4차 산업 혁명은 희망한다… POWERLINK와 openSAFETY를!

독일에서 시작된 Industry 4.0의 컨셉에 전 세계 산업 전문가들의 이목이 집중하고 있다. 개별 워크피스들은 기계, 설비 및 공급업체 전반에 걸쳐 분산된 인터넷과 같은 지능 구조를 형성하여 자신의 생산에의 상호작용이 점점 증가하게 하는 역할을 한다.

이 새로운 산업 풍경으로 가는 길은 점점 분산화 제어와 모션 기술로 포장되고 있다. 그러나 이 기술은 거대한 양의 데이터를 관리할 수 있는 안전장치 통신 시스템에 크게 의존하고 있다. POWERLINK와 openSAFETY의 타의 추종을 불허하는 품질은 이 도전을 극복하고 4차 산업 혁명으로 맞이할 것의 구체화에 도움을 준다.

19세기의 1차 산업혁명은 수공업을 석탄과 증기로 전력을 얻는 산업 수단으로 바꾸었다. 2차 산업 혁명은 노동자들이 조립 라인에서 분업을 하는 대량 생산을 도입했다. 13세기 중반의 중대한 발명품인 트랜지스터는 3차 혁명을 불러왔다.

그 때부터 놀라운 수준의 제어로 제조 공정을 자동화할 수 있게 되었다. 이전엔 소수의 엘리트들만이 가질 수 있었던 소비 제품들을 일반 사람들도 가질 수 있을 정도로 저렴한 가격으로 제조할 수 있게 되었다.

배치 사이즈를 줄이며 대량생산
오늘날, 소비자들은 개성을 중요하게 여기지만 수제품의 비용을 지불하고 싶어하지 않는다. 이 역설은 공장 제조업자와 기계업체들이 배치 교체 사이의 시간과 노력을 최소화하도록, 이상적으로는 자동화로 이들을 모두 없애도록 압력을 주었다.

기존의 생산 관리 공정은 현대적인 생산의 요구를 수용하기에는 너무 경직되어 있다. 새로운 것으로의 적응을 위해 수 년에 걸쳐 많은 접근들이 행해졌다. 그 중 성공적이었던 방법 중 하나는 재고 운영과 생산 스케줄을 위해 기계끼리, 그리고 시스템과 서로 네트워크 하는 것이다.

통신과 분산화
이더넷 기반의 POWERLINK 통신 프로토콜의 개방성은 공장에 있는 다른 시스템과의 스트리밍 통신뿐만 아니라 사무실 환경에서의 IT 시스템에서도 효율적인 것으로 증명되었다. B&R의 공정 제어 시스템인 APROL은 또한 전체 기계 네트워크와 빌딩 자동화 시스템이 하나의 완벽하게 통합된 생산 시스템으로 구축되는 데 상당한 기여를 한다.

더욱 적합한 생산에의 또 다른 성공적인 접근은 실시간 이더넷 플랫폼을 통해 각 시스템 전반에 걸쳐 지능화를 배포하는 것이다. 분산화된 제어와 I/O 시스템뿐만 아니라 내장형 지능을 갖춘 드라이브 시스템은 작동 중 동적으로 재구성을 할 수 있는 모듈화된 기계의 개발을 가능하게 했다.

B&R의 서보드라이브인 ACOPOS 시리즈는 2000년에 처음 도입 시 작은 혁명을 가져온 대표적인 예이다. 모션 시스템과 통합 데이터 처리를 하는 각 센서들의 증가 범위는 더욱 우세하고 있고, 개별 기계에 걸쳐 연산 성능과 데이터 저장이 확산되고 있다.

컨셉에서 시운전까지의 일관성
동시에 소프트웨어 엔지니어링 분야는 제품 개발자의 의도가 손실되거나 변경되는 것 없이 생산에 적용될 수 있는 새로운 컨셉으로 넘어갔다. 기하학적 CAD 모델은 가공 기계의 NC 프로그램으로 직접 변환될 수 있고 구성 데이터는 생산 스케줄과 시뮬레이션 시스템에 바로 공급될 수 있다.

CAE 프로그램의 움직이는 부분들의 운동학적과 동적 특성의 시뮬레이션은 시뮬레이션 툴에서 사용된 수학적 모델로부터 처리 알고리즘이 생성돼 프로그램 코드로 변환되어 기계와 공장을 제어할 수 있다.

한편 인터넷은 가정과 사무실에서 사용자의 삶에 계속해서 퍼져나가 데이터 관리 및 활용의 새로운 방법을 열었고, 격리된 컴퓨터의 중앙 집중식 데이터 저장소를 거대하고 지속적으로 증가하는 더 작은 유닛들로 교체하였다. 하향식 명령 구조는 클라이언트 – 서버 시스템의 질의 – 응답 방식 접근방식에 자리를 내어주고 있다.

독일 연방 정부에 의해 제시된 계획은 산업 생산 기술 분야에 이러한 메커니즘의 어플리케이션을 홍보하는 것을 목표로 하고 있다. 그것은 Industry 4.0과 4차 산업혁명의 컨셉을 만드는 동시에 예측 및 생산 공정의 설계에 근본적인 패러다임의 변화를 촉진했다.

포스트 혁명 산업의 풍경은 클라우드 플랫폼에 연결된 정보 내장형 개별 워크피스와 함께 “Internet of Things”로 불리는 제품과 처리 데이터의 분산 활용을 특징으로 할 것이다.

