Sample Point Selection
Instrument Selection
Sample Conditioning Systems
Process Analytical System Installation
Maintenance
Utilization of Results
2.1 서론 (Introduction)
Analytical Instrumentation 분석 계측
공정 분석 계기(Process analytical instruments)는 공정 제어 계기 중에서도 특별한 범주에 속합니다. 이는 압력, 온도, 유량과 같은 전통적인 물리적 센서로는 불가능했던, 훨씬 더 복잡하고 다양한 방식으로 공정과 제품의 특성을 제어하거나 모니터링할 수 있게 해주는 특별한 센서들입니다.
오늘날의 안전 및 환경 관련 규제, 시간 제약이 있는 생산 공정, 재고 절감, 비용 절감 노력, 그리고 공정 자동화 계획으로 인해, 공정 분석(process analysis)은 많은 공정의 제어 전략에 필수적인 요소가 되었습니다. 수년 전에는 공장 품질 보증 실험실에서나 얻을 수 있었던 피드백을, 오늘날 대부분의 공정 분석기는 제어 시스템에 실시간 정보로 제공합니다. 많은 공정들은 단순히 ‘실험실 샘플을 채취할 당시 공정이 제어 상태였는지, 아니었는지’ 또는 ‘샘플이 규격에 맞았는지, 아니었는지’와 같은 정보만으로는 불충분하며, 공정을 제어하기 위해 더 빠른 피드백을 필요로 합니다.
분석기 분류 (Analyzer Classification)
‘공정 분석기’라고 불리는 다양한 종류의 모니터들을 분류하려는 여러 시도가 있었지만, 널리 받아들여지는 단일 분류 체계는 없습니다. 그 결과, 여러 분류 체계가 동시에 사용되고 있습니다. 대부분의 분류 방식은 분석 기술, 적용 분야, 또는 시료 유형에 기반을 두고 있습니다. 분석기 유형에 대한 명확하고 확고한 정의는 없으며, 따라서 대부분의 분석 계기는 여러 다른 분류에 속하게 됩니다. 표 2-1은 일반적으로 사용되는 몇 가지 분석기 유형 라벨을 보여줍니다.
pH 분석기는 한 가지 분석기가 여러 유형으로 분류될 수 있는 좋은 예입니다. 이 분석기는 용액(대부분 수성)의 pH를 측정하도록 설계되었습니다. 따라서 pH 분석기 또는 전기화학 분석기(기술 기반 라벨)로 불릴 수 있습니다. 만약 공장 폐수의 모니터링에 사용된다면, 환경 분석기 또는 수질 분석기(적용 분야 및 시료 유형 기반)로 불릴 수 있습니다. 또한, 공정 스트림의 산 또는 염기 농도를 모니터링하는 데 사용될 경우, 단일 성분 농도 분석기(적용 분야 및 원하는 결과 기반)로 분류될 수 있습니다. 이는 단지 예시일 뿐이며, 여러분이 여러 분류에 속하는 공정 분석기들을 접하게 될 것이라는 점을 이해하는 데 도움을 주기 위함입니다. 혼란스러워하거나 신경 쓰지 마십시오.
이 장에서 모든 공정 분석 기술을 다루기에는 종류가 너무 많으므로, 몇 가지만 예시로 다룰 것입니다. 공정 분석에 관한 많은 서적이 출판되어 있으며, 이 장의 끝에 있는 참고 문헌 요약에 일부가 나열되어 있습니다. 이 장의 나머지 부분은 공정 분석기를 적용하는 데 중요한 몇 가지 개념과 기술적 세부 사항을 소개하는 데 사용될 것입니다.
2.2 샘플링 지점 선정
어떤 샘플을 분석할지는 여러 요인과 정보를 바탕으로 한 반복적인 과정입니다. 이러한 요인에는 규제 요건(regulatory requirements), 제품 품질(product quality), 공정 조건(process conditions), 제어 전략(control strategies), 그리고 경제성(economic justifications) 등이 포함됩니다. 최종 선정은 어떤 한 요인에 최적화되지 않을 수 있지만, 고려되는 옵션들 중에서 전반적으로 가장 나은 절충안이 됩니다.
