스마트 제조는 제조 프로세스의 모든 단계를 최적화하고자 기존 제조를 기술적으로 혁신하는 신생 기술입니다. 센서는 조달, 생산, 유통, 단종 등 하위 부문의 스마트 제조 물류에서 중추적인 역할을 담당합니다.
제품의 제조 수명 주기 중 모든 단계에서 다양한 센서가 사용됩니다. 이 문서에서는 스마트 제조 프로세스의 여러 단계에서 사용되는 가장 인기 있는 일부 센서를 소개합니다.
조달, 유통 및 단종의 스마트 추적
공급망 물류 부문에서 중요한 부분은 대량의 개별 부품, 패키지 및 스토리지 기기를 효율적으로 관리하는 것입니다. 스마트 제조 기술은 이처럼 다양한 사물을 스마트하게 추적할 수 있는 시스템의 채택을 선도했습니다.
예를 들어 Boeing 777 항공기에는 500여 개 공급업체에서 공급하는 개별 부품 300만 개 이상이 포함되어 있습니다. Boeing 777을 효율적으로 제조하려면 이 수많은 부품을 원활하게 관리해야 하는데, 여기에는 창고 내 각 부품을 자동으로 추적하여 생성되는 정확한 대규모 데이터 집합이 필요합니다. 이러한 자동 추적을 위해 일종의 '현대적 바코드'로 사용되는 RFID 태그 및 트랜스폰더를 통해 공급망 전체에서 대량의 부품을 추적할 수 있습니다.
추적 태그의 유형
RFID(무선 주파수 식별) 태그는 공급망 전체에서 재고를 추적하는 데 사용할 수 있는 저렴한 무선 식별 기기입니다. 스마트 제조 응용 분야에서 RFID 태그 판독기는 상차 도크 등의 조달 센터에서 작동하는 고정 인프라일 수 있습니다. 또한 RFID 판독기는 휴대용 기기일 수도 있습니다. 이러한 기기로 최대 10미터 거리에서 RFID 태그를 수동적으로 판독할 수 있기 때문에 패키지, 제품 릴, 나아가 개별 부품까지도 자동으로 빠르게 추적할 수 있습니다.
RFID 태그에는 2가지 유형이 있습니다.
- • 수동형(전원이 필요하지 않음)
- • 능동형(전원이 필요함)
능동형 RFID 태그는 RFID 센서 기기 기준 최대 100미터 거리까지 감지가 가능합니다. 두 유형 모두 시야에 없어도, 중간에 물체가 있어도 감지 가능하며 개별 최저 가격이 10센트 미만입니다.
NFC(근거리 통신) 태그는 다양한 유형의 데이터를 저장하고 전송할 수 있는 RFID 기술의 하위 집합입니다. 이는 제품 인증 응용 분야에 사용할 수 있지만 일반적으로 제품 추적에는 사용되지 않습니다. NFC 태그는 이보다는 제품 정보를 검증하고 스마트 제조 정보 시스템에 추가 제품 데이터를 제공하는 데 사용할 수 있습니다. RFID와 NFC의 차이점에 대한 자세한 내용은 RFID 대 NFC: RFID와 NFC의 차이점 설명을 참조하십시오.
RFID 및 NFC 센서는 스마트 제조 기술의 자동화된 제품 추적에서 필수적인 부분이 되었습니다. 이를 사용해 제조 공급망의 생산 지점부터 사용 지점까지, 그리고 생산 후부터 판매 지점을 거쳐 제품의 단종에 이르기까지 제품을 추적할 수 있습니다.
생산에 사용되는 센서 유형 6가지
스마트 제조에서 생산 부문의 범위는 방대하며 매우 복잡할 수 있습니다. 이에 따라 특수 스마트 제조 시스템에서는 다양한 센서가 사용됩니다. 이러한 센서는 고급 기계 설계, 생산 네트워크, 나아가 생산 시설 전체에서도 찾아볼 수 있습니다. 생산 시스템 전체에서 확인할 수 있는 가장 일반적인 센서로는 다음이 있습니다.
