로봇은 제조산업 시장에서 선택사항이 아닌 필수사항이 된지 오래다. 로보틱스 시스템에 디지털 트윈 기술을 접목하면 확장성과 유연성 확보는 물론, 로보틱스 장비 성능 향상, 시행착오 감소. 작업 흐름 병렬화를 통해 로보틱스 장비 개발 비용을 감축하고 시장 출시 기간을 단축하는 등 효과가 있다.

 

지난 2월 8일 열린 ‘지능형 로보틱스 컨퍼런스’에서 슈나이더 일렉트릭 코리아 박윤국 매니저가 디지털 기술을 접목해 유연성과 확장성을 제공하는 로보틱스 연계 솔루션 제안에 대해 발표한 내용을 정리했다.

 

 

슈나이더 일렉트릭은 시장 요구에 맞춰, 단순한 리니어 모터 단축 로봇부터 직교 좌표 로봇·수평 다관절 로봇·델타로봇·협동로봇·차세대 운송형 솔루션 등 연계 로보틱스 메카트로닉스 제품을 공급하고 있다.

 

슈나이더 일렉트릭 로보틱스 솔루션의 특징은 ‘팩드라이브’라는 표준화된 자동화 시스템을 통해 제어된다는 것이다. 팩드라이브는 로보틱스 제어를 위한 시스템 아키텍처다. 해당 기술의 핵심은 LMC 로보틱스 컨트롤러다. 이 컨트롤러는 통신을 통해 서보 드라이브로 연결되고, 이를 통해 여러 로봇을 제어한다. 하나의 LMC 컨트롤러는 최대 10개의 로봇을 제어한다.

 

타사 산업용 로봇과 연동 기능도 갖췄다. IO, HMI, IT 레벨 서비스를 아우르는 아키텍처를 하나의 네트워크로 구성하는 것이 장점이다. 연결성과 유연성을 제공하고, 장비 성능 향상, 장비 유지보수 절차 간소화 등 장점도 제공한다.

 

여기서는 로보틱스 솔루션 자체보다 로보틱스 솔루션과 연계해 지능화, 고도화된 기술 개발을 위한 솔루션을 소개한다.

 

지능형 운송 솔루션과의 연동을 통한 유연성 확보

 

슈나이더 일렉트릭의 로보틱스 제품인 ‘Lexium MC12 Multi Carrier(이하 Multi Carrier)’는 제조장비와 라인의 개선이 가능한 차세대 운송시스템이다. 복잡한 장비가 얽힌 제조라인을 개선하고, 고도화 및 그룹화하기 위한 운송 솔루션이다. 선형 마그넷 모션 기술을 활용해 생산 품목을 개별적으로 이송함으로써, 빠르고 유연한 공간 효율적 로보틱스 장비 및 제조라인 설계를 돕는다.

 

해당 솔루션은 LMC 컨트롤러를 통해 제어된다. 컨트롤러와 연동함으로써 다양한 로봇과 동기화해 제어된다. 현재 시장은 다품종 대량생산 요구가 늘어나고 있다. 이는 장비 종류 다양화, 구성 복잡성, 생산 속도 등의 문제가 뒤따른다.

 

Multi Carrier는 패키징, 머터리얼 핸들링 및 워킹, 조립 라인 등 분야 장비의 핵심 기술 역할을 할 것으로 기대하고 있다. 슈나이더 일렉트릭은 향후 1/4 이상의 팩드라이브 기반 로보틱스 장비에 해당 차세대 운송 시스템이 적용될 것으로 예상한다.

 

디지털 기술 접목을 통한 확장성 확보

 

로보틱스 시스템의 확장성을 부여하기 위해 클라우드, 증강현실, 디지털 트윈 기술 접목이 각광받고 있다.

 

1. 클라우드 사례

클라우드는 사용자가 보유한 데이터를 서버를 통해 자유롭게 활용 가능하게 하는 데이터 서비스다. 유수의 IT 관련 기업이 개인용, 업무용 클라우드 서비스를 제공 중이다. 클라우드 기술은 이미 상업시장뿐만 아니라 산업 현장에도 적용되고 있어 중요도가 증가하는 추세다. 해당 기술은 지능형 로보틱스 장비를 디지털화해 장비 및 설비를 개선하는 데 큰 역할을 할 것으로 기대된다.

 

기존 로보틱스 장비는 운영, 유지보수, 관리를 위해 장비가 설치된 장소에서 작업을 수행했다. 장비 관련 데이터는 장비가 설치된 공간 안에서 열람과 공유가 가능한 한계가 있었다. 로보틱스 장비의 디지털화를 실현하면, 로보틱스 장비 컨트롤러를 클라우드 서비스에 연결해 장비의 데이터를 활용한 프로세스를 클라우드 내에서 수행할 수 있다. 작업자가 자유롭게 해당 장비의 상황을 확인하고, 필요 시 프로세스에 개입한다.

