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스마트공장

물리적 세계와 디지털 세계를 이어주는 새로운 기술들

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디지털 트위닝(digital twinning, DT)은 인더스트리 4.0(Industry 4.0)과 산업용 사물 인터넷(industrial Internet of Things, IIoT)을 위한 기술 로드맵의 일부이다. 물리적 영역과 디지털 정보 영역을 하나로 연결하기 위해서는 전 영역에 걸쳐 신기술들이 서로 융합하고 유기적으로 작동해야 한다.

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디지털 트위닝이란 데이터에 기반한 방법으로 물리적 시스템을 디지털 모델로 컴퓨터로 복제해 개별적으로 구현함으로써 물리적 시스템의 설계와 유지보수를 향상시키는 기술이다. 자동화와 데이터 교환이 발달하면서 데이터 트위닝이 다양한 산업 애플리케이션에서 유용하게 활용될 수 있게 된 것이다.

물리적 세계와 디지털 세계가 만나는 이러한 새로운 산업 환경을 4차 산업 혁명, 즉 인더스트리 4.0이라 부른다. 수많은 첨단 전자기기와 컴퓨터 시스템이 교차하는 지점에 적용되는 인더스트리 4.0의 ‘새로운 방식’은 이득과 효율을 증대시키고 유연성을 높여준다. 물리적 영역과 디지털 정보 영역을 하나로 연결하기 위해서는 전 영역에 걸쳐 신기술들이 서로 융합하고 유기적으로 작동해야 한다. 인더스트리 4.0의 잠재력을 실현하기 위해 다음과 같은 기술들이 디지털 트위닝에 활용되고 있으며, 디지털 트위닝은 인더스트리 4.0을 위한 기술 로드맵의 일부일 뿐이다.

• 페어링 기술
• 가상 물리 시스템
• 증강, 가상 및 혼합 현실
• 인공 지능
• 적층 가공
• 3D 프린팅
• 디지털 스레드

페어링 기술
페어링 기술(Pairing technologies)은 어떤 디바이스나 시스템이 다른 디바이스와 시스템을 찾아서 연결 및 통신할 수 있게 해주는 기술로 디지털 트위닝과 인더스트리 4.0 세계에서 매우 중요하다. 일례로 센서와 산업용 사물 인터넷 제품들은 다른 디바이스를 성공적으로 찾아서 연결할 수 있어야 한다. 블루투스(Bluetooth®) 같은 기술들이 이러한 연결에 사용된다. 이를 수행하려면 연결된 디바이스는 다른 연결 가능한 디바이스를 성공적으로 찾을 수 있어야 한다. 특정 디바이스는 다른 디바이스를 찾을 때 질의응답 및 데이터를 공유하고자 하는 대상과 통신하고 있는지 확신할 수 있어야 한다. 디바이스가 적절히 활성화되고 절차가 성공적으로 이루어지면 이를 페어링이라 부른다.

이때 보안 문제는 굉장히 중요하다. 모든 디바이스는 크로스토크를 방지하고 잘못된 정보가 전달되지 않도록 정확한 식별이 확인된 후에만 페어링 해야 한다. 어떤 디바이스가 페어링 해야 하는 다른 디바이스를 빠르고 쉽게 식별할 수 있는 프로그래밍 알고리즘을 통해 바로가기를 만들 수 있다. 페어링은 암호화를 이용한 인증 키를 통해 수행된다. 페어링은 디바이스 간에 데이터를 교환하는 관계에서 연결이 본딩 상태를 유지하도록 보장하고 외부 소스에 이러한 데이터 교환이 누출되지 않도록 방지한다.

유연한 작동 역시 매우 중요하므로 디바이스는 외부에서 사람의 개입 없이 신속하게 페어링을 만들고 해제할 수 있어야 한다. 페어링이 성공한 경우, 페어링을 활성 상태로 유지하기 위해 지속적인 통신이 필요할 수 있다. 디바이스 중 하나가 더 이상 페어링 본드가 필요 없다고 판단하는 경우 페어링 관계를 끊고 다른 페어링을 준비한다.

가상 물리 시스템(CPS)
미국 국립과학재단(NSF)은 가상 물리 시스템(cyber-physical system, CPS)을 “컴퓨팅 자원과 물리적 자원 간의 긴밀한 결합과 조정”으로 정의한다. 이 정의에서 중요한 요소는 일련의 연결된 사물 또는 부분이 복잡한 전체를 구성한다는 시스템적인 접근방법을 채택하고 있는 점이다.

