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산업용사물인터넷

최적화된 솔루션으로 나만의 스마트팩토리 만들기

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인포더그룹, 서울 국제 스마트팩토리 컨퍼런스&엑스포 개최

스마트팩토리에 대한 관심이 집중되고 있는 가운데, 이제는 자신의 제조 현장에 최적화된 스마트팩토리 구축방안에 대한 고민에 많은 시간을 보내게 된다. 기존의 공장자동화 솔루션 업체들과 ICT 솔루션 업체들이 제시하는 스마트팩토리 솔루션들을 무작정 도입하는 서투른 방식은 이제 더 이상 고민의 대상이 아니다. 이젠 어떻게 나만이 스마트공장을 만들어 갈 것인가에 대한 고민을 할 때인 것이다. 지난 6월 15일 코엑스에 열린 ’2018 서울 국제 스마트 팩토리 컨퍼런스&엑스포’는 이러한 고민을 함께 공유하고 나누는 자리로서 의미를 부여할만한 이벤트였다.

서울 국제 스마트팩토리 컨퍼런스&엑스포 개최

서울 국제 스마트팩토리 컨퍼런스&엑스포 개최

산업분야 미디어발행사인 인포더그룹 주관으로 개최된 이번 행사에서는 스마트 팩토리 대표 기업들을 비롯해 반도체·디스플레이·모바일 및 자동차, 해양·에너지·바이오 산업을 대표하는 제조기업의 의사결정자와 생산업무 담당자, 그리고 IT 및 혁신업무 담당자들과 지자체 및 정부, 공공기관 관련 담당자들이 대거 참여했다. 현장에서 프로젝트 제안과 도입 비용 및 납기 등에 걸친 폭넓은 정보도 이뤄졌다.

1천여명의 업계, 학계 담당자들로 성황을 이룬 이날 개막식에는 인포더그룹(FA저널 SMART FACTORY, 인더스트리뉴스 발행인) 최정식 대표, 중소벤처기업부 석종훈 실장, 중소기업기술정보진흥원 최철안 원장을 비롯해 중소기업기술정보진흥원 최광문 본부장, 경남테크노파크 윤명현 본부장, 한국과학기술원 김흥남 본부장, 한국생산성본부 이인갑 센터장, 한국생산성본부 김형범 상무, 한국전자통신연구원 손지연 실장이 참석해 자리를 빛냈다.

또한 슈나이더일렉트릭코리아 김경록 대표이사, 슈나이더일렉트릭 디에고 아르세스 동북아시아 총괄 대표, 한국페트라이트 이병석 지사장, 로크웰오토메이션코리아 최선남 대표이사, 이플랜한국지사 구형서 대표, 발루프코리아 강철민 지사장, 토비테크놀로지코리아 주종필 지사장, 비젠트로 김흥근 대표, 레브웨어 류형규 대표, 미쓰비시전기 이치오카 유지 차장, 퓨처메인 이선휘대표, 클래크코리아 이유철 대표도 자리를 함께했다.

이외에도 에이티아이 김동일 상무, 위즈코어 유훈상 상무, 위즈코어 황규순 이사, 현비에스앤씨 최중호 상무, 아이퀘스트 이충기 상무, PTC 이봉기 상무, 인아오리엔탈모터 이연근 이사, 인아오리엔탈모터 송관훈 팀장, 아이에프엠일렉트로닉 김성한 이사, 베이어일렉트로닉스코리아 김성우 부장, 브라더인터내셔날코리아 문성일 부장, 나온웍스 조정일 부장, 한국오므론제어기기 이보연 팀장 등이 참석했다.

석종훈 중소벤처기업부 실장은 개막식 축사를 통해 ”4차 산업혁명의 핵심 가치는 초연결, 초지능, 초융합으로 정의할 수 있다. 디지털 시대에 기업들이 경쟁력을 유지하고 지속적인 성장을 이루기 위해서는 자사의 제품과 기술이 타 업종과 어떻게 연계되어 새로운 비즈니스 모델로 발전할 수 있을 지 고민해 볼 필요가 있다.”고 밝혔다.

또한 ”기술 융합으로 산업구조가 재편되면 새로 생기는 조직이 있다. 그 조직에서 나타나는 비즈니스 모델에 주목할 필요가 있으며 여기에 새로 생기는 비즈니스 모델에 대응하기 위해서는 민간이 혁신을 주도하고 정부는 지원하는 민·관 협력할 수 있는 정책이 마련되어야 한다”고 말했다.

인포더그룹 최정식 대표는 ”‘2018 서울 국제 스마트팩토리 컨퍼런스&엑스포’를 기회로 제조 산업의 스마트 팩토리 도입이 하루빨리 이뤄지길 바란다.”고 이번 행사의 의미를 밝혔다.