기존 공정에서 종종 실수하는 경우는 최종 제품이나 정기적으로 실험실로 보내지는 중간 샘플과 같은 단순한 기준에 따라 샘플 지점을 선정할 때 발생합니다. 물론, 그 샘플의 조성에 대한 비교적 좋은 데이터를 가지고 있겠지만, 과연 그 샘플이 공정을 가장 잘 제어하여 지속적으로 좋은 제품을 생산하는 데 도움이 될까요? 아니면 단순히 좋은 제품을 만들었는지 아닌지를 알려주는 샘플일까요? 둘 다 유용한 정보이지만, 후자는 보통 실험실 환경에서 더 효과적으로 달성됩니다.
구매, 엔지니어링, 설치, 유지보수 등 모든 비용을 고려할 때, 공정 분석기를 설치하여 일부 실험실 분석기를 폐쇄하거나 대체하는 것만으로는 충분한 비용 절감을 달성하기 어렵습니다. 진정한 큰 절감 효과는 분석기 정보에 기반한 개선된 공정 제어(improved process control)를 통해 얻어집니다. 공정이 제어 범위를 벗어나는 것을 미리 감지하고, 벗어나기 전에 되돌릴 수 있다면 불량 제품 생산, 재작업(rework), 낭비 등을 피할 수 있습니다. 이미 규격을 벗어나고 있는 최종 제품을 감지하는 것에만 의존한다면, 추가적인 불량 제품을 만들 가능성이 더 높습니다.
증류 공정의 예시
증류 공정을 생각해 봅시다. 일반적으로 실험실 샘플은 증류탑의 상단 또는 하단에서 채취하며, 결과는 증류로 인해 제거된 미량의 저비점(lights) 또는 고비점(heavies) 물질 농도를 포함하는 경우가 많아 측정하기 어렵습니다.
이러한 경우, 증류탑 내부, 즉 주요 농도 변환 지점(major concentration break point) 근처에서 샘플을 채취하면 목표를 더 잘 달성할 수 있습니다. 이 샘플을 통해 저비점 또는 고비점 물질이 원치 않는 방향으로 이동하고 있음을 증류탑 출구에 도달하기 전에 알 수 있으며, 증류탑 작동 변수(온도, 압력, 유량)를 조정하여 원하는 운전 상태로 되돌릴 수 있습니다. 증류탑 내부에서 채취한 이 샘플은 일반적으로 분석하기가 더 쉽고 안정적인 농도의 분석 대상 물질(analytes)을 포함합니다.
샘플 지점 선정 팀 및 도구
이러한 종류의 샘플 선정 과정을 효과적으로 수행하려면 다학제적 팀(multidisciplinary team)을 구성하는 것이 좋은 접근법입니다. 위에서 언급한 증류 공정의 예시에서는, 최적의 샘플 지점을 파악하기 위해 공정 엔지니어, 제어 엔지니어, 분석 전문가, 품질 전문가 등이 팀에 포함되는 것이 바람직합니다.
적절한 파일럿 플랜트(pilot plant)를 활용할 수 있다면, 가장 좋은 시작점이 될 수 있습니다. 다양한 샘플 지점 및 제어 전략을 시험하는 동안 실제 생산에 지장을 줄 위험이 없기 때문입니다. 또한, 파일럿 플랜트에서는 의도적으로 불량 제품을 만들거나 원치 않는 운전 조건을 시연하는 것이 허용되는 경우가 많습니다.
바람직한 샘플 지점과 제어 전략을 파악하는 데 자주 사용되는 또 다른 도구는 여러 개의 일시적 재배치 가능 공정 분석기(TURPAs: Temporary Relocatable Process Analyzers)입니다. 이 장비들을 적절히 선정하면, 공정을 훌륭하게 모델링하고 다양한 제어 전략을 평가할 수 있습니다. 일단 샘플 지점과 측정 목표를 정했다면, 다음 단계로 계기 선정 단계(instrument selection phase)**를 시작할 준비가 된 것입니다.
2.3 계기 선정
공정 분석기 선정은 대개 다학제적 팀(multidisciplinary team)을 통해 이루어집니다. 이 팀은 보통 공정 분석 전문가(process analytical specialist), 품질 보증 및/또는 연구소 분석가, 공정 분석기 유지보수 담당자(process analyzer maintenance personnel), 공정 엔지니어, 계측 엔지니어 등으로 구성되며, 프로젝트에 이해관계가 있는 모든 관련자가 포함되어야 합니다.
