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IIoT·산업용 이더넷으로 완성되는, 미래 공장
IIoT·산업용 이더넷으로 완성되는, 미래 공장
  • 오현식 기자
  • 승인 2017.11.14 09:16
  • 댓글 0
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디지털화를 기반으로 한 제조 산업의 혁신이 계속되고 있다. 산업용 이더넷과 IIoT를 기반으로 긴밀한 연결성을 갖춘 스마트 팩토리는 제조 혁신을 입증하는 실제 사례이다. 최근 생산 프로세스의 디지털화를 실현한 프로토랩스가 자사 사례를 기반으로 IIoT와 미래 공장의 모습을 제시했다.

 
IoTInternet of Things 기술의 적용이 점점 더 확대되고 있다. 개인용 스마트폰과 웨어러블 기기는 물론 자동화 기기에 이르기까지 IoT 기능이 접목되어 최적화된 경험을 제공하고 있는 것이다. IoT 기술은 실시간으로 데이터를 수집함으로써 기기의 상태 모니터링과 상호작용을 기초로 한다. 따라서 차세대 제조의 기틀을 마련하려는 제조산업에서 자동화 소프트웨어, 연결된 하드웨어, 데이터 분석 등과 IoT 기술의 접목이 활발히 이뤄지고 있다.

제조의 디지털화
IoT는 스마트 매뉴팩처링Smart Manufacturing을 가능하게 만드는 큰 기회로 평가받고 있다. 소형 센서부터 로봇으로 제어되는 완전한 공장 자동화에 이르기까지 다양한 IoT 디바이스가 공장을 보다 지능적으로 만들 수 있기 때문이다. IoT 기술이 더해진 첨단 디지털 제조는 산업 설계자와 엔지니어에게 새로운 장치를 신속하게 개발하고 제조할 수 있는 능력을 제공한다.

IIoTIndustial IoT는 제조, 에너지, 운송, 광업 등 다양한 분야에서 디지털 애플리케이션을 등장시킨다. IIoT로 연결된 장치와 데이터 분석을 사용하여 산업과 제조 공정을 최적화하는 것이다.

이를 보여주는 대표적인 사례가 바로 GE의 브릴리언트 팩토리Brilliant Factory이다. GE 브릴리언트 팩토리는 소프트웨어와 센서, 연결성을 결합함으로써 생산성을 향상시킨 첨단 제조를 구현하고 있다.

디지털화Digitalization가 비즈니스 모델과 프로세스를 이미 개선시키고 있지만, IoT의 잠재력은 아직도 강력하게 남아 있다. 매킨지의 보고서McKinsey Global Institute에 따르면, IoT에 전세계 경제에 미치는 영향력은 2025년에는 연간 11조 1000억 달러에 달할 것으로 예측된다. 이는 전세계 경제의 약 11%에 해당하는 수치이다.

맥킨지는 오늘날 B2B 스마트 애플리케이션이 IoT 네트워크 가운데 70%를 차지한다고 관측하고 있다.이들 애플리케이션은 예측과 최적화를 통해 가치를 창출하며, 특히 제조 분야의 주요 기업들이 이를 활용하고 있다는 설명이다.

이와 마찬가지로 다수의 전문가들은 모든 산업 분야 가운데 제조업 부문에서 IoT의 가치를 높이 평가하며, 비즈니스 혁신의 핵심 수단으로써 IoT를 적극 활용할 것으로 예측하고 있다. 실제로 IoT 소프트웨어, 하드웨어, 연결성, 그리고 서비스에 이르기까지 가장 많은 IoT 투자가 이뤄지는 분야가 바로 제조 산업이다.

 
IIoT 기반의 혁신 ‘점화’
제조의 디지털 혁신은 공급망에서 가치 사슬에 이르기까지 비즈니스 곳곳을 변화시킨다.
예를 들어 자산 추적 및 예측 유지 보수를 위한 IoT 솔루션이 생산 프로세스를 신속하게 최적화하고, 운영을 개선하는 사례가 속속 보고되고 있다. 또 이력 추적으로 소재 등의 구성 요소가 원산지에서 배송까지 추적될 수 있게 함으로써 투명성을 확보하고 품질 보장에 일조하고 있으며, 스마트 기기와 데이터 분석은 제조 기업의 운영 효율성을 현저하게 향상시키고 있다.

IIoT의 중요성이 커짐에 따라 제조 산업의 고용 시장까지 재편되고 있다. 보다 효율적이고 지속 가능하며 안전하고 지능적인 작업을 수행하기 위해 생산 현장 근로자에서 기술 중심 근무자(엔지니어 및 소프트웨어 개발자)로 이동하고 있는 것이다.

