화학 및 제약 산업에서 제품 수명 주기가 나날이 짧아지고 있다.

독일의 과학 기술을 견인하면서 의료, 생명과학, 전자장비 부문에서 맹활약 중인 Merck KGaA는 시스템 구성을 쉽게 생성 및 업데이트하고 실험 단계에서 생산 단계로 신속하게 업스케일링할 수 있는 새로운 솔루션을 모색하고 있었다.

이 회사는 zenon으로 고품질의 POL(Process Orchestration Layer, 프로세스 오케스트레이션 레이어)에서 MTP 표준에 따른 모듈화를 출시했다. 시간도 단축했다. Merck가 공정 개선 과정에서 신제품 출시 시간 단축을 중요하게 고려했기 때문이다.

Merck는 공정 개선 과정 최적화를 위해 새로운 접근법인 MTP(Module Type Package) 표준에 기반한 모듈화를 채택하기로 결정했다.

Merck 공정 개발 부문 부책임자인 Manfred Eckert는 본보에 공개한 자료에서 '처음에는 MTP가 아직 미성숙한 기술로 생각해 진지하게 고려하지 않았다. COPA-DATA의 설득으로 파일럿 프로젝트에 MTP/POL 표준을 반 년 정도 테스트한 결과, 초기 경험을 통해 확신을 갖고 메인 프로젝트에 적용하기로 결정했다'고 밝혔다.

역동적인 솔루션의 필수 조건은 뛰어난 유연성
Merck의 실험실 시설은 펌프, 교반기, 소분 모듈 등 각종 실험 장비에 장착된 증기 후드 등 120개 정도다. 과거에는 서로 다른 모듈을 활용한 실험이 각각 수작업으로 수행되거나 구식 실험실 관리 시스템을 활용했다.

결국, 실험실 설정의 잦은 재구성은 많은 시간과 비용 지출을 초래하는 결과를 가져왔다.

COPA-DATA의 핵심 계정 담당 시니어 테크니컬 컨설턴트인 Christof Franzke는 같은 자료를 통해 '실험실만큼 역동적인 환경은 찾기 힘들다'며, '거의 매일 실험을 위해 세팅하고 모듈형 자동화가 엄청난 잠재력을 발휘할 수 있는 분야'라고 설명했다.

파일럿 프로젝트가 성공적으로 마무리된 후 Merck와 COPA-DATA는 새 실험실 시설에서 60개 증기 후드와 관련 공정 모듈을 자동화하기 시작했다. MTP 인터페이스는 개별 디바이스별로 생성됐다. 이는 POL을 통한 후속 자동화 및 오케스트레이션을 위한 전제 조건이다.

MTP의 주요 기능 중 하나는 모듈 프로필을 매우 작게 구성할 수 있다는 것이다. 필수 인터페이스를 구성하기 위해 하드웨어나 제조업체에 구애받지 않고 다양한 규모의 다양한 제어 시스템을 사용할 수 있다. 이에 따라 모든 모듈에 값비싼 PLC를 장착하지 않아도 됐다.


실험실 연구원들을 위한 Plug & Produce
이 프로젝트의 목표는 실험실의 기술자들이 별도의 프로그래밍 지식 없이도 실험실 설정에 필요한 모듈을 추가할 수 있도록 하는 것이다. 이를 통해 최대한의 유연성을 확보하고 많은 시간을 절약하려는 노력을 기울였다.

MTP의 기능과 원리는 프린터 드라이버에 비유할 수 있다. 드라이버 소프트웨어는 프린터와 함께 제공한다. 모든 PC에 연결하고 추가 프로그래밍 지식 없이도 프린터를 제어할 수 있다.

'plug and play' 방식이어서 연결 즉시 인쇄 또는 스캔 등의 서비스를 이용할 수 있다. 공정 산업에서 '플러그 앤 프로듀스(Plug and Produce)'라는 개념은 이 같은 아이디어에서 유래했다.

MTP 기술은 사용자가 여러 공정 모듈을 매우 신속하고 쉽게 생산 시스템으로 조합해 오케스트레이션하고 운영할 수 있도록 한다. 모듈에는 자체 인텔리전스가 있으므로 네트워크 연결만으로도 POL에서 작동한다. 추가적인 프로그래밍은 필요하지 않다. 언제든지 목표한 공정에 맞게 시스템 구성을 변경할 수 있다. 통신은 OPC UA 개방형 통신 프로토콜을 통해 이뤄진다.


실험 설정에서 높은 재현성
모듈형 자동화는 공정 개발에서 사용 용이성, 유연성 및 출시 시간 단축 외에도 개별 시험 설정의 높은 재현성을 갖고 있다. 이는 POL의 레시피에 따른 실험 셋업 관리 및 시각화 이상의 역할로 실현한다.

실험에서 얻어진 데이터는 zenon Report Engine으로 기록, 보고한다. 개발 과정에서 특정 레시피를 지정하면 동일한 프레임워크 파라미터로 동일한 제조 공정을 계속해서 재현할 수 있다. 정의된 파라미터를 실험실 기술자들이 수동으로 문서화할 필요가 없으며 문서화 및 품질 보증이 어렵지 않다.

애자일 프로젝트 관리로 POL 개발
모듈형 자동화의 롤아웃과 POL에서의 통합에 약 2년 정도가 소요됐다.

Manfred Eckert는 '놀라울 정도의 짧은 기간에 이뤄진 프로젝트로, 높은 수준의 민첩성을 그 이유로 들 수 있다. 프로젝트 전까지 Merck의 요건을 충족하는 POL은 없었다. 그래서 우리는 프로젝트를 진행하는 과정에서 POL을 개발했다'라고 전했다.

프로젝트 참가자들에게 중요한 과제는 촉박한 일정만이 아니었다. MTP 기술의 출시와 병행해 Merck에는 IT와 생산 간의 격차를 좁히는 것을 목표로 새로운 IT 인프라가 구축됐다. 생산에서 보안 요건을 충족하고 24시간 가용성을 보장하기 위해 새로운 IT 인프라에 POL을 바로 임베드함과 동시에 VDI/VDE 2658 표준이 업데이트 됐으며 프로젝트 구축에서 반영됐다.

현재 Merck는 미국에서 추가로 MTP를 출시할 계획이다. 새로 자동화된 공정은 생산 시설이 밤새도록 무중단 가동할 수 있는 높은 수준의 신뢰성을 가져야 한다. 특히, 화학 물질을 취급하는 경우 안전을 위협하는 리스크를 제거해야 하므로 아주 중요하다.

미래로 나아가는 길
Manfred Eckert는 'zenon POL은 POL 기능을 거의 포괄적으로 갖춘 시중 최초의 POL'이라며, '시스템을 공동 개발할 수 있는 기회를 갖게 된 것과 향후 공정 개선에 유용하게 활용할 수 있을 것'이라고 말했다. 이어 그는 '지속적인 조정, 변경, 최적화를 실현할 수 있는 좋은 협력 경험을 했고, 앞으로도 COPA-DATA와 함께 POL을 계속 최적화해 나갈 계획'이라고 밝혔다. [정리=김지성 기자]