Biofilm 생산 자동화 기술지원

2003. 10. 31

지원기관

지원기업

한국생산기술연구원

(주) 케이비피

산 업 자 원 부

- 2 -

제 출 문

산 업 자 원 부 장 관 귀 하

본보고서를 “Bio film 생산자동화 기술지원 ”(지원기간：2002.11. 1.~2003.10.31)

과제의 기술지원성과보고서로 제출합니다.

2003. 10 . 31 .

지원기관 : 한국생산기술연구원 주 덕 영

지원기업 ： (주)케이비피 신 명 교

지원책임자 : 한국생산기술연구원 이 강 원

참여연구원 : 한국생산기술연구원 김 승 택

〃 : ( 주 ) 케이비피 이 동 수

〃 : ( 주 ) 케이비피 성 광 모

- 3 -

목 차

제 1 장 서론

제 1 절 기술지원 필요성

제 2 절 기술지원 목표

제 3 절 기술지원 내용

1. 기술지원 개요

2. 단발기절단기 기능 보완 및 신규제작

3. 개발절단기의 성능평가 지원

4. 고속 Film 절단기 개발 지원

5. 구강청결제품 생산시스템 설계 및 제작지원

제 2 장 본론

제 1 절 기술지원성과

1. 계획된 기술지원의 달성도

2. 수행한 기술지원 내용

3. 지원내용의 기업전략에의 기여도

제 2 절 기술지원 수행

1. 기술지원 추진일정

2. 담당업무 성과 정도

3. 수행방법 및 내역

제 3 장 결론

제 1 절 기술지원 결과 검토

제 2 절 결과 응용 및 향후 계획

- 4 -

부 록 [기술지원일지]

- 5 -

제 1 장 서 론

제 1 절 기술지원 필요성

1. 기술개요

최근 동사에서는 식품 및 의약품의 원료로 이용되는 고분자 중합체다당류가 식성

필름인 풀루란 필름을 국내 최초로 개발 완료하였다.

일반적으로 다당류 및 단백질로부터 제조되는 가식성 필름은 다음과 같은 특징을

지니고 있어 식품 및 의약품 등에 널리 활용되어 질 수 있다.

i) 수용성

ii) 무미 무취

iii) 광택과 투명성이 뛰어남

iv) 끈기가 있고 인장강도가 뛰어남

v) 인쇄적성이 뛰어남

vi) 산소, 이산화탄소 등에 대한 가스 방어성 보유

동사에서 개발된 풀루란 필름은 배치공정에 의한 배양법을 이용 하며, 일본, 미국

등에서 생산되어 공급되는 풀루란 필름과 달리 고분자 중합형 풀루란 필름을 개발

하여 종래의 생산비를 60% 이상 절감하여 대량생산에 성공하였다.

- 6 -

동사의 풀루란 필름은 투습도 및 용해도, 산소투과성 등 대부분 의 필름 물성 및

구조가 선진국과 제품과 동등 흑은 우수한 것으로 검증되었다. 따라서 보다 경쟁력

있는 풀루란 필름 개발과 소재를 바탕으로 한 응용제품을 개발 생산하는 것에 역량

을 집중하여야 한 다.

당사에서는 해외에서도 우수성이 검증된 개발 풀루란 필름을 이용하여 필름형 구강

청결계를 개발하였다. 이러한 가식성 필름 제품의 핵심 소재인생고분자 풀루란은

일본에서 개발되어 미국희사에 독점권을 넘긴 상태이며, 현재 미국에서 독점 판매

하고 있는 실정이다. 당사는 새로운 풀루란 소재를 개발한 후 대체상품으로 개발하

여 세계 시장에 진출함으로서 국내수입 대체 및 수출 증대 효과를 동시에 활용하고

자 하였다.

풀루란 필름을 이용한 Biofilm의 제품화를 위한 생산공정을 살펴보면 풀루란 필름

생산의 결과물로 필름 Roll이 만들어지며, 만들어진 롤을 종방향으로 절단하는

Slitting 공정, Slitting된 필름을 부분 롤로 감아 다시 제품 규격으로 절단하는

Cutting 공정, 일정 크기로 절단된 Sheet Film을 일정 매수로 모아 소비자가 편리

하게 이용할 수 있는 용기인 Case에 담아 포장하는 공정으로 이루어진다.

이 과정에서 Slitting 및 Cutting의 품질 유지 및 Slitting/Cutting 및 포장 공정의 인

력 최소화 등 제품의 원가를 상승시키는 요인을 제거하는 노력이 절실히 요구된다.

