PC 기반 제어 기술로 식품 제조에서의 데이터 통합 촉진

주방에서 클라우드로 - 미래의 팬케이크 레시피 디지털화

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Beckhoff의 PC 기반 제어 기술은 원재료 절감으로부터 7~8%의 이득을 달성하는 데 도움이 되었던 클라우드 플랫폼의 근간을 이룬다. © Beckhoff

Yummy Bakery의 팬케이크는 벨기에 내 거의 모든 주요 소매 체인점의 진열대에 배열되며 ‘폭발적인 인기'를 얻으며 불티나게 팔리고 있다. 이러한 성공의 비결은 무엇일까? 베이킹 시에 정통적인 재료와 조리 방법을 사용한다는 점과 CTRL Engineering의 성공 사례로 입증된 디지털화와 완벽하게 결합된 레시피가 그 요인이다. Beckhoff의 제어 기술은 7~8%의 원재료 절감 외에 데이터 제공을 통해 지속적인 공정 최적화에도 도움이 되었다.

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Annie Alderweireldt의 Bruges 에서의 삶은 항상 팬케이크와 관련된 것은 아니었다. 1984년에 Annie가 임신 때문에 일을 그만두어야 했을 때, 팬케이크는 그녀에게 하나의 돌파구가 되었다. 오늘날 그녀의 동생 Tom과 함께 사업체를 운영하고 있는 Annie의 딸 Sara는 다음과 같이 말한다. “어머니는 이웃들에게 맛을 보게 하며, 완벽한 팬케이크 레시피를 찾을 때까지 주방에서 끊임없이 실험을 계속했습니다. 그 후 어머니는 Bruges 인근의 Dudzele에 있는 지역 제과점과 정육점에 자신의 팬케이크를 판매하러 다녔습니다.” 눈덩이 효과를 일으켜, 얼마 지나지 않아 Annie의 팬케이크는 편의점 진열대에 놓이게 되었고, 대형 슈퍼마켓 체인점에서도 그녀를 찾기 시작했다. Sara Geldhof는 다음과 같이 회상한다. “어머니는 국자로 같은 동작을 반복하며 베이킹 플레이트에 밀가루 반죽을 부었는데, 사실상 어머니의 팔이 저희의 첫 번째 기계였던 셈입니다. 하지만 어느 시점에 이르자 이와 같은 수작업이 더 이상 가능하지 않았습니다. 그래서 우리는 최소한 반자동으로 작동하는 회전형 기계를 만들었습니다.”

완전 자동화를 통해, 예를 들어 할로윈용 특별 팬케이크처럼 다양한 팬케이크도 효율적으로 생산할 수 있다. © Beckhoff

정통 조리 방법, 정통적인 맛

1995년, 그들은 Bruges의 한 산업 단지에 있는 부지를 구입할 기회를 얻게 되었다. 그곳에서 첫 번째 산업용 팬케이크 기계를 설치하여 가동하기 시작했지만, 전통성을 유지하는 것은 어려운 과제였다. Sara Geldhof는 다음과 같이 설명한다. “저희는 그리들(griddle)을 사용하여 조리하는 방법을 선택함으로써 정통적인 맛을 구현했습니다. 적외선 기술을 사용할 때와 달리 팬케이크가 즉시 구워지기 때문에 반죽 속이 부드럽고 크림이 가득한 채로 맛있게 유지됩니다. 게다가 방부제나 색소 없이 자연 그대로의 천연 재료만 레시피에 들어갑니다.” Yummy Bakery의 철학은 신제품에도 그대로 적용된다. 예를 들어, 이들은 이미 유기농 팬케이크 제품군까지 판매하고 있으며 최초의 비건 팬케이크를 개발하고 있기도 하다. Sara Geldhof는 맛이 완전해질 때까지 개발 작업을 계속할 것이라고 말한다. 처음에는 Brugues 전통 팬케이크의 산업 생산으로 시작했는데, 이제는 할로윈용 모티프 팬케이크와 같이 최신 트렌드에 맞춘 제품도 선보이고 있다.

