세계 최초의 유기 박막 태양광 솔루션 대량 생산업체인 Heliatek은 자동화된 대시보드를 사용하여 파일럿 생산 환경에서 통계적 공정 제어를 구축합니다.
도전
선구적인 광전지를 대규모로 제조하기 위해 Heliatek은 맞춤형으로 설계된 최첨단 제조 장비를 사용하여 고유한 롤투롤 생산 환경을 개발했습니다. 작업에 적합한 기성 상용 소프트웨어가 없었기 때문에 회사의 엔지니어들은 편차와 잠재적인 결함을 감지하기 위한 맞춤형 실시간 프로세스 모니터링 시스템을 만들어야 했습니다.
해결책
다목적 통계 소프트웨어를 찾던 Heliatek은 빠른 데이터 탐색을 위한 사용자 친화적인 시각적 도구와 고급 분석을 위한 정교한 통계 플랫폼을 모두 제공하는 JMP 라이센스를 결정했습니다. Heliatek 전반에 걸쳐 JMP의 그래프 빌더 기능은 회사가 제조 운영 규모를 확장함에 따라 프로세스 지식을 심화하는 데 필요한 데이터 탐색의 중요한 부분으로 간주됩니다.
결과
JMP로 개발된 맞춤형 스크립트 대시보드는 자동화된 경고 시스템을 사용하여 Heliatek의 제조 공장 운영자가 프로세스가 사양을 초과할 때 더 빠르게 대응할 수 있도록 해줍니다. 프로세스 통합 전문가들은 경보 대시보드만으로도 파일럿 생산에서 수율이 최대 5% 향상되었다고 추정합니다.
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기후 변화는 아마도 오늘날 세계가 직면한 가장 시급한 과제일 것입니다. UN이 제시한 실행 계획의 핵심은 전세계 화석 연료 의존도를 종식하고 지속 가능한 에너지 솔루션으로 전환하겠다는 약속입니다. 국제적인 과학적 합의는 현재 우려되는 대기 이산화탄소 수준을 완화하려는 노력이 적응과 결합되는 경우에만 성공할 것이라고 오랫동안 주장해 왔습니다. 전 세계의 정부, 조직 및 민간 시민은 지속 가능한 에너지로 전환해야 합니다. 다행히도 새로운 혁신으로 인해 이러한 적응이 더 쉬워졌습니다.
독일 회사인 Heliatek은 다양한 아키텍처(예: 수직)에 최적화된 태양광 설치에 대한 이전에 충족되지 않은 요구 사항을 해결하여 100% 녹색 전기 목표를 현실로 만드는 선구적인 유기 태양광 필름을 개발했습니다. 2006년 드레스덴 기술대학교와 울름대학교의 분사 회사로 설립된 Heliatek은 2011년 권위 있는 독일 미래상을 수상했으며 2015년 세계경제포럼에서 기술 개척자로 인정받았습니다.
Heliatek의 핵심 혁신 기술인 HeliaSol은 곡면 및 불규칙한 표면을 덮는 데 적합한 무독성, 초경량, 초유연성 태양광 필름입니다. "[HeliaSol]이 기존 태양광 발전과 다른 점은 특히 건물 부하로 인해 기존 태양광 발전이 다루지 않는 시장 부문을 포괄할 수 있다는 것입니다."라고 프로세스 통합 엔지니어 Torsten Weber는 설명합니다. 두께가 1mm 미만인 HeliaSol을 사용하면 건축가는 태양 에너지 생성 활동을 위해 구조물의 전체 표면적을 활용할 수 있습니다. 이러한 디자인 혁신을 통해 도시 건설 환경에서 에너지 중립성을 더욱 실현할 수 있습니다.
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파일럿부터 대규모 생산까지
2017년 Heliatek에 합류한 Weber는 회사의 파일럿 및 대량 생산 공장에서 수율 프로세스 최적화를 담당하는 팀의 일원입니다. Weber는 2020년이 회사의 첫 번째 산업 규모 생산 이정표가 되는 해로 맞춤형 롤투롤 생산 환경에서의 기술 이전으로 인해 몇 가지 독특한 과제가 발생했다고 말했습니다.