동사의 경우 필름 커팅과 포장 단계를 자동화하는 전용기계를 개발하고 있으나 많

은 시행착오를 겪고 있는 실정이다.

- 7 -

2. 기술지원의 필요성

이러한 바이오 필름은 가식성 제품으로 친수성이 매우 강한 특징을 지니고 있다.

따라서 제품을 제조하는 과정에서 습도와 온도가 공정에 미치는 영향이 크다.

원재료인 필름의 두께는 20 ~ 120 ㎛정도이며 유연한 필름 성상으로 이루어진다.

이러한 필름을 이용한 제품 가공작업은 주로 Slitting, Cutting, Sorting 및 케이스

포장 등으로 이루어진다.

하지만 개발 제품이 신규 시장 진입단계에 있는 신기술 제품으로 아직까지 가공작

업을 위한 표준 공정의 확립이 미비하고, Slitting 및 Cutting 작업을 위한 전용 장

비가 준비되어 있지 못하고 있어 양산화에 많은 애로점이 있다. 특히 습도 변화에

따른 제품 물성의 변화로 인하여 절단품질 유지와 포장 공정의 인력과다 등을 해결

하기 위하여 많은 노력을 경주하고 있다.

최근 국내외로부터 구강청정제를 비롯한 의약 및 식품분야로부터 응용 제품에 대한

수요는 많이 늘어나고 있지만 수요를 충족할 수 있는 생산기술의 정립과 전용 설비

의 부족으로 생산에 많은 차질을 빗고 있는 실정이다.

따라서 본 기술지원 사업을 통하여 Biofilm제품의 양산과 관련한 생산기술을 정립

하고, 전용 생산 장비 및 자동화에 대한 기술지원을 추진하고자한다.

- 8 -

제 2 절 기술지원 목표

Biofilm을 이용한 응용제품 생산단계에서 가장 핵심적인 요소 공정은 습도에 민감

한 Film의 절단, Slitting이며, 후 공정인 조립을 위한 물류형성 작업이라 이다.

본 사업에서는 이러한 Biofilm 응용 제품 생산자동화를 전제로 Biofilm Cutting 작

업의 절단공정의 효율성 증대 및 가공/조립공정의 생산기술력 안정화를 위한 전용

절단장비 및 자동포장 시스템 개발에 관하 기술 지원을 목표로 하였다.

제 3 절 기술지원 내용

1. 기술지원 개요

가. 개요

구강청정제를 중심으로 한 Biofilm 가공공정에 있어서 다음과 같은 기술 항목을 지

원내용으로 한다.

-. 공정기술(Film Slitting 및 Cutting)

-. Slitting시 Film과 Blade의 회전방향이 동일하여 발생하는 장력을 일정하게 제공

하는 향상기술

-. Slitting시 투입구의 Film을 고정하기 위한 지지장치 제조 기술

- 9 -

-. Cutting 후 필름 조각 수집장치의 제조기술

-. Slitting 후 도출구의 Film을 고정하기 위한 지지장치 제조 기술

-. Film 자동 절단 시스템 개발지원

-. Biofilm 생산 시스템 개발

-. Biofilm 자동포장시스템 언급한 각 항목을 종합하면 Biofilm 가공을 위한 생산기

술정립과 세부 기능을 포함하는 전용 절단장비와 공정간 물류 시스템 개발을 통한

생산성 고양 및 양산을 위한 신뢰성확보를 위한 기술개발 지원을 내용으로 한다.

나. 제품 및 공정 분석

당사 풀루란 필름은 두께 20 ~ 120㎛의 범위를 이용하며 물리적 성질은 Table.1

과 같다

Table 1. 풀루란 필름의 물성

- 10 -

이러한 물성을 지닌 풀루란 필름은 건조상태나 저장 상태, 작업 환경의 습도 및 온

도 상황에 따라 다소 차이를 보이므로 SIitting, Cutting 및 Sorting 작업환경을 적

절히 유지시켜 주어야 한다. 당사에서는 실험적 접근을 통한 작업적정 온도는 20-

25이고 습도는 50-55%로 유지하여야 하는 것으로 표준화하였다.

룰루란 필름을 이용한 구강청결제품에 있어서 제조공정은 풀루란 필름 제조기로부

터 기저 필름위에 도포된 상태이며, 롤에 감긴 체 보관되어진다.

