실시간 데이터 수집 및 제어 시스템으로 선체 무게와 두께를 유지할 수 있는 선박 제조사

경쟁이 심한 레저용 선박 시장에서는 제시한 규격에 맞는 제품을 일관되게 제공하는 것이 고객 만족과 제조비의 측면에서 매우 중요합니다. 가장 중요한 규격 중 하나는 보트 무게입니다. 무게를 정확하게 분산시켜 구조적 결함의 발생을 방지하는 것도 중요합니다. Brunswick Boat Group의 첨단 복합 소재 사업부 엔지니어들은 완성된 선박의 무게를 불필요하게 늘리는 것을 방지하고 각 영역에서 원래 정해졌던 유리섬유 두께를 받을 수 있도록 유리섬유 선체와 기타 부품에 스프레이를 분사하는 작업자들에게 일정한 피드백을 주도록 설계한 데이터 수집 및 제어 도구를 개발하여 개선하는 작업을 진행하고 있습니다.

유리섬유 선체

Sea Ray의 엔지니어링 팀에서 개발한 데이터 수집 및 제어용 MMS(Material Monitoring System: 재료 모니터링 시스템)을 이해하기 위해서는 먼저 이 회사에서 유리섬유 선체 또는 기타 유리섬유 부품을 만들 때 사용하는 공정을 알아야 합니다. 부품은 암금형을 사용하여 성형합니다. Sea Ray의 가장 큰 요트는 암금형 길이가 60피트, 너비가 16피트, 깊이가 10피트이며, 완성된 요트 선체는 무게가 14,000파운드에 달합니다. 공정 첫 단계는 손으로 금형 이형제 층을 얇게 도포하는 것입니다. 이렇게 해야 얼음틀에서 얼음을 빼내듯이 금형에서 완성된 선체를 당겨 빼낼 수 있습니다. 작업자가 안료 수지 겔 코트를 금형 안에 분사하면 선체 표면이 매끈해지고, 색이 짙어지고, 광택이 생깁니다.

가장 중요한 그 다음 단계는 정확한 양의 "찹 스프레이"(chop spray)를 부품에 정확한 층으로 도포하는 것입니다. 스풀에 감긴 유리섬유 필라멘트를 초퍼 건으로 분사할 수 있는 10 ~ 40밀리미터 길이의 조각으로 잘라낸 다음에는 겔 코트에 도포할 열경화성 비닐 에스테르 또는 폴리에스테르 수지와 결합시킵니다. 그러나 각 영역에 사용될 유리섬유와 수지의 양에 대한 구체적인 피드백이 없는 경우에는 도포할 재료의 양을 눈으로 가늠하는 개별 작업자의 능력에 따라 찹 스프레이 공정의 품질이 좌우됩니다. 이 때문에 선체의 각 부분에 원래 의도했던 정확한 양의 유리섬유가 사용되는지를 확인하기가 어려웠습니다. 과도하게 분사할 경우 선체 무게가 느는 것은 물론 버려지는 유리섬유와 수지도 늘어납니다.

그림 1. PMX 모듈형 측정 증폭기 시스템은 저소음 24비트 A/D 변환 기능이 있어 높은 정확도를 요하는 산업 생산과 테스트 벤치에서 널리 사용됩니다.

도전 과제: 새로운 모니터링 시스템

Sea Ray의 제품 개발 엔지니어링 그룹에서 구조 엔지니어로 근무하는 Sean Minogue는 2012년에 입사하여 Brunswick의 여러 조선 시설의 작업 현장 공정을 업데이트하는 일을 담당했습니다. 이 모든 일이 비용과 무게를 절감하고, 더 단단한 선박을 만드는 것에 초점을 맞춘 것이었습니다. 이전에 유리섬유와 수지의 사용량을 모니터링하던 방법은 문제가 있었습니다. 예를 들어, 유리섬유 사용량을 추적하려면 유리섬유 필라멘트를 감은 휠의 회전 수를 모니터링해야 했으며, 수지 사용량은 공압 펌프에 연결된 스트로크 카운터의 출력값으로 계산했습니다. 두 장치를 모두 작동했을 때도 효율이 떨어지고 정확하지도 않았습니다.