현재 CPS의 예로는 자동화된 항공사 비행 제어 시스템을 들 수 있다. 인더스트리 4.0은 이를 실현하기 위해 비행기가 아닌 기계, 컴퓨터, 로봇, 센서 및 공정이 전체적으로 함께 작동하게 하는 교통 통제를 필요로 한다. 이는 복잡도 사슬에서 한 단계 높은 수준이므로 IIoT보다 높은 차원의 시스템을 나타낸다. IIoT가 막대한 양의 데이터를 수집하고 처리, 공유하는 것과 관련되는 곳에서 CPS는 다양한 시스템에서 수집되는 이러한 방대한 양의 데이터를 관련된 산업과 연관된 여러 분야에 걸쳐 적절히 활용하도록 보장하는 데 초점을 맞춘다. 특정 산업의 고유한 딜레마는 특정 과제를 해결하기 위해 엔지니어링 전문지식을 필요로 한다.

증강, 가상 및 혼합 현실
새로운 기술들이 우리의 현실을 확장하고 있다. 이 기술들은 디지털 콘텐츠를 우리 앞에서 물리적으로 중첩시키고, 가상 세계와 실제 세계를 한데 합쳐 증강된 세계로 인식되는 혼합 현실을 만들어낸다. 이러한 효과를 통해 엔지니어는 새로운 방식으로 사물을 볼 수 있다. 예를 들어 컴퓨터 모니터에서 DT를 보는 대신 디지털 콘텐츠에 참여하거나 홀로그램과 상호작용할 수 있게 하는 증강 현실(AR) 헤드셋을 사용해 DT를 볼 수 있다.

이러한 AR을 사용하면 착용자는 신체적 감각을 통해 몰입감 높은 체험을 할 수 있다.

현실감을 높여주는 헤드셋은 디저털화 한 환경을 통해 물리적 세계를 체험함으로써 물리적 세계에서 발생하는 실제 조건을 실시간으로 경험할 수 있게 한다. AR은 새로운 통찰과 이해로 이어질 수 있다. 또한 DT 디스플레이를 사용자의 시야에 띄울 수 있는데, 이렇게 하면 훨씬 더 접근 가능하고 사용하기 쉬운 실시간 피드백이 가능하다.

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인공지능(AI) 기술
IIoT는 연결된 데이터의 제공을 약속한다. 따라서 유용한 데이터를 저장하고 분석해야 한다. 인공 지능(AI)은 막대한 양의 디지털 데이터를 어떻게 분석하고 성공적으로 처리할 것인가에 대한 해결책이다. AI는 신속한 통합과 하이브리드 통합, 투자 활용, 시스템 관리와 컴플라이언스를 구현하여 가치를 증진시키므로 디지털 트위닝을 보다 완전하게 실현할 수 있게 도와준다.

머신러닝을 통해 AI는 디지털 데이터를 사용하여 모델링, 분석, 훈련, 적용, 그리고 최상의 의사결정을 추론하는 기회를 제공한다. AI는 컴퓨팅에 대한 전통적인 관점을 바꾸어 놓고 있다. 지금까지는 주로 공정 자동화와 스케일링의 관점이었다면 이제는 실행 가능한 통찰을 통해 지식 기반 관점으로 옮겨가고 있다. 조만간 AI는 엔지니어가 새로운 통찰과 가치를 창출하는 방법을 얻는 데 도움을 주게 될 것이다. 데이터 과학 접근방법을 사용하게 될 때 결정은 빠르게 강력해지고, 이는 추가적인 기회를 만들어낼 것이다.

적층 가공
적층 가공(additive manufacturing, AM)은 재료를 한층씩 쌓아 올려 3D 물체를 만드는 제조 방법이다. AM은 변화하는 수요에 대처하고 유통 가능하며 유연한 제품을 제조할 수 있는 산업을 이끌고 있어 전망이 밝다. AM의 두 분야인 3D 프린팅과 디지털 스레드는 디지털 트위닝을 가능하게 만들면서 계속 발전하고 있다.