이러한 직군 중에서도 선정 과정이 끝난 후에야 연락을 받는 경우가 가장 많으면서도, 장기적인 성공에 가장 중요한 역할을 하는 사람들은 바로 유지보수 담당자입니다. 모두가 그들이 해당 장비에 대해 신뢰를 갖고 장기적으로 잘 관리해주기를 기대하기 때문입니다.
이 단계에서는 정상 및 비정상 운전 조건에서의 농도 범위, 필요한 측정 정밀도와 정확도, 제어 전략을 뒷받침하는 데 필요한 분석 속도 등 측정 대상 샘플을 명확히 정의한 상태여야 합니다. 또한, 정상 및 비정상 조건에서 존재할 수 있는 다른 물질(components/materials)도 파악해야 합니다. 이 물질들은 선정된 분석 방법(method/technology)이 간섭을 받지 않도록 확인하는 데 사용됩니다.
이제 가능한 기술 후보들을 파악하고 전체 상황에 가장 적합한 것을 선택해야 합니다. 현재 실험실에서 사용 중인 분석 방법이 있다면 무시해서는 안 되지만, 대부분의 경우 공정 분석을 위한 최적의 기술로 선택되지 않습니다. 실험실 방법은 너무 느리거나, 복잡하거나, 취약하거나, 비용이 비싸거나, 또는 최종 통과를 방해하는 다른 문제점들이 있는 경우가 많습니다.
마지막으로, 좋은 후보 기술이 두 가지 이상일 경우, 현장에서 해당 기술을 유지보수한 경험이 있는지 고려해야 합니다. 유지보수 팀이 경험과 교육을 받았는지, 기존의 예비 부품(spare parts)과 호환 가능한 데이터 통신 시스템이 있는지 확인해야 합니다. 그렇지 않다면 예비 부품 공급 및 유지보수 지원에 어떤 문제들이 있을지 고민해야 합니다.
선정 팀의 유지보수 담당자가 이러한 우려 사항들을 제기하면, 선정 과정에서 진지하게 다루어져야 합니다. 아무리 뛰어난 측정 장비라도 유지보수가 불가능하고 공정 운영에 일관된 성능을 유지할 수 없다면, 장기적인 요구를 충족시키지 못할 것입니다.
이 시점에서 선정 팀은 모든 옵션을 검토하고 장기적으로 요구 사항을 가장 잘 충족시킬 수 있다고 판단되는 분석 기술을 선택해야 합니다. 이때 선정된 기술이 가장 정확하고 정밀한 측정을 제공할 필요는 없습니다. 장기적으로 보았을 때, 필요한 측정값을 시의적절하고 신뢰성 있으며 비용 효율적인 방식으로 제공할 수 있는 기술이어야 합니다.
2.4 샘플 컨디셔닝 시스템
샘플 컨디셔닝(sample conditioning)은 간단하게 들립니다. 공정에서 제공하는 샘플을 선택된 분석기(analyzer)가 받아들일 수 있도록 조절하거나 변경하는 작업일 뿐입니다. 하지만 이렇게 간단해 보이는 임무에도 불구하고, 대부분의 공정 분석기 전문가들은 분석기 고장의 50~80%가 샘플 컨디셔닝 문제 때문이라고 말합니다.
샘플 컨디셔닝 시스템은 정상, 비정상, 시동, 정지 등 다양한 공정 조건에서 분석기에 허용 가능한 샘플을 안정적으로 공급해야 합니다. 또한, 공정에서 샘플을 추출하여 분석기에 전달하는 과정뿐만 아니라, 사용한 샘플을 안정적이고 비용 효율적인 방식으로 처리(dispose)하는 문제도 해결해야 합니다. 샘플 처리는 보통 샘플을 공정으로 되돌려 보내는 것을 포함하며, 때로는 되돌려 보내기에 적합하도록 추가적인 컨디셔닝이 필요할 수도 있습니다.
샘플의 ‘대표성’과 ‘호환성’
분석기에게 ‘허용 가능한 샘플’이란 무엇일까요? 보통 이는 공정 흐름을 ‘대표(representative)’하며, 분석기의 샘플 도입 요구사항과 ‘호환(compatible)’되는 샘플을 의미합니다. 여기서 ‘대표성’은 혼란을 줄 수 있는 용어입니다. 일반적으로 샘플이 물리적인 의미에서 공정 흐름을 완벽하게 대표해야 한다는 뜻은 아닙니다.
