로크웰오토메이션코리아가 이번 RSTechED에서 다룬 주제는 ‘커넥티드 엔터프라이즈’다. 생산에 혁신을 불러오는 세 번째 혁신이 된다는 것이 로크웰오토메이션코리아의 설명이다. 커넥티드 엔터프라이즈의 이점은 무엇인지, 무엇으로 구성되는지 그리고 실제로 어떤 사례에 쓰이고 있는지 키스 맥퍼슨의 설명을 통해 알아본다.

자료｜로크웰오토메이션코리아(www.rockwellautomation.co.kr)

정리｜윤진근 기자(yoon@iomedia.co.kr)

현재 공장자동화에서 큰 화두를 꼽자면 단연 컨버전스(융합). 여기서 말하는 융합이란 공장자동화에 쓰이는 제어 솔루션과 IT 기술 사이의 융합을 의미한다. 융합은 기술이 발전함에 따라 점차 가속화되고 있다. 산업용 이더넷·무선 기술·모바일·클라우드 등이 대표적이다. 이들 기술은 통합·최적화·협업·보안이라는 장점을 제공한다. 오늘날 중심적인 시장 및 기술 동향을 이해하고, 왜 커넥티드 엔터프라이즈가 제조업체 경쟁력에 중요한 요소인지를 알아본다.

전문가들은 오는 2020년 세계 인구가 76억 명을 넘어설 것으로 예상하고 있으며, 특히 중산층 비중이 증가해 약 7천만 명을 이룰 것으로 예측하고 있다. 이로 인해 중산층이 가지고 있는 소비능력이나 소비지출 역시 늘어날 것이라 전망한다. 특히 중산층의 생활과 직접적으로 연관이 있는 자동차·식음료·건강·제약 그리고 여타 소비재 등의 분야가 집중적으로 성장한다. 전문가들이 예측하고 있는 연간 소비지출능력은 약 8조 달러 규모다.

위와 같은 분야에서 세계 모든 고객에게 상품 및 서비스를 고루 배분하는 것이 공장자동화 업체들이 가지고 있는 목표라고 할 수 있다.

앞서 살펴본 동향을 통해 소비재에 대한 요구가 증가하였다는 사실을 알 수 있다. 이는 제조업체에 새로운 목표가 생겼음을 의미한다. 자원과 기초 시설, 담수(Fresh Water), 사회기반시설 증축을 위한 원자재 및 원료 그리고 에너지 확보가 그것이다.

이로 인해 공장자동화 업체에서는 효율적 생산이 새로운 화두로 떠오르고 있다. 경쟁력을 유지하기 위해 비효율적인 요소들을 제거하려는 것. 이를 증명하듯, 현재 업계에서는 자원 생산성 프로젝트(Resource Productivity Projects), 즉 자원을 효율적으로 생산하기 위해 1조 달러가 넘는 금액을 사용하고 있는 것으로 추정하고 있다.

이를 실현하기 위해 나온 것이 바로 커넥티드 엔터프라이즈다. 생산성과 지속 가능성을 모두 잡아, 나아가 삶의 질과 표준을 높이겠다는 것이 로크웰 오토메이션의 목표다. 생산적이고 지속 가능한 세계는 생활 및 삶의 수준을 한층 높인다. 

커넥티드 엔터프라이즈는 다음과 같은 이점을 지니고 있다.

·공급 과정 전반에 걸친 트랙 앤 트래이스 솔루션을 통해 안전하고 다가가기 쉬운 식품 공급을 제공한다.

·지능형 모터 컨트롤 솔루션으로 한층 효율적인 용수 처리(Water Treatment)를 실현한다.

·정보시설을 통합 관리함으로써 조금 더 나은 생산 시설 및 에너지 관리를 실현한다. 에너지 사용량 관리·전력 품질 관리·스마트그리드와 실시간 상호 작용 등을 통해 에너지 관련 비용을 최적화한다.

