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KT, 재난안전 스마트시티 자율주행 재난안전 범정부 프로젝트 담당

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KT 직원이 서울 종로구 KT광화문빌딩 웨스트(WEST)에서 건물에 설치된 ‘사물인터넷 센서 박스’를 활용해 건물의 기울어짐, 변형 및 균열 등의 데이터를 측정하고 있다.

KT(회장 황창규)가 5G, 빅데이터, 사물인터넷 기반의 혁신적인 ICT솔루션으로 보다 안전하고 편리한 대한민국을 만들기 위해 ‘2018년도 범부처 Giga KOREA 사업(이하 기가코리아 사업)’ 5개 프로젝트 중 스마트시티, 자율주행, 재난안전 등 3개 프로젝트에 대한 기술개발과 실증을 수행한다.

재난안전 분야에서 KT는 5G 네트워크를 기반으로 요구조자의 중심의 ‘종합 재난 대응 솔루션’을 개발한다. 이 시스템은 정밀측위가 가능한 5G 특성을 활용해 구조자에게 요구조자의 위치를 명확하게 안내하고 요구조자가 골든타임 이내에 자신의 핸드폰으로 탈출 가능한 경로를 안내 받게 도와준다.

KT는 재난 상황 별 맞춤형 대응 정보 제공 기능 개발도 책임진다. 이 시스템을 활용하면 사고 혹은 재난 발생지역 인근의 CCTV와 화재 감지 센서들이 5G 네트워크로 현장 상황을 상황실과 주변의 사람들에게 생생하게 전달해 피해 확산을 막고 구조시간을 최소화 할 수 있다.

KT GiGA IoT 사업단장 김준근 전무는 “(KT는) 평창동계올림픽에서는 세계최초로 5G를 도입해 국가위상을 한층 높였다”라며, “사회재난영역에서도 재난안전망, 철도망, 해상망 등 공공 안전망의 모든 영역을 아우르는 재난망 선도사업자로서의 역할을 다 할 것” 이라고 밝혔다.

KT 직원이 서울 종로구 KT광화문빌딩 웨스트(WEST)에서 건물에 설치된 ‘사물인터넷 센서 박스’를 활용해 건물의 기울어짐, 변형 및 균열 등의 데이터를 측정하고 있다.

KT 직원이 서울 종로구 KT광화문빌딩 웨스트(WEST)에서 건물에 설치된 ‘사물인터넷 센서 박스’를 활용해 건물의 기울어짐, 변형 및 균열 등의 데이터를 측정하고 있다. (사진. KT)

자율주행차 분야에서 KT는 ‘5G 자율주행 실증 사업’에 참여하는 17개 참여기관과 협력해 5G V2X 기술 기반의 자율주행 핵심 기술을 확보하고 서비스 모델을 발굴한다. KT가 개발한 자율주행 기술과 서비스 모델은 서울, 대구, 경기 3개 지자체를 대상으로 기술 검증과 실증이 진행되고 이를 바탕으로 자율주행 서비스 상용화 기반을 마련한다.

스마트시티 분야에서는 5G 네트워크와 연결된 드론을 활용해 접근이 어려운 시설물을 영상으로 점검하는 안전 감시 체계를 구축하는 등 시민 생활의 편의와 안전을 위한 다양한 스마트시티 솔루션을 구현할 예정이다.

기가코리아 사업은 오는 2020년까지 개인이 무선으로 기가급 서비스를 누릴 수 있는스마트 ICT 환경 구축을 목표로 범정부 차원에서 추진하는 프로젝트다. 5G 재난안전, 자율주행, 스마트시티, 스마트미디어, 스마트 제조·물류 5개 분야 중심으로 사업이 진행된다.

KT는 기가코리아 사업 1차년도(‘18년)에 재난 대응 솔루션을 개발 완료하고, 2차년도(‘19년)에는 재난안전 기술 관련 법과 제도 개선을 위해 노력한다. 3차년도(‘20년)에는 재난 상황 별 맞춤형 대응 정보 제공 기능을 고도화해 강원소방본부, 알펜시아 리조트 등에 시뮬레이션을 진행할 계획이다.