일반적인 샘플 컨디셔닝 시스템은 공정 샘플의 온도, 압력, 그리고 기타 매개변수를 변경하여 분석기의 요구사항에 맞게 만듭니다. 많은 경우, 단순히 온도와 압력 문제만 다루는 것이 아니라, 필터, 제습기(demisters), 버블러(bubblers), 스크러버(scrubbers), 멤브레인 분리기(membrane separators) 등을 사용해 실제로 샘플의 조성(composition)을 변경하기도 합니다. 그럼에도 불구하고, 결과적으로 얻어진 샘플이 분석기와 호환되고, 그 분석 결과가 공정을 잘 나타내는(correlatable/representative) 한, 이는 좋은 샘플 컨디셔닝으로 간주됩니다.
추가 기능 및 설치 유형
일부 샘플링 시스템은 스트림 전환(stream switching)이나 자동 교정(auto calibration) 기능도 제공합니다. 공정 샘플과 교정 샘플은 시작 조건이 다르기 때문에, 그리고 교차 오염 가능성을 줄이기 위해, 대부분의 시스템은 분석기 바로 앞에서 이중 차단 및 블리드 밸브(double block and bleed valving)와 같은 스트림 선택 기능을 갖춘 여러 개의 공정 샘플링 시스템을 포함합니다.
그림 2-1은 일반적인 박스형 샘플 컨디셔닝 시스템을 보여줍니다. 전체 샘플링 시스템에는 샘플 추출 방식(티(tee), 프로브(probe), 기화기(vaporizer) 등), 이송 라인(transfer), 회수 라인(return), 빠른 순환(fast loop), 느린 순환(slow loop), 샘플 회수(sample return) 등이 포함됩니다. 그림에는 다양한 종류의 필터, 유량 제어기, 밸브 등이 보입니다.
Figure 2-1: Example of a Boxed Sampling System
그림 2-2는 현장 설치형(in situ) 분석기의 설치를 보여줍니다. 이는 샘플 컨디셔닝이 거의 필요하지 않으며, 공정 루프에 직접 설치됩니다.
대부분의 분석기는 특정 온도 및 압력 범위에서 깨끗하고, 건조하며, 부식성이 없는 샘플을 처리하도록 설계되었습니다. 샘플 시스템은 이러한 공정 샘플을 분석기가 요구하는 형태로, 적시에 ‘대표성’을 가지고, 정확하며 유용하게 변환해 주어야 합니다. 성공적인 공정 분석 프로젝트를 위해서는 잘 설계되고 운영 및 유지보수되는 샘플링 시스템이 필수적입니다. 샘플링은 성공적인 공정 분석 프로젝트를 위한 핵심적인 기술이자 과학입니다. 이 장에서 깊이 다루기에는 너무 방대한 주제이므로, 더 자세한 정보는 참고 문헌을 참조하시기 바랍니다.
Figure 2-2: Process Viscometer Installation
2.5 공정 분석 시스템 설치
공정 분석기(process analyzers)의 설치 요구사항은 매우 다양합니다. 그림 2-2는 환경에 강한 공정 점도계(process viscometer)가 샘플 또는 환경 컨디셔닝(conditioning) 없이 공정 환경에 직접 설치된 모습을 보여줍니다. 반면 그림 2-3은 공정 가스 크로마토그래프(GC)가 환경 조절(conditioned)이 되는 보호실(shelter) 내에 설치된 모습을 보여줍니다. 이러한 GC 분석기는 훨씬 더 제어된 샘플 및 설치 환경을 필요로 합니다.
Figure 2-3: An Inside View of an Analyzer Shelter (Courtesy of ABB Process Analytics)
Figure 2-4: An Outside View of an Analyzer Shelter
그림 2-4는 이러한 환경 제어 보호실의 외관입니다. 왼쪽 문 근처에 있는 난방 및 환기 장치와 차양 아래 보호실 벽에 설치된 샘플 컨디셔닝 캐비닛을 볼 수 있습니다.
공정 분석기를 설치할 때, 측정 및 샘플링 기술 다음으로 중요한 것은 부동산처럼 위치입니다. 특정 분석기에 권장되는 환경이 적절하지 않으면, 프로젝트는 실패할 가능성이 높습니다. 또한, 환경 컨디셔닝은 비용이 매우 많이 들 수 있으므로 프로젝트 비용에 반드시 포함되어야 합니다. 많은 경우, 보호실이나 기타 환경 컨디셔닝 비용이 계기 자체의 비용을 훨씬 초과할 수 있습니다.