·한층 발전한 공정제어 및 고가용성 시스템을 통해 한층 효율적인 Oil & Gas 생산을 실현한다.

·공장 생산 과정에서 나오는 폐기물을 줄이기 위해 예측 가능한 모형 기반 제어를 실현한다.

지난 몇 년에 걸쳐 우리는 ‘만물 인터넷(Internet of Things)’의 시대에 진입하고 있다. 만물 인터넷이란 수십억 개의 스마트한 기기들과 기계가 인터넷과 연결됨을 의미한다. 시스코는 만물 인터넷이 약 14조 달러의 잠재적 가치가 있으며, 이 중 27%가 제조 부문에서 생성된다고 내다봤다. 이는 제조업이 IoT(만물 인터넷) 전반적으로 가장 큰 기회를 내재하고 있음을 의미한다. 따라서 로크웰 오토메이션은 만물 인터넷이 커넥티드 엔터프라이즈를 가속화할 것으로 전망하고 있다.

하지만 이러한 가능성을 현실화하기 위해서는 제조업이 현대의 최신 기술들을 도입해야 한다. 클라우드·빅 데이터 분석·이동성·보안이 대표적이다. 제조업체는 위의 기술들을 자사에 통합함으로써 커넥티드 엔터프라이즈 실현을 앞당길 수 있다.

각각의 요소들을 살펴본다.

클라우드는 원격으로 필드 기반(Field-Based) 자산을 수집하고 그 자료를 분석한다. 클라우드는 회사가 IT 애플리케이션을 통해 원격 데이터 센터에 오프 장비(Off Premise, 백업을 위한 예비 장비로서, 보통 다른 장소에 있는 중복된 컴퓨터 장비들의 집합을 의미. 출처 IT용어사전)를 갖추어 원격으로 조절할 수 있도록 돕는다. 클라우드는 유연하고 확장이 용이한 운영을 보장하며, 경비를 아끼는 효과도 있다.

현재 업계에서는 향후 2년 내에 제조업체의 52%가 클라우드 서비스로 변경할 것이라 예측하고 있다. 다시 말해 절반이 넘는 제조업체가 클라우드 서비스를 이용한다는 뜻이 된다. 이로 인해 클라우드로 인한 광역네트워크(WAN) 트래픽이 6배 증가할 것이라고 보고 있다.

빅 데이터 및 데이터 분석 역시 중요한 요소로 부각되었다. 협업 및 의사결정을 돕고 고객에게 더 나은 서비스를 제공할 방법 제공한다.

제조업은 다른 분야보다 훨씬 더 큰 데이터를 생성한다. 단순한 석유 굴착 장치(Oil Rig)가 하루에 1테라바이트 이상 되는 데이터를 생성한다. 이렇게 만들어진 데이터들은 제어 및 사용자 인터페이스에 주로 사용되고 있다. 이 데이터를 어떻게 분석하고 의사결정의 도구로 활용하느냐가 화제가 되고 있다. 빅 데이터를 정보로 전환하는 것이 중점이 된 것.

이 실시간 데이터는 공장 운영에 중요한 정보를 풍부하게 담고 있다. 자산 상태·성능·에너지 효율성 등이 그것이다. 빅 데이터를 잘 응용하는 것이 얼마나 중요한지를 알려주는 대목이다. 빅 데이터를 분석함으로써 숨어있던 비효율성을 찾아낼 수 있으며 생산성 및 품질 향상 그리고 전반적 고객 서비스 개선을 위해 제조 과정을 변경할 수 있다.

일반적으로 컨트롤러와 HMI 등을 통해 분석 작업 및 의사결정을 돕는 자료로 변환할 수 있다. 이 자료는 생산성을 높이고 비효율성을 낮춘다. 하지만 아직까지는 각각의 OEM 장치 사이에 호환이 한정되어있는 문제가 있다.

