펄프 및 제지 산업을 위한 데이터 분석

데이터 분석 소프트웨어로 생산 비용을 절감하세요

펄프 및 제지 생산량을 높이면서도 일관성과 품질을 유지하는 것은 어려운 과제입니다. 생산성 향상을 추구하다 보면 장비에 상당한 부담이 가해집니다. 생산 중단은 막대한 손실을 초래할 수 있으며, 생산량 변동성은 품질 저하로 이어집니다. 따라서 장비에 무리를 주거나 손상시키지 않으면서 생산량을 일관성 있게 유지하거나 향상시키는 모든 방안은 비용 절감에 크게 기여할 수 있습니다.

데이터 분석 소프트웨어는 제지 공장이 값비싼 신규 장비를 구매하지 않고도 비용을 절감하고 품질을 향상시킬 수 있는 대안을 제공합니다. 소프트웨어를 활용하여 공정을 최적화하고 제어하면 폐기물 감소, 효율성 향상, 장비 수명 연장 등 큰 효과를 볼 수 있습니다.

소프트웨어만으로 프로세스 지식과 성과를 향상시키세요

SIMCA^® 다변량 데이터 분석(MVDA) 소프트웨어는 원자재 사용 효율을 높이고 생산량을 증대하며 장비 마모를 줄이기 위해 생산 공정을 조정하는 방법을 제공합니다. SIMCA^®는 수율, 생산량, 품질 매개변수와 같은 과거 공정 데이터를 활용하여 최적의 성능을 발휘하는 생산 공정 모델을 구축합니다. 또한 회수 보일러를 포함한 증기 및 발전 공정을 최적화하여 연료비를 절감하고 배출량을 관리하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

데이터 분석 소프트웨어로 생산 공정을 최적화하세요

펄프 및 제지 공장의 생산 성공은 복잡한 공정과 제지 기계 및 보조 장비를 포함한 다양한 장비 사용으로 인해 여러 요인에 의해 좌우됩니다. 싸토리우스(Sartorius)의 다변량 데이터 분석 소프트웨어 SIMCA^®는 포괄적이면서도 사용하기 쉬운 도구 세트를 제공하여 과거 생산 데이터를 분석하고 최종 품질, 수율, 지속 가능성 및 기타 중요한 최적화 목표를 달성하는 데 가장 큰 영향을 미치는 요인을 파악합니다. 이러한 최적화 프로세스의 궁극적인 목표는 원자재부터 최종 제품에 이르기까지 완벽한 가시성과 품질 예측을 확보하는 것입니다.

다변량 변수에 대한 계수 플롯은 보일러/증기 터빈 발전 및 증기 발생 장치의 작동 상태를 NO 생성량과 관련하여 나타내는 스코어 플롯의 한 지점입니다. 이 플롯은 원래 변수들이 해당 지점에 미치는 영향을 가장 강한 양의 영향(빨간색)부터 가장 강한 음의 영향(파란색)까지 순위별로 보여줍니다. 이를 통해 NO 생성량을 최적화하기 위해 어떤 요소를 강화하고 어떤 요소를 줄여야 하는지 한눈에 파악할 수 있습니다.

다변량 공정 데이터 분석의 가장 두드러진 장점 중 하나는 정보량을 줄일 수 있다는 점입니다. 수백 개의 변수를 포함하는 수년간의 과거 공정 데이터를 단일 그래프에 표시할 수 있습니다. 게다가 전체 공정 데이터는 손실 없이 저장되며, 위의 계수 그래프와 같은 도구를 사용하면 어느 지점에서든 드릴다운이 가능합니다. 이를 통해 각 지점에서 가장 큰 영향을 미치고 공정을 주도하는 변수를 파악할 수 있습니다. 또한 숨겨진 상관관계와 인과관계를 밝혀내어 공정에 대한 추가적인 통찰력을 얻을 수 있습니다.

이러한 이유로 다변량 데이터 분석은 교육에 매우 유용한 도구입니다. 신입 작업자는 다양한 부품들이 어떻게 상호 작용하는지, 그리고 어떤 변수들이 이러한 상호 작용을 좌우하는지 파악함으로써 제분기의 기능을 훨씬 더 잘 이해할 수 있습니다. 또한, 숙련된 직원들의 지식을 검증하는 데에도 도움이 되며, 이들이 은퇴하더라도 지식이 손실되지 않도록 하는 추가적인 이점도 제공합니다.

