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한국생산기술연구원은 스마트섬유그룹 심재윤 그룹장 연구팀이 염색 공정의 주요 변수들을 실시간으로 측정 및 제어하여 불량 발생을 줄일 수 있는 ‘염색정보 실시간 통합 모니터링 기술’을 개발했다고 5일 밝혔다.
연구팀은 염색 일발율 증진을 목표로 2017년부터 3년간 연구를 수행해 ‘염색흡진율, pH 농도, 색도 변화’라는 3가지 주요 염색변수를 실시간 측정하고 그 변화를 PC 기반의 전용 소프트웨어에서 시각적으로 구현해줄 수 있는 일체형 모듈을 제작했다.
기존 공정에서는 IT기술보다는 전문 기술자들의 경험과 노하우에 의존했기 때문에 염색 작업 때마다 달라지는 공정조건을 수기로 기록하고 관리해야 해 불편이 따랐고 전문 기술자의 수는 지속적으로 감소하는 반면 신규인력이 유입되지 않아 품질 관리에도 한계가 있었다.
일반적으로 염색기는 밀폐 구조로 돼 있어 가동중에 염색 상태를 육안으로 확인하기 어려운데, 제작된 모듈은 염색기와 별도의 라인으로 연결돼 있어 염액을 실시간으로 추출해 분석할 수 있다.
추출된 염액은 모듈내 장착된 염액 측정 센서, pH 센서 등 IoT 염색 컨트롤러와 데이터베이스(DB) 시스템에 의해 측정·분석·저장되며 그 결과가 그래프 형태로 시각화돼 작업자가 쉽고 빠르게 파악할 수 있는 것도 장점이다.
이외에 염색 과정에서 소모되는 스팀, 용수, 전기와 같은 에너지 사용량을 모니터링하고 기간별로 집계할 수 있는 기능도 갖췄다.
개발된 기술을 활용하면 작업자가 모듈 분석 값을 토대로 약품 투입 시점과 염색 종료 시점을 정확하게 파악하고 염색 조건들을 일정하게 유지·관리할 수 있어 작업 생산성을 높일 수 있다.
또한 동일한 염색 작업을 수행할 경우 차후 염색시간이 기존보다 25%, 염색 후 세척시간은 30% 가량 단축되고 세척용수 사용량도 약 20% 줄일 수 있어 에너지 사용량도 절감된다.
해외에서 개발한 모듈의 경우 염료흡착율, pH 등 개별 변수만 측정할 수 있고 실험실 규모로 제작돼 현장 적용시 전문가의 추가 보정 작업이 필요한 반면, 개발된 모듈은 3가지 변수 모두 동시에 측정할 수 있으며 보정도 필요 없어 현장 적용에 유리하다.
연구팀은 안산 융합생산기술연구소에 구축된 파일럿 플랜트(Pilot plant)에서 50㎏급 염색기를 대상으로 실증 테스트를 마쳤고 올해 하반기에는 섬유 제조 전문기업 S사 사업장에 모듈을 설치해 시범 운영할 예정이다.
이 기술은 2018년 10월 국내 특허 7건을 출원해 이 중 3건이 등록 완료된 상태이다.
심재윤 그룹장은 “향후 모듈을 소형화하고 제작원가를 낮추는 한편 빅데이터 기술과 연계해 품질 예측 및 원격 제어가 가능한 스마트 염색가공 시스템으로 발전시켜 나갈 계획”이라고 말했다.
/천안=박희윤기자 hypark@sedaily.com