슬림하고 신뢰성 있는 공정

폭스바겐(VW)이 다양한 모델 조합의 생산을 합리화하기 위해 도장 전 공정 및
도장 공정에서 거치게 되는 차량 식별 시스템 업그레이드 과정에 대한 보고서

BIW(화이트바디) 공정부터 도장 및 최종 조립 공정에 이르기까지, 자동차 생산은 여러 단계의 긴 공정을 거치게 된다. 차체는 수많은 스테이션을 지나면서 연결, 용접, 밀봉, 전처리 등의 공정을 거치고 각 단계에서 작업이 완료되는 즉시 검사를 받는다. 이런 과정을 거쳐 고객이 원하는 사양에 맞는 최고 품질의 차량이 생산된다. 사양 정보를 포함한 차량 데이터는 일반적으로 RFID(무선인식) 태그에 기록된다. 이 태그에는 운송 스키드에 장착된 Read/Write 가능한 비접촉식 데이터 저장 장치가 들어 있다. 이 태그를 통해 공정의 중요한 지점에서 해당 차체를 정확하게 식별하여 차량을 완성하는 데 필요한 올바른 과정 및 제조 단계를 결정할 수 있다.

RFID를 통한 제품 식별 및 추적은 독일 하노버에 있는 VW 공장에서 수 년 동안 사용해 온 방식이다. 이 공장에서는 T5 밴 시리즈를 비롯하여 4-도어 포르쉐 파나메라의 차체도 생산하고 있으며 두 모델의 차체가 섞여서 도장 공정에 함께 들어간다. 따라서 수성 제품을 사용하는 `5a 공정’에서 5 레이어의 금속 도장 애플리케이션뿐 아니라 기존의 애플리케이션을 처리하는 3개 상도 라인의 용량을 최대로 활용할 수 있다. 잦은 색상 변경을 방지하기 위해 주문 제작되는 파나메라의 차체는 일괄 도장 처리가 가능하도록 분류하여 보관된다. 밴과 승용차의 도장이 끝나면 밴은 같은 위치에 있는 최종 조립 공정으로 이동하고 파나메라는 이른바 ‘진주목걸이`처럼 정렬되었다가 순서에 따라 철로를 통해 독일 라이프치히에 있는 포르쉐 공장으로 운반된다.

시스템 변경: 미래로의 회귀
차량 식별 기술을 교체한다는 결정이 이미 내려진 상태에서, VW의 기획자들은 RFID 기술로 완전히 이전하기 전에 시스템 변경을 시작할 필요가 있다고 판단했다. 새로운 시스템은 기본적인 용도 외에도, 교육 및 플랜트 유지보수를 간소화하고 미래의 환경 변화에도 대비할 수 있는 미래 지향적인 시스템이어야 했다. 예를 들어, 예비 부품의 가용성 보장에 못지않게 중요한 것은 일관성 있는 표준의 마련이었다. 향후 최대 10년까지도 부품을 사용할 수 있어야 하기 때문이다.

상황을 훨씬 어렵게 만든 것은 최종 구성 단계에서 차체와 RFID 태그를 포함하고 있는 스키드가 온도가 100°C까지 올라갈 수 있는 공정인 도장 라인과 후속 건조 공정을 거쳐야 한다는 사실이었다. VW의 차량 제작 기술 부서에서 컴퓨터 시스템 관리를 담당하고 있는 Meik-Axel Gensler는 "이런 온도에서 장시간을 견딜 수 있는 데이터 저장 시스템은 몇 가지 되지 않습니다. 우리 역시 가능하면 단순하고 신뢰성이 있으며 동시에 비용도 적절한 솔루션을 찾고 있었습니다."라고 말했다. 많은 테스트를 거친 끝에, 지멘스에서 개발한 MOBY D RFID 시스템이 많은 기준을 만족한다는 결론을 내리게 되었다. 이 시스템은 도장 공장에서의 데이터 처리 및 데이터 저장과 관련된 새로운 전략과 토폴로지를 제공하고 있다.

차체 또는 생산 관련 데이터를 모두 하드 미디어에 저장하고 개별 스테이션에서 읽는 대신, 새로운 시스템에서는 VW만이 장비 제조업체에서 지정한 고유 ID 태그를 읽을 수 있다. 이 ID 태그에는 차체 번호, 형상, 상부 구조, 색상 등과 같은 필수 특성들을 포함한 차량 마스터 데이터 레코드가 링크된다. 재료 헤드 컨트롤러(BMS-K) 작동을 통해 주로 재료 취급용 PLC를 사용하여 특정 섹션(전처리, 차체 하부 코팅, 밀폐 등 포함)의 자동화 시스템을 조정한다. 그런 다음 재료 흐름 시스템(MFS)으로 연결되어 하노버 공장 전체의 차량 흐름을 모니터링하는 차량 정보 시스템(FIS)으로 보내진다. BMS-K, MFS 및 FIS는 이중화 기능을 갖고 있으므로, 한 서브시스템이 고장 나더라도 데이터는 그대로 유지된다.