서울 국제 스마트팩토리 컨퍼런스&엑스포에서 개최한 컨퍼런스룸 전경

서울 국제 스마트팩토리 컨퍼런스&엑스포에서 개최한 컨퍼런스룸 전경

지난해 이어 2회째 열린 ‘2018 국제 스마트팩토리 컨퍼런스&엑스포’는 올해들어 확장프로그램으로 진행된다. 상반기와 하반기, 각각 서울과 창원에서 두 번에 걸쳐 각 지역 특성에 맞는 주제로 강연이 진행된다.

우선 서울은 경기·인천·충청 등 수도권과 중부지역을 대상으로 전기·전자, 식·음료, 제약·의료, 바이오·생명공학, 반도체·디스플레이, ICT, 운송·물류 등을 주제로 1일 3트랙 33개의 강좌가 마련됐다.

’2018 서울 국제 스마트팩토리 컨퍼런스&엑스포’ 강연에는 한국전자통신연구원 손지연 실장의 특별 강연을 시작으로 중소벤처기업부 석종훈 실장의 환영사 및 축사가 시작됐다. 그 다음에는 한국기계연구원 최상규 센터장, 슈나이더일렉트리 디에고 아르세스 총괄대표, 미쓰비시전기 이치오카 유지 차장, 한국페트라이트 이병석 지사장, 한국과학기술원 김흥남 본부장 순으로 국내외 최신 스마트 팩토리 요소기술과 응용기술, 통합기술에 대해 강연을 진행했다.

또한 R&D, Design&Plan, Business&Application, Analytics&Integration 트랙별 주제로 A, B, C Track에서 스마트 팩토리 추진 기업 실무 담당자를 위해 행사기간 총 21개 강연이 진행되었으며 전시 부스도 별도로 마련됐다.

국내외 최신 스마트 팩토리 요소기술과 응용기술, 통합기술을 한 자리에서 직접 체험할 수 있으며 사전 바이어 메이킹 프로그램 운영으로 참관객과 공급기업간의 실무적인 상담회도 함께 진행됐다.

올해로 2회째를 맞는 서울 국제 스마트 팩토리 컨퍼런스&엑스포에서는 스마트 팩토리와 4차 산업혁명의 트렌드를 한눈에 알 수 있도록 글로벌 스마트 팩토리 산업의 시장 동향과 기술개발을 위한 정보공유 및 활발한 의견교환이 이뤄졌다. 또 4차 산업혁명에 따른 미래사회 변화 현황에 대해 ‘제대로’ 알아보고 4차 산업혁명의 특성, 미래변화 및 글로벌 기업의 대응 방향을 바탕으로 스마트팩토리에 대한 전략적 대응 방안을 공유하는 장이 됐다.

서울 국제 스마트팩토리 컨퍼런스&엑스포 개최

서울 국제 스마트팩토리 컨퍼런스&엑스포 개최 전시부스 전경

아이씨엔이 추천하는 7개 참가 업체

[01] 힐셔코리아, 산업용사물인터넷(IIoT) 연결성 솔루션
힐셔코리아(지사장 원일민)는 디바이스 제조업체, OEM, 최종 제품 제조업체들을 위해 네트워크 커넥티비티 솔루션을 제시했다. 힐셔는 자사의 netX 칩 기반 제품 라인으로 모든 필드버스, 리얼타임 이더넷, 산업용 IoT 프로토콜을 지원하며, 통신 관련 제품을 연간 2만개를 생산하고 있다.

[02] 유니버설로봇, 협동로봇으로 디지털 전환 비즈니스 전략 마련
유니버설로봇은 폴리싱과 조립 공정 쇼케이스를 통해 유니버설로봇 플러스가 UR로봇 본체와 결합해 보다 복잡한 작업에 활용되는 모습을 선보였다. 유니버설로봇의 UR+는 애플의 앱스토어 같은 개념이다. 유니버설로봇은 자사의 협동로봇 플랫폼을 개발하고 제공해 외부공급자들과 함께 새로운 로봇 생태계를 조성한다.

[03] 한국미쓰비시전기, e-F@atory 제조업 최적화 도구
한국미쓰비시전기오토메이션(대표 김형묵)의e-F@ctory는 생산성과 품질, 환경성과 안정성 나아가 보안 향상을 실현해 기업의 TCO 삭감과 기업가치 향상을 제시한다. 또한 T 시스템에 의한 분석 및 해석결과를 생산현장에 즉시 피드백하고 개선하며 A에서 수집한 데이터를 엣지 컴퓨팅에서 먼저 처리해 IT시스템을 가시화하고 기업가치 향상을 지원한다.

[04] 수아랩, 딥러닝 산업용 머신비전 솔루션
수아랩(대표 송기영)은 자사 딥러닝 머신비전 ’수아킷2.0’을 업그레이드해 ’수아킷 2.1’을 출시했다. 수아킷’은 제조업에 특화된 딥러닝 탑재 머신비전 소프트웨어 라이브러리다. 쉽게 말하면 제조업 라인에서 불량품을 감지해 내는 기술이다. 이번 ’수아킷 2.1’에는 네 가지 기능이 업그레이드되거나 추가됐다. 이어 학습하기 기능, 경계성 데이터 수치 제공, 멀티 이미지 분석 학습 방법론, 원 클래스 러닝이다.