어떤 분석기(analyzer)는 공정으로 인한 적당한 수준의 진동(vibration), 시료(sample) 상태 변화 및 주변 환경의 변동(fluctuations) 속에서도 작동할 수 있습니다. 반면, 매우 안정적인 환경(거의 실험실과 같은 환경)을 요구하는 분석기도 있습니다. 일부 분석기는 다양한 위험 공정 환경(hazardous process environments)에 설치하기에 적합하지만, 그렇지 않은 분석기도 있습니다. 이 모든 사항은 초기 기술 선정 과정에서 반드시 고려되어야 합니다.
상황에 가장 적합한 분석기를 선택하기 위해서는 적절한 위치에 분석기를 설치하기 위해 시료를 얼마나 멀리 이송해야 하는지와 같은 시료 채취(sampling) 관련 문제들을 고려해야 합니다.
예를 들어, 일반적인 설치 문제에는 해당 공정 시료 채취 구역의 위험 등급(hazardous rating)과 공정 분석기(process analyzer)의 위험 지역 인증(hazardous area certification) 간의 비교가 포함됩니다. 또한, 많은 진동을 유발하여 특별하거나 멀리 떨어진 위치에 분석기를 설치하는 기술이 필요한 대형 펌프와 압축기(compressors)가 많이 있는지 여부도 확인해야 합니다.
각 분석기에는 상세한 설치 요구사항(installation requirements)이 함께 제공됩니다. 이러한 요구사항은 구매 전에 검토해야 합니다. 다양한 종류의 분석기에 대한 일반적인 지침(guidelines)은 이 장의 끝부분에 인용된 참고 자료(references) 중 일부에 언급되어 있습니다.
2.6 유지보수
유지보수(Maintenance)는 모든 분석기 프로젝트의 핵심입니다. 만약 공정이 결과를 필요로 할 때 분석기를 유지보수하여 그 성능을 유지할 수 없다면, 애초에 설치하지 말아야 합니다. 어떠한 사용자라도 분석기를 구매만 목표로 삼지 않습니다. 그들은 비용을 절감하거나 공장을 가동 상태로 유지하기 위해 분석기를 구매합니다.
적절한 유지보수 자원에 접근할 수 있는 제대로 훈련된 전문 기술 인력(dedicated craftsmen)은 공정 분석기(process analyzers)를 올바르게 작동시키는 데 필수적입니다. 복잡한 공정 분석기 시스템의 경우, 연간 유지보수 비용이 구매 가격의 5~10%에 달하는 것은 드문 일이 아닙니다. 실제로 한 라만 분광법(Raman spectroscopy) 응용 분야에서는 1년에 두 번, 25,000달러짜리 레이저(laser)를 교체해야 했습니다. 해당 시스템의 비용은 150,000달러에 불과했습니다. 이로 인해 조달 비용 대비 연간 유지보수 비용의 비율이 33%에 달했습니다. 이는 높은 비율이지만, 해당 분석기 시스템이 제공하는 이점에 따라 반드시 받아들일 수 없는 수준은 아닙니다.
다양한 유지보수 접근 방식을 사용하는 공장들이 분석기를 성공적으로 활용해 왔습니다. 이러한 접근 방식의 대부분은 예측(predictive), 예방(preventive) 및 고장 수리(break-down) 유지보수의 조합을 포함하고 있습니다. 필터(filter) 청소, 공정용 가스 실린더(utility gas cylinder) 교체, 기계식 밸브(mechanical valve) 및 기타 움직이는 부품의 정비(overhauls)와 같은 문제들은 예측 및/또는 예방 유지보수에 적합한 경향이 있습니다.
많은 공정 분석기는 마이크로프로세서(microprocessor) 컨트롤러가 필요할 만큼 충분히 복잡하며, 이들 중 다수는 벤더(vendor)들이 유지보수 인력에게 고장 및/또는 고장 임박(approaching failures)을 알려주는 적절한 진단(diagnostics)을 수행하도록 활용한 초과 용량(excess capacity)을 가지고 있습니다.
