KHS 사례: zenon 기반 음료 충전·포장 라인 HMI 표준화 | COPA-DATA

전 세계 60여 개국에 지사를 두고 약 4,400명의 임직원을 보유한 KHS는 음료 산업 전용 충전 및 패키징 설비를 개발·공급합니다. 음료 제조, 충전, 포장은 수많은 정밀 공정이 유기적으로 맞물려 운영되므로, 현장 작업자가 장비를 직관적으로 조작할 수 있는 환경이 필수적입니다. 복잡한 공정 환경을 단일 플랫폼으로 통합하기 위해 KHS는 표준화된 관제 솔루션인 ClearLine HMI를 도입했습니다.

프라운호퍼 IAO 협력을 통한 인간 중심 설계(HCD) 

KHS는 프라운호퍼(Fraunhofer) IAO 연구소와 협력하여 다양한 숙련도를 가진 현장 작업자의 실제 요구사항을 반영한 HMI를 설계했습니다. 기능성과 가독성을 결합하여 작업자가 일상적인 설비 운용 과정에서 빠르게 적응할 수 있도록 설계하는 것이 목표였습니다. 양측은 생산 라인과 개별 장비에서 실무를 담당하는 작업자들의 업무 패턴을 분석했으며, 개별 기계를 넘어 전체 생산 라인 아키텍처 전반에 걸친 표준화를 달성하는 데 집중했습니다.

사용자 테스트와 개발진의 공정을 거쳐 정보 아키텍처와 네비게이션 메커니즘이 정의되었습니다. KHS GmbH 기술 관리 부문 부사장인 페터 슈텔터(Peter Stelter) 박사는 다음과 같이 설명합니다. "우리의 목표는 고객에게 통일된 표준 HMI 플랫폼을 제공하는 것이었습니다. 현장 작업자들이 복잡한 교육 과정 없이도 원하는 언어로 생산 라인의 장비를 조작할 수 있도록 보장하고자 했습니다. 현장 운영의 효율성을 위해서는 조작의 직관성과 친숙함이 매우 중요합니다."

zenon 기반의 HMI 아키텍처 설계 

ClearLine HMI를 위한 새로운 개념 외에도, KHS와 프라운호퍼 IAO는 다양한 HMI/SCADA 솔루션의 성능과 기능 범위를 검토했습니다. 신중한 평가 끝에 KHS는 새로운 ClearLine HMI 구현을 위해 COPA-DATA의 zenon을 채택하기로 결정했습니다. “zenon HMI/SCADA 플랫폼은 당사의 기계와 생산 라인에 필요한 기능을 정확히 제공합니다. zenon 소프트웨어는 정교하게 개발된 그래픽 표시 기능을 갖추고 있으며, 수많은 HMI 요소가 이미 표준으로 포함되어 있습니다. 또한 사용자 관리 및 접근 권한, 레시피 및 유형 관리, 프로토콜 및 경보 관리에 대한 포괄적인 기능들도 갖추고 있습니다.”라고 KHS GmbH 기술 관리 부서의 제품 관리자 카르스텐 폴머(Karsten Vollmer)는 설명합니다. “게다가 zenon은 다른 시스템과의 인터페이스를 구축할 수 있는 옵션도 제공합니다. 이러한 유연한 확장성은 장기적인 관점에서도 우리에게 매우 중요합니다.”

표준화되고 직관적인 사용자 인터페이스

HMI 설계의 핵심은 이종 시스템 간의 상호작용, 생산 라인 모니터링, 그리고 신속한 장애 대응입니다. 콘텐츠와 기능을 명확하게 배치하여 작업자의 시선이 핵심 데이터에 집중되도록 설계했습니다. 일관된 제어 컴포넌트를 사용하여 작업자가 화면을 직관적으로 파악할 수 있으며, 데이터 초기화, 필터링, 저장 등의 기능은 아이콘으로 시각화되었습니다. 출력 필드에는 실시간 공정 값이 지연 없이 표시됩니다.

가독성을 높이기 위해 UI 배경색으로 안트라사이트(Anthracite) 컬러를 적용하여 산업 현장 조명 아래에서도 가독성을 높였습니다. 또한 3D 입체 효과 대신 기능 중심의 구조화된 2D 디스플레이를 채택하여 모니터링 시 작업자의 인지 부하를 낮췄습니다.

체계적인 화면 레이아웃과 디자인

모든 KHS 설비에 적용되는 표준화된 HMI 화면은 상단의 시스템 및 사용자 정보 바, 상태 표시줄, 글로벌 네비게이션 메뉴, 메인 뷰, 그리고 개별 설비 제어 영역으로 구성됩니다. 네비게이션 바에는 이송, 세척, 충전, 라벨링, 블로우 성형, 밀봉 등 공정별 픽토그램이 표시됩니다. 메인 뷰에서는 선택한 생산 라인과 기계 구성 요소의 상세 파라미터가 제공되며, 작업 단계별 가이드가 함께 노출됩니다. 메인 메뉴를 통해 언어 변경, 로그인, 생산 모드 및 레시피 관리를 제어할 수 있습니다.

즐겨찾기 및 장애 대응 기능

ClearLine HMI에 도입된 즐겨찾기 기능을 통해 작업자는 자주 사용하는 화면과 기능에 빠르게 접근할 수 있습니다. 또한 도움말 기능은 텍스트와 일러스트를 함께 제공하여 현장 적응을 돕습니다.

장비 관련 경보는 상태 표시줄에 명확히 노출됩니다. 오류 조치 가이드와 함께 심각도별 컬러 테두리(파란색: 고장, 노란색: 경고, 흰색: 정보)가 적용되어 작업자가 문제의 우선순위를 파악할 수 있습니다.

RFID 기반 역할 기반 접근 제어(RBAC)

KHS는 zenon에 내장된 사용자 관리 기능을 통해 역할 기반 접근 제어(RBAC)를 구현했습니다. 기계 운영자와 유지보수 담당자가 직무에 필요한 권한만 행사할 수 있도록 설정됩니다. 카르스텐 폴머는 다음과 같이 설명합니다. "zenon의 사용자 관리는 보안 표준을 구현하는 데 필요한 요소를 제공합니다. 세부적인 사용자 프로필 설정, 감사 트레일(Audit Trail)을 통한 이력 추적, 로그 파일 보관 등이 지원됩니다."

zenon Everywhere App을 활용한 모바일 관제 

KHS는 사용자가 HMI/SCADA 데이터를 스마트폰에서 실시간으로 확인할 수 있도록 zenon Everywhere App을 활용하고 있습니다. 인증은 zenon 사용자 관리 기능을 통해 이루어집니다. 이를 통해 엔지니어와 경영진은 모바일 기기로 생산 라인과 개별 장비의 상태를 조망할 수 있습니다. 상세 화면에서는 장비 유형, 가동 상태, 알람 메시지, 진행 중인 프로그램 등의 파라미터를 확인할 수 있습니다. 카르스텐 폴머는 *"모바일 기기를 통한 모니터링은 현장 수용도와 생산성을 높입니다. zenon Everywhere App을 통해 적시에 필요한 정보를 제공할 수 있게 되었습니다."*라고 덧붙였습니다.

요약 및 성과 

KHS는 ClearLine HMI로 Red Dot 'Best of the Best', iF 제품 디자인 어워드, iF 금상을 수상했습니다. 이 시스템은 독일의 대형 양조 그룹을 포함해 전 세계 여러 음료 제조 현장에서 성공적으로 가동되고 있습니다.