데이터 분석을 활용하여 생산 최적화와 관련하여 일반적으로 제기되는 질문에 대한 답변은 다음과 같습니다.

생산 최적화 측면에서 공장 운영에 가장 큰 영향을 미치는 요인/변수는 무엇입니까?
이러한 영향 요인들은 발전소의 운전 모드 또는 부하 수준에 따라 어떻게 달라지나요?
어떻게 하면 이러한 것들을 활용하여 항상 최대한 환경 친화적으로 운영할 수 있을까요?
제가 미처 파악하지 못한 운영에 영향을 미치는 요인들 사이에 인과 관계가 있는 걸까요?

펄프 및 제지 산업에 모델 기반 공정 제어를 도입합니다.

공정을 최적의 상태로 유지하는 가장 효과적인 방법 중 하나는 실시간 공정 모니터링 및 제어입니다. 즉각적인 시정 조치를 통해 낭비를 줄이고 효율성을 향상시킬 수 있습니다. SIMCA^®-online을 사용하면 생산 공정에 대한 확신을 얻고 더욱 일관된 제품 품질을 확보할 수 있습니다.

설치가 간편하고 효과가 빠르게 나타납니다.

펄프 및 제지 공정을 비롯한 모든 공정에서 운영을 모니터링하고 제어하려면 공장 레이아웃에 따라 분산 제어 시스템(DCS) 또는 제조 실행 시스템(MES)에 제어 프로그램을 연결해야 합니다. 싸토리우스(Sartorius)의 제어 소프트웨어 SIMCA^®-online은 DCS 또는 MES와 통신하며, DCS 또는 MES를 대체하는 것이 아니라 감독 제어 기능을 제공합니다.

데이터 분석을 활용한 모델링은 여러 개의 단일 변수 관리도를 하나의 다변수 관리도로 통합하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 정보 깊이 축소는 손실 없이 이루어지므로, 관리도의 어느 지점에서든 드릴다운 기능을 사용하여 편차의 근본 원인을 파악하고 시정 조치를 취할 수 있습니다.

다변량 공정 제어 설정은 상당히 간단합니다. 다음은 일반적인 시나리오이며, 세부 사항은 상황 및 고객 우선순위에 따라 조정될 수 있습니다.

범위, 자원 및 요구 사항을 정의합니다.
다변량 분석 소프트웨어를 설치하세요
데이터 과학자 컨설팅 서비스를 이용하거나, 후속 작업을 수행할 수 있도록 직원을 교육하십시오.
목적에 맞는 적절한 데이터 세트를 결정하고, 그 데이터 세트는 대부분 데이터 히스토리안에서 가져옵니다.
조사 대상 프로세스를 주도하는 가장 영향력 있는 변수를 찾아 이를 기반으로 다변량 모델을 구축하십시오.
모델을 온라인 모니터링 소프트웨어에 업로드하면 바로 사용할 수 있습니다.

IT 설비에 대한 접근이 가능하다면, 컨설팅 및 교육을 포함한 모든 단계는 외부인이 공장 구내에 방문하지 않고 원격으로 수행할 수 있습니다.

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예측적 또는 처방적 제어를 달성하세요

실시간 모니터링의 또 다른 장점은 예측 제어입니다. SIMCA^®-online은 공정의 진행 상황을 예측하고 최적 모델에서 벗어나는지 여부를 판단할 수 있습니다. 이를 통해 변수를 조기에 변경하는 예방적 조치를 취할 수 있으며, 이는 폐쇄 루프 방식으로 자동 또는 수동으로 수행할 수 있습니다.

모니터링에서 폐쇄 루프까지의 감독 제어

SIMCA^®-online을 이용한 공정 제어 개략도입니다. 이 프로그램은 여러 데이터베이스를 통해 DCS 또는 MES에 연결되며, 이 데이터베이스들은 다시 데이터 네트워크에 연결됩니다. 제지기와 하나 이상의 다양한 보조 장치들이 동일한 네트워크에 연결됩니다. SIMCA^®-online 서버는 이러한 데이터베이스에서 데이터를 읽어오고, 히스토리안 또는 배치 데이터베이스(사용 가능한 경우)에 데이터를 기록할 수 있으며, 필요에 따라 DCS/MES에도 데이터를 기록할 수 있습니다.