[05] 에이디링크, 산업용사물인터넷을 위한 게이트웨이
에이디링크테크놀로지가 강력하고 신뢰성 높은 IIoT-ready 임베디드 컨트롤러 및 IoT 게이트웨이를 전개했다. 에이디링크의 MXE-210은 소형 사이즈이지만 -40°C~85°C의 열악한 환경에서도 완벽하게 작동하며, 산업 자동화, 운송, 농수산업 및 스마트 도시 응용 분야에 이상적인 솔루션을 선보였다.

[06] 슈나이더일렉트릭, 디지털트윈을 위한 VR/AR 솔루션
슈나이더일렉트릭코리아(대표 김경록)는 ’디지털 트윈’을 통한 산업 현장의 스마트 공장화를 위한 VR(가상현실) 및 AR(증강현실) 솔루션을 전개했다. 디지털 트윈은 가상 세계와 물리적 세계를 결합해 데이터 분석 및 시스템 모니터링이 가능한 전반적 프로세스, 제품 또는 서비스의 가상 모델이다. 슈나이더 일렉트릭은 현재 산업 현장에서 적용 가능한 VR 및 AR 기술을 보유하고 있다.

[07] 엔키아, 데이터기반 산업용사물인터넷 모니터링 솔루션
엔키아는 산업시설에 IoT를 적용한 IIoT(Industry Internet of Things) 제품을 선보였다. 엔키아는 데이터센터나 대규모 전산실의 네트워크, 서버, DB 등 IT 인프라의 이상 유무를 파악하고 수집된 데이터를 분석해 예방 관리할 수 있는 모니터링 솔루션이다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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    서울 국제 스마트팩토리 컨퍼런스&엑스포 개최 전시부스 전경

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산업용사물인터넷

마우저, ‘IIoT의 기회와 장애물’ 전자책 발행

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IIoT(산업용사물인터넷)을 통한 산업자동화 현장에서의 도입 방안에 대한 다양한 접근방법을 제시하는 전자책이 발행됐다.

마우저 일렉트로닉스가 ‘협업을 통한 혁신'(Empowering Innovation Together™)의 최신 시리즈인 ‘모든 것의 IoT'(All Things IoT)의 일환으로 산업 자동화에 초점을 맞춘 새로운 전자책을 발행했다. 시리즈의 두 번째 전자책에서 마우저의 전문가들은 IIoT(산업용사물인터넷)와 관련된 기술, 가능성, 도전사항을 살펴본다.

마우저는 이번호 전자책에 IIoT 애플리케이션의 윤곽을 만들고 있는 중요 기술, 공장에 배치된 협업 로봇, 기업 보안에 대한 새로운 접근 방식에 관한 기술과 고려사항들을 담았다.

마우저의 케빈 헤스(Kevin Hess) 마케팅 부문 수석 부사장은 “IIoT는 중앙 시스템에 여러 센서를 연결하는 것 이상으로 큰 의미를 갖고 있다.”라며, “모든 것의 IoT 시리즈의 두 번째 전자책에서 마우저의 전문가들이 IIoT의 여러 측면을 살펴볼 것이며, 기술 발전과 이렇게 빠르게 성장 중인 시장의 관계에 대해 통찰력을 제공할 것이다.”라고 덧붙였다.

마우저, IIoT의 기회와 장애물

IIoT의 기회와 장애물에 대한 전자책 목차 이미지

한편, ‘모든 것의 IoT 시리즈’는 마우저의 주요 공급사인 디지 인터내셔널(Digi International), 맥심(Maxim Integrated), 무라타(Murata), TE 커넥티비티(TE Connectivity)의 후원을 받아 진행된다.

모든 것의 IoT 시리즈와 다른 협업을 통한 혁신 시리즈에 대한 자세한 정보는 여기(링크)에서 확인할 수 있으며, 전자책을 읽으려면 여기(링크)에서 확인할 수 있다.

오윤경 기자 news@icnweb.co.kr

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산업용사물인터넷

산업용사물인터넷(IIoT)이 가져온 제조환경의 변화

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B&R 오렌지박스, 브라운필드에서 금맥을 찾다

데이터는 미래의 통화(通貨)다. 오늘날의 브라운필드 공장과 기계 표면 바로 아래에 묻혀 있는 정보의 보고를 발굴하기 위해, B&R은 오렌지 박스(Orange Box)를 개발하였다. 이러한 현저히 단순하고도 편리한 솔루션의 최초 사용자 중 하나는 Continental의 차대 및 안전(Chassis & Safety) 디비전 내의 차량 다이내믹스(Vehicle Dynamics) 유닛으로써 최첨단 데이터 획득 및 분석 기술로 기존 공장을 개보수하는 곳이다. 구현은 몇 분 이내에 완료되었고, 관리 팀은 전반적 기기 효율성(overall equipment effectiveness: OEE)과 같은 핵심적 성능 지표의 최초 실시간 개관을 통해 즉각적인 보상을 받는다.