현재 빅 데이터 분석 분야에서는 RAW 데이터를 상황화 데이터로 바꾸어 실행 가능한 정보로 변환하는 것이 화제다. 정보를 지식으로, 지식을 지혜로 바꾸는 과정이라고 보면 이해가 빠르다. 로크웰 오토메이션은 자사 기술력을 통해 이를 실현하고 있다.

이동성(Mobility) 역시 커넥티드 엔터프라이즈를 구성하는 주요 요소다.

오늘날 IP 기반 네트워크 기술을 도입함으로써 시간과 장소에 제약 없이 정보를 공유할 수 있게 되었다. 이를 통해 고정된 장치에 머무르지 않고 스마트폰 등의 휴대용 기기를 통한 ‘모바일’ 접속을 보장한다. 어마어마한 양의 산업 데이터를 휴대용 기기를 통해 전달 및 열람할 수 있다.

오늘날 개인 소유 장치를 허용하는 회사가 63%, 언제 어디서나 회사 네트워크로 접속할 수 있도록 허용하는 회사가 46%가량 된다. 또 모바일 기기를 통한 데이터가 5테라바이트가량 될 것으로 보인다.

하지만 누구나, 언제나, 어디서나 데이터에 접속할 수 있다는 점은 장점이자 단점이 되기도 한다. 불특정 다수가 접속할 위험이 남아있는 것. 따라서 보안이 필수적인 요소가 되고 있다. 

현재 생산 공정 및 시설에 대한 눈에 띄는 공격이 늘어나고 있다. 빠르게 증가하는 사이버 위협에 대처하기 위해 제조업체는 수백억 달러나 되는 비용을 소비하고 있다. 지난 몇 년간 로크웰 오토메이션의 고객사 중 대부분이 보안 문제를 우선 과제로 격상하는 경향을 보였다. 2011년 사이버 보안 비용은 약 6천억 달러였다.

커넥티드 엔터프라이즈를 구축하기 위해서는 산업 안전(Industrial Security) 문제를 효과적으로 해결해야 한다.

일반적으로 공장 한 군데에 수천 개나 되는 정보 혹은 자산이 산재해 있다. 이들 정보들은 사용자에게 각기 무언가를 말하고 있다. 하지만 우리는 이것들을 제대로 활용하고 있을까?

자산 안에는 다양한 자료가 있지만 제대로 활용하지 못하고 있다. ▲서로 전혀 다른 자동화 기술들 ▲장비마다 상이한 공급업체 ▲서로 다른 통신 시스템 때문이다. 이로 인해 각 장비들이 만드는 데이터는 의사결정에 사용하거나 의미있는 정보로 만들기 어려웠다.

로크웰 오토메이션의 제어 및 정보 통합 솔루션을 통해 다양한 기업으로부터 데이터를 수집하고 이를 연결함으로써 장벽을 무너뜨린다. 실제로 공장에서 일어나는 일들을 바탕으로 실행 가능한 정보(Actionable Information)를 제공한다. 몇 가지 예를 들면 ▲생산 처리량 ▲품질 ▲자산 상태 ▲에너지 효율성 등이 있다.

만물 인터넷은 관련 데이터를 제조업체의 공급 과정 전체에 걸쳐 광범위한 사용자에게 안전하게 공유할 수 있도록 돕는다. 전문 지식이 산업 전체에 결합하면 진정한 고객 가치를 실현한다. RAW 데이터를 정보로, 그리고 지식으로, 궁극적으로 지혜로 변환한다.


제어와 정보의 통합

커넥티드 엔터프라이즈는 사람들 사이를 연결해 협업 및 신속한 문제 해결을 돕는다. 뿐만 아니라 공장과 비즈니스 시스템을 연결함으로써 앞서 설명한 ‘제조와 IT의 융합’을 실현한다. 제어와 정보의 통합 솔루션을 실현하는 것. 통합 솔루션은 모든 요소들을 단일 연결망으로 연결하는 기술이다. 따라서 IT 기술 중 하나인 보안 네트워크가 커넥티드 엔터프라이즈의 핵심 요소이다.

