[첨단 헬로티]
독일 공학한림원(ACATECH)이 2013년 실시한 설문조사 결과에 의하면, 표준화가 인더스트리4.0의 가장 중요한 요소로 확인됐다. 독일은 2013년 4월, 전기전자산업협회, 기계설비제조협회, 정보통신산업협회의 연합회가 모여서 산업계 공통 플랫폼을 개발하고자 ‘플랫폼 인더스트리4.0’을 설립하고 RAMI4.0을 발표, 올해 3월 IEC/PAS 63088 표준으로 등록했다. IEC 국제 표준 동향과 RAMI4.0 상세 내용에 대해 LS산전 권대현 파트장이 ‘스마트공장 표준화 세미나’에서 발표한 강연 내용을 정리했다.
사실 혼자 똑똑해도 되는 부분이면 표준이 필요 없다. 예를 들어, AI, 빅데이터 등은 혼자 분석해서 자기만의 노하우를 갖는 것이 중요하지 다른 사람들과 공유하는 게 중요하지 않을 수도 있다. 그래서 이 분야의 표준화는 많지 않다. 지금 표준화 논의는 어떻게 서로 데이터를 주고받을 것인가, 그리고 주고받은 데이터는 어떻게 이해할 수 있을 것인가에 집중해서 다뤄지고 있다. 그래서 상호호환성(상호운용성) 부분은 표준화의 가장 중요한 부분으로서 표준 기술 현황 파악이 필요하다.
▲ 권대현 LS산전 파트장
인더스트리4.0의 도전
IEC 61804-2에서는 상호호환성을 단계로 정의하고 있으며, 상호운용성은 매우 높은 수준의 호환성 레벨이다. 스마트 제조의 근본적인 목적은 가상으로 표현하고 연결한 기술 객체 간의 협력과 협업을 쉽게 하는 것이다. 이러한 맥락에서 조직에 가치 있는 기술 객체는 물리적인 유형의 객체만을 의미할 뿐만 아니라 아이디어, 저장소 및 소프트웨어와 같은 무형의 객체도 포함한다. 이를 위하여 전체 생애주기 동안 기술적인 객체에 대한 디지털 기술 규칙을 만들고 기술 객체와 기술 객체의 개발, 생산 및 사용에서부터 처분에 이르기까지 관련된 모든 측면을 표현해야 하며 이때 상호호환성은 필수적인 것이다.
스마트 제조 국제 표준은 IEC, ISO, IEEE, oneM2M 등에서 정의하고 있다. ISO는 주로 눈에 보이지 않는 프로세스와 데이터를, IEC는 전기·전자처럼 눈에 보이고 만질 수 있는 프로덕트 관련된 것들을 표준으로 하고 있다. 최근에는 경쟁하던 IEC TC 65와 ISO TC 184가 조인트 워킹그룹(JWG21)을 만들어서 표준화 작업을 진행하고 있다.
IEC TC65에서는 스마트 매뉴팩처링을 포함한 상당히 많은 표준을 다루고 있다. 최근에는 인포메이션 모델이나 프레임워크 아키텍처 관련된 표준들도 다루고 있다. 앞으로 여기서 나온 표준들을 가지고 제품 인증을 받아야 할 수도 있다.
사실, 스마트 제조 관련해서 나온 용어들은 매우 어렵다. 프레임워크, 아키텍처, 레퍼런스 모델 등, 추상적으로 봤을 때는 거의 비슷한 얘기들을 다루고 있지만, 학술적으로 들어가면 다른 내용들이다. 위에서부터 큰 청사진을 하나 그려서, 그 청사진 위에 스마트 매뉴팩처링을 하게 되면 어떤 활용사례가 나올 수 있고, 그것이 어떻게 고객에게 이익을 주어서 기업의 성장에 도움 줄 수 있는지를 고민하게 된다. 그러면 그것을 하기 위해서 어떤 요구사항들이 있는지, 그리고 그런 요구사항들을 풀기 위해서는 어떤 표준과 기술이 있는지를 알아보고 거기에 없는 표준과 기술은 R&D해서 기술개발하고 표준을 만드는 단계적인 접근방법을 쓰기 때문에 프레임워크와 레퍼런스 모델은 매우 중요하다.
상호호환성을 위한 표준화 작업들
스마트 제조 국제 표준화 역사와 현재 상황을 살펴보겠다. IEC와 ISO에서 나온 결과물들을 보면, 예전에 Big Picture에 대한 것을 프랑스가 주도하고 ISO가 진행했으나 주목을 받지 못했다. 스마트 제조가 이슈가 되면서 ISO에서 급하게 올해 1월에 표준 승인했다. 독일에서 만든 RAMI4.0 모델은 지난해 12월에 통과해서 올해 3월에 등록됐다. 미국 NIST에서 만든 모델 또한 2016년 2월에 등록됐다. 문서로 확인할 수 있는 부분은 이 3가지가 가장 유력하다.