“과거 우리의 주된 초점은 생산 라인의 자동화 수준과 무관하게 제품 관련 주문과 주요 데이터의 수집과 분석에 관한 것이었습니다.” Manuel Krebs는 말한다. 그는 차량 다이내믹스 유닛의 중앙 제어 및 생산 IT 시스템(Central Control & Production IT Systems) 부서의 수장이다. “데이터를 현대식 제어 시스템에 통합하기 위한 옵션의 범위가 증가함에 따라, 그 초점을 현저히 확장시키고 훨씬 더 빠르고 공장 정지와 그 밖의 가동률 문제에 대해 목표를 맞춘 방식으로 대응하는 것이 가능해졌습니다.”

B&R 오렌지박스

B&R 오렌지박스, 브라운필드에서 금맥을 찾다

자동차 공급자는 여기에서 최적의 설정으로부터 편익을 누린다. “차량 다이내믹스 유닛에서는 당사의 모든 생산 현장에 대한 모든 생산 기기를 계획하고 설계합니다.” Krebs는 설명한다. “제어 기술, MES 시스템 및 생산 IT에 대한 책임은 모두 한 곳에 집중되어 있습니다. 이것은 광범위한 생산 데이터를 평가하기 위한 표준화되고 매우 구조화된 접근방식을 위한 최적의 조건을 당사에 제공해줍니다.”

기존 공장을 생산 IT에 통합하기

오래된 공장은 일반적으로 공장 소프트웨어에 개입하지 않으면 충분한 양의 데이터를 수집하고 평가하기 위한 기술적 요건을 충족시키지 못한다. 기존 공장에서 다년간의 생산 수명을 얻어내고자 하는 기업들에 대해 연결성의 이러한 간극을 메우지 않고 작업을 계속한다는 것은 허용될 수 없는 일이다. 오렌지 박스는 기존 공장을 통합시킴에 있어서 공장 조작자들이 비침투적 방식으로 그리고 최소한의 투자로 최종적 장애를 제거할 수 있는 손쉬운 방법이다. 이것은 하노버(Hanover)에 위치한 Continental Teves 회사 본사에 있는 기존 공장의 실례에서 잘 볼 수 있다. 이 공장은 오래 동안 자동차 공기 현가 시스템을 생산해왔다.

B&R 오렌지박스

스마트폰에서 영감을 얻은 사용자 인터페이스 디자인과 기능성은 어떠한 전문 지식에 대한 요구 없이 직관적인 사용을 가능하게 한다.

“B&R은 오렌지 박스를 발표한 순간부터 우리 회사의 관심을 받아왔습니다.” Krebs는 회상한다. “오렌지 박스는 당사의 브라운 필드 현장의 효율을 목표대로 개선하기 위해 우리가 필요한 해답을 얻을 수 있는 효율적이고 직접적인 방법을 약속하였습니다. 그러나 일부는 또한 기술에 대한 단순히 순수한 호기심과 열정이기도 하였습니다.” 그는 이렇게 시인한다.

공장 소프트웨어는 변함 없이 그대로

구현 요건은 명확하고 상당히 엄격하였다. 첫째, 기존의 보증이나 인증을 훼손하는 것을 회피하기 위해 기존 공장 기술은 반드시 변함 없이 그대로 유지해야 했다. 둘째, 오렌지 박스의 설치와 시운전 기간 전체를 통해 생산에는 지속적으로 지장이 없어야 했다. 셋째, 시스템을 사용하게 될 Continental 직원들에 대한 훈련 부담은 반드시 절대적인 최소한으로 유지되어야 했다. 오렌지 박스는 세 가지 조건을 모두 용이하게 충족시켰다. 바로 그러한 상황에 대해 설계된 물건이기 때문이다.

B&R은 기존 기기와 오렌지 박스 사이의 통신을 확립하는 세 가지 방식을 제안한다. 기존 컨트롤러가 필드버스 인터페이스를 갖추고 있다면 첫 번째 옵션은 그 인터페이스를 이용하는 것이다. B&R은 오렌지 박스에 가장 일반적으로 사용되는 제어 제조사들을 위한 데이터 인터페이스를 장착하였기 때문에, 나머지 작업은 적용되는 인터페이스를 선택하는 것뿐이다.

