 사용하는 것이 1D/2D 바코드다. 제품의 이송 속도와 인식 각도, OPC 서버와 통신지원 등을 고려한 후 기술을 선택한다.



‌세라믹 공정에서 T-code 시스템 도입

제조공정에서 MES를 도입하기 어려운 곳이 있다. 바로 열간 단조, 주조, 소결금속, 세라믹, 철강 등과 같이 주로 원재료를 가공해서 성형을 하는 곳이다. 즉 생산품에 높은 열이나 압력 등의 화학적·물리적 에너지를 가하는 공정이 있는 곳이다. 어려운 만큼 기술적 한계를 극복한다면 그만큼의 시장이 열리는 것이니 고민해볼 필요가 있다.
그래서 나온 것이 T-Code 시스템이다. 이 시스템을 적용한 세라믹 자동화 공정은 크게 재료 믹싱, 성형, 건조, 소성, 함침, 쇼트블라스트, 연마, 검사, 포장의 순서로 구성돼 있다. 이때, 건조로의 온도는 800도이다. 함침에서 타르성분에 담금, 쇼트블라스트의 충격 등을 견디기 위해서 만든 것이 sus304를 이용한 태그이다.
sus304는 저렴한 가격에 가공도 쉬울 뿐만 아니라 내구성이 뛰어난 스틸재질이다. 그림 5의 좌측과 같은 패턴을 이용해서 물류흐름을 인식한다.



내부의 작은 삼각형은 화학성분의 가공 재료가 묻었을 경우에 잘 흘러내리게 하고, 기하학적으로 단단하기 때문에 사용했다. 이는 자전거가 2개의 삼각형으로 이루어졌다는 것에 아이디어를 얻었다.
우측의 카메라는 임베디드 보드와 카메라로 구성돼 있다. 팔레트의 흐름을 인식해 촬영해야 하기 때문에 리미트 센서를 카메라의 트리거 신호로 사용했다.
카메라를 통해서 얻은 이미지는 영상처리를 통해서 코드값을 OPC 서버로 보내준다. 이를 통해서 서버는 팔레트에 어떤 제품이 몇 개가 담겨있으며 현재 공정의 위치는 어디인지 파악할 수 있다.
T-code 시스템은 제품 가공을 위한 고열에서도 잘 견디며 연마를 위한 쇼트블라스트에서도 추적을 가능하게 한다. 따라서 기존의 RFID와 바코드의 단점을 보완할 수 있다고 본다.
여기서 또 한 가지 중요한 것이 인식용 카메라이다. 그림 3의 카메라와 원리 및 구성은 똑같다.



단지 인식하는 코드의 알고리즘이 다를 뿐이다. 바코드 시스템은 코드만 명확하면 인식률이 상당히 높은 편이다.
T-code 시스템은 임계치를 이용한 단순한 영상처리방식이 아닌 패턴인식을 이용한다. 따라서 바코드처럼 높은 인식률을 갖기 위해서는 조명과 카메라의 위치 등을 초기세팅 하는 것이 중요하다. 다수의 카메라를 원격에서 모니터링과 제어할 수 있는 장점도 있어 사용자가 열악한 조건의 현장에 직접가지 않고도 문제점을 파악하고 유지보수 할 수 있다.



결론

물류흐름 모니터링은 MES를 포함한 제조환경에서 중요한 요소 중의 하나이다. 이를 위한 코드는 가공별 공정에서 제품과 함께 해야 하기 때문에 열처리 공정이 들어가는 곳에는 적용이 힘들었다. 하지만 T-code와 같은 시스템을 이용해서 기존의 바코드나 RFID를 통해서 할 수 없던 분야에 MES를 적용할 수 있게 됐다. 향후 이와 같은 기술의 적용이 보편화된다면 제조업의 대내외적인 경쟁력 향상에 도움이 될 것이다.