스마트 제조 관련 기존 존재하는 표준은 적게 잡아도 600개 정도이며, 실제로는 1,000개가 넘을 수도 있다. 이렇게 1,000개가 넘는 표준을 다 구현해야만 스마트 제조에 만족하는 제품이라고 할 수 있는지, 또 거기에 없는 표준들은 어떻게 해야 할 것인지에 대한 고민을 하고 있다. 현재 이런 표준들을 다 조사했고, 조만간 ISO, IEC에서 테크니컬 리포트로 Standard Landscape라는 표준 분석이 나올 예정이다.
보고서 내용을 보면, 접근 방법과 스마트 제조 활용사례에 대한 유스케이스를 정리하게 된다. 고객이 원하는 주문을 받아서 고객에게 납품하게 되는데, 예전의 다품종 소량생산이나 소품종 대량생산을 혼합했다. 고객의 요구사항을 맞추기 위해서는 다품종이 필요하고, 가격을 내리기 위해서는 대량생산이 필요하니 다품종 대량생산을 하게 되는데, 생산 과정을 유연하게 해서 고객만족도를 높이겠다는 것이다. 그러한 다양한 사례들을 유스케이스로 정리하고 있다. 독일은 유스케이스를 9가지로 정리했다. 앞으로 스마트 제조가 되면 이 9가지를 통해서 고객의 요구사항들을 해결할 것이다.
그다음은 Terms and Definitions(용어 및 정의)에 대한 표준이다. 그동안 스마트 제조 관련 용어에 대한 정의가 표준이 안 됐다. 한국에서도 스마트 제조, 스마트공장, 스마트팩토리, 인텔리전트 매뉴팩처링 등, 매우 많은 용어가 존재한다. 비슷한 표현이지만 다르게 활용되고 있거나 다르게 표현했지만 비슷하게 쓰이고 있는 용어들을 다 정리해서 하나의 표준으로 나오게 된다.
또 하나는 RAMI4.0이다. 독일 플랫폼 인더스트리4.0에서 발표한 이 모델은 IEC/PAS 63088 표준으로 2017년 3월에 등록됐다. RAMI4.0의 구조를 보면, Asset(자산)에는 펌웨어나 애플리케이션과 같은 소프트웨어가 될 수도 있고, 제품이나 작업자도 될 수 있는데, 그런 것들이 녹아들려면 다양한 통신을 통해서 디지털화되어야 한다. 거기서 얻은 디지털 정보를 커뮤니케이션을 통해서 데이터를 전달하게 되고 그 데이터가 모여서 어떤 역할을 할 수 있는 기능들이 나오게 된다. 그리고 그 기능들이 모여서 비즈니스 할 수 있는 영역이 나온다.
그러나 중요한 것은 모든 영역이 다 연관되어 있기 때문에 디지털화 되어 사이버 공간으로 가기 위해서는 표준 기반의 상호호환성이 필요하다는 점이다. 디지털화가 되면 가상의 공장에서 고객 주문을 생산할 수 있는지를 시뮬레이션할 수 있다. 그리고 이를 위한 어떤 머신이 적합한지, 또 이 머신타입에서는 어떤 컴포넌트를 가지고 할 수 있는지를 이 타입 단계에서 모든 것을 할 수 있다. 따라서 매우 빠른 출시 계획을 세울 수 있다.
또한, 인더스트리4.0 참조모델 아키텍처에서는 단계별 피드백을 거쳐 뫼비우스의 띠와 같이 상호 연결된 구조로 이루어진다. 따라서 Vendor part의 경우 양산 단계에서만 아닌 중간중간에서 정보를 제공해주고, 머신 타입과 팩토리에서도 정보를 중간에서 제공해주기 때문에 양산 단계까지 가지 않아도 문제가 있을 땐 바로 피드백해서 개선할 수 있다.
독일에서는 또, 너무 미래적인 것이 아닌 현실적인 얘기를 해보자고 해서 현재 존재하는데 아직 적용되지 않는 표준들, 5년 이내 적용할 수 있는 표준들, 그리고 미래에 필요한 표준들을 각각 분류하는 작업도 진행 중이다.
또한, 독일은 우리가 생각하고 있는 모든 아이디어에 대해 표준 기반으로 나온 것을 인더스트리4.0 툴로 정의하고 있다. 이것은 인증이라는 과정을 거친다는 의미인데, 인증이라는 과정에 들어가면 어떻게 인증할 것인가에 대한 제품 기준(product criteria)이 이미 정해져 있다.