만약 컨트롤러가 직접 지원되지 않거나, 공장이 이미 적합한 필드버스 인터페이스가 전혀 없는 상태로 가동 중이라면, 오렌지 박스는 도한 갖춰져 있는 어떠한 입출력 하드웨어도 이용할 수 있다. 만약 이것조차도 옵션이 될 수 없다면, 병렬 배선과 추가 센서를 사용하여 기기로부터 데이터를 추출할 수 있다. 오렌지 박스가 지원하는 상대적으로 현대적인 라인 제어 시스템을 이미 사용하고 있었기 때문에 프로젝트 관리자들은 기존의 필드버스 인터페이스를 이용하는 가장 용이한 통합 옵션을 선택하였다.

수분 이내에 최초 데이터 제공

일단 오렌지 박스가 표준 B&R 컨트롤러와 같은 하드웨어 플랫폼을 이용하여 제어 캐비닛 내에 설치되자, 시스템은 2017년 7월에 운영되는 생산 시스템 상에서 활성화되었다. 최초의 데이터 배치(batch)는 단 수분 이내에 제공되기 시작하였다.

“우리 측과 관련된 유일한 준비는 우리에게 관심 있는 특정한 데이터 포인트를 선정하는 것이었습니다.” Krebs는 말한다. “모든 취합과 분석은 B&R 소프트웨어에 의해 다루어집니다.”

오렌지 박스의 현대식 사용자 인터페이스는 수집된 데이터를 설정하고, 분석하고, 가시화하는 작업을 매우 용이하게 해준다. 개별 데이터 포인트는 코드 한 줄도 작성하지 않고 OEE와 그 밖의 KPI 수치들을 가시화하는 그래픽을 작성하기 위해 불 대수 연산자를 이용하여 시각적 편집기에 링크될 수 있다. “프로그래밍이 아닌 설정 작업, 바로 이것이 오렌지 박스를 돋보이게 해주는 점입니다.” Krebs는 말한다.

프로그래밍이 아닌 설정 작업

mapp 기술을 통해 단순한 설정 작업이 지루한 프로그래밍을 대체한다. 오렌지 박스를 위한 사용자 인터페이스는 mapp View를 이용하여 작성되었으며, 이것은 100% 웹 표준을 기반으로 하는 B&R의 HMI 솔루션이다. mapp View는 표준형 브라우저의 어떠한 디스플레이 하드웨어 상에서도 최적의 가시화를 보장하고 모든 스마트폰 사용자에게 친숙한 직관적 운전 개념을 구현하는 것을 가능하게 만든다. 홈 화면 상의 아이콘들은 대부분의 중요한 기능에 용이한 접근을 제공한다. 그 아래에는 대시보드(dashboard)에 핵심적 효율 측정치들이 표시된다. 사용자들은 B&R의 지속적으로 범위가 확장되는 mapp 컴포넌트들로부터 필요한 기능을 선택하고 최소한의 새로운 엔지니어링 작업으로 한 번에 한 모듈씩 툴을 확장할 수 있다. 예를 들어서 공장 조작자들은 그들의 스마트폰에 경보나 그 밖에 중요한 통지를 전송하기 위해 mapp Tweet을 이용하거나 OPC UA를 통해 더 높은 수준의 데이터베이스에 백업하기 위해 mapp Data를 사용할 수 있다.

B&R 오렌지 박스

오렌지 박스 대시보드는 실시간으로 어떠한 장소로부터도 공장의 가장 중요한 효율 측정치의 개관을 빠르고 풍부하게 제공하기 때문에 필요한 경우에 충분한 정보가 제공된 조작자들이 교정 조치를 신속하고 정밀하게 취할 수 있도록 한다.

효율을 개선하기 위한 신속한 방법

오렌지 박스를 구현함에 있어서, Continental의 주된 초점은 공장 가동률에 가장 큰 영향을 미치는, 특히 계획되지 않은 공장 정지와 관련된 요인들에 대한 통찰의 획득에 관한 것이었다.

“오렌지 박스는 이러한 요인들과 그 밖의 OEE 측정치들을 신속하고 용이하게 제공해줍니다.” Krebs는 설명한다. “생산 감독자들은 자산의 효율에 관한 개관을 획득하고, 적절한 시기에 적절한 질문을 던지고, 효율을 개선하기 위한 조치를 효과적으로 추진할 수 있습니다. 바로 이것이 정확히 우리 회사가 찾고 있던 것입니다.”

mapp 기술이란 무엇인가?
B&R mapp 기술은 철저히 시험된 기성품의 소프트웨어 컴포넌트를 제공함으로써 기본적인 기계 기능을 위해 빈번히 재사용되는 프로그래밍 작업의 구현을 합리화한다. 그러면 프로그래머들은 자신의 주요 업무, 즉 어플리케이션 소프트웨어에 기계 프로세스를 구현하는 작업에 집중할 수 있다. mapp 컴포넌트들은 B&R Automation Studio 개발 환경에 빈틈 없이 통합된다. Easily configurable 설정이 용이한 mapp 컴포넌트들은 각각의 모든 디테일을 코딩해야 하는 지루한 작업으로부터 프로그래머들의 작업을 경감시킨다.