워크피스로 촉진된 기계의 동적 재구성과 같은 시나리오를 포함한 생산 관리 방법론의 격변은 산업용 통신에 대한 수요의 증가와 관련되어 있다.

“동기화 할 축의 수가 증가하는 것처럼 전송해야 할 데이터의 양이 빠르게 증가하고 있습니다.“ Ethernet POWERLINK Standardization Group(EPSG)의 매니징 디렉터인 Stefan Schonegge씨는 말한다.

이 작업들은 광대한 네트워크에 걸쳐 개별 센서와 액츄에이터 레벨까지 실시간 성능의 저하 없는 고속 데이터 통신을 요구한다. POWERLINK는 시장의 다른 시스템들과 다르게 모든 점들을 만족시킨다.

절대적인 신뢰도를 가진 동적 개방성
다른 제조업체들의 시스템 사이에 고도로 자동화된 상호작용을 달성하기 위해서는 실패의 위험을 최소화하는 것이 필수적이다. “POWERLINK는 이미 특별한 컴퓨팅 하드웨어의 필요 없이 PLC 및 회선 이중화에 제공될 수 있도록 완벽하게 갖추고 있습니다.” Schonegger씨가 말한다.

산업용 통신 네트워크에 대한 또 다른 중요한 요구 사항은 타사 시스템과의 상호 운영성이다. “이것은 간단히 한 공급업체가 모든 퍼즐의 조각에 최적화된 솔루션을 제공하는 것으로 상상해볼 수 있습니다.” Schonegger씨가 말한다.

“기존의 시스템과의 호환성의 견고한 기초와 개방형 기술에 대한 헌신은 절대적으로 중요하다.” Industry 4.0의 맥락에서 주목을 받을 이슈는 작업과 관련된 safety이다. 그러나 safety가 생산 공정의 유연성을 제한하거나 전체 잠재력 달성을 방해한다면 이는 분명 비생산적이다. “개별 기계를 safety 케이지에 넣어놓는 것은 좋은 방법이 아닙니다.” Schonegger씨는 확신한다.

만약 우리의 목표가 기계 및 생산이 개별 워크피스를 기반으로 구성을 조정하는 것이라면 기계의 모듈을 동적으로 추가하거나 재구성할 수 있도록 해야 한다. EPSG는 보류중인 4차 산업혁명에 대한 이야기가 나오기 오래 전부터 개발과 규격의 역사를 세우고 있다.

안전은 경계를 알고 있어야 한다
“필드버스 통합 safety 제어 시스템은 모듈화 기계 디자인의 필수 요소입니다. 이것은 사용된 필드버스의 타입과 완벽히 독립적이기 때문에 openSAFETY 프로토콜은 개별 모듈과 전체 기계가 그들 사이에 다른 프로토콜로 통신하더라도 하나의 safety 솔루션을 장착할 수 있도록 합니다.” Schonegger씨가 설명한다.

“openSAFETY는 동적으로 구성 가능한 모듈러 유닛들을 포함한 생산 라인을 하나의 safety 유닛으로 운영할 수 있습니다.” 복잡한 운동 체인과 툴의 중심점에서의 안전제한속도(SLS)와 같은 기능들을 위한 완벽히 통합된 safety 덕분에 작업자들은 보호장벽의 제한 없이 제약없는 퍼포먼스의 혜택을 누릴 수 있다.

Schonegger씨는 미래에 매우 유연한 생산 시스템의 요구를 충족시키기 위한openSAFETY를 갖춘 이런 특성들은 그것의 개방성의 덕을 보고 있다고 믿고 있다. “독점 솔루션들은 이제 한물 갔습니다. Industry 4.0의 진짜 혁명은 개방성에 크게 힘입을 것입니다.” ©

EPSG www.ethernet-powerlink.org

[박스]

숫자 “4“
숫자 “4“는 산업 자동화의 세계 전반에 걸친 방법론의 전면적인 변화의 선구자가 될 것으로 보인다. 분산된 생산 공정으로의 전환으로 기계 및 시스템 제조 업체에 가장 큰 도전을 제시하는 영역 중 하나는 소프트웨어 개발이다.

B&R의 자동화 소프트웨어인 Automation Studio 4에서 이상적인 솔루션을 찾을 수 있다.

시장의 다른 시스템들과 다르게 Automation Studio 4는 심지어 타사의 소프트웨어일지라도 동적으로 혹은 주문식으로 개별 모듈에 로드할 수 있는 완벽한 자유를 가진 모듈화된, 이벤트 기반의 소프트웨어의 개발을 지원한다.

Automation Studio는M-CAD, E-CAD 및 시뮬레이션 툴의 광범위한 범위의 원활한 데이터 교환 및 동기화를 제공한다.

[박스]

openSAFETY
openSAFETY는 동적으로 구성 가능한 모듈러 유닛들을 포함한 전체 생산 라인에 적용할 수 있어, 하나의 safety 유닛으로 간단하고 안정적으로 운영할 수 있다. 복잡한 운동 체인과 툴의 중심점에서의 안전제한속도(SLS)와 같은 기능들을 위한 완벽히 통합된 safety 덕분에 작업자들은 보호장벽의 제한 없이 제약없는 퍼포먼스의 혜택을 누릴 수 있다.

아이씨엔 매거진 2013년 09월호