인더스트리4.0의 기준(Criteria)은 크게 시큐리티(Security), 아이덴티피케이션(Identification), 인더스트리4.0 커뮤니케이션(I4.0 Communication), 인더스트리4.0 시멘틱(I4.0 Semantics), 스탠더드 펑크션(Standard Functions)으로 구성돼 있다.
RAMI4.0에서 애셋(Assets)에 관련된 것들은 반드시 식별할 수 있어야 하고 통신할 수 있는 능력이 있어야 하고 의미를 표현하는 시멘틱 능력이 있어야 한다. 그리고 이러한 사물들(Things)은 Administration Shell을 통하여 이루어진다.
Administration Shell은 마케팅적으로는 달리 표현하면 디지털 트윈이라고도 한다. 어떤 물리적인 것이 디지털 트윈으로 가기 위해 가상화하는 방법들, 즉 식별하는 방법, 통신하는 방법을 하나의 패키지로 모아놓은 게 독일이 말하는 Administration Shell이다.
Administration Shell은 ‘마법의 모자’
Administration Shell의 주요 구조를 보면 아이덴티피케이션(Identification), 커뮤니케이션(Communication), 컨피규레이션(Configuration), 엔지니어링(Enfineering), 컨디션 모니터링(Condition Monitoring)으로 나누어진다.
가장 핵심 스탠더드로는 우선 아이덴티피케이션이 되어야 한다. 왜냐하면, 앞으로 모든 사물기기들은 다 연결되기 때문이다. 모두 연결되면 뭔지를 알아야 한다. 표준 없이 시리얼 넘버만으로는 전 세계에서 유일함을 보장할 수 없다. 그래서 ISO 29005에 각각 정의하는 방법이 있다. 프로덕트를 정의하기 전에 국가 코드를 주고 국가에서는 기업체에 코드를 주게 된다. 그러면 기업체에서 생산하는 제품마다 ID를 갖게 되고 이는 전 세계에서 유니크한 ID가 된다. 그래서 첫 번째는 아이덴티피케이션할 수 있는 방법이 있어야 한다. 그 다음에 커뮤니케이션할 수 있는 산업용 통신을 적용해야 한다. 통신에는 언어가 다른 다양한 프로토콜들이 사용되고 있기 때문에, 이것을 통일하기 위해 OPC UA라는 IEC 62541 표준이 만들어졌다. 그 다음엔 어떻게 컨피규레이션 할 것인지에 대한 고민들이 있어야 하는데, 이것은 IEC 61804 EDDL에서 정의하고 있다.
현재 빠져 있는 인더스트리4.0 핵심 표준 중의 하나는 기계가 인공지능을 통해 인간이 되는 과정이다. 그러기 위해서는 인간이 가지고 있는 오감을 갖춰야 한다. 이것은 센서를 통해서 가능해진다. 그리고 기계에 없는 또 한 가지는 인간이 갖고 있는 육감이다. 즉 경험치다. 이를 위해서는 AI나 빅데이터 기반으로 사람의 육감을 대신하게 된다.
기계는 또, 인간처럼 아프다는 얘기를 못 한다. 기계가 아프다는 것을 알 수 있는 방법은 모니터링을 통해서다. 기계 상태를 모니터링 했을 때 저 기계가 아파하고 있구나, 또는 아플 것 같다는 예상을 할 수 있다. 이런 것들이 모였을 때 Administration Shell이라는 ‘마법의 모자’를 쓰게 된다.
마법의 모자를 쓰게 되면 연결되는 순간 아이덴티피케이션, 커뮤니케이션, 컨피규레이션, 엔지니어링, 기계 상태 모니터링되는 기본적인 과정을 거친다. 이게 인더스트리4.0 Ready 수준이다. 이것은 5년 이내 이루어질 것이다. 앞으로 독일에서는 이러한 능력이 갖춰졌을 때 ‘Industry4.0 Ready’ 제품이라는 인증을 부여할 것이다.
이러한 거대 변화 흐름 속에 우리 기업체의 대응 전략은 무엇인가. 첫째는 하드웨어 플랫폼 공용화를 통하여 사업전략상 필요한 네트워크를 적은 개발 및 운용비용으로 개발 대응이 필요하다. 둘째는 산업용 IoT 플랫폼을 기반으로 다양한 네트워크 솔루션을 확보하고 제품에 따라 적합한 솔루션을 제공할 수 있어야 한다. 셋째는 상위 기기(인포메이션, 애플리케이션) 간 통신은 OPC UA, 하위 기기(제어, 디바이스) 간 통신은 RAPIEnet, EtherNet/IP 통신으로 연결 솔루션을 확보해야 한다.