도식에 나타낸 것과 같은 구성은 단순 모니터링부터 폐루프 제어에 이르기까지 다양한 공정 제어에 사용할 수 있습니다. 모니터링의 경우, SIMCA^®-online은 입력되는 공정 데이터를 이상적인 공정 모델과 비교하여 2σ 및 3σ 편차 한계를 함께 표시하는 단일 다변량 관리 차트에 나타냅니다. 따라서 작업자는 공정이 이상적인 상태에서 너무 멀어지는 시점을 쉽게 확인할 수 있습니다.

예측 제어는 한 단계 더 발전된 기술입니다. 이 경우 소프트웨어는 과거 데이터 분석을 통해 얻은 지식을 바탕으로 현재 공정의 진행 상황을 예측합니다. 일정 시간 동안 공정을 실행한 후에는 공정 결과(수율, 품질 매개변수)를 예측하거나 향후 공정이 통제 불능 상태에 빠질 가능성을 예측할 수 있습니다. 후자의 경우, 사람이 눈으로 이상 징후를 감지하기 훨씬 전에 작업자에게 경고를 보내는 데 사용할 수 있습니다.

가장 진보된 기능은 예측 제어입니다. 이는 중요한 설정 변경에 대한 알림을 제공하는 기능을 예측 제어에 추가합니다. 즉, 작업자는 공정 편차를 방지하기 위해 재설정해야 할 매개변수 값을 알 수 있습니다. 이를 '미래 예측'이라고 합니다. 필요에 따라 변경 사항을 DCS/MES에 자동으로 기록하여 폐루프 제어로 구현할 수도 있습니다.

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데이터 분석 소프트웨어는 자본 설비 투자보다 비용이 훨씬 적게 들고, 일반적으로 허가가 필요하지 않으며, 새로운 장비를 설치하는 것보다 구현 속도가 빠릅니다.

자본 투자(소프트웨어 대비)

광범위한 공식 예산 검토와 높은 비용이 수반됩니다.
여러 공급업체와의 협업을 통해 구현하는 데 상당한 시간이 소요됩니다.
허가 및 규제 요건이 적용될 수 있습니다.
신규 인력 채용 및/또는 광범위한 교육을 요구하십시오.
구현 중 작업 속도가 느리거나 중단될 수 있습니다.

배출량 감소: 데이터 분석을 활용하여 열 및 발전 설비를 최적화하세요

투자수익률 및 절감 효과 결과

SIMCA^® 및 SIMCA^®-online을 도입하여 공정 최적화 및 제어를 구현한 펄프 및 제지 공장의 투자 수익률(ROI)은 연간 6배에서 9배 이상입니다. 즉, 기업은 이 소프트웨어를 통해 단 몇 달 만에 수백만 달러를 절감할 수 있습니다.

향상된 회수 보일러 효율

한 펄프 제지 회사의 목표는 회생 보일러의 효율을 개선하고 연료비를 절감하는 것이었습니다.

공장 관리자는 증발기 성능 향상을 통해 흑액 고형분 함량을 1% 개선하면 연간 20만 달러 이상의 연료 절감 효과를 볼 수 있다고 계산했습니다.
SIMCA^®를 사용하여 공정을 개선함으로써 고형분 함량이 0.5% 증가했습니다.
향후 1년간 예상되는 개선율은 1~2%로 추산되었습니다.

제품 품질의 실시간 평가

제지 전문 기업 두 곳이 제품 품질의 실시간 평가를 위해 SIMCA^®와 SIMCA^®-online을 도입했습니다.

실시간으로 품질을 평가하고 실험실 테스트에 대한 의존도를 줄임으로써, 이 회사는 등급 변경 시 시동 시간을 최대 50%까지 단축하는 동시에 한 대의 기계에서 생산량을 최대 25톤까지 늘릴 수 있었습니다.
이로 인해 한 대의 기계에서 약 30만 유로에 달하는 비용 절감 효과를 거두었습니다.
또 다른 사례로, 신규 고객이나 신제품에 대한 시험 실행 실패 횟수를 50회 중 0회로 줄일 수 있어 재작업에 드는 비용과 시간을 크게 절감할 뿐만 아니라 회사 평판에도 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

화학물질 소비를 줄이세요

한 고객이 SIMCA^®-online을 사용하여 탄산음료 낭비를 줄이고 재료비를 절감했습니다.