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산업용사물인터넷

Industry 4.0과 수직 통신 구현 방안

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4차 산업혁명이란 대량의 데이터와 넓은 대역폭 만을 의미하지는 않는다. Industry 4.0과 사물인터넷(IoT) 역시 개별 필드장치로부터 클라우드에 이르기까지 수직 통신을 필요로 한다. 이는 새로운 기술과 전혀 다른 통신 인프라처럼 들릴 수도 있지만, 기존 방식을 유지한 채 기능을 추가 탑재하는 방법도 있다. 그리고, 그 솔루션이 바로 OPC UA와 TSN에 있다.

글_ 한스 위르겐 힐셔 (Hans-Jurgen Hilscher), 아민 퓌어링거 (Armin Puhringer) / 힐셔(Hilscher Gesellschaft fur System Automation mbH)

netIOT

netIOT – Industry 4.0과 수직 통신 구현 방안

 

산업용 통신(Industrial communication)은 크게 두 가지 레벨에서 나란히 병존하며 실행된다. IT(Information Technologies)는 사무실에서 이더넷 기반의 LAN과 WLAN 네트워크를 통해 각종 서버, 데스크톱 컴퓨터 및 노트북 등을 연결한다. 반면, OT(Operational Technology)는 필드버스(Fieldbus)와 실시간 이더넷(Real-Time Ethernet) 시스템을 이용하여 필드 디바이스를 컨트롤러에 연결하고, 컨트롤러는 다시 산업용 이더넷을 통해서 SCADA 및 프로세스 제어 시스템과 통신한다.

하지만 Industry 4.0을 구현하기 위해서는 IT 및 OT 환경을 융합이 필요하다. 이 경우, RAMI 4.0(Reference Architectural Model Industry 4.0)은 IT와 OT가 융화된 완전한 모델로 통합하기 위해 미래형 산업용 통신 구조의 기반이 된다. 여기서 통신 계층이 중요한 역할을 하여, 물리적 필드 계층(physical field layer)과 상위 정보 계층(overlying information layer) 간에 연결 고리 역할을 한다. 이러한 레퍼런스 아키텍처의 목적 중 하나는 개별 필드장치에서 클라우드로 확장되는 일체의 통신 인프라 구축에 있다. 바로 여기에서 사물인터넷(IoT)의 산업계로의 진입이 이루어진다. IT와 OT의 통합에 따라, 시스템 역시 공간적 제한이 없는 셈이다.

이를 실현하기 위한 미래의 표준 기술로 OPC UA(OPC Unified Architecture)와 TSN(Time Sensitive Networking)이 부상하고 있다. 이러한 기술들은 기존의 통신 인프라를 매끄럽게 통합하고 새로운 애플리케이션을 구현할 수 있는 수직 통신을 가능하게 한다.

새로운 기능을 갖춘 검증된 기술

미래 산업용 통신은 상당히 높은 대역폭이 필요하기 때문에, 기가비트 이더넷을 사용해야 한다. 또한, Industry 4.0을 실현하기 위해서는 통신 인프라 역시 높은 수준의 서비스 품질을 제공해야만 한다. 바로 이러한 요구를 충족하는 것이 OPC UA TSN이다. TSN은 기존 이더넷 표준을 최적화하여 낮은 지연시간, 사이클 타임의 보장 및 신뢰성 향상 등을 충족시킨다. OPC UA는 버추얼 디스크립션(virtual description)을 통해 필드 디바이스에 대한 종단간 시맨틱(semantics)을 구현한다.

아울러, IEC 62948 표준은 무선 전송 지연과 신뢰성을 보장하기 위해 산업용 WLAN 영역에서 더욱 향상되고 있다. 양자 모두 일선 기계 및 생산 셀 레벨에서 실시간 통신에 필요하기 때문이다. OPC UA는 정보 모델의 추가를 통해 이전 디바이스 당 비트와 바이트를 해석하던 문제를 해결하며 정보 교환 및 검색을 위한 통신 인프라와 IEC 62443과 같은 최신 표준에 따른 보안 시스템을 제공한다.

그림 1. IT/클라우드로 전송하는 3가지 방법

그림 1. IT/클라우드로 전송하는 3가지 방법

 

기존 통신 환경과 신기술의 접목

이러한 TSN과 OPC UA를 결합함으로써 PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT 등의 기존 TCP/IP 기반 통신 네트워크와의 원활한 통합이 가능하게 되었다. 결국, TSN이 적용된 OPC UA는 이미 다양한 하드웨어와 소프트웨어 에코시스템 분야에서 전세계적으로 검증된 뛰어난 내구성의 이더넷 기술과 호환 가능하게 된다.