Fig. 1 구강청결제 제조공정

- 11 -

구강 청결제 제조를 위한 공정의 구성은 Fig.1과 같다.

풀루란 필름은 제조 시 원소재가 감긴 대형 롤로부터 용용제품의 한 폭이나 작업

능률화를 위한 3-5폭 형태의 롤로 Slitting하여 작업용 소형 롤에 감아둔다. 이때

Biofilm은 기저 비닐 필름 위에 적층된 형태로 동시에 감겨있다.

응용제품인 구강청결제 제품 생산은 Slitting된 롤에서 기저 비닐 필름과 Biofilm을

분리하여 Biofilm을 제품 단위 길이로 Cutting하며, Cutting된 Biofilm Sheet는 제품

의 단위 수량(24매)으로 계수되어 Sorting된다. 계수된 Sheet는 준비된 Case에 넣

어진다(Casing).

이러한 작업흐름은 단위 Cutting 작업기계의 기본적인 기능이며, 따라서 설계기준

이 된다. 전용 절단기에 요구되는 기능은 위 기본 기능 이외에 필름의 물류흐름을

유지하기 위한 보조적인 기능도 포함하여야 한다.

Cutting 작업기에 요구되는 주요기능은 다음과 같다.

1) Roll Speed Control

2) Base Film Tension Control

3) Biofilm Tension Control

4) Cutting Length Control

5) Cutting

6) Film Winding/re winding Control

7) Cutter On/Off Control

8) Biofilm Sheet Counting

- 12 -

9) Sheet Sorting

10) Sorted Sheet Unloading

따라서 본 기술개발 지원의 내용은 이와 같은 기능을 갖춘 전용 절단기 및 관련된

자동화 System의 설계 및 시공을 위한 기술지원 이 주요내용이라 할 수 있다.

2. 단발 절단기 기능보완 및 신규제작

당사에서 종래 비닐류 절단장비를 활용하여 Bofilm의 절단에 활용하고자 하였다.

기능이 유사하여 공정의 구성은 정상적으로 이루어지지만 Biofilm의 특성에 적합하

게 조건을 맞추어 원하는 절단품질을 유지하는 테는 다소 어려움이 있었다.

장비를 분석 검토해 본 결과 우선 대부분 기계장비가 노후화 되어 작동불량인 상태

였으며, 절단 품질을 적절히 유지할 수 있는 기계적 상태를 만족시키지 못하였다.

따라서 본 장비의 전반적인 개조와 수리를 통하여 품질을 만족할 수 있도록 하였

다.

우선 절단장치의 재설계를 추진하였으며, 기능 재설계를 통하여 1대의 전용 절단기

를 재 제작하고 시운전을 통하여 성능의 개선을 추진하였다.

재설계에 의한 설계도는 Fig. 2와 같고 성능개선이 이루어진 부분은 다음과 같다.

- 13 -

Fig 2. 전용 절단기 설계도

1) Cutter 재구성 및 재가공

2) 기계 동력 전달 장치의 수리 및 보완

3) 필름 장력 제어부 개선

4) 구동전력계통 단일화

기존 Cutter부분의 흡착구조를 보완하였으며, Blade를 Spring 강으로 재질을 개선

하여 재구성하였으며, 동력 장치에 있어서는 필름 Sheet의 Pitch를 결정하는 Cam

의 마모상태를 점검하여 유격이 큰 Cam은 재가공하여 구성하였다. 또한 Sheet의

길이에 영향을 주는 Film의 장력은 On/Off Gap을 재조정하였다. 구동 전력 계통에

있어서는 종래 110v 구동형 회로를 현장 조건에 맞추어 220v로 대체하기로 하여

모터를 교환하고, Relay Logic 제어회로를 이에 파라 변경하였다.

- 14 -

이와 같은 개선 및 재설계를 통하여 시제품을 재구성하여 시운전 한 결과 제품의

요구 품질에 적합한 성능을 발휘할 수 있었다. 장비의 Tact-Time은 0.5sec로 비교

적 안정된 성능을 유지하고 있다.

본 기술 지원의 결과 현재 단발 절단기를 14대로 구성하여 작업에 투입하고 있으

며, 신규로 6대를 제작하여 현업에 투입 하고 있는 실정이다.

또한 본 기술지원을 통하여 절단 및 조립자동화를 위한 실질적인 System 개념을

정립하였으며, 작업의 고속화를 위한 신규 설비 개발을 시도하고자 하였다. 신규 절

단자동화 장치는 단발 절단기의 열을 증대하는 것으로 개념을 설정하였다.

