양조 산업의 자동화

로크웰 오토메이션

한 양조회사가 스마트 제조 솔루션의 채택을 통해 성공적으로 생산 시간 단축과 전체 양조 능력의 증대, 원료와 생산 비용의 절감 및 품질 개선을 달성한 성공 사례를 살펴본다.
오레곤 주에 본사를 둔 양조회사 Full Sail Brewing. 크래프트 비어 및 계절성과 특별 미각의 주종들을 생산하는 이 회사는 맛 좋고 탁월한 품질의 맥주를 생산하기 위한 높은 품질 기준을 갖고 있다. 직원들이 주주인 이 회사는 하루 10시간, 일주일에 4일간만 근무한다는 일과 삶의 균형 중시의 문화도 지켜나가고 있다.
하지만 전통적 양조 과정은 일과 삶의 균형, 운영의 효율성 및 잠재적 수익이라는 목표들에 적잖은 장애 요소로 작용했다. 따라서 Full Sail은 미국 유수의 맥주 회사들이 가장 많이 채택하고 있는 양조 공정 완전 자동화 시스템으로의 업그레이드를 검토하게 됐다.
그러나 그러한 시스템의 투자 대비 수익을 달성하려면 시스템을 연중무휴 가동해야만 했는데, Full Sail의 경영진들은 그 때문에 그간의 기업 문화와 직원들에게 주어진 일과 삶의 균형이 희생되는 것도 원치 않았다.
Full Sail의 목표는 제품 질의 개선과 여과 공정의 효율성, 용량 및 처리량 극대화를 위한 양조 공정의 개선이었다. 아울러 자동화를 통해 작업자 의존도를 최소화하고 확장 가능 솔루션을 구축하며, 그 특유의 작업 일정들은 유지하면서도, 각 주종들이 전체적 환경에 미치는 영향은 최소화하기를 원했다.

양조 공정
Full Sail은 맥주의 기초를 형성하는 물과 분쇄 입자를 녹인 곡물 여과를 위해 여과조라는 수동식 양조 용기를 사용한다. 곡물 여과로 불리는 이 과정은 시리얼 곡물을 만들기 위해 뜨거운 물과 보리를 혼합 가공한다. 일정 온도에서 엿기름이 된 곡물은 전분을 생성하고, 남은 곡물은 발효 가능 당분으로 바뀌게 된다.
맥아당이 풍부한 물로 구성된 맥아즙은 남은 곡물 껍질에서 분리되어 펄펄 끓는 양조 컨테이너로 옮겨진다. 그 다음 맥주의 독특한 쓴 맛과 향기를 만들고 맥아당의 단맛과 균형을 이루기 위해 홉이 추가된다. 맥아즙은 냉각 후 효모와 혼합하여 포장 및 출하 전에 발효, 컨디셔닝 및 여과 공정을 거친다.
이 전통적 시스템은 그간 오랫동안 회사에 잘 적용이 되어 왔다. 그러나 2005년부터 2010년까지 Full Sail은 생산량을 매년 15%씩 늘려야만 했다. 이에 경영진은 향후의 예상 수요로 볼 때 자사의 기존의 수동식 곡물 여과 시스템은 한계에 다다랐고, 아울러 기존 시스템은 효율성 극대화와 비용 절감 및 품질 개선 노력에 장애가 된다는 점도 알게 됐다.
기존의 곡물 여과 시스템은 계속적인 데이터 수작업 테스트와 검토가 필요했다. 아울러 여과조에 든 곡물은 회사가 가축사료로 판매하는 부산물로, 여기에는 82%의 수분이 들어 있었다. 이는 곧 귀중한 액상 성분이 낭비되는 것이기도 했고, 육중한 폐기물의 운반 역시 많은 비용이 소요됐다. 이 부분에 있어서 동사는 비용이 낭비되고 있었으며, 특히 사용된 곡물을 농가들에게 넘길 때 많은 비용이 소요됐다.