TSN 기능을 겸비한 실시간 이더넷(Real-Time Ethernet) 시스템을 구축함으로써 다양한 기계와 생산 단위의 컨트롤러 간의 직접적이고 동기화된 수평적 통신이 가능하며 이들 기능을 이용한 TCP/IP 인터넷 통신 덕분에 추가적인 수직 통신도 최초로 가능하게 되었다. 이는 기존의 로컬, 광역, 혹은 글로벌 기업 네트워크를 통해 생산 시스템의 개별 구성요소에 관한 정보를 제공할 수 있다.

OPC UA TSN을 적용함으로써, 기존 네트워크 구조를 통해 정보의 수직 또는 수평적 흐름이 가능하게 되고, 이는 지연시간의 최소화, 대역폭의 극대화 및 높은 수준의 서비스 품질은 물론 전반적으로 강력한 기능을 보장한다.

클라우드 연결: 현재의 표준화를 통한 미래 조명

독일 하터스하임(Hattersheim)에 있는 힐셔(Hilscher Gesellschaft fur Systemautomation)는 4차 산업혁명의 접근 방식과 핵심을 조기에 인식하여, 당사의 netIOT 통합 솔루션을 적용, 모든 필수 통신 시나리오 모델의 산업용 클라우드 통신에 필요한 기술을 개발하였다. 여기에는 다음의 3가지 핵심 시나리오가 있다:

1) 브라운필드 연결
많은 생산 설비의 핵심 과제는 제조 환경 내 다른 실시간 이더넷(Real-Time Ethernet) 데이터에 영향을 미치지 않으면서 추가 수직 정보를 클라우드/IT에 병행 전송하는 것이다. 이는 PROFINET이나 EtherNet/IP가 제공하는 비(非) 실시간 전송 채널을 통해 구현될 수 있다. 여기서 가능한 것이 바로 OPC UA통신이라고 할 수 있으며 에지-게이트웨이(edge gateway)가 이에 적합한데, 에지-게이트웨이의 OPC UA 서버는 시스템 토폴로지를 파악하여, 상위 수준의 IT/클라우드로 전송 가능한 정보 모델을 생성할 수 있다.

netIOT 에지 게이트웨이는 제조 네트워크와 IT 네트워크를 연결하고 이것을 다시 클라우드로 연결할 수 있다. 개별 사용자 그룹에 대한 관리 권한과 미리 정의된 기능을 제한할 수 있는 역할 관리와 같은 추가 기능도 실행 가능하다. 또 다른 특수 기능인 수동 모드는 에지 게이트웨이가 패킷 스니퍼(packet sniffer)와 같은 데이터에 부정적인 영향 없이, 즉, PLC를 변경하지 않고 데이터를 읽을 수 있다.

내장되어 있는 에지 서버는 실시간 이더넷(Real-Time Ethernet) 시스템 프로토콜을 파악하여, 비 주기적 서비스를 통해 디바이스를 식별하고 자산 관리용 클라우드에 이를 등록할 수 있다. 힐셔는 다중 클라우드 전략을 지향하며, IBM의 Bluemix, Microsoft Azure 및 SAP 클라우드 플랫폼과 제휴해 클라우드 플랫폼을 지원한다. 수집된 정보는 LAN 또는 IT/클라우드를 통해 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 에지 게이트웨이의 블루투스 및 WLAN 인터페이스를 통해 스마트폰, 태블릿, 노트북에서 애플리케이션을 사용할 수 있다.

2) 이기종 생산 설비
두 번째 시나리오는 다양한 컨트롤러와 이더넷 시스템으로 구성된 자동화 기계들로 이루어져 있는 생산시설이다. 이들 컨트롤러는 보통 시장에 안착된 실시간 시스템 (PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT 등) 중의 하나를 통해 필드장치들과 통신한다. 이들 컨트롤러가 이미 OPC UA 서버 및 방화벽 사양을 탑재한 경우, 사실상 클라우드로의 연결에는 전혀 문제가 없다. 다만, 이들 PLC 기반 컨트롤러는 대용량 데이터 전송에 적합하지 않을 수 있고, 클라우드로 추가 정보를 제공하려면 시퀀스 프로그래밍의 변경이 필요할 수도 있다. 그러나, 이 방법이 항상 가능한 것도 아니고 시스템 오퍼레이터가 허용하지 않는 경우도 많기 때문에 오퍼레이터의 재 프로그래밍이 가능한 기계 및 생산 설비의 경우 특별히 이 시나리오(OPC UA 서버 및 클라우드 연결기능을 부가한 PLC)가 적합하다고 할 수 있다.

기계설비 공급업체는 납품 전에 전송 가능한 정보의 범위를 사전에 정의하여 조정해 두는데, 바로 여기가Industry 4.0 애플리케이션용으로 검증된 실시간 통신시스템과 PLC의 상호작용이 위력을 발휘하는 부분이다.