3. 개발 절단기의 성능평가 지원

당사에서는 Film 절단을 위하여 단발 절단기 개선과 동시에 5열 전용 절단기 개발

을 시도하였다. 개발된 절단장치는 단열 절단기와 달리 Sheet의 절단 길이를

Push-Pull 형태로 조절하여 Feeding하는 방식으로 고안되었으며, Slitting과

Cutting을 연속 공정으로 설계하였으며, 절단 Blade의 절단 작업은 Push-Pull 공정

이 끝나는 시간에 동기 되어 이루어지도록 구성되었다.

당사에서 독자적으로 개발을 시도한 다열 절단기의 시운전을 통한 성능평가 결과

다음과 같은 문제점이 지적되었다.

- 15 -

-. Push-Pull 방식의 Film Feeding으로 인하여 고속화가 어렵고 또한 소음이 많이

발생하였으며, 잘려진 필름의 길이 변화가 매우 심하게 나타났다.

-. Slitting시 Film과 Cutting Blade의 회전방향이 동일하여 Film의 장력불안이 발생

한다.

-. Slitting시 투입구의 Film을 고정하기 위한 지지장치의 상태에 따라 Sheet의 길

이 변화가 심하게 나타난다.

-. 다열로 구성되어 Cutting후 필름 Sheet의 수집 불안과 계수 불량이 발생함.

-. Slitting 후 도출구의 Film 지지 불안으로 인하여 Slitting 면이 고르지 못함.

-. Mechanism이 복잡하고 작동이 불안하여 운전 신뢰성이 의문시됨.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 기술지원을 요청하였다. 그러나 성능 평가 결

과 선행된 개발 장치의 문제점을 보완하더라도 양산을 위한 성능 및 신뢰성 확보가

어려울 것으로 판단되었다.

당사와 제작업체 및 기술지원 책임자와의 종합적 판단을 위한 회의에서 들어난 세

부 문제는 다음과 같이 요약되었다.

-. 29mm 제조용 슬라이딩 베이스 및 커터 미입고

-. Load guide 힘조절 안됨 ⇒ 스프링 빠짐

-. Sliting blade 가공불량 및 저속으로 인한 부서짐과 말림현상 발생

- 16 -

-. Slitting cutter 부 안전장치 미설치

-. sliding base부 표면처리 안됨(녹방지용)

-. slitting후 제품 벌려주기 안됨 ⇒ 절단 후에도 겹쳐서 쌓이므로 수작업 불가능

-. 비닐 감마주는 모터용 프루브가 짧아서 작동 후 틈새에 걸리는 현상 발생

-. Cutting 밑날의 턱 때문에 필름이 걸림 ⇒ 베이스높이 보다 낮출 것

-. 에어실린더 작동 안함(Airdkq 부족) ⇒ 4mm에서 6mm로 교체要

-. 커팅 길이 부정확

-. Cutter 윗날에 필름이 따라 올라가지 않는 장치 필요

-. 처음 셋팅시 쉽게 할 수 있도록 고안 요망

-. 기계 전반적으로 작동상태 불량

-. 가동 중 소음발생 후 정지현상 수리 요망

-. 작업실내 습도에 대비한 제품의 표면처리 요망

따라서 본 성능평가를 통하여 작업 고속화와 안정화를 위한 신규 설비 개발을 추진

하기로 하였다.

- 17 -

4. 고속 Film 절단기 개발 지원

가. 고속 Biofilm 절단기 개념 설계

Fig.3 System Configurations on Biofilm Cutting M/C

고속화를 위해 고안된 Biofilm 절단기의 개요는 Fig. 3과 같다. 절단 고속화를 위하

여 1~4열까지 소형 Film을 장착하여 작업할 수 있도록 유연성을 부여하여 설계하

였으며, Slitting 기능은 종래 Cutting Wheel에 의한 절단이 아닌 고정식 Blade를

이용하였다.

필름 Winding 및 Rewinding 기능을 제외하고 모든 물류조절용 구동계는 1대의

Servo motor의 등속구동에 의하여 이루어지도록 하는 특징을 갖추고 있으며,

Cutting Blade는 Servo Motor 회전에 연동되는 일체화된 링크기구로 이루어진다.