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3D 프린팅
3D 프린팅(3D printing)은 아마도 AM 중에서 가장 잘 알려진 예일 것이다. 3D 프린팅에서 프린터는 거의 영(제로)에 가까운 리드타임으로 플라스틱, 금속 또는 기타 맞춤형 재료를 사용하여 물체를 프린트하도록 프로그래밍할 수 있다. 3D 프린팅은 대단히 유연하며, 큰 규모의 경제에서 발생하는 제조와 관련된 문제를 없애준다. 이것이 미래에 의미하는 것은 누구나 마치 패스트푸드를 주문하듯 원하는 것을 신속하게 얻을 수 있게 된다는 것이다.

디지털 스레드
복잡한 시스템에서는 관련된 모든 시스템이 통일된 하나의 시스템에서 동작하지 않으며, 따라서 스케일링이 어렵기 때문에 AM은 주로 실험실에 제한적으로 사용되었다. 디지털 스레드(digital thread)가 이를 바꾸고 있다.
디지털 스레드는 데이터에 기반한 디지털 시스템 뒤에서 이를 일정하게 하나로 묶어주는 끊이지 않는 데이터 흐름을 말한다. 디지털 스레드는 공유된 정보의 소스인 스레드에 서로 다른 애플리케이션을 연결하여 하나로 통일함으로써 AM의 잠재력을 끌어낸다. 디지털 스레드는 재설계된 인더스트리 4.0에 관련된 모든 위치에서 정보의 수집, 관리, 분석을 위한 더 쉬운 공정을 생성한다. 또한 전체 공정을 통해 설계와 생산, 가동의 효율을 높이고 최적화한다.

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결 론
디지털 트위닝은 기존 제품과 공정의 이득과 효율, 유연성을 증가시키면서 인더스트리 4.0의 중요한 지표가 될 것이다. 그러나 디지털 트위닝은 인더스트리 4.0 로드맵의 일부일 뿐이다. 페어링 기술, CPS, AI 및 AM이 물리적 세계와 DT 정보와 통찰력의 세계를 하나로 연결하는 데 핵심적으로 활용되고 있다. 이러한 기술의 복잡성이 디지털 트위닝이라는 기술에 통합되어 적용될 때, 이들 기술은 인더스트리 4.0의 잠재력을 실현하는 데 기여하게 될 것이다.

글_ 폴 골라타(Paul Golata), 마우저 일렉트로닉스(Mouser Electronics)

산업용IoT

로크웰오토메이션, 안전한 기계 진단으로 산업용사물인터넷 구현을 지원한다

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알렌브래들리 가드마스터 가드링크 (Allen-Bradley Guardmaster GuardLink) 안전 시스템

산업용사물인터넷(IIoT)는 공장 플랜트 및 기계 장비에서 수 많은 정보들을 실시간으로 수집하고 분석하는데 그치지 않고, 분석에 기반해 실시간으로 적절한 조치까지를 수행하도록 해야 하는 어려운 과제를 남겨두고 있다. 여기서 무엇보다도 중요한 조치는 바로 안전이다. 이는 안전 기반 통신 프로토콜을 통해서 구현되고 있다.

기존에는 기계장비에서 안전 장치들이 별도로 마련된 안전 입력에 배선되어야 했다. 이는 배선에서도 상당한 양의 추가 작업이 요구되었고, 잠재적인 고장 위험도 있었다. 그 뿐 아니라, 직렬 연결 배선을 하여 모니터링 하는 경우 각 장치의 상태 정보를 각 장치의 보조 출력으로부터 받아 별도의 리모트 I/O 카드 등에 연결해야 하는 불편함이 있었다.

알렌브래들리 가드마스터 가드링크 (Allen-Bradley Guardmaster GuardLink) 안전 시스템

로크웰 오토메이션의 새로운 안전 기반 통신 프로토콜 알렌브래들리 가드마스터 가드링크 (Allen-Bradley Guardmaster GuardLink) 안전 시스템은 이러한 문제들을 해결하고, 기계 장비의 진단 정보들을 안전하게 전달하도록 한다. 가드링크 기술은 안전 기반 통신 프로토콜로, 작업자들이 장비 진단을 효과적으로 하고 생산 중단 시간을 감소시켜 생산성을 향상할 수 있게 해준다. 가드링크 기술이 적용된 스마트 안전 장치는 보다 향상된 정보, 성능, 유연성을 제공하며, 기업이 장비 및 공장 전반의 안전성과 효율을 높이는데 기여한다.