분석기 보호시설(Analyzer shelters)은 바람직한 유지보수 점검(maintenance checks)과 적절한 수리(repairs)를 장려하는 데 도움이 됩니다. 분석기 하드웨어(hardware)가 접근하기 쉽고 쾌적한 작업 환경(예: 난방 및 냉방이 되는 보호시설)에 보관되면 유지보수 부서로부터 더 나은 관심을 받을 가능성이 높습니다. Figure 2-5는 적당히 복잡한 GC 분석기 오븐(oven)을 보여줍니다. 이 오븐에는 GC의 분리 및 측정 과정을 모니터링하고, 제어하며, 동기화(synchronize)하기 위한 여러 개의 검출기(detectors), 다수의 분리 컬럼(separation columns) 및 밸브(valves)가 있습니다.
명백히, 이처럼 복잡한 시스템은 조명이 밝고 환경적으로 쾌적한 작업 환경에서 더 쉽게 유지보수될 것입니다. 많은 GC 시스템 및 분광법(spectroscopy) 시스템과 같은 복잡한 분석기는 환경적으로 안정된 구역에 설치될 때 일반적으로 더 나은 성능을 보여주었습니다. Figure 2-3은 3개의 공정 GC가 있는 이러한 구역 중 한 곳을 보여줍니다. 장치의 상단부는 분석기 기능 및 작동을 제어하고, 외부와 통신하며, 때로는 다양한 시료 시스템 기능을 제어하는 데 필요한 마이크로프로세서(microprocessor)와 복잡한 전자 장치(electronics)를 포함합니다. 중간부는 공정용 가스 제어(utility gas control) 구역으로, 여러 응용 분야에 필수적인 가스들의 필요한 유량(flows)을 제어합니다. 아래 부분은 이른바 ‘핵심부’입니다. 이는 Figure 2-5에 내부적으로 묘사된 것처럼 응용 분야별로 다양한 분리 컬럼, 밸브 및 검출기가 포함된 항온 제어식 분리 오븐(thermostatically controlled separation oven)입니다.
유지보수 부서가 이미 익숙한 (가장 좋은 기술은 아닐 수 있지만) 수용 가능한 분석 기술을 활용하는 것은 여러 긍정적인 이점을 가져올 수 있습니다. 기존의 예비 부품(spare parts)을 쉽게 구할 수 있을 수 있습니다. 유지보수 기술자는 이미 해당 기술에 대한 일반적인 교육을 받았을 수 있으며, 입증된 응용 분야들이 매우 성공적이었다면, 매우 긍정적인 태도로 시운전(start-up) 단계에 들어갈 수도 있습니다. 또한, 귀사의 제어 시스템(control system)은 이미 적절한 GC 또는 기타 데이터 고속도로(data highways)와 연결되어 있을 수도 있습니다.
교정(Calibration)은 일반적으로 유지보수 기능의 일환으로 취급됩니다. 교정은 응용 분야 및 시설에 따라 다르게 다루어집니다. 대부분의 규제 및 환경 관련 응용 분야는 빈번한 교정(자동 또는 수동)을 요구합니다. SPC(통계적 공정 관리) 및 6시그마(six sigma)를 적극적으로 도입한 많은 공장은 모니터링 및 제어 기기를 지나치게 자주 교정함으로써 공정에 약간의 불안정성(instability)을 유발할 수 있다는 점을 깨달았습니다.
이러한 조직들은 주로 여러 번의 교정을 평균 내어 그 평균값을 교정값으로 사용하기 시작했습니다. 그런 다음, 벤치마크 교정(benchmark calibrations) 또는 교정 점검(calibration checks)을 수행하고, 점검 결과가 원래 교정 시리즈의 통계적 지침(statistical guidelines) 내에 있는 한 기기(instrument)를 조정하지 않습니다. 만약 결과가 허용 가능한 통계적 범위를 벗어나면, 재교정(recalibrate)을 할 뿐만 아니라 어떤 원인으로 인해 변화가 발생했는지 파악하기 위해 기기/응용 분야를 전반적으로 점검합니다.