우청 기자 news@icnweb.co.kr

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산업용사물인터넷(IIoT)이 가져온 제조환경의 변화

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B&R 오렌지박스

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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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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디지털화는 개별 고객 맞춤형 제조를 위한 핵심기술을 제공한다

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안스가 크리벳(Ansgar Kriwet) 훼스토(Festo AG & Co. KG) 글로벌 세일즈 사업부 사장

안스가 크리벳(Ansgar Kriwet), 훼스토 글로벌 세일즈 사업부 사장

글로벌 시장은 기업 프로세스의 속도 향상과 최종 소비자를 위한 다양한 개별 맞춤형 옵션과 같은 2가지 핵심 사항을 제조기업에 요구하고 있다. 디지털화(Digitalisation)는 이러한 요구 사항을 충족시키는데 필요한 핵심 기술을 제공한다. 정보 통신 기술이 기존의 산업 기계와 융합하여 사이버-물리 시스템(CPS)을 만들어낸다. 훼스토(Festo)는 디지털화의 중요성을 강조하는 새로운 조직을 구성하여 시대의 움직임에 발맞춘 개발을 진행하고 있다.

제품의 개별 맞춤형 디자인에 대한 소비자의 요구는 현재 완전히 새로운 제품 세계를 일으키고 있다. 디지털화는 고객과 제조업체 간 양방향 교류의 공간을 열고 있으며 신속한 소프트웨어 개발은 기계 및 플랜트 건설을 위한 하드웨어 개발의 원동력이 된다. 이와 동시에 빠르게 성장하는 세계 인구를 수용하기 위해서는 비용 효율적 생산과 신속 제조가 가능한 대량 생산 제품이 필요하다. 이렇게 복잡한 생산 환경과 빠른 개발 속도는 큰 도전 과제이다.

안스가 크리벳(Ansgar Kriwet) 훼스토(Festo AG & Co. KG) 글로벌 세일즈 사업부 사장

안스가 크리벳(Ansgar Kriwet) 훼스토(Festo AG & Co. KG) 글로벌 세일즈 사업부 사장

안스가 크리벳(Ansgar Kriwet) 훼스토(Festo AG & Co. KG) 글로벌 세일즈 사업부 사장은 “공장자동화 및 프로세스 오토메이션을 위한 자동화 솔루션의 선도 업체로서 훼스토의 입지를 면밀히 검토하고 분석했다. 우리는 한편으로 기존의 구조, 제품 및 프로세스를 개발해야 하지만, 다른 한편으로는 완전히 새로운 기술, 제품 및 솔루션이 필요하다.”라고 말한다.

자동화의 진화와 혁명
고도로 자동화된 생산만이 꾸준히 성장하는 세계 인구들이 요구하는 제품을 공급하는 것이 가능하다. 글로벌 시장에서 소비자의 요구는 개발 현황에 따라 매우 다양하며 시장은 빠른 대응 속도를 요구한다. 안스가 크리벳 사장은 “디지털화는 훼스토 내의 프로세스를 가속화하여 고객을 보다 신속하게 지원한다. 훼스토의 디지털 확장 제품은 머신 설계 프로세스부터 서비스까지 고객의 프로세스를 가속화한다.” 라고 밝힌다.

제품의 대량 생산 외에도 점점 더 개별 맞춤형 제품으로 변화 발전하면서 생산 환경의 유연성에 대한 요구가 늘고 있다. 소비자는 자동차, 시계, 안경 등의 웨어러블 제품부터 맞춤형 의약품 조제까지 제품을 스스로 설계하고 구성하려고 한다. 이 모든 것은 디지털화로 가능하다.

대량 생산에 적합한 표준 제품은 여전히 중요하며 훼스토의 성공은 고객의 성공과 함께 할 때만 달성될 수 있다고 강조한다. 안스가 크리벳 사장은 이와 관련하여 “제조 비용 절감과 자원 보존은 지속적인 부가 가치를 창출하는 혁신 요소다”라고 언급한다. 그러므로 훼스토는 대량 생산품 보다 신속하고 단순화된 생산을 위한 신제품 개발에 혁신적인 힘을 우선적으로 집중하고 있다. 그리고 동시에 훼스토는 Industry 4.0의 이점을 활용하기 위해 회사 내에서 디지털 보급률을 높이고 있다.

훼스토의 진화는 또한 독일과 같은 고임금 국가에서 지속 가능한 부가가치를 보장하기 위해 인프라에 투자하고 있다는 것을 의미한다. “훼스토는 독일 슈투트가르트 인근 션하우젠에 현대적인 생산 라인을 설립했다. 이 설비는 모듈형 구조 덕분에 자동 대량 생산과 함께 소량 배치의 유연한 생산을 위한 최적화된 시스템을 구현했다.”고 밝힌다. 훼스토는 자체 공장에서 훼스토 제품을 사용하여 제품을 제조하기 때문에 훼스토는 자사 제품이 일상적으로 사용되는 방식을 정확히 알고 있다.

