[칼럼] 커넥티드 인더스트리

인더스트리 4.0이 사이버 피지컬 시스템을 적용함으로써 산업 생산환경이 급속히 변모되고 있다. 다만, 가상 세계와 물리적 세계가 통합될 때 비로소 인더스트리 4.0이 현실화될 것이다. 이는 우리에게 비전인 동시에 미션이다.

현재까지, 기존의 산업용 설비시설은 대체로 단순한 콘셉트, 즉 자동화 장치로 수행하는 자동화 작업이 전부인 콘셉트였다. 이들 장치는 중앙 컨트롤러에 연결될 필요가 있다. 그것 뿐 – 의심의 여지 없이 강력한 이 컨셉트는 더 이상 아무 것도 필요 없다.

해당 네트워크는 단지 산업용 이더넷을 위한 차량, 혹은 – 보다 진부한 용어로 표현하면 – 연결 라인에 불과한 셈이다. 자동화 관점에서, 이는 전적으로 이해할 수 있으리 만큼 충분하다.

반면, 인더스트리 4.0은 네트워크 테크놀로지는 물론, 나아가 커넥션 테크놀로지에도 새로운 요건을 부과한다: 인더스트리 4.0 환경에서 생산은 보다 효과적이고, 유연하며, 더욱 강력한 성능을 발휘할 필요가 있다. 제어 기능이 종래의 중앙 컨트롤러에서 시스템 자체로 이전된다. 이는 생산설비 구조의 개념상 근본적인 변화를 수반한다: 다시 말해, 엄격한 계층구조의 설비에서 분산형 시스템으로 이행하는 것. 설비시설이 모듈 형식으로 구축되는 한편, 제어작업은 시스템 자체로 이전된다. 네트워크가 결정적인 컴포넌트로 변모하는 셈이다.

인더스트리 4.0이 필드 레벨에서 차지하는 의미는?

뭔가 단순하고 논리적인 소리로 들리긴 해도, 실제 구현에는 일련의 조건들이 연계되어 있으며, 특히 사이버 피지컬 시스템(CPS)과 물질적 생산환경의 통합이 핵심적인 관건이다.

인더스트리 4.0은 CPS (Cyber-Physical Systems)를 IT 응용분야에 통합하는 것이 특징이다. 이러한 통합은 최대한 유연하게 구현되어야 한다. 종래의 생산설비에 대한 경직된 적용은 깨지기 마련이다. 따라서, 두 가지 영역을 서로 병합할 필요가 있다.

초기에 제시된 구현사례에서(예를 들면: smartfactoryKL) 밝혀진 것은, 자율 시스템 모듈들 사이에 결정적으로 중요한 인터페이스가 위치한다는 점이다. 이들 모듈은 통상적인 디자인, 즉 중앙 컨트롤러와 분산형 I/O 방식으로 설계될 수 있지만, CPS를 바탕으로 구축될 수도 있다. 어느 경우든, 이들을 특징짓는 것은, 해당 모듈이 ‘리얼 오브젝트’에서 온전한 서비스를 충실히 수행하는 점이다. 모듈 설정은 종래의 방식으로도 인더스트리 4.0의 장점을 그대로 살려서 마무리 할 수 있다.

생산 설비상의 모듈들은 상이한 위치에서 해당 생산공정에 매우 손쉽게, 그리고 특히 신속하게 통합되어야 한다. 또한 이들 현장에 다양한 모듈들을 투입할 수 있어야 한다. 이 두 가지 핵심 요건으로, 케이블링이 또 다른 성격을 지니게 된다. 다양한 장소에 투입하는 일이 기본 설정인 반면, 각종 모듈과 함께 적용하는 것은 기본 서비스를 구축한다. 케이블링이 인프라로 탈바꿈하는 셈이다.

인더스트리 4.0 생산환경에 구축된 인프라의 모습은?

Smart Factory 인프라는 현재 개념정의 단계다. IT는 물론 자동화에도 이더넷이 적용될 전망이다. 뿐만 아니라, 사무용 빌딩도 ISO/IEC 11801에 따른 어플리케이션 중립적 케이블링을 적용할 것이다. 이 표준은 수동형 네트워크 인프라 구축 방식에 관한 규격사양을 제시한다.

이러한 관점을 생산설비에 투영한다면, 다양한 모듈들을 네트워크에 통합하게 될 것이다. 아울러, 해당 산업에 공급되는 모든 라이프라인, 즉 통신, 400 볼트 전원, 압축공기, 보조전원 및 기타 신호 등을 고려할 필요가 있다. 결국, 다양한 연결이 필요한데, 바로 꽂아 생산하는 간편한 “Plug & Produce”는 해당 연결이 단일 인터페이스, 즉 커넥터 하나로 통합되어야 가능한 셈이다. 모듈화 구성 덕분에, Han-Modular 시리즈는 모든 라이프라인에 적용 가능하다. 모듈 인터페이스가 표준화되어, 이미 결정적인 단계를 넘어선 셈이다. 다만, 인프라 구축은 그 이상을 요구한다. 산업 생산의 경우, 간편하면서도 – 특히 무엇보다 – 더 안전한 시설운영을 보장하도록 모듈 인터페이스가 폭넓은 기능을 제공해야 한다. 모듈 커넥터 인터페이스와 더불어, 이것은 진단, 모듈 식별, 에너지 관리 및 에너지 단속, 전원 보호 (400 볼트) 등의 시설관리는 물론 안전 및 실시간 통신을 포함한다.

이들 기능은 능동형 네트워크 컴포넌트를 적용함으로써 확보할 수 있다.

HARTING은 이러한 인더스트리 4.0 인프라용 컴포넌트 개발을 강도 높게 추진하고 있단. 가령, HARTING의 smart Power Network Unit은 통신 및 전력관리 문제를 하나로 통합한다. 이러한 인프라 구성요소는 선형 및 환형 등 산업 특유의 토폴로지를 구성을 지원함으로써, 각종 생산 모듈들의 유연한 적용을 가능케하는 인프라를 구축한다.

글_ 안드레아스 허만(Andreas Huhmann), 하팅 테크놀로지그룹 전략 컨설턴트