완전한 자동화를 바탕으로 한 성장

이어서 8년 전에는 두 번째 생산 공장을 인수했다. 행운의 여신이 도운 것인지 Yummy Bakery는 불과 1년 반 전, 이 생산 공장을 활용하여 팬케이크 생산 용량을 시간당 10,000개에서 22,500개로 증대할 수 있었다. 성장 곡선은 여전히 우상향을 그리고 있다. 작년에는 매출도 25% 증가했다. Sara Geldhof는 다음과 같이 설명한다. “성장을 지속하기 위해서는 자동화와 디지털화를 더 이상 미룰 수 없다고 판단했습니다. Yummy Bakery는 항상 신선한 제품만을 추구하기 때문에 생산된 제품은 모두 바로 출고됩니다. 과거에는 필요한 모든 노하우를 알고 있는 훌륭한 팀을 통해 이를 관리할 수 있었습니다. 하지만 오늘날에는 그 지식을 기술을 통해 확보하고 보존해야 합니다. 공정 안정성을 개선하고 직원을 위해 반복적인 작업을 최소화하는 완전한 디지털 흐름을 구축하는 것이 목표입니다.” 이를 달성하기 위해, Yummy Bakery는 자동화 분야에 오랜 경험을 갖추고 있는 CTRL Engineering과 협력했다. CTRL Engineering의 대표이사인 Pieter Meseure는 회사의 사명을 다음과 같이 요약하여 설명했다. “자동화 생산 라인의 목표는 무오류, 즉 오류가 전혀 발생하지 않는 것입니다. 이윤 마진이 제한적이기 때문에 전체 공정에서 부정확성을 완전히 제거하는 것이 중요합니다. CTRL Engineering은 다른 섹터에도 이러한 원칙들을 도입하고자 합니다. 모든 임직원이 함께 고객의 공정을 개선하여 같은 기계와 직원으로 생산량을 증대할 수 있는 방법을 모색하고 있습니다. CTRL Engineering이 제공하는 상품은 효율성을 극대화하는 서비스입니다.”

TwinCAT 및 CX5240 임베디드 PC(아래)와 스테인리스강 재질(가운데)의 CP3916 컨트롤 패널의 결합을 통해 바닥 저울을 포함한 모든 가능한 시스템에서 전송되는 데이터를 쉽게 통합할 수 있으며, 클라우드 기반 솔루션의 근간이 형성된다. © Beckhoff

빠른 투자 회수

Yummy Bakery와 CTRL Engineering 둘 다 기준을 높게 설정하기 원했지만, 작은 것부터 시작하기로 결정했다. Pieter Meseure는 다음과 같이 회상했다. “저희는 상대적으로 쉬운 목표를 찾기 시작했습니다. 즉각적인 수익을 창출하여 디지털화의 다음 단계로 나아가는 데 필요한 더 많은 자원을 확보할 수 있는 방안을 모색했습니다.” 첫번째 과제는 팬케이크 무게의 안정성 부족 현상을 해결하는 것이었다. CTRL Engineering의 혁신 및 비즈니스 개발 담당 이사인 Mathieu Dutré는 다음과 같은 설명한다. “저희는 과다 중량을 10% 줄일 수 있다면 수익에 어떤 효과가 있을지 궁금했습니다. 계산에 따르면 1년 안에 투자 회수를 달성할 수 있었습니다. 그것은 당연한 예측이었습니다.” 그때까지는 재료 투입이 공압적으로 이루어져 왔다. 즉, 작업자가 레시피에 따라 압축 공기 유량을 수동으로 조절해야 했다. 따라서 호칭 중량이 500 g인 팬케이크 한 팩의 무게가 500 g과 560 g 사이를 왔다 갔다 했다. CTRL Engineering은 가상 엔지니어링을 활용하여 이 문제를 해결할 최선의 방법과 사양에 가장 적합한 하드웨어를 모색했다.

가상 센서로서의 서보모터

첫 번째 단계는 기계에 있는 노즐 네 개에 압력 제어 장치를 도입하는 것이었다. Pieter Meseure는 다음과 같이 얘기한다. "이제 공기 유량이 모터 토크의 함수로 계산되어 조절됩니다. 제안된 중량 절감을 달성하기 위해서는 설정이 지속적으로 개선되어야 합니다. 이를 위해 서보모터를 가상 센서로 사용하여 폐루프 제어 시스템을 만들었습니다. 또한 팬케이크 중량의 평균치와 추이를 모니터링하는 데 사용하는 저울에서 보내는 입력을 처리하여 편차를 검출합니다. 포장 라인 끝에 배치된 중량선별기에서 송신하는 데이터 또한 모델에 통합됩니다. 그리고 팬케이크가 가장 먼저 통과해야 하는 냉각탑도 무게에 영향을 미칩니다.”