IIoT를 기반으로 디지털 전환을 이뤄낸 디지털 제조업체의 경우, 생산 프로세스를 개선하고, 상용 제품을 보다 신속하게 개발하고 있다. 컨설팅 기업인 CIMdata에 따르면, 디지털 제조는 시장 진입 시간을 30%, 계획과 설비 비용을 40% 절감하는 동시에 전체 생산량을 15% 증가시킨다.

미래의 공장
전통적인 제조는 느리고 비효율적이다. 제품 개발 라이프 사이클 전반에 걸쳐 기계와 프로세스간 정보 교환이 제한되어 있기 때문이다. 이와 달리 스마트 제조 기술은 제조의 모든 부분을 연결하는 디지털 스레드Digital Thread를 형성하여 디자이너와 엔지니어가 항시적으로 협업하면서 설계와 생산 프로세스를 자동화하는 환경을 구현한다.

일례로 프로토랩스Proto Labs는 최근 방대한 컴퓨팅 클러스터를 통해 자동화 소프트웨어와 제조 장비를 결합함으로써 IIoT를 구현하는 진정한 상호연결 시스템을 만들었다.

프론트 엔드 제조 소프트웨어로 생산 프로세스를 디지털화한 프로토랩스는 이를 통해 제품 디자이너와 엔지니어가 자문 도구인 프로토쿼트ProtoQuote의 맞춤형 견적 플랫폼에 액세스하여 직접적으로 고객을 도울 수 있게 됐다. 프로토쿼트는 업로드된 모든 3D CAD 모델에 대한 자동 설계 분석을 제공하는 솔루션으로 권장 수정을 통해 생산 비용을 줄이면서 설계의 제조 가능성을 보장한다.

고객이 부품을 주문할 준비가 되면, 프로토랩스의 설계 분석팀이 금형 설계·빌드 준비·부품 오리엔테이션으로 디지털 스레드를 발전시키고, 툴패싱toolpathing을 시작한다. 이때 스마트 팩토리의 네트워크를 통해 소프트웨어가 하드웨어와 통신, 지정된 시스템으로 디지털 지시를 전달, 제한된 인적 자원만으로 생산이 가능하도록 한다.
이러한 M2MMachine-to-Machine 통신 프레임워크는 기본적으로 직원이 생산 프로세스에 적극적으로 참여하고 기여해야 함을 의미하기도 한다.

디지털화를 통해 프로토랩스의 모든 3D 프린터, CNC 기계 및 사출 성형 프레스는 네트워크에 연결된다. 이 네트워크는 센서로 수집된 정보를 사용하여 주문 진행 상황을 추적하고 일정을 최적화하고, 또한 주문서의 실시간 업데이트를 모니터링하여 제조 주문의 우선 순위를 결정한다.

이후 2차 작업으로 제품의 기능이나 디자인을 향상시킬 수 있다. 이러한 2차 작업에는 제조 방법에 따라 부품 조립, 패드 프린팅, 도장 등이 포함될 수 있다. 이때에도 계속 주문 진행 상황이 추적되며, 생산 현장에서 품질 기준이 측정되는 계측 실험실로 디지털 스레드가 이동하여 품질 데이터를 수집, 불량 제품의 출하를 방지한다.

프로토랩스 계측 연구실에서는 360도 3차원 스캐너를 사용하여 CAD 결과와 스캔 결과를 직접 비교할 수 있는 향상된 색상 맵을 만들어 차이를 신속하게 식별한다. 디자이너와 엔지니어가 PMIProduct Manufacturing Information 데이터를 CAD 모델에 내장했다면 검사 프로세스는 더욱 가속화될 수 있다. 그리고 검사가 완료되면 부품이 운송으로 이동한 후 즉시 발송된다.

 
지속적인 개선
스마트 기술의 추가는 전체 제조 공정을 가속화한다. 네트워크로 연결된 M2M 통신이 생산성과 부품 품질을 향상시키며, 디지털 기술 발전에 따라 디지털 제조업체는 프로세스를 계속 개선할 수 있다.

예를 들어 팩토리 네트워크는 단일 파일을 시스템으로 전송하는 데 15분이 걸렸지만, 이제는 업그레이드된 네트워크 환경에서는 단 몇 초만에 전송이 완료된다. 이러한 지속적인 개선 모델은 효율성을 극대화하고 고객 요구에 응답하게 수 있다.

디지털 제조를 통해 기업은 생산과 유통에 대한 조정을 신속하게 파악하고 계산할 수 있게 됨으로써 공급망 민첩성을 향상시키고, 출시 기간 단축이 가능하게 된다. IIoT와 산업용 이더넷에 의한 효율성의 개선은 제조기업과 엔지니어는 물론 소비자에게 모두에게 이익을 줄 것이다.



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