이러한 모든 개발에도 불구하고 관심의 중심에는 사람이 있다. 로봇은 작업자의 부담을 덜어주고 협업팀을 구성할 수 있는 곳이면 어디서든 사용된다. 작업자들은 통합형 러닝 팩토리 및 트레이닝 스테이션에서 미래의 생산에 필요한 새로운 기술을 습득할 수 있다.

훼스토의 하이브리드 및 디지털 전략
미래로의 도약은 진화만으로는 달성될 수 없다. 생존을 위해서는 근본적인 새로운 개념을 제품에 도입해야 한다. 따라서 훼스토는 혁신적인 신제품은 어떤 형태이어야 하는지 스스로에게 질문했다. “어떻게 광범위의 머신이 지능형 사이버-물리 시스템으로 이전될 수 있는가? 우리는 어떻게 생산성을 높이고 공급망을 가속화 할 수 있는가? 이 새로운 제품이 앞으로 추가로 제공할 수 있는 부가가치 및 부가가치 모델은 무엇인가? 기존 작업 중에 머신에 새로운 작업을 부여할 수 있는 방법은 무엇인가? 작업자는 머신과 어떻게 더 나은 커뮤니케이션이 가능하며 머신을 어떻게 다용도로 활용할 수 있을까?”

“스마트 폰이 10 년 전 이동 통신 시장을 바꾼 것처럼 Festo 모션 터미널도 자동화 기술을 근본적으로 뒤엎으며 자동화 기술에 혁명을 일으킬 것으로 기대하고 있다. 소프트웨어 앱과 새로운 기능 통합형 방법으로 하나의 하드웨어만으로 다양한 기능을 수행하기 때문에 전체 가치 사슬을 단순화하며 이 앱은 10개 이상의 개별 컴포넌트를 대체할 수 있다.”

훼스토 플러그 앤 프로듀스.

제조공장은 더이상 컴퓨터 센터없이는 존재하지 않을 수 없게 됐다. 플러그 앤 프로듀스.

피에조 기술, 통합형 스트로크 및 압력 센서, 모션 앱을 통한 제어 기능은 기계 및 플랜트 제조업체에게 완전히 새로운 시각을 제시한다. Festo 모션 터미널에 탑재된 역학, 전자 공학 및 소프트웨어의 융합으로 공압 제품을 진정한 Industry 4.0 컴포넌트로서의 기능과 유연한 생산을 가능하게 한다. 새로운 포맷으로의 공압 기능의 변화 및 적용은 앱을 통한 파라미터 변경으로 제어된다. 제어, 진단 및 자체 학습 작업을 위한 통합 지능형 센서로 인해 추가 컴포넌트가 필요하지 않다.

고객과의 협력 방식 또한 빠르게 변화하고 있다. 기존의 판매 채널과 함께 온라인 제품 카탈로그와 같은 고객의 온라인 매체 사용이 증가하고 있다. 훼스토는 여기에서 “디지털 고객 여정(Digital customer journey)”에 대해 말한다. 이 온라인 카탈로그는 CAD 도구를 사용한 엔지니어링 프로세스부터 제품 선택, 구성, 가상 초기화, 전체 제품 수명주기에 걸친 모니터링까지 모든 고객과의 접점을 디지털 형태로 보여준다.

“디지털화 덕분에 고객은 가상 시스템으로 생산 시스템을 설계, 시뮬레이션 및 운영할 수 있다. 따라서 사전에 시스템 모듈이 원하는대로 작동하는지 여부를 미리 알 수 있다. 유연한 생산 환경으로 발생하는 복잡성은 통합 정보를 통해 제어할 수 있다.”라고 안스가 크리벳 사장은 말한다. 시스템 작동 중에 수집된 데이터는 프로세스 및 머신 상태에 대한 완전히 새로운 통찰력을 제공한다.

클라우드 어플리케이션은 리소스 데이터를 실시간으로 유의미한 정보로 처리한다. 예방 보전은 장비 가동 중단 및 생산 손실의 위험을 줄인다. 온도 곡선, 압축 공기 소모량, 마모 데이터 또는 혼합 비율 및 누기 위치 확인은 작업자에게 열려진 다양한 가능성 중 일부 사례다. 프로세스의 ‘기계 메모리’가 생성됨으로 인해 최적의 구성 및 파라미터화를 위한 기초가 제공된다.

오승모 기자 oseam@icnweb.co.kr

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