이전의 밀가루 반죽 수동 투입이 클라우드 플랫폼에서의 제반 데이터 평가를 포함한 서보모터 기반 제어 방식으로 전환되었다. © Beckhoff

중단 없이 매끄러운 데이터 통합

측정된 데이터는 모두 CTRL Engineering이 자체적으로 개발한 클라우드 플랫폼에 통합된다. 이러한 방식으로 팬케이크의 중량 편차를 0.4 g으로 줄였는데, 이는 폐기되지 않은 원재료를 감안할 때 7~8%의 절감 효과를 얻은 것과 같다. Mathieu Dutré는 다음과 같이 부연하여 설명한다. “CTRL Engineering은 시간이 지남에 따라 0.1 g의 편차를 달성할 수 있는 방법도 이미 모색하고 있습니다.” 이 모든 것이 놀랍도록 간단하게 여겨진다. 작업자 입장에서는 해당 레시피를 클릭하기만 하면 된다. 하지만 이면에는 물리적 기계의 디지털 트윈을 계산하기 위해 복잡한 알고리즘과 모델이 작동되고 있다. Mathieu Dutré는 다음과 같이 설명한다. “이를 위해서는 데이터 통합이 관건인데, CTRL Engineering 솔루션의 근간이 Beckhoff의 제어 기술로 구성된 것도 그 때문입니다. Beckhoff의 PC 기반 제어 플랫폼 덕분에 하드웨어를 교체할 필요 없이 소프트웨어를 통해 기능을 추가할 수 있습니다.” 또한 Pieter Meseure는 시스템이 자산으로서 가지는 개방성을 언급하며 다음과 같이 설명한다. “TwinCAT에서는 모든 종류의 시스템 및 데이터가 중단 없이 매끄럽게 연결되기 때문에, 변화에 신속하게 대응할 수 있습니다.” 생산 현장에서 Beckhoff CX5240 산업용 PC는 제어기의 역할을 수행한다. CP3916 컨트롤 패널 또한 이목을 끄는 요소이다. Mathieu Dutré는 다음과 같이 얘기한다. “스테인리스강은 식품 산업 어플리케이션에 완벽하게 딱 맞는 소재입니다. "Beckhoff에는 현장에서 필요한 모든 기능을 구현할 수 있는 기술이 갖추어져 있을 뿐만 아니라, 지식이 풍부한 지원 팀도 항상 대기하고 있습니다."

Mathieu Dutré(CTRL Engineering), Sara Geldhof(Yummy Bakery), Pieter Meseure(CTRL Engineering), Cedric Sabbe(Beckhoff Automation)(왼쪽부터 오른쪽 방향)는 팬케이크 생산의 완전 자동화와 디지털 트윈 기반 정밀 조정을 통해 전통과 진보가 공존할 수 있다는 사실을 입증했다. © Beckhoff

생산 공정을 미러링하는 단일 디지털 흐름

디지털 측면을 볼 때, 이는 Yummy Bakery 입장에서 빙산의 일각에 불과하다. 다음 단계는 무엇일까? Pieter Meseure는 미래 전망을 제시하면서 다음과 같이 결론을 내린다. “비전 기능을 추가함으로써 포장 라인 마지막 단계에서 품질 검사를 자동화할 수 있습니다. CTRL Engineering은 OCR 기능이 출시되기를 기다리고 있습니다. 그런 와중에 Beckhoff는 이미 더 많은 폰트를 인식할 수 있도록 머신러닝 모델을 훈련시키고 있습니다. 그로부터 얻는 잠재적인 이익은 결국 신축 건물에 두 번째 생산 라인을 설치하여 생산 용량을 추가로 50% 증설하는 데 사용될 것입니다. 그런 다음 첫 번째 건물에 있는 모든 생산 시설을 여기로 이전하고 완벽해질 때까지 공정을 반복할 수 있습니다.”

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[원본] 무인화기술 24년도 9월호