Minogue는 새로운 시스템을 제안하면서 “이 시스템은 수지, 찹 및 기타 대량의 재료 사용을 부품별로 추적하기 때문에 사용량과 필요한 양을 실시간으로 비교하여 필요한 작업을 볼 수 있습니다. 이 시스템은 무게 데이터, SKU, 인시, 경화 주기, 작업 시간(한 유닛의 생산 시작 시점부터 다른 유닛의 생산 시작 시점까지의 평균 시간), 무게 이력 데이터까지 추적할 수 있으며, 특히 실시간 목표 데이터를 작업자에게 제공할 수 있다”고 설명했습니다.

새로운 재료 모니터링 시스템의 핵심: 모듈형 측정 앰프 PMX

Sea Ray의 새로운 MMS는 현재 요트 생산 라인에서 1년의 베타 테스트 마지막 단계에 있어, 휠과 스트로크 카운터가 필요 없어졌습니다. Minogue는 PMX 시그널 컨디셔닝 시스템 (그림 1)를 고정밀 스케일부터 유리섬유 스풀을 고정하는 팔레트 사이의 로드셀과 두 개의 초퍼 건으로 가는 수지의 양을 제어하는 플로미터에 연결된 플로 트랜스미터와 연동시켰습니다. Honeywell 바코드 스캐너가 연결된 주문 제작 PoE 시스템인 적층 모니터(그림 2)를 찹 스프레이 작업자들이 보고 달라지는 진행 상황을 지속적으로 파악할 수 있습니다. 각 작업자가 각 선체 부분과 관련된 바코드만 스캔하면 적층 모니터 화면에 표시됩니다. 작업자가 초퍼 건의 트리거를 당기면 적층 모니터가 재료 사용량을 표시하고 이것을 규정된 양과 실시간으로 비교합니다.

DragonPoint Software, Inc.가 개발한 맞춤형 적층 모니터링 시스템은 관리자에게 작업 진행 상황에 관한 상태 업데이트를 제공하고, 재고 등을 업데이트하며, 시설의 엔지니어링 및 품질 데이터베이스로 결과를 보고합니다(그림 3).

그림 2. 이 유리섬유 찹 스프레이 시스템용 적층 모니터는 현재 베타 테스트 최종 단계에 있는 Brunswick의 재료 모니터링 시스템(MMS)의 일부입니다.

Minogue는 재료 모니터링 시스템의 기준으로 모듈형 신호 증폭 솔루션을 선택하기까지 여러 요인을 고려했습니다. 그는 처음에 개별 신호 컨디셔너를 사용하여 아날로그 장비의 신호를 판독하는 것을 고려했습니다. 왜냐하면 둘 다 구하기가 쉽고 저렴했기 때문입니다. 그러나 그는 겔 코트 사용량, 온도, 습도 또는 기타 요인을 측정하는 추가 장비용 신호 채널을 추가하기가 간편한 시스템을 선택하고 싶었습니다. 무게와 흐름 신호만 측정할 때는 16 채널 PMX 시스템 하나로 8개의 초퍼 건을 가동할 수 있습니다. Minogue는 “테스트 실험실에서 수 년 동안 HBM의 SoMat 러기드 모바일 데이터 수집 장비를 사용했기 때문에 이 장비가 할 수 있는 것과 할 수 없는 것이 무엇인지 매우 잘 알았습니다. PMX를 살펴본 이유는 기술이 매우 앞서 있고 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)가 내장되어 있어 데이터베이스를 구축하여 이 모든 장비의 신호를 판독할 수 있는 장치가 필요했기 때문입니다”라고 말했습니다.

Minogue가 결정한 MMS는 메릿 아일랜드 시설에 있는 Sea RAy 요트 라인에서 1년의 베타 테스트 과정에서 작업자들이 자재비를 줄이고, 공정 제어를 향상시키고, 완성품의 무게를 규격에 맞추어 작업 효율을 높이는 데 도움이 되면서 그 중요성이 입증되었습니다. Sea Ray 590 선체에 이 기술을 사용하면서 유리섬유와 수지 사용량이 1,000파운드나 줄었습니다. 앞으로 2년에 걸쳐 다른 Brunswick 생산 시설 내 Bayliner, Boston Whaler 및 기타 Sea Ray 모델의 생산 라인에 MMS가 배치될 예정입니다.