- 18 -

절단기 설계 변수인 대당 생산능력은 24매 Biofilm Sheet로 구성되는 단위제품을

월간 200,000개(1일 8시간기준) 생산할 수 있도록 설계하였다. 이때 Tact-Time은

0.25sec/sheet가 되도록 구동 조건을 결정하였다.

나. 고속 Biofilm 절단기 설계

본 절단 장치는 고속화를 위하여 구강청정제용 Film Sheet를 생산하는 설비로 단발

기의 생산량을 확장하는 개념에서 Roll의 폭을 Sheet폭의 배수 형태로 확장하여 4

개까지를 동시에 작업 할 수 있게 고안하였으며, Film의 흐름상 다음과 같은 순서

로 공정이 구성된다.

(1) Film Roll 장입

(2) Film Rewinding

(3) Film Tension 제어

(4) Slitting

(5) Base Film Winding

(6) Biofilm Cutting

(7) Biofilm Sheet Counting

(8) Sheet Sorting

(9) Sheet unloading

장치의 설계는 이들 공정을 유기적으로 연결하여 구성하는 동력 전달계를 구성하는

작업이다.

- 19 -

시스템를 구성하는 주요 장치는 다음과 같다.

(1) Film Rewinding Unit

(2) Tension Control Unit

(3) Slitting Unit

(4) Main Film Feeding Unit

(5) Base Film Winding Unit

(6) Cutting Unit

(7) Controller

이와 같이 단위기능을 조합하여 구성된 장치의 설계도는 Fig. 4,5,6,7,8과 같다.

Fig. 4 고속 절단 장치 설계도(정면도)

- 20 -

Fig. 5 고속 절단 장치 설계도(평면도)

Fig. 6 고속 절단 장치 설계도(측면도)

- 21 -

Fig. 7 고속절단 장치 설계도(구동계)

Fig. 8 고속 절단 장치 설계도(배면도)

- 22 -

주요 장치별 기능 Mechanism은 다음과 같이 이루어지도록 고안되었다.

(1) Film Rewinding Unit

(2) Tension Control Unit

(3) Slitting Unit

(4) Main Film Feeding Unit

(5) Base Film Winding Unit

(6) Cutting Unit

(7) Controller

본 장치의 핵심장치는 Fig. 8의 주 구동장치이다.

주 구동 장치는 DC Servo Motor의 정속도 구동으로 이루어지며, 주 구동장치용

Roller는 Tact-Time을 감안하여 원주의 길이가 제품 Sheet(29mm)의 4배로 설정하

였다. 필름 Slip이 발생하지 않으면 한 바퀴에 4장의 Sheet가 절단되도록 한다. 만

약 Sheet의 길이가 커지거나 작아지면 이에 따라 지름을 결정하여 교체하도록 하였

다.

주된 기능은 Biofilm과 Base Film이 적층되어 감겨있음을 감안하여 Basefilm인 비

닐 필름을 Main Roller와 Idle Roller 사이에 감아 당김으로서 전체 필름을 당기도록

한 것이다. Main Roller를 통과하면서 Biofilm은 박리되어 등 Pitch로 이송하도록

하였다.

절단 Blade이 상하 운동기구는 본 구동장치와 Timming Belt로 연결되어 있어 연속

풀림 과정에서 절단이 이루어지도록 한다. 이로서 이송-절단으로 연결되는 간헐 단

속 Mechanism의 시간을 줄일 수 있게 하였다.

- 23 -

또한 본 주 구동부의 Film을 당기는 힘이 가해지면 장력 검지기구에 발생되는

Switch 동작만으로도 Film Roll의 동작을 On/Off함으로서 자동적으로 장력이 제어

될 수 있도록 하였다.

Fig. 8 Main 구동장치 개요

Film Slitting은 주 구동장치와 Roli Rewinding 장치 사이에 형성 제어되는 장력을

이용하여 이루어진다. Basefilm과 Biofilm을 동시에 면도날과 같은 고정 Blade를 3

열로 장착하여 주 구동장치로 당기면서 자연스럽게 이루어지도록 하였다.

Biofilm과 같이 Slitting된 Basefilm은 하부 장력 유지 메커니즘과 연동되는 Winding

기구로 구선되어 감겨진다.

Cutting과정은 Slitting된 Bio필름이 주 구 동부로부터 가지런하게 밀려오면 주 구동

장치와 등기된 절단기 상하운동으로 이루어진다. 이때 절단 Blabe는 원만한 Cam

곡선을 이루며 상하운동하게 된다.