침전조의 pH를 조절함으로써 황산을 정확하고 시기적절하게 투입하여 일정한 이상적인 수준을 유지할 수 있었습니다.
황산 및 탄산나트륨 손실로 인한 절감액은 연간 12만 달러 이상으로 추산되었습니다.

데이터 분석을 활용하여 열 및 전력 설비를 최적화하세요

자본 지출 없이 배출량을 줄이세요

소프트웨어를 사용하여 전력 생산을 최적화하고 배출가스를 제어하는 것은 새로운 장비를 구매하는 것보다 훨씬 비용이 적게 들고, 허가 관련 번거로움도 피할 수 있습니다.

프로세스 최적화 및 제어

데이터 분석 소프트웨어는 제조 과정에서 프로세스를 최적화하고 관리하는 데 도움을 줍니다.

예기치 않은 가동 중단 시간을 줄이세요
전반적인 설비 효율(OEE)을 개선합니다.
원자재 활용률 향상
여러 화면 대신 하나의 관리 차트로 모니터링하세요.
결함을 신속하게 파악합니다
모델을 구축하고 결과를 예측하세요

예기치 않은 가동 중단 시간을 줄이세요

계측 장비에서 수집된 데이터를 다변량 방식으로 분석하면 생산 설비의 장기적인 운영 상태를 관리하고, 계획되지 않은 가동 중단 시간을 줄이며, 고장을 예방할 수 있습니다. 마모를 유발하는 모든 요인에 대한 통계 분석을 통해 장비 수명을 연장하거나 공정 간 가동 중단 시간을 단축할 가능성이 가장 높은 운영 설정 또는 공정을 파악하고, 나아가 예측 유지보수까지 구현할 수 있습니다.

전반적인 설비 효율 향상

전반적인 설비 효율(OEE)은 제조 생산성을 측정하는 데 있어 가장 표준적이고 효과적인 지표입니다. OEE는 제조 시간 중 실제로 생산적인 시간의 비율을 객관적으로 측정해 줍니다. OEE를 측정하고 근본적인 손실 및 병목 현상을 분석함으로써 제조 공정을 체계적으로 개선하는 방법에 대한 중요한 통찰력을 얻을 수 있습니다.

원자재 활용률 향상

적절한 데이터 분석 도구를 사용하면 화학 물질, 광물 및 기타 원자재의 구성을 평가하여 생산 요구 사항을 충족하는지 확인할 수 있습니다. 이를 통해 최종 제품의 품질에 영향을 미치거나 생산 배치를 망칠 수 있는 저급 원자재 사용을 방지할 수 있습니다. 또한 원자재의 적정량, 온도, 구성 또는 기타 관련 특성을 파악하여 공정을 최적화하고 폐기물을 최소화하면서 최고 품질의 제품을 생산할 수 있습니다.

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통합 관리도를 구하세요

일반적인 공정 모니터링 애플리케이션에서는 작업자가 여러 개의 관리도를 살펴보고 편차를 모니터링해야 합니다. 여러 관리도를 하나의 관리도로 통합하여 모든 변수를 동시에 모니터링하고 공정이 최적 경로에서 벗어나기 시작할 때 경보를 받을 수 있다면, 특히 인력이 부족한 환경에서 큰 도움이 될 수 있습니다. 드릴다운 기능을 통해 편차의 근본 원인을 즉시 파악할 수도 있습니다.

결함을 신속하게 식별하세요

통계적 공정 모니터링을 도입하면 제품, 자재, 장비 또는 공정상의 결함을 더욱 신속하게 파악할 수 있습니다. 궁극적으로 이는 전반적인 생산 품질 향상, 공정 편차 감소, 불량품 발생률 감소로 이어질 것입니다.

모델 전략을 수립하고 결과를 예측합니다.

다변량 분석 모델은 시간에 따른 품질 매개변수를 예측하는 기반을 제공합니다. 이를 통해 최종 핵심 품질 속성을 높은 신뢰도로 예측할 수 있습니다. 제조업체는 고급 데이터 분석을 활용하여 다양한 생산 투입 요소의 영향을 비교 및 측정할 수 있으며, 이를 통해 생산량에 영향을 미치는 예상치 못한 상관관계를 발견할 수 있습니다.