3) 한계가 없는 그린필드
세 번째 시나리오는 OPC UA TSN을 사용하는 센서, 액추에이터 등 필드장치의 데이터를 직접 전송해야 하는 경우로, PLC는 여기서 아무런 역할을 하지 않는다. 디바이스 데이터는 TCP/IP 이더넷 인프라를 통해 직접 이용할 수 있는데, 이 경우 필드 디바이스에 OPC UA TSN이 내장되어 있어야 한다. 디바이스 공급자들은 차세대 디바이스 제품 개발 시, 항상 이 점을 염두에 두어야 한다. IO-Link와 같은 표준에서는 시맨틱 디스크립션(semantic description)의 이점은 살리면서 비용에 민감한 필드 디바이스를 연결할 수 있도록 하고 있다.

그림 2. 마이그레이션 경로로서의 netX SoC

그림 2. 마이그레이션 경로로서의 netX SoC

 

OPC UA TSN의 진가는 바로 여기에서 발휘된다: IT/클라우드에 이르는 수직 통신 덕분에 디바이스 제조사들이 기술 스택 하나만 사용하여 새로운 애플리케이션이나 사업 모델을 개발할 수 있게 되었다.

netIOT 에지 게이트웨이를 사용하면 위에서 설명한 시나리오들 뿐만 아니라 기존 컨트롤러에 실시간 이더넷(Real-time Ethernet) 시스템을 사용하는 것과 같은 새로운 설치 요구까지도 충족할 수 있다. 그리고 현장의 모든 사물인터넷(IoT) 통신을 통합하여 상위 레벨의 이더넷 네트워크에 맵핑할 수 있다. 이를 통해 기업의 MES나 ERP 시스템에서 디바이스 데이터를 직접 사용하여 분석 작업 및 시스템 유지 관리도 가능하다. 뿐만 아니라, 모바일 기기에서도 디바이스 데이터에 직접 접근할 수 있다.

Industry 4.0에 이르기까지 시스템의 공존 보장

힐셔는 제조 산업의 모든 표준 프로토콜에 대한 연결 솔루션에 대해 오랜 경험을 축적하고 있으며, 그 동안의 노하우가 집약된 제품이 바로 netX 칩이다. netX 칩의 경우 칩 상에서 통신과 펌웨어 애플리케이션을 확실하게 분리시켜 어느 디바이스든지 기존 시스템 환경으로 손쉽게 통합할 수 있기 때문에 하드웨어 제조사는 다른 기술 구현에 대해 염려할 필요가 없다. 필요한 프로토콜만 디바이스에 내장되어 있으면 되기 때문이다.

충분한 메모리와 그에 상응하는 기능들만 갖추고 있으면 소프트웨어를 이용하여 기존 솔루션을 OPC UA TSN으로 업그레이드할 수 있다. 전송 속도는 100Mb로 제한되지만 이 정도면 시간적으로 민감하지 않은 정보(non-time-critical information)를 전송하기에는 충분하다.

컨트롤러의 로드 없이도 TCP/IP 환경을 통해 디바이스에 접속이 가능한데, 자동화 시스템을 위해서 기존 인프라나 클라우드를 통해 데이터를 직접 관리할 수 있는 바로 이러한 방법이 미래의 Industry 4.0에서 요구되는 것이다.

그림 3. 디바이스에서 디지털 트윈에 이르는 수직 통합

그림 3. 디바이스에서 디지털 트윈에 이르는 수직 통합

 

클라우드 서비스를 지원하는 게이트웨이를 통한 데이터의 사내 보유

제조 설비의 가장 중요한 요구 중 하나는 모든 디바이스, 기계, 시스템의 가동을 극대화하는 것이다. 이를 위해서 중요한 것은 예방적 유지보수(predictive maintenance)다. 자산 관리 시스템과 연계해서, 예비 부품 요청 및 서비스 주문과 같은 비즈니스 프로세스를 직접 할 수 있다. 또한, 정기 유지보수를 통해서 잠재적인 문제들을 미리 해결하다 보면 추후에 높은 생산성 달성 및 시스템 다운타임 최소화가 가능하다. 필드버스 표준화 및 필드 디바이스용 OPC UA 정보 모델부터 관리 셸(administration shell)의 표준화에 이르기까지 수직적 종단간 시맨틱 디스크립션의 기반을 형성하게 된다.

또한 결함을 미리 감지할 수 있는 특정 알고리즘이 내장형 도커(Docker) 프레임 워크를 통해 데이터에 직접 액세스가 가능하다. 이는 에지 게이트웨이에서 직접 결함을 예측할 수 있음을 의미한다. 데이터를 평가하기 위해서 고가의 별도 인프라를 구축할 필요가 없으며, 주요 공정 데이터가 시스템에 남아 있다는 것이 또 다른 이점이다.

Industry 4.0 도전과제 충족

OPC UA TSN은 다년간 현장에서 검증된 필드버스 기술을 구현하는 마이그레이션의 첩경을 제공하는 한편 수직 통신에서 전혀 새로운 애플리케이션의 구현을 가능하게 한다.

 

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