전통 시스템의 자동화
이에 경영진은 완전 자동화 네트워크 곡물 여과 시스템으로의 전환을 결정했다. 동사는 오레곤 주 포틀랜드에 본사를 둔 Aurora Industrial Automation에게 제조 공정의 인텔리전스 전략 적용을 가능케 해주는 제어 및 정보 솔루션의 설계를 의뢰했다. Aurora사는 로크웰 오토메이션 파트너 네트워크 프로그램의 정보 솔루션 파트너사이다
이 최신 곡물 여과 시스템은 로크웰 오토메이션의 PlantPAx 프로세스 자동화 시스템을 적용하고 있다. Aurora사는 시스템의 일부로 PlantPAx LBSM(Logix Batch & Sequence Manager)을 채택했다. 이 시스템으로 Full Sail은 서버 기반 배치 소프트웨어 애플리케이션 없이 로크웰 오토메이션 소프트웨어의 FactoryTalk View HMI(human-machine interface)를 통해 Allen-Bradley ControlLogix 컨트롤러에 직접 시퀀스를 구성할 수 있게 됐다. 임의의 지점에서 배치 요구수준이 급증할 경우 Full Sail은 값비싼 재설계와 테스트 없이도 LBSM을 FactoryTalk Batch와 같은 포괄적인 소프트웨어 솔루션으로 전환할 수 있게 됐다. FactoryTalk 소프트웨어는 새로운 시스템에 대한 시각을 갖도록 해준다. FactoryTalk Historian은 EtherNet/IP 네트워크를 통해 PlantPAx에서 실시간으로 세분화된 생산 데이터에 대한 데이터 태그를 확인하고 수집한다.
여과 과정에서 60개 이상의 단계를 갖는 곡물 필터는 엄청난 양의 데이터를 생성한다. 이전 시스템에서 Full Sail은 각 양조 과정에서 약 4~5개의 데이터 포인트만을 수집했다. 최신 곡물 필터는 이제 250여 개의 데이터 태그를 수집할 수 있다. Full Sail은 FactoryTalk VantagePoint 소프트웨어를 사용하여 역할 기반 실시간 핵심성과지표(KPI)를 제공하는 사전 설정 대시보드에 해당 데이터를 수집하고 있다.

최신 솔루션의 활용
정보 기반 자동화 곡물 프로세스로 전환하는 즉시 그 결과가 나타났다. 가변 시간 범위를 통해 검색 가능한 실시간 데이터는 시스템 성능을 최적화하고 일괄 처리 과정에서 발생할 수 있는 불일치나 문제들도 교정해주었다.
확인용의 균일한 가상 데이터 소스 생성을 위한 보고 및 대시보드 소프트웨어는 새로운 히스토리언뿐만 아니라 레거시 시스템으로부터 즉시 도출이 가능하다. 단일한 특수 일괄 처리부터 광범위한 추세들에 이르는 정보들은 향후 양조 과정들에 즉시 적용될 수 있다. 양조 과정에 심각한 문제가 발생할 경우 해당 과정에 대한 정확한 통계 추적과 분석도 가능하다.
한편 이 회사의 제임스 에머슨 (James Emmerson) 브루마스터 실장은 “당사는 현재 20여종의 맥주를 생산 중”이라고 소개하면서 “각각의 일괄 공정을 담당하는 양조 작업자들은 이제는 이전의 양조 과정으로부터의 정보를 사용하여 주조 일자가 어제인지 또는 작년인지도 확인이 가능하다. 또한 성공적인 일괄 공정이 이뤄졌던 과거 통계를 확인하고 해당 정보를 바탕으로 새로운 양조를 최적화할 수 있다”고 설명한다.
이 PlantPAx 시스템을 통해 양조량은 25%나 증가했고, 각 양조 시간도 거의 절반으로 줄었다. 양조 작업자들이 양조 과정에 대하여 보다 잘 파악할 수 있게 됨에 따라 맥주 생산 또는 기타 효율성을 높이기 위한 대책들에 대해 보다 정확한 의사결정을 내릴 수 있게도 됐다. 예를 들어 작업자들은 요약 데이터들의 검토를 통하여 원료비용에서 년간 5% 감소한 부문들을 파악해낼 수 있었다.
이 회사는 사용한 보리에서 남은 수분을 더 많이 제거할 수 있었고, 이제 그 부산물은 수익으로 전환되고 있다. 아울러 지속가능성 목표 달성에 박차를 가하기 위해 매년 100만 갤런의 물 사용도 줄일 수 있을 것으로 전망하고 있다.
최신 시스템에 대한 100만 달러 규모의 투자 이후 단 3년 만에 원자재 절감과 사용 곡물 처리 비용 상의 이익으로 인하여 전체 투자 금액의 회수라는 성과를 거둘 수 있었다.
직원들의 일과 삶의 균형도 향상됐다. 최신 시스템을 통해 Full Sail의 양조 작업자들은 각 양조 단계들마다 공정 시간을 2시간 더 앞당길 수 있게도 됐다. 오전 4시와 자정 사이에 4개의 양조 생산 체계를 가지고 있던 이 회사는 이제 오전 6시부터 오후 10시까지 6개의 양조 체계로 생산 라인을 가동 중이다.