 

슈나이더 일렉트릭 클라우드 기술의 시스템 구성은 데이터를 IT 프로토콜로 변환해야 하기 때문에 로보틱스 장비를 제어하는 컨트롤러에 IT 게이트웨이를 설치한다. 추출된 장비 데이터는 IoT 허브를 통해 집적되고, 파서(Parser)를 거쳐 클라우드 내부 데이터 양식으로 변환 및 저장된다. 슈나이더 일렉트릭 클라우드 서비스는 마이크로소프트사의 애저 클라우드 서비스를 사용하고 있다. 이 솔루션은 트랙, 모니터, 픽스 등 세 가지 기능이 있다.

 

로보틱스 장비의 디지털화 실현을 통해 클라우드 기능을 활용했을 때 장점은 현장 방문 없이 설비의 현재 상태를 확인하는 등의 사용자 편의성을 제공한다. 클라우드에서 제공하는 기능을 활용해 장비 문제 발생 시 빠르게 대응 가능해 로봇 장비의 가용성 향상이 가능하다. 또한 이전보다 적은 인원으로도 지속 가능성 상승 및 운용비용 절감, 변화된 요구조건 및 환경변화에 신속하게 대응할 수 있다.

 

2. 증강현실 사례

증강현실은 현실에 기반한 정보를 증강 및 추가하는 것을 말한다. 이미지 및 주변 객체를 가상의 것으로 만드는 가상현실과는 다른 개념이다. 증강현실은 추가되는 정보나 관심 있는 정보만을 가상으로 만들어 해당 정보를 현실 정보와 겹쳐서 보여줌으로써 사용자에게 보다 직관적으로 정보를 제공하고 몰입감을 높여주는 기술이다. 현재 차량 내비게이션에 해당 기술이 적용 중이다.

 

로보틱스 데이터는 로보틱스 HMI나 감시반 PC 모니터 등을 통해 인식 및 분석된다. 간혹 빠르게 변화하는 데이터가 로보틱스 상태 파악에 어려움을 주거나, 문제 발생 알람이 울렸음에도 원인을 찾지 못해 처리가 어려운 경우가 있다. 로보틱스 장비 문제가 발생한 시점에 현장 담당자가 업무에 투입된 지 얼마 안 된 인력이라면 상황을 대응하지 못해 문제가 발생하기도 한다.

 

해당 상황에서 증강현실 기술을 적용하면 직관적인 정보를 제공해 로보틱스 운용자가 장비의 상태를 빠르고 정확하게 파악하게 된다. 이를 통해 문제 해결이 가능하다. 설비 유지보수 시 작업자의 실수도 감소시킬 수 있다. 증강현실 기술은 현실과 이어지는 실질적인 도구로, 로보틱스 솔루션의 디지털 혁명을 가속화하는 기능이라고 평가된다.

 

슈나이더 일렉트릭의 증강현실 기반 솔루션은 운영자에게 실시간 데이터와 가상 객체를 실제 플랜트 환경에 중첩하는 기능을 제공한다. 상용자가 현장에서 스마트폰이나 태블릿을 통해 로보틱스 장비를 비춰 증강현실 기술을 활용하게 된다. 이를 통해 사용자가 가상의 객체인 POI(Point Of Interest)를 통해 정보를 빠르게 탐색하고, 여러 기능으로 로보틱스 컨트롤 패널도어를 가상으로 열 수 있다. 도어를 열지 않고 내부 상황 파악이 가능한 것이다. 전문가와 오프사이트 원격 연결 기능도 제공한다. 장비의 문제를 찾고 해결하는 절차를 단계적으로 안내하는 기능도 있다. 이를 통해 작업자 오류를 줄일 수 있다.

 

슈나이더 일렉트릭 증강현실 솔루션의 구성요소는 빌더, 런타임, 앱 등 세 가지다. 빌더는 증강현실 프로젝트를 생성하는 온라인 툴, 런타임은 프로젝트를 실행하기 위한 소프트웨어 구성 요소다. 앱은 모바일 애플리케이션에서 활용 가능한 툴로, 앱스토어에서 다운받아 활용하는 솔루션 요소다. 특히 애플리케이션은 현재 IOS, 안드로이드, 윈도우즈 기반 스마트폰이나 태블릿에서 활용 가능하고 무료로 다운로드 받을 수 있다.