Weber는 “우리 제품은 정말 새롭고 혁신적입니다.”라고 설명합니다. “이것이 의미하는 바는 우리 기계가 독특하고 제작하기 어렵다는 것입니다. 따라서 우리의 데이터 입력과 데이터 스트림은 강력하게 맞춤화되어 있습니다.” 표준 장비는 일부 레거시 프로세스 지식과 통계적 프로세스 제어(SPC) 기대치를 갖고 도착하는 반면, Weber와 그의 동료들은 공장의 다양한 소스에서 여러 프로세스 및 기계 매개변수에 걸쳐 생산을 모니터링하여 프로세스 지식을 구축하기 위해 처음부터 시작하고 있습니다.
맞춤형 생산 환경을 위한 SPC 설정은 장비에서 수행되는 모든 측정에 대한 도량형 조사로 시작된다고 Weber는 설명합니다. 기준 실행과 실험을 조합하여 팹의 경고 한계에 대한 초기 아이디어를 검증해야 했습니다. 그런 다음 데이터 출력을 조정하여 우수한 SPC를 보장하는 데 필요한 데이터를 생성하는 동시에 스토리지 자원만 낭비할 수 있는 사용할 수 없는 데이터를 삭제했습니다.
효율적인 데이터 전략은 최적의 데이터 수집뿐만 아니라 편차에 대한 부지런한 기록에도 의존한다고 Weber는 말합니다. 실패로부터 배우는 것은 프로세스 개선의 핵심 부분이며, 통제할 수 없는 각 이벤트는 팀이 프로세스 한계에 대한 더 많은 정보를 배우는 데 도움이 됩니다. 그러나 사양을 벗어나는 프로세스를 실행하면 상용화 프로세스가 느려지고 폐기 비용이 추가될 수 있으므로 편차를 신속하게 찾아 수정하는 것이 필수적입니다. 응답 시간을 개선하려면 더 나은 솔루션이 필요했습니다.
이것이 바로 Weber가 JMP®에서 맞춤형 경고 대시보드를 만든 이유입니다.
맞춤형 경보 도구를 통해 운영자는 통제 불가능한 프로세스에 신속하게 대응할 수 있습니다.
Weber는 기존 경보 회로 기판에서 영감을 얻어 JSL(JMP 스크립팅 언어)을 사용하여 Heliatek 제조 시설용 맞춤형 대시보드를 구축했습니다. 이 대시보드는 공정 증착 속도가 정해진 기간 내에 사양을 초과할 경우 운영자에게 신속하게 경고합니다. “알람판에 가깝지만 작은 빨간색과 녹색 버튼이 모두 없습니다.”라고 그는 설명합니다. "그리고 JMP가 제공하는 통계 방법을 빠르게 적용할 수 있다는 장점도 있습니다."
Weber는 대시보드가 의도적으로 시각화를 염두에 두고 구축되었다고 설명합니다. 좋은 시각적 디자인을 통해 운영자는 어떤 프로세스가 통제 불능 상태로 운영되고 있는지 한눈에 이해할 수 있기 때문입니다. 대시보드에는 한 번에 여러 프로세스 매개변수가 표시되며 각 매개변수는 신호등처럼 색상으로 구분되어 프로세스가 얼마나 잘 작동하는지 나타냅니다. 데이터는 연속 루프로 업데이트됩니다. 즉, 언제든지 빠르게 살펴보는 것이 문제를 진단하거나 예측하는 데 도움이 될 수 있습니다.
바쁜 운영자가 항상 대시보드를 볼 수는 없기 때문에 시스템의 주요 기능은 이메일 형식으로 자동화된 경고를 생성하는 기능입니다. 한도가 초과되었음을 나타내는 매개변수가 빨간색으로 바뀌면 시스템은 자동으로 운전자, 교대 감독자, 엔지니어 등의 사람들 목록에 이메일을 보냅니다. 또한 JSL의 대안인 "Mail()" 기능은 내부 SMTP 서버를 통해 메일 전송을 실행합니다.
Weber는 JMP의 간단한 스크립트를 통해 대시보드 설정을 쉽게 조정하여 경고 시스템에 대한 규칙과 예외를 생성할 수 있습니다. JMP 소프트웨어의 그래픽 인터페이스와 내장된 데이터 시각화 기능은 대시보드 자체뿐만 아니라 프로세스 통합 팀이 사양을 벗어난 이벤트를 탐색하고 학습하는 능력에도 핵심입니다. 또한 사용자 정의된 HTML 스크립트를 통해 JMP를 사용하지 않는 사용자와도 그래프를 공유할 수 있으며, 이는 로딩 문제를 해결하고 추가 기능을 자동으로 다시 로드하는 데도 도움이 됩니다.