절단된 Biofilm Sheet의 계수는 절단 날의 상하운동 횟수를 이용하여 수행하며, 계

수된 Sheet는 제품 포장단위인 24매로 Sorting되어 작업자나 자동조립장치에 수납

되도록 간단한 치구를 설계하여 장착하였다.

- 24 -

고안된 장치는 작업속도를 자유롭게 조절할 수 있도록 한 것이 특징이다.

다. 고속 Biofilm 절단기 제어기 설계

절단장치의 제어기는 PLC(Programmable Logic Controller)에 의하여 Sequence

제어가 가능하도록 설계하였으며, 주요 구성장치도는 Fig.9와 같고 PLC 입출력 구

조는 다음과 같다.

PLC Input

1) Motor1 tension sw1

2) Motor2 tension sw2

3) Counter sw(on cutter)

4) OP Pannel sw

-Main jogging(sw3), Auto-Start, Stop,(PWR on/off)

PLC Output

1) Motor 1 Run

2) Motor 2 Run

3) Motor 3 Run

4) OP lamp out --- Main jogging, Auto-Start, Power

5) ETC--2ea(lamp etc)

- 25 -

Fig.9 절단기의 Wiring Diagram

라. 고속 Biofiim 절단기 제작 및 시운전 지원

전술한 바와 같이 고속 절단기를 설계하여 제작하였으며, 시운전 결과 원하는 성능

을 얻을 수 있었다. 운전과장에서 장치는 매우 소음이 적은 부드러운 운전이 가능

하였고, Film의 건조상태에 의한 Curling이 미감한 작업조건으로 작용하였다.

- 26 -

5. 구강청결제품 생산 시스템 설계 및 제작 지원

가. 개요

당사에서는 자체개발 전분이나 풀루란 필름을 응용한 구강청결 제품을 생산하여 국

내외 시장에 출시하였다. 이제까지 영업지원을 위한 시제품 생산을 수작업에 의해

진행하였다. 향후 본격적인 양산과 제품의 경쟁력을 높이기 위하여 생산 원가를 절

감할 수 있는 생산 자동화 추진을 목표로 하였다.

본 지원사업을 통하여 기존 단발기를 이용한 생산의 자동화와 신규 개발 고속절단

장비를 중심으로 한 조립 자동화를 검토하는 두 가지 생산 자동화 방법을 구상 검

토하였다.

나. 신규 개발 절단기의 조립자동화

전술한 신규 고속 필름 절단기를 중심으로 한 조립 자동화는 제 품의 Case를 중심

으로 한 필름의 물류 제어, Case의 물류제어 및 Film Sheet의 삽입이 주 공정을

이룬다.

본 기술지원에서는 아직까지 양산화를 위한 Case의 선정이 이루어지지 못하여 구

체적인 설계제작 단계는 추진할 수 없으나 기본적인 자동화 조립을 위한 개념을 설

계하였다.

시스템의 생산능력은 고속 절단기와 같이 대당 생산능력은 단위 제품을 월간

200,000개(1일 8시간기준) 생산할 수 있도록 하였고, Tact-Time은 0.25sec/sheet

가 되도록 구동 조건을 설정하였다.

- 27 -

Fig. 10 신규 절단기를 중심으로 하는 조립 장치 개요

개발예정인 자동화 시스템의 개요는 Fig. 10과 같다. 본 시스템은 신규 개발 고속

절단기를 이어 필름 분류기와 조립장치를 설계 제작하여야 한다.

필름 분류기의 역할은 절단기로부터 잘려진 Film Sheet의 횡적 간격을 확대하여

Insert장치에 공급하는 장치로 Fig. 11 과 같은 Belt Conveyor로 구성하고 경사격

판 치구에 의한 분류가 이루어지도록 한다.

Fig. 12와 같이 고안된 조립장치는 Case의 물류 구성을 위한 장치인 Case Bowl

Feeder와 Linear feeder 및 Film Sheet Insert 메카니즘으로 이루어진다.

- 28 -

Fig. 11 필름 분류기 개요

Fig. 12 Case 자동 조립기 개요

- 29 -

다. 단발 절단기의 조립자동화

개선된 성능의 단발 절단기는 절단 작업만 기계화 되어 있으며 Case에 투입되는

작업은 수작업에 의하여 이루어진다. 따라서 많은 인력이 소요되며 제조원가에서

미치는 영향이 매우 크다.