 

3. 디지털 트윈 사례

디지털 트윈은 현실에 존재하는 사물, 시스템, 환경 등을 소프트웨어 기반 가상공간에 동일하게 시각화하고, 실물 객체와 시스템의 동적 특성 및 결과 변화를 가상공간에서 시뮬레이션 한다. 시뮬레이션 결과를 최적화해 다시 현실공간에 적용하고, 현실공간에 변화된 정보가 다시 가상공간으로 전달되도록 함으로써 끊임없는 순환 적용 및 최적화 체계를 구현하는 기술이다.

 

쉽게 말해 현실의 물리적 물질 또는 시스템을 가상의 디지털 기술로 표현한 것이다. 현실에서 발생하는 문제에 대해 최적의 방법으로 해결책을 제시할 수 있고, 시행착오를 줄이는 데 큰 역할을 한다. 산업 현장에서 사용 중인 로보틱스 시스템에도 동일하게 적용 가능하다.

 

 

슈나이더 일렉트릭의 ‘EcoStruxure Machine Expert Twin’은 장비의 설계 단계부터 적용 가능한 디지털 트윈 기반 솔루션이다. 장비를 제작하기 전, 가상으로 설계, 시운전, 실제 장비의 디지털 모델을 생성하는 등 기능을 제공하는 소프트웨어 솔루션이다.

 

기구, 전기 및 제어작업 할당 등 병렬 엔지니어링이 가능하고, 디지털 데이터와 물리적 데이터의 결합을 통해 로보틱스 장비의 성능을 분석 및 최적화하는 데 도움을 준다. 로보틱스 장비의 출시 기간 단축, 품질 향상, 비용 절감, 수명주기 개선 등 확장성을 제공한다.

 

이 솔루션은 모션 시각화 ‘비쥬(Visu)’, 시뮬레이션 위한 ‘디자이너(Designer)’, 애뮬레이션 위한 ‘빌더(Builder)’, 커스터마이징 및 개발 지원하는 ‘디벨로퍼(Developer)’, 실제 장비와 운영되는 ‘서버(Server)’ 등 다섯 가지 기능의 라이선스로 세분화돼 있다.

 

비쥬는 IEC 기반 PLC 프로그래밍 환경에서 가상 테스트가 가능하다. 시뮬레이션 전문가 없이 엔지니어가 제어 로직 코드 테스트를 할 수 있고, 자동 생성된 3D 모델 및 구성요소를 재사용함으로써 전체 로보틱스 장비에 대한 가상 제어 테스트를 수행한다.

 

디자이너는 컨트롤러에 연결 없이 로보틱스 장비 시뮬레이션을 생성하는 기능을 활성화해 복잡한 프로세스 및 생산 제품 흐름을 시뮬레이션 한다. 이를 통해 로보틱스 장비의 동적 성능 처리량 등을 검증하고 최적화가 가능하다. 영업마케팅용 애니메이션 및 프레젠테이션 제작에 특화된 라이선스다.

 

빌더는 PLC나 컨트롤러를 연결해 로보틱스 장비를 에뮬레이션하거나 테스트 기능을 활성화한다. 사전 정의된 라이브러리에서 ‘드래그 앤 드랍’을 통해 전체 로보틱스 장비의 3D 모델을 생성하거나, 고객맞춤형 툴의 구성요소 불러오기 및 재사용이 가능하다. 컨트롤러를 연결해 사용하는 에뮬레이션 기능은 타사 컨트롤러 및 자동화 시스템과도 결합이 가능하다. 원격 모니터링을 위해 3D 디지털 트윈 모델을 시뮬레이션 뷰어로 스트리밍 할 수 있다.

 

디벨로퍼는 디지털 트윈 제품군에서 단넷 프레임워크 엑세스가 가능하다. 맞춤형 시뮬레이션 및 에뮬레이션 구성요소와 라이브러리를 개발하기 위한 개방형 소프트웨어다. 빌더나 디자이너에서 사용한 구성요소를 고객 맞춤형으로 개발한다. 고객 맞춤형 소프트웨어 플러그 인, 툴, 인터페이스를 개발하고, 그것을 고객의 워크플로우, 프로세스, 데이터 소스에 적용한다. 고객의 기존 사용 툴과 원활한 인터페이스를 위한 강력한 API 기능도 제공한다.

 

서버는 장비 시스템과 평행하게 3D 디지털 트윈 모델을 설치 가능하다. 로보틱스 장비의 상태나 성능을 실시간으로 파악하도록 외부 클라이언트, 스마트폰, 태블릿, VR, AR 기술 등을 통해 장비를 원격으로 모니터링하고 3D로 시각화한다. 3D 디지털 트윈 모델을 통해 원격 유지보수, 원격 지원 조치를 위한 환경을 제공하거나, 클라우드 기반 솔루션과 연동하면 새로운 서비스 비즈니스에 대한 잠재력 보유도 가능하다.

 

헬로티 최재규 기자 |