네트워크로 연결되고 셀프 컨트롤되며 자원을 최적화하는, 스마트한 생산은 인더스트리 4.0 그리고 스마트 팩토리의 핵심 시나리오이다. 그러나 아직도 많은 업체들은 인더스트리 4.0 이 제공하는 여러 장점에도 해결되지 않은 질문을 던진다.
왜 스마트팩토리가 필요한가? 제품 생산에 있어 인더스트리 4.0을 어느 정도 달성해야 하는가? 스마트팩토리를 향한 첫 걸음은 무엇인가?
글로벌 경쟁이 치열해지는 상황에서 지능적이고 효율적인 생산은 점점 중요해지고 있다. 인더스트리 4.0은 현재보다는 미래 제조 설비도 결정할 수 있을 것이다.
인더스트리 4.0을 강조하는 독일의 경우 인건비는 해외와 비교할 때 과도하게 높은 편이며 여전히 고임금 국가이다. 그럼에도 선진국들 사이에선 GDP에서 산업 생산이 차지하는 비중이 큰 국가들중 하나로 꼽히며, 자동화에 기반한 생산운영 강화를 위해 노력을 기울이고 있다.
최근 기업들은 자동화, 최신 인프라, IT 전문가, 지역 시장과의 근접성이 높아짐에 따라 노동 집약적인 작업을 독일로 이전하기 시작했다. 이런 상황을 두고 미국에서 벌어지고 있는 것과 유사하게 재산업화라고 말하는 사람들이 있다.
제조사 각각의 미래를 향한 아이디어
치열한 글로벌 경쟁에서 살아남기 위해 기업들은 개별화와 세계화 맥락에서 수익성 있는 제품 생산을 계속할 수 있어야 한다. 실질적으로 생산 비용을 높이지 않고 로트 크기 1에 따라 제품을 생산하는 능력은 기업의 스마트팩토리를 나타내는 지표가 되고 있다.
앞으로 제조업체의 성공 여부는 생산 가변성과 전체 밸류 체인을 높은 수준으로(최종 제품까지) 네트워크화 할 수 있느냐에 달렸다. 이것이 생산에서 어떻게 구현되는 지는 기본적인 조건에 의존한다.
스마트팩토리는 솔루션으로 강요할 수 있는 것은 아니며, 생산라인은 제조회사 자체 프로세스에 맞춰 개별적으로 스마트 버전을 도입해야 한다. 기존 생산설비에 인더스트리 4.0을 어떻게 기술적으로 도입할 지를 고려하기 전에 어떤 아이디어와 접근법으로 현재 개별생산 프로세스를 개선할 수 있을 것인가를 먼저 생각해야 한다.
여기서 개선이라 함은 밸류 체인을 따라 애플리케이션을 보다 효율적으로 사용하거나 시스템 엔지니어링 시간을 크게 단축하는 것을 의미한다. 기계 및 시스템 설계자는 판매 이후 시스템을 관찰하고 장비가 수명을 다할 때까지 많은 데이터를 얻을 수 있는 장점이 있다. 이를 통해 작업을 더욱 정교하게 진행하거나 기계 조작에 대한 권장 사항을 제공하여 생산 효율성을 업그레이드 할 수 있다.
현재 상황 측정 후 관리 도입 필요
현재 설비에서 스마트팩토리로 전환하는 방법이 무엇이든, 기존 프로세스와 운영 네트워킹은 변함없는 전제 조건이다. 이러한 네트워킹은 수직적 네트워킹, 이른바 컨트롤 시스템에서 필드레벨에 이르는 네트워킹과 밸류 체인의 다양한 단계를 포괄하여 확장되는 수평적 네트워킹을 포함한다.
이런 전체 네트워킹을 막는 요소는 데이터를 일관되게 생성하고 사용할 수 없다는 점이다. 다양한 매체와 시스템 불연속성, 즉 수직적 통합과 주로 수평적 통합에서도 발생하는 불연속성이 스마트팩토리로의 전환 과정 중 논리적이고 합리적인 연결에 어려움을 초래한다.
대체적으로 인더스트리 4.0 접근법은 처음에는 데이터를 기록하고, 디지털화한 후, 수익성 있는 방식으로 서로 연결할 것을 제안한다. 이같은 단계가 인더스트리 4.0을 추진하는 핵심적 사고이다. 즉 기업들이 지속 가능한 부가가치를 창출할 수 있도록 수익성 증대를 목적으로 생산 프로세스 데이터를 수집하고, 네트워킹한 후 평가하는 것이다.
WAGO 자동화 솔루션은 필드 레벨에서 보다 상위 레벨 시스템, 클라우드까지 오류 없이 생산 데이터를 안전하게 저장한다.
스마트 팩토리를 위한 데이터 투명성
스마트팩토리를 특징짓는 핵심 기준은 측정과 네트워킹 그리고 데이터 평가가 얼마나 가능한가 하는 것이다. 이러한 요소로는 다음과 같은 것을 들 수 있다.
-제품 수준과 제품 자체에 이르는 모든 수준에 설치된 센서
-모든 구성 요소의 네트워킹과 인터넷 연결성
-최대한의 IT 보안 수준
이중 첫 번째 단계는 모든 생산 데이터와 시스템 데이터를 관통하는 투명성이다.
데이터가 다른 요소와 관련 지어 적합하게 처리되고, 정보로 통합되는 경우에만 생산 프로세스를 개선하기 위한 조치를 도입할 수 있다.