마이크로프로세서(microprocessors)의 가격이 하락하면서, 이들은 점점 더 단순한 분석 기기에도 사용되고 있습니다. 이러한 시스템에 포함된 초과 컴퓨팅 용량(excess computing capability)을 활용하여, 점점 더 많은 벤더(vendor)들이 분석 시스템 유지보수를 돕기 위한 진단(diagnostic) 및 유지보수 패키지를 개발하고 있습니다. 이들은 일반적으로 성능 모니터링 및/또는 진단 시스템(diagnostics systems)이라고 불립니다. 이 시스템들은 종종 기기의 상태, 공정에 대한 가용성(availability), 고장 및 유지보수 이력(history)을 모니터링하고, 소프트웨어 유지보수 문서/매뉴얼을 포함하며, 공정 및 유지보수 부서에 적절한 경보(alarms)를 제공합니다.
마지막으로, 유지보수 작업 할당(maintenance work assignments)과 우선순위(priorities)는 공정 분석기(process analytical instruments)에 있어서 특히 까다로운 문제입니다. 대부분의 분석기는 복잡성과 여러 문제에서 다소 독특한 특성을 가집니다. 외형이 비슷해 보이는 두 개의 공정 GC 시스템도 공정, 시료(sample) 및/또는 응용 분야의 차이로 인해 현저하게 다른 유지보수 지원을 필요로 할 수 있습니다.
따라서 일반적으로 실제 유지보수 이력(maintenance histories)이 있다면 이를 바탕으로 유지보수 작업량을 산정하는 것이 가장 좋습니다. 이때는 개별 유지보수 작업자의 편차(variations)를 없애기 위해 평균을 내고, 최근 이력에 더 많은 비중을 두어 현재의 설치 상태(개선되었거나 교체가 필요한)에 더 무게를 두도록 시간 가중치(time weighted)를 적용해야 합니다.
유지보수 우선순위는 매우 복잡하며, 이를 결정하기 위해서는 여러 분야의 전문가로 구성된 팀(multidisciplinary team)의 노력이 필요합니다. 특정 시점에 분석기가 수행하고 있는 역할에 따라 그 우선순위가 달라질 수 있습니다. 어떤 분석기는 주로 시동(start up) 및 정지(shut down) 시에 사용되며, 이러한 작업이 다가올수록 더 높은 우선순위를 가집니다. 다른 분석기는 공장 가동에 절대적으로 필요하며(환경 및 안전 관련 장비가 이 범주에 속할 수 있음), 따라서 매우 높은 우선순위를 가집니다. 또 다른 분석기는 회사가 제공하는 재정적 절감 효과(financial savings)를 기준으로 우선순위가 정해질 수 있습니다.
여러 분야의 전문가로 구성된 팀은 어떤 분석기가 긴급 유지보수(immediate maintenance), 즉 비상 호출(call-ins) 및/또는 벤더 지원(vendor support)을 정당화하는지 결정해야 합니다. 어떤 분석기는 정상적인 근무 시간 내의 유지보수 활동만으로도 충분할 수 있습니다. 이러한 우선순위 설정 과정을 거치고 나면, 운영에 있어 분석기 설치가 가진 가치에 대해 훨씬 더 잘 이해하게 될 것입니다. 만약 적절한 유지보수 모니터링 프로그램/활동이 마련되어 있지 않다면, 작업량 및/또는 우선순위를 평가하기가 매우 어려울 수 있습니다. 이러한 결정을 적절하게 내리기 위한 활동을 실행하는 첫 번째 단계는 필요한 데이터를 수집하는 것입니다.
2.7 결과 활용
공정 분석 결과(Process analytical results)는 여러 가지 목적으로 활용됩니다. 다음은 가장 대표적인 용도입니다.
- 폐쇄 루프 제어(Closed Loop Control)
- 개방 루프 제어(Open Loop Control)
- 공정 모니터링(Process Monitoring)
- 제품 품질 모니터링(Product Quality Monitoring)
- 환경 모니터링(Environmental Monitoring)
- 안전 모니터링(Safety Monitoring)
대부분의 현대식 공장에 설치된 대규모 데이터 통신 기반(data communications base) 덕분에, 공정 분석 결과/출력(results/outputs)은 공정 제어 시스템(process control systems), 실험실 정보 관리 시스템(laboratory information management systems), 플랜트 정보 시스템(plant information systems), 유지보수 시스템(maintenance systems), 안전 시스템(safety systems), 기업 시스템(enterprise systems), 그리고 규제 보고 시스템(regulatory reporting systems)(예: EPA에 제출하는 환경 보고서) 등 대부분의 주요 시스템에서 사용됩니다. 이러한 결과들이 다양한 부서에서 어떻게 활용되는지는 여러 차례 언급되었습니다.