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작업자의 계획된 프로그래밍과 전통적인 IT 방식을 기반으로 한 Industry 3.0 과는 달리 빅데이터, 인공지능 및 IoT(사물인터넷)을 접목한 Industry 4.0은 구 산업 혁명 세대의 제한성을 극복하여 생산 설비 들을 하나의 네트워크로 구축하고 스마트 공장(Smart Factory)으로 진화하기 위한 핵심 기술을 갖추고 있다.
이제, 이 개념들을 탑재한 기술들이 전통적인 굴뚝 산업 중 하나로 여겨진 PVC 창호 압출 공정에도 적용이 가능한 시대로 접어들었다.
세계적으로 최고의 금형 기술 및 품질을 자랑하는 오스트리아의 greiner extrusion GmbH社는 제조업의 이러한 시대적 변화에 발 빠르게 대응하여 지난 40여년간 28,000여 금형과 4,500여 압출 line을 제조하며 축적된 data를 기반으로 Industry 4.0의 핵심 요소들을 금형 및 Downstream에 적용, Extrusion 4.0을 테마로 한 DIGI.LINE을 새롭게 출시하였다.
PVC 창호의 형상은 PVC 압출기에서 원료를 가열, mixing후 melt가 압출된 뒤의 모든 공정에서 생산 효율이 결정된다고 볼 수 있다. 값비싼 원료나 뛰어난 기술 노하우를 통한 원료 배합을 사용하더라도, 일정한 형상(치수) 유지와 냉각 등 후속공정이 충분히 뒷받침되지 않는다면 불량 및 생산 효율 하락은 불가피 하다.
아쉽게도 국내의 모든 PVC 창호 생산설비들은 금형을 통한 1차 성형, calibrator에서 2차 진공 성형, cooling tank에서 냉각 성형, 인취, 절단의 단순 공정 하에 생산되고 있으며 이는 국내에 PVC 창호 생산이 시작된 이후 특이점 없이 명맥을 이어오고 있다. 그러한 점에서 greiner의 DIGI.LINE은 압출 공정의 패러다임을 새롭게 정의하고 있다.
4차 산업 혁명과 DIGI.LINE
DIGI.LINE의 핵심 요소 들은 아래와 같이 구분된다.
01, DIGI.CONTROL (Network을 통한 형상 요소 제어) 
Downstream 조작 부(control panel)는 통상 시각적인 정보없이 아날로그 입력(input) 을 통한 calibration table의 전/후진과 인취기(haul-off) 조작이 전부 였다. (CAN module 연동 기준)
DIGI.CONTROL은, 금형부터 절단까지 모든 설비를 하나의 Network로 묶어, 냉각수 흐름, 진공 및 냉각의 정도까지 압출 전반에 생성되는 모든 data를 수집하여 15” display를 통해 사용자에게 직관적인 정보를 전달, 조작을 가능케 한다.
또한 생산 공정간 수집된 모든 data 들은 저장되어 작업자 교체가 이루어 지더라도 저장 값을 손쉽게 동기화 하여 항상 일정한 생산을 재현할 수 있다.
02, FLOW.MATIC (profile의 정확한 형상 관리)
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Greiner의 FLOW.CONTROL 기술을 응용한 FLOW.MATIC은 profile 중요 기능적 부위(glazing bead 조립부, gasket 삽입부, 모헤어 삽입부 등)의 치수를 수초만에 정확히 유지하는 기술이다. 금형의 melt 출구부터 시작되는 calibrator에서 각 profile section의 충진율 (filling degree)를 측정하고 이 값을 금형에 전달하여 air flow를 통한 폐쇄 제어루프를 자동형성 하게 된다. 따라서, 사용자가 형상 허용치를 위해 일일이 생산 값을 수동조정 할 필요가 없어 졌다.
03, DIGI.TANK (profile의 정확한 형상과 치수 관리)
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전통적인 방식의 압출 냉각 탱크는 양품의 profile을 위해 투입된 냉각수의 온도, 양, 속도 등을 각 펌프의 valve 및 별도의 온도 panel의 수동조작을 통해서만 가능하지만, DIGI.TANK의 기술은 모든 생산 중 변동 요소들을 자동으로 감지하고 DIGI.CONTROL 로의 feed back을 실행하고 사용자가 목표하는 profile의 형상 유지에 최적화된 환경을 제공한다. 생산간 최적화된 data 역시 recipe화 하여 저장하고 사용자 변경에도 항상 일정한 품질의 profile의 생산이 가능하다.
04, DIGI.SCALE (profile 단중 측정 및 관리)
일반적으로 많은 생산 업체에서 profile의 중량은, 도면상 최소 허용중량의 약 7%를 상회하여 압출되기 때문에 항상 불필요한 원료 손실이 발생한다. 실제로 profile 압출에 오랜 노하우를 가진 경험자들도 이런 손실을 알고도 불가피하다고 인식하고 있다. 또한 양품의 확인을 위해서는 압출 후 절단까지 이루어진 profile의 샘플을 채취하여 무게 측정을 한 뒤 profile 길이 대비 중량 및 벽 두께 등을 점검해야 하기 때문에 다소 번거로움이 있고 측정된 값을 바탕으로 생산 재설정을 하는 동안의 불량률을 제어할 수가 없는 단점이 있다.
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DIGI.SCALE은, 절단 공정 후 profile의 중량을 자동으로 측정하고 사용자가 직접 목표 중량 (target weight)을 설정할 경우 최소 허용중량의 약 상위 4%까지 중량을 최적화할 수 있기 때문에 작업자가 손쓸 수 없는 순간에도 원료 절감에 기여한다. 이 작업은 특정 시점이 아니라 압출 라인이 작동하는 매 순간 이뤄 진다.
원가 절감에 최적화된 DIGI.LINE의 최신기술을 적용할 경우 다음의 생산조건 기준으로 연간 약 EUR 127,000.00 (원화 기준 약 1억 5천 만원)의 절감 효과를 기대 할 수 있다.
단중: 1,200 gr/m profile 기준
생산: 5,000 hr/year 기준
원재료(compound) 가격: EUR 1.2/kg 기준
토출량: 350kg/hr 압출기 기준
시간당 인건비 및 제반 경비: EUR 60-/hr 기준
맺음말
시간 격차를 두지 않고 끊임없이 변화하는 플랫폼 기반의 통신기술들은 더 이상 IT업계의 전유물이 아니라 제조업계에도 상당한 영향력이 있는 키워드로 자리매김하였다. 사용자의 간섭을 최소화한 스마트 공장의 구축은, 제조업계의 궁극 목표인 원가절감을 실행하기에 최적의 방안이며 greiner의 DIGI.LINE의 기술들이 그 Industry 4.0의 좋은 예라고 할 수 있겠다.
㈜ 유니트라 코리아 김태훈 과장 (031-908-2310)
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