이를 위해 센서는 필드 레벨에서 제품과 제조 관련 데이터를 기록해야 한다. 이러한 센서는 시스템 아키텍처에서 고려하거나 RFID 칩 형태로 제품 자체에 통합되어야 한다. 기계 및 시스템에서 센서를 통해 기록되는 제조 관련 데이터와 관련한 문제는 단순히 데이터를 수집하는 데 있는 것이 아니라 데이터를 안전하게 오류 없이 필드레벨에서 높은 수준으로, MES (manufacturing execution system)나 클라우드로 가져오는 데에 있다.
어떻게 그렇게 할 수 있을까?
모듈러 WAGO-I/O-SYSTEM 750 시리즈와 같은 자동화 솔루션이 크게 기여할 수 있다. 이 시스템은 500개 이상의 모듈을 이용해 어떠한 응용 영역이든 적합한 솔루션을 제공할 수 있다. 따라서 필드레벨로부터 신호를 수집한 후 계속 처리할 수 있다. WAGO가 제공하는 PFC 컨트롤러 제품군은 CANopen, PROFIBUS DP, DeviceNet, Modbus-TCP 등의 프로토콜과 상관없이 다른 인터페이스와 필드버스를 사용할 수 있다.
WAGO 컨트롤러는 실제 자동화 프로세스를 간섭하는 일 없이 새로 장착될 수 있는 가변적인 노드 및 게이트웨이로 기존 자동화 시스템에 통합될 수 있다. 데이터는 기록과 동시에 MES나 클라우드와 같은 상위 레벨로 전송될 수 있다.
공장 운영자는 클라우드 기능으로 생산 시설을 한 눈에 파악할 수 있다. 이러한 복잡한 프로세스를 큰 노력을 기울이지 않고 파악할 수 있으며, 스마트폰이나 태플릿을 통해 확인할 수도 있다.
같은 맥락에서 클라우드 링크와 관련된 이점은 처음부터 매우 유망해 보인다. 클라우드 솔루션은 유연하고, 가변적이며 가용성이 높고, 중앙 집중식 액세스를 위한 기회를 제공한다. 클라우드 솔루션은 대용량 데이터를 편하게 관리하는 데에 사용한다.
하지만 독일에서 클라우드가 예상했던 것보다 덜 수용된 것은 IT 보안에 관한 견해와 지적 재산권 보호 때문이다. 회사가 보안과 무관하게 중요한 사업 데이터를 제공하느냐 하지 않느냐에 관한 중요한 일이기 때문이다.
클라우드를 이용하고자 하는 사람이라면 IT 보안과 관련해 조치를 취해야 한다. 기존 보안 메커니즘은 필드 레벨에서 클라우드로 이어지는 디지털 데이터 전송을 충분히 보호하지 못한다. 이것은 간단한 일이 아니다. 클라우드 연결은 심화 솔루션인 액세스 컨트롤, 권한부여 콘셉트 그리고 이들 간의 방화벽 등 방어 일환으로 형성된 대부분의 보안 메커니즘을 우회하기 때문이다.
유연하게 그리고 안전하게
데이터를 필드레벨에서 클라우드로 옮기기 위해서는 소위 "IT security by design, 설계에 의한 IT 보안 솔루션"이 필요하다. 암호화된 방식으로 데이터를 전송하고 외부 액세스를 방지하기 위해 처음부터 프로그래밍된 하드웨어와 소프트웨어가 있다.
WAGO PFC 컨트롤러는 그러한 부분에서 여러 단계 앞선 컨트롤러이다. PFC 컨트롤러군은 안전하게 데이터를 전송하기 위해 광범위한 온보드 보안 메커니즘을 갖추고 있다. 따라서 SSL/TLS 1.2 (Secure Sockets Layer/Transport Layer Security)를 사용하여 데이터를 암호화하고 보안할 수 있다. 보안 연결은 '가상 프라이빗 네트워크' 또는 VPN을 통해 형성된다. PFC 제품군에 탑재된 모든 컨트롤러는 이러한 기능을 갖추고 있다.
보안 연결은 IPsec 또는 OpenVPN을 통해 컨트롤러에서 직접 설정할 수 있다. 컨트롤러에는 구성 가능한 방화벽도 있어 업스트림 라우터 또는 PC가 더 이상 필요하지 않아 투자 비용과 관리비가 절감된다. WAGO는 IT 보안 관련 모든 지침을 이행하고 중요 인프라 분야의 응용 프로그램에 대한 BDEW(독일 에너지 수자원 관리 협회) 요건을 이미 충족하고 있다.
부가가치 창출하기
이러한 시스템에 의해 생기는 데이터 흐름에 압도당하지 않기 위해, 데이터 분석 애플리케이션이 결정적인 역할을 한다. 만일 이러한 데이터 분석 애플리케이션이 올바르게 통합되어, 개별적으로 관련된 KPI(key performance indicator, 주요성과지표)를 이용한다면 시간, 자원 또는 에너지 등 어디에 초점을 두는지에 따라 기존 프로세스를 근본적으로 개선할 수 있고 스마트팩토리로 향하는 길목에서 한 걸음 더 나아갈 수 있다.
/글: WAGO 울리히 헴펜(ULRICH HEMPEN), 토마스 홀름(THOMAS HOLM), 닐스 위거(NILS WIGGER)
/사진: Fotolia.com, iStock.com, WAGO