GuardLink를 이용하면, M12 커넥터를 이용해 연결하여 안전 장치의 직렬 연결이 용이하고, 별도의 배선없이 제어기에서 Ethernet/IP 통신을 통해 각 장치의 진단 정보들을 끌어올 수 있다. 이 시스템은 링크 당 최대 장치 32대까지 단일의 4핀 케이블로 연결하여 안전, 진단, 원격 리셋 및 잠금 명령을 제공한다. 배선 작업에서도 최대 38% 감소되어 설치 비용과 시간이 대폭 절감된다.

이종두 로크웰 오토메이션 코리아 A&S사업부 과장은 ”산업용 사물인터넷(IIoT)을 갖춘 진정한 커넥티드 엔터프라이즈는 조직 내 플랫폼과 장치들 전반에서 실시간 제어와 정보를 활용할 수 있어야 하며, 사용자들에게 적시에 올바른 정보를 올바른 형식으로 액세스할 수 있는 역량을 제공”해야 한다며, ”이번에 발표한 가드링크는 기계 및 공장 전반에 향상된 안전성 및 효율성을 제공하여 국내 기업의 제조 생산성 향상과 디지털 전환을 지원할 것”이라고 말했다.

이번에 발표된 가드링크 기술은 알렌브래들리 가드마스터 안전 릴레이와 컴포넌트에 완전하게 통합되어, 사용자들이 최소 비용으로 스마트 안전회로를 구성하고, 전체 안전 시스템의 상태 정보에 액세스할 수 있도록 해준다. 가드링크 기술로 지원되는 스마트 탭을 통해 안전 장치를 연결하고 가드마스터 안전 릴레이로 표준 케이블을 연결할 수 있기 때문에 필드 기기인 라이트 커튼과 가드 도어부터 비상 정지 스위치 수준까지, 시스템에 대한 가시성도 크게 향상된다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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산업용IoT

슈나이더 일렉트릭, 싱가포르서 IoT 플랫폼 ‘에코스트럭처’ 최신 버전 공개

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2018 Innovation Summit Singapore
twitter@Schneider Electric

’2018 이노베이션 서밋 싱가포르’ 9월 20일 개최

에너지 관리 및 자동화 분야의 디지털 혁신을 선도하는 글로벌 기업 슈나이더 일렉트릭(한국지사 대표 김경록)이 9월 20일부터 이틀간 싱가포르 마리나 베이 샌즈 호텔에서 ’2018 이노베이션 서밋 싱가포르(2018 Innovation Summit Singapore)’를 개최하고, 슈나이더 일렉트릭이 제시하고 있는 사물인터넷(IoT)을 지원하는 개방형 아키텍처 플랫폼인 ’에코스트럭처(EcoStruxure™)’ 최신버전이 공개된다.

2018 Innovation Summit Singapore

슈나이더 일렉트릭의 이노베이션 서밋은 세계적 전문가와 업계 종사자가 모여 디지털화와 디지털 전환(Digital Transformation)에 따른 변화하는 비즈니스 전략 방안에 대한 대담한 아이디어를 공유하는 자리다. 지난 5월말에는 서울 행사가 이틀간 개최된 바 있다. 서울을 포함해 전세계 약 20여개의 행사가 이미 개최됐으며, 이번 ‘이노베이션 서밋 싱가포르’는 동아시아 최대 규모로 진행된다.

‘Powering and Digitizing the Economy’를 주제로 진행되는 이번 싱가포르 서밋 행사는 총 6개의 전략 세션과 15개 이상의 전문가 세션이 열린다. 행사에서는 슈나이더 일렉트릭 장-파스칼 트리쿠아(Jean-Pascal Tricoire) 회장 겸 CEO가 참석해 기조연설을 담당한다. 이와 함께 국내의 주요 고객 사례도 소개될 전망이다.

장-파스칼 트리쿠아(Jean-Pascal Tricoire) 슈나이더 일렉트릭 회장은 “디지털 경제 활성화로 인해 전 세계는 전례 없는 속도로 변화하고 있다. 사물인터넷, 인공지능, 빅데이터 분석 등 기술을 통해 기업들은 효율성과 혁신성을 향상시켜 경쟁 우위를 차지하기 위해 박차를 가하고 있다.”고 말했다. 이어 “에코스트럭처에 구축된 우리의 기술은 디지털화를 기반으로 고객들이 효율성, 안전성, 안정성, 연결성, 지속가능성을 향상시켜 새로운 디지털 경제의 리더가 되도록 도울 것이다. 우리는 고객과 파트너가 에너지 관리 및 자동화 분야에서 성공적인 디지털 혁신을 이룰 수 있도록 지원해 나갈 것이다.”고 전했다.