따라서 양산화를 위해서는 기존 단발 절단기의 성능이 확보된 상태에서 Case의 물

류 제어기능만을 보완하는 문제로 개념 설계 가 이루어졌다. 고안된 장치의 조립도

는 Fig. 12와 같다.

본 자동화 시스템의 설계 개념은 Fig.2와 같은 종래 단발기 4대를 병렬로 위치하고

4대의 Sheet 출력 단에 Fig. 13와 같은 Film Shutter와 Film Push 장치를 설치하여

Case와 24매 Film Sheet를 결합하도록 하였다.

Fig. 11 단발기를 이용한 조립자동화 시스템(조립도)

- 30 -

Fig. 13 Biofilm 및 Case Shutter

Fig. 14와 같은 연속 Conveyor위에 순서적으로 정치하여 조립 작업자가 Case의

뚜껑을 닫을 수 있게 하였다.

Fig. 14 Case 포장용 Conveyor 장치(조립도)

- 31 -

Fig. 15 케이스용 Bowl Feeder

포장용 Case는 Fig. 15와 같은 Bowl Feeder에 의하여 순차적으로 Case 공급용

Conveyor에 놓여지고 각 단발기의 Shutter 위치로 공급된다. Case 공급 Conveyor

와 전체 시스템을 구성하는 Frame 은 Fig. 16과 같다.

Fig. 16 Main Frame 구성

- 32 -

장치의 제어 순서는 다음과 같고, PLC를 중심으로 한 하부 단위 장치와의 연결 구

성은 Fig. 17과 같이 구성하였다.

(1) Cutting M/C Stand-by check

(2) Case Bowl Feeding

(3) Case Linear Feeding

(4) Main Conveyor Ron

(5) Case Insert:

(6) Cutting

(7) Sheet Count

(8) Push Case

(9) Case Sorting

Fig. 17 제어시스템 구성

- 33 -

위와 같이 기능이 보완된 단발 절단기를 이용하여 조립자동화를 위한 설계 및 제작

을 추진하였다. 국내 A사 납품 모델을 대상으로 Case의 물류를 확정하여 시운전을

실시하였다.

현재까지 시운전을 마친 상태로 비교적 양호한 성능을 보이고 있으며, A사 제품을

양산할 수 있는 상태이지만 A사의 물량이 확보되지 않아 생산에 직접투입하진 못하

고 있다.

- 34 -

제 2 장 본 론

제1절 기술지원 성과

1. 계획된 기술지원의 달성도

당 기술지원 사업에서 목표한 바는 Biofilm Cutting의 절단공정의 효율성을 높이고

향상된 기술을 적용하여 Slitting부의 기능향상과 생산시스템 및 포장 시스템에 대한

기술을 지원하고자 하였다.

이를 위한 세부 기술지원 애용을 요약해 보면 다음과 같고 달성 정도를 보면 Table

2와 같다.

-. 단발 절단기 기능보완 및 신규제작 지원

-. 개발 중인 절단기의 성능 평가 지원

-. 신규 고속 Film 절단기 개발 지원

-. 구강청결제품을 위한 생산 시스템 개발 지원

-. 신규 개발 절단기 및 단발 절단기 조립자동화

Table. 2 기술지원 성과 정도

- 35 -

2. 수행한 기술지원내용

가. 단발 절단기 기능 개조 보완 및 신규제작 지원 성과

먼저 비닐류 Cutting 장비를 Biofilm Cutting 장비로 성능개조를 추진하여 16대의

단발 절단기를 생산에 투입하였으며, 이를 토대로 신규 6대의 절단기를 제작하여

생산능력을 50만 개 이상으로 증대시켰다.

개조 보완된 단발 절단기의 작업과정은 Photo. 1과 같고, 장비는 Photo. 2와 같다.

Photo. 1 보완된 절단기의 작업관경

- 36 -

(a) 정면

(b) 측면

Photo.2 보완된 단발 절단기 사진

- 37 -

나. 개발 중인 절단기의 성능 평가지원

개발 중이였던 5열 전용절단기의 성능 평가 결과를 토대로 개발의 중단을 요청하였

으며, 협의를 통하여 4열식 고속 절단기의 신규 개발을 추진하기로 하였다.

다. 신규 고속 Film 절단기 개발 지원

이에 따라 신규 고속 절단기를 Photo. 3과 같이 고안하여 장치의 설계/제작을 추진

하였다. 성능 평가 결과 양산설비로서의 안정된 성능을 확보할 수 있었다.