고장안전 성능 역시 도장 공장용 RFID 시스템을 선택하는 데 있어 결정적인 기준 중 하나였다. 지멘스 MOBY D 시스템의 MDS D139 태그가 선택된 이유가 바로 이 때문이다. 최대 220°C의 온도에서 연속 사용할 수 있도록 설계된 IP68/IPx9K 보호 등급의 MDS D139는 사실상 내구성이 완벽한 장치이다. 정상적인 작동 조건에서는 거의 있을 수 없는 일이지만 RFID 태그에 기계적 손상이 발생한 경우에는 간단히 데이터 미디어를 새로 설치하고 옆에 있는 바코드를 사용하여 Read/Write 장치를 통해 해당 데이터 레코드에 새로운 ID 태그를 연결할 수 있다. MOBY D 시스템의 또 다른 장점은 태그와 안테나 사이의 최대 Read/Write 간격이 600 mm라는 사실이다. 따라서 안테나 장착이 훨씬 자유롭고 취급 재료 및 처리/가공 장비 제작의 허용 오차가 커져 결과적으로 관련 비용도 절감할 수 있다.

통합 PROFINET 통신으로 이동
도장 공장의 차체 하부 코팅 섹션에 대한 전환을 완료한 후 135대 이상의 SLG D11S Read/Write 장치가 분산 제어 박스에 설치되었다. 보호 등급이 IP65인 ANT D5 RFID 안테나는 직접 장착 기술을 사용하여 컨베이어 라인에 설치되었다. MOBY D R/W와 로컬 SIMATIC 컨트롤러 간 통신은 PROFINET을 통해 이루어진다. 차량 마스터 데이터 레코드는 표준화된 파일 전송 프로토콜(FTP)을 사용하여 판독기에 의해서 BMS-K로 전송된다. 또한 통합 PROFINET 아키텍처가 여러 건물과 층에 산재된 설치물의 진단과 유지보수를 간소화한다. 이 시스템을 사용하면 중앙 위치에서 오작동 위치를 정확히 파악할 수 있으므로 시스템 중단 시간을 줄이는 데 도움이 된다.

MOBY D RFID 시스템의 성능에 반한 VW는 도장 공장의 나머지 모든 섹션에도 점차 동일한 하드웨어를 설치하게 되었다. 전환 기간 동안에도 작동은 계속되면서 이중 추적이 이루어져 생산 근로자와의 협력을 통해 조직적인 마이그레이션이 가능했다. 차체 제작 구역에서 컨트롤 빌딩의 임시 보관 장소로 보내질 때 파나메라 차체는 다른 운반 시스템으로 전환된다. 이 과정에서 다른 식별 시스템 간에 차량 데이터를 양도하거나 인수하는 작업이 수반된다. 도장 공장의 업스트림 영역에서는 온도 저항과 관련된 요구사항이 훨씬 적지만 제조 단계를 시작해야 하며 어느 정도는 차량 데이터를 사용하여 시각화하는 작업이 이루어져야 한다.

PROFINET 통신과 간소화된 유지 보수
이전 솔루션과 달리, 수동적 운영 시스템에서는 데이터 저장 장치를 배터리 없이 관리하므로 하드웨어 비용 절감 외에도 예상되는 유지보수 작업을 줄일 수 있다. 이는 파나메라 차체 생산에 어떤 애플리케이션을 사용할지 결정할 때도 이용된 중요 조건 중 하나였다. 추가 보호를 위해 유리 시트 아래 장착되는 RF380R R/W 장치는 PROFINET을 통해 SIMATIC 영역 컨트롤러에 직접 연결된다. 신용카드 크기의 RF360T 태그에서는 사실상 Read/Write 작업이 무제한 가능하다. 차체 제작에 필요한 모든 마스터 데이터는 이런 방식으로 저장된다. 따라서 필요한 작업이 자동으로 수행되도록 할 수도 있고 작업자가 로컬 HMI 장치의 지시에 따라 수행할 수도 있다.

컴퓨터 시스템 기술부 고문인 Andreas Freise는 "우리는 RF300 시스템을 선택했고 이를 위해 작성된 기능 블록(FB)을 갖고 있었으므로, 지금도 그렇고 앞으로도 누가 구현하든 관계없이 컨트롤러에 대한 일관되고 표준화된 연결을 보장할 수 있습니다."라고 설명했다. RF300 RFID 시스템은 이제 파나메라 차체를 생산할 때 가장 먼저 선택하는 장비가 되었다. 문제는 포르쉐 라이프치히 공장의 최종 조립용 컨트롤 빌딩에서 최적화된 `진주 목걸이`를 만들어 차체가 순서에 따라 철로로 운반되도록 하는 것이다. 운반 공간을 절약하기 위해 도장된 2개의 차체가 개별 차량 데이터가 하나의 RFID 태그에 작성된 채로 이중 운송 랙으로 운반된다.

현재까지 VW 하노버 공장에서 개량되거나 새로 구현된 RFID 애플리케이션이 오작동 없이 실행되고 있다. 구입비용이 적절했고 운영비용 역시 적절한 이 시스템은 현재 하루 800대 이상의 T5 밴과 최대 160대의 포르쉐 파나메라 생산 과정에서 유연한 작동을 보장하고 있다. 최대 220°C의 온도에서 연속 작동하더라도 지멘스의 MOBY D 라인의 MDS D139 태그(안테나 위쪽 커버)에는 무리가 가지 않는다. 약 135대의 R/W MOBY D SLG D11S 장치는 판독한 태그 ID를 PROFINET을 통해 SIMATIC 컨트롤러로 전송한다.

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