온도 센서는 흔히 석유 화학, 제약, 식품, 의료, 원재료 제조 등 적절한 제품 응용을 위해 중요한 온도를 유지해야 하는 산업에서 사용합니다. 예를 들어 소비재 등급 알루미늄 캔은 흔히 내부에 식품 안전 플라스틱 코팅이 있는데 이 코팅은 정확한 온도에서 처리해야 알루미늄 구조에 적절하게 접착됩니다.
홀 효과 센서는 일반적으로 집계 응용 분야에서 활용되는데, 여기에서는 움직이는 기계 부품에 자석을 고정합니다. 이 자석이 홀 효과 센서 근처에 있으면 센서에서 자석의 존재를 감지하고 데이터를 기계 제어기에 제공합니다. 예를 들어 회전형 병 라벨 부착기에서 홀 효과 센서의 마그네틱 입력 정보에 기초해 라벨 스핀들의 위치를 능동적으로 모니터링하고 조정할 수 있어 원활한 자동 라벨 부착이 가능합니다.
적외선 센서는 물체의 적외선 출력을 모니터링하는 데 활용하며, 온도 데이터, 가스 구성 분석, 물체 반사율, 표면 평활도를 원격으로 감지할 수 있습니다. 예를 들어 적외선 센서를 사용해 불필요한 가스가 있으면 제조 프로세스에 치명적일 수 있는 티타늄 용접 등의 복잡한 용접 응용 분야에서 가스 구성을 모니터링할 수 있습니다.
근접 센서는 센서에서 물체까지의 근접도를 감지하는 데 사용합니다. 근접 센서는 대부분 기계가 제조 작업을 자동화하는 스마트 제조 응용 분야에서 사용합니다. 예를 들어 전자 제품 제조에서 사용되는 집기 및 배치 기계는 한 위치에서 단일 부품을 집어 정확한 대상 지점에 배치합니다. 집기 및 배치 기계의 제어 시스템은 '집기' 동작 시 부품과의 거리, 그리고 '배치' 동작 시 대상 지점과의 거리에 대한 정보를 도구에 전달할 수단으로 근접 센서를 포함할 수 있습니다.
가속도계는 모터 제어, 도난 방지, 탭 감지, 기울임, 물체 방향, 기계 동역학 등 다양한 스마트 제조 시스템에서 사용할 수 있습니다. 예를 들어 5축 CNC 밀링 기계의 도구 헤드는 밀링 프로세스에서 도구를 3D로 정확하게 배치하기 위해 가속도계 여러 개를 포함하고 있는 경우가 많습니다.
레벨 센서는 액체 분배 및 보관 용기의 액체 수준을 파악하는 데 사용합니다. 액체를 활용하는 스마트 제조 산업에서는 활용 중인 액체의 양을 파악하는 기능이 프로세스를 예상대로 진행하는 데 매우 중요할 수 있습니다. 예를 들어 반도체 제조 설비에서는 플라스틱 슬러리부터 휘발성이 높은 에칭 용매까지 다양한 액체를 활용합니다. 이러한 액체는 절차 시방서에 따라 관리해야 합니다. 레벨 센서는 액체의 사용률, 필요 폐기 수량, 액체 포함 시스템 전체 내 존재 여부를 파악하는 데 사용할 수 있습니다.
인더스트리 4.0의 스마트 제조 센서
제조 시스템의 스마트 센서 기술은 산업 전체에서 크게 달라질 수 있으나 응용 분야에 관계없이 여기에서 발생하는 정보는 항상 제조 프로세스에 매우 중요합니다. 스마트 제조 센서는 비용, 크기, 기술 및 활용 면에서 다를 수 있지만, 센서는 기존 제조를 스마트 제조로 변환하는 데 중추적인 역할을 담당합니다. 센서가 제공하는 데이터를 통해 현대적인 제어 시스템 및 데이터 과학에서 전 세계 제조 프로세스를 최적화할 수 있습니다.