주요 기능장치는 Photo. 4와 같고, 작업전경은 Photo. 5와 같다.

Photo. 3 개발된 신규 절단 장치

- 38 -

(a) Main Driver

(b) Slitter and Cutter

Photo. 4 전용 절단기 주요 장치

- 39 -

Photo. 5 신규 절단기 작업전경

4) 신규 개발 절단기 조립자동화

Fig. 4의 신규 개발 장비는 조립자동화를 고려하여 설계하였으며 이에 따라 자동화

를 위한 조립 및 Case Feeding 장치 등 자동화를 위한 장치를 설계하였다. 제품의

Case 가 결정되면 제작을 추진하고자한다.

- 40 -

5) 단발 절단기의 조림자동화

A사 Case를 모델로 하여 단발형 절단기 4대를 연동하여 조립할 수 있는 조립장치

를 설계 제작하여 개발하였다.

아직 제품 수량이 화보되지 않아 실제 생산에 투입하지는 못하였지만 양산이 가능

한 상태이다. 개발 장치는 Photo. 5 및 Photo. 6과 같다.

Photo. 5 단발기를 중심으로 한 자동화 조립 시스템

- 41 -

Photo. 6 자동포장 시스템 전경

- 42 -

3. 지원내용의 기업전략에의 기여도

가. 정성적 기여

Biofilm을 이용한 응용제품 생산의 안정화 및 품질의 안정화를 위한 본 지원사업의

지원 결과를 통하여 다음과 같은 무형적인 기대효과를 얻을 수 있었다.

1) 전략 제품인 구강청결제품의 생산 능력 확보 및 중대

2) 제품의 품질 안정화

3) 제품의 불량최소화와 생산성 향상을 통한 원가 경쟁력 확보

4) 일관절단 및 포장 자동화 기술 확립

5) Biofilm 관련 제품 생산 기술 정립 등을 들 수 있다.

나. 유형 효과

1) 원가 절감 효과

Table 3. 원가 절감 효과

- 43 -

2) 생산성 향상

Table. 4 생산성 향상 효과

3) 매출증대(예상)

Table. 5 매출증대 효과

- 44 -

제 2 절 기술지원 수행

1. 기술지원 추진일정

Table. 6 기술지원 추진일정

- 45 -

2. 담당업무 성과 정도

Table.7 담당업무 성과정도표

- 46 -

3. 수행방범 및 내역

Table. 8 수행 방법표

- 47 -

제 3 장 결 론

제 1 절 기술지원 결과 검토

당 기술지원 사업에서는 초기 Biofilm 생산기술 관련 기술지원 요청 내용을 토대로

현장의 실태 조사를 진행하여, 아래와 같은 수정 세부 개발 전략을 수립하고 기술

지원을 수행하였다.

-. 단발 절단기 기능보완 및 신규제작 지원

-. 개발 중인 절단기의 성능 평가 지원

-. 신규 고속 Film 절단기 개발 지원

-. 구강청결제품을 위한 생산 시스템 개발 지원

-. 신규 개발 절단기 및 단발 절단기 조립자동화

이들 각 항목에 대한 지원결과를 요약하면 전술한 Table. 2와 같은 성과를 얻을 수

있었다.

본 지원을 통하여 당사의 초기 시장 진입단계 제품인 구강청결제 생산을 위한

Biofilm Cutting의 절단공정 효율성 증대와 생산성 향상을 도모하고 또 원가절감을

위한 생산 능력증대 및 안정화를 위한 생산 자동화 시스템 기술을 정립하였다.

아직 생산량이 확보되지 않아 개발 조립 장치 등의 양산성을 검증해 보지 못한 부

족한 점이 있지만, 생산을 위한 기본적인 Infra를 구축을 완료한 단계라 평가 할 수

있다. 앞으로도 지속적인 기술 지원과 개발 지원을 추진하면 보다 경쟁력 있는 생

산기술을 갖출 수 있을 것으로 사료된다.

- 48 -

제 2 절 결과 응용 및 향후 계획

짧은 기간에 양산을 위한 절단 및 조립 설비 개발 기술지원을 완성하기에는 많은

어려움 있었지만, 양산을 위한 설비 능력을 50만/월 정도로 확충할 수 있었다.

후 공정인 조립 작업의 자동화 추진에 대한 지속적인 연구와 개발 이 이루어진다면

절대적인 기술우위의 경쟁력을 갖출 수 있을 것으로 사료된다.

- 49 -