또한 솔루션 데모 및 체험 부스로 운영되는 ’이노베이션 허브(Innovation Hub)’도 업계의 주목을 받고 있다. 3,700㎡의 공간에 마련된 이노베이션허브에서는 슈나이더 일렉트릭의 다양한 소프트웨어, 솔루션 및 서비스를 선보인다. 이노베이션 허브에서도 에코스트럭처 최신 버전이 새롭게 소개될 것으로 보이며, 여기에는 기계설비 및 플랜트를 위한 인공지능(AI) 및 VR(가상현실), 빅데이터 융합 기술들이 대거 추가될 것으로 예상된다. 이 밖에도 마이크로소프트, 엑센츄어, 시스코, 댄포스, 솜피, 아비바 등 기술 및 채널 파트너뿐만 아니라 주요 스타트업 기업과 슈나이더 일렉트릭의 협업 네트워크에 대한 방향성도 제시된다.

’2018 이노베이션 서밋 싱가포르’ 라이브 페이지에서 세부 진행 내용을 실시간으로 확인할 수 있다. (링크) 2018 Innovation Summit Singapore live

9월 20일 오전 9시(현지시각; 한국시각 10시)에 개막식이 시작된다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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스마트공장

효성인포메이션시스템, 빅데이터 분석 플랫폼 무료 체험 이벤트 실시

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단일한 워크플로우로 구현되는 펜타호 데이터 처리 및 분석 플랫폼

데이터 통합, 머신러닝 기반 분석 및 시각화 프로세스를 통합한 원스톱 빅데이터 플랫폼 ’펜타호(Pentaho)’ 30일간 무료 체험

통합 ICT 인프라 솔루션 전문 기업 효성인포메이션시스템(대표 정태수)은 데이터의 통합, 분석 및 시각화를 하나의 워크플로우로 구현한 통합 빅데이터 처리 및 분석 플랫폼 ‘펜타호(Pentaho)’의 30일 무료 체험 이벤트를 진행한다.

오픈소스 기반으로 개발된 ’펜타호’는 GUI 기반의 손쉬운 환경에서 데이터 수집 및 통합부터 오픈소스 머신러닝 알고리즘 기반의 모델 구축, 예측 및 모델 업그레이드 및 시각화 기능을 통합한 플랫폼이다. 특히 모든 소스의 데이터 통합 및 분석 자동화를 통해 방대한 양의 인간 및 기계 데이터를 신속하게 처리하고 민첩한 인사이트를 창출하고자 하는 기업들에게 적합하다.

단일한 워크플로우로 구현되는 펜타호 데이터 처리 및 분석 플랫폼

펜타호는 단일 작업에 대한 병렬처리가 가능하고, 펜타호 서버 클러스터링을 통해 가용 자원을 효율적으로 분배할 수 있으며, 하둡(Hadoop) 처리 엔진을 활용할 수 있어 뛰어난 빅데이터 처리 성능을 보장한다. 머신러닝 모델 개발 단계에서는 드래그앤드롭만으로 R, 파이썬, 웨카(WEKA) 및 스파크(Spark) 등의 오픈소스 툴에 손쉽게 접근하고 다양한 모델들의 성능을 테스트한 결과 최적의 모델을 선택해 예측을 수행할 수 있다. 모델 기반의 분석 결과는 기업의 요구사항에 맞춰 맞춤형 대시보드로 구현할 수 있으며, 비즈니스 애플리케이션에 유연한 임베딩을 통해 보다 신속한 데이터 기반 의사결정을 돕는다.

효성인포메이션시스템 데이터사업팀 김형준 팀장은 “머신러닝 기반의 펜타호를 통해 빅데이터 인프라 설계부터 구축 및 구현에 이르는 과정의 맞춤형 컨설팅과 전문 기술을 제공, 기업의 데이터 수집부터 준비, 분석 및 시각화에 이르는 전 과정의 혁신을 적극 도울 것”이라고 말했다.

이번 체험용 제품은 히타치 밴타라(Hitachi Vantara) 본사 이벤트 홈페이지에서 원하는 기업이면 누구나 다운로드 받을 수 있다.

박은주 기자 news@icnweb.co.kr

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