파일럿 생산에서 수율 1~5% 향상
Weber의 경보 대시보드는 출시 이후 통제 불능 프로세스에 대한 운영자의 반응 시간을 획기적으로 단축했습니다. 운영자가 경보를 빨리 받을수록 사람들을 더 빨리 모아서 해결책을 찾을 수 있으며 이는 수율을 높이고 불량품을 줄이는 데 연쇄 효과가 있다고 그는 말합니다.
"알람판 덕분에 파일럿 생산에서 수율이 약 1~5% 향상되었을 것입니다."라고 그는 말합니다. "작업에 따라 다르지만 일련의 실험과 실행을 바탕으로 보면 1~5%는 엄청난 개선이라고 생각합니다."
그는 이러한 성공의 상당 부분을 직관적인 시각화에 힘입어 다음과 같이 말했습니다. “저희 알람 보드를 사용하면 매개변수가 제어를 벗어나는 시기를 신속하게 확인할 수 있습니다. 매개변수가 여러 개인 경우에도 알람 보드뿐만 아니라 그래프 빌더를 생각할 때도 여전히 매우 쉽습니다.”
"우리는 상관 관계나 분포를 통해 빠른 개요를 얻기 위해 분석하려는 알람 보드와 기타 데이터 모두에 그래프 빌더를 사용합니다." Weber는 이를 "빠르고 지저분한 데이터 시각화"라고 부릅니다. 데이터 처리 및 탐색적 분석은 프로세스에 대한 더 깊은 프로세스 이해와 다양한 매개변수와의 상호 작용을 구축하는 데 도움이 됩니다.
JMP®는 데이터 시각화와 고급 분석을 모두 제공하는 원스톱 상점입니다.
사용자 친화적인 대화형 시각화는 Weber가 JMP 라이선스를 결정하기로 결정한 주요 고려 사항 중 하나였습니다. Weber는 이렇게 말합니다. "우리는 여기 [Heliatek에 있는] 대부분의 사람들이 사용할 수 있는 분석 소프트웨어를 갖고 싶었습니다."
다른 패키지에서는 그래픽 기능을 제공하고 오픈 소스 코딩 언어를 사용하여 맞춤형 대시보드를 만들 수도 있었지만 JMP의 장점은 이 두 가지 기능을 모두 제공한다는 것입니다. Weber의 팀은 아직 팹 수명 중 DOE(실험 계획법)가 유용한 지점에 도달하지 못했지만 Weber는 이 기능을 곧 사용할 것으로 예상한다고 말합니다.
"JMP는 DOE와 나에게 필요할 수 있는 기타 모든 통계 분석과 같은 흥미로운 기능도 갖춘 정말 매력적이고 사용하기 쉬운 소프트웨어입니다."라고 그는 말합니다. “이 도구를 갖고 이 도구로 코딩할 수 있다는 것은 정말 멋진 일입니다. JMP에는 데이터를 분석하고 스크립트를 사용하여 자체 응용 프로그램을 구축할 수 있는 소프트웨어가 있습니다. JSL을 사용하면 많은 것을 빠르게 배울 수 있습니다.”
딥 러닝 애플리케이션을 위한 길을 닦다
데이터 스트림과 제조 시스템이 점점 자동화됨에 따라 Weber는 대시보드와 연속 루프 데이터 시각화에서 훨씬 더 큰 역할을 할 것으로 예상한다고 말합니다. 적지 않은 시간 내에 Heliatek은 더 많은 데이터 프로세스를 완전히 또는 부분적으로 자동화할 것이며, 디지털화된 시스템은 알고리즘을 사용하여 통제 불능 이벤트 경고를 학습하고 대응할 수 있습니다.
Weber는 “최적화에 대한 끝없는 이야기가 될 것입니다.”라고 말합니다. 그리고 그것은 좋은 일입니다. Heliatek과 같은 선구적인 기업의 지속적인 혁신 주기는 기후 위기를 해결하는 데 도움이 됩니다. 유기 태양광 필름의 생산이 증가함에 따라 더 많은 건물이 완전히 에너지 중립을 지닐 수 있게 되었습니다.