이러한 통합을 통해 제조업계는 새로운 비전을 본다. 운영 관리·유지 및 보수 관리·엔지니어링·경영관리라는 5가지 영역에서 혁신을 이룬다.

토요타는 현재 지속적인 공정 개선을 위해 다양한 방법을 동원해 데이터를 통합하고 있다. 이 과정은 로크웰 오토메이션의 VantagePoint 소프트웨어가 담당하고 있다. 이를 통해 생산 손실 오류를 가시화하는 등 다양한 이점을 누린다.

일례로 토요타의 켄터키 공장에서는 대시보드 제작에 실시간 정보를 도입함으로써 문제 해결 기능을 대폭 높였다. 실시간 오류 수정을 실현하였으며 재작업율과 잔여물 생성량을 대폭 낮추었다. 

VantagePoint 소프트웨어는 도장 작업에도 쓰이고 있다. 토요타 관계자는 “우리가 가지고 있는 가장 좋은 툴”이라는 말로 추켜세웠다. 앨라배마 공장에서도 같은 원칙이 적용되고 있는데, 앨라베마 공장에서는 현재 연간 50만 달러가 넘는 비용을 절약하고 있다.

현재 토요타에서는 전 세계에 분포한 공장에서 개선 사례를 수집해 이를 비교하며, 나아가 모든 공장에 동일하게 적용할 수 있다. 전문 업체가 적합한 정보를 수집하고 적절한 의사결정수단을 거친다면 위와 같은 비용 절감을 현실화할 수 있다.

커넥티드 엔터프라이즈가 석유 및 가스 응용사례에서 어떻게 원격 모니터링을 실현하는지 살펴보자. 원격 석유 굴착 장치는 여러 과제를 안고 있는데 ▲가동 시간 ▲에너지 효율 ▲직원 안전 및 환경 관리 ▲불충분한 지역 전문성 등이 그것이다.

커넥티드 엔터프라이즈는 원격자산관리 형태로 가치를 제공한다. 빅 데이터 분석 및 보안 체계 구축을 실현한다. 상태 감시 및 예측 모델링 기능을 통해 비용이 많이 드는 고장은 물론 사고로 인한 피해를 방지한다. 또한 환경 감시 및 보고 기능을 갖추었다. 결과적으로 생산성 및 지속 가능성 향상으로 이어진다.

뿐만 아니라 여러 지역을 한데 모아 벤치마킹(장점을 도입해 기준으로 삼는 기법, 편집자 주)함으로써 예상 규범을 벗어난 자원 소모를 식별할 수 있다. 또한 본사에 있는 전문가가 전 세계서 일어나는 문제의 절반을 디버그할 수 있다.

세계적 시멘트 회사에 속한 대형 공장에서도 커넥티드 엔터프라이즈를 도입했다. 이로 인해 작업에 쓰이는 자산 활용 및 에너지 효율을 높였다. 로크웰 오토메이션의 지능형 모터 컨트롤 제품을 도입함으로써 펌프와 팬 그리고 컨베이어에 대해 가동 중단으로 이어질 수 있는 비정상적 상태를 실시간으로 감시해 효율을 높였다.

에너지 감시의 범위를 물·공기·가스·기름·증기 등으로 확장시켜 공장 전체의 에너지 사용량을 한눈에 볼 수 있도록 만들었다. 에너지 사용량을 자료에 맞추어 조절함으로써 공정변수를 조정해 전체 생산량이나 속도에 영향을 주지 않은 채 효율성을 높였다. 또한 지역 유틸리티의 사용량 변화를 감안하여 전체 비용을 절감하고 지역의 최대 에너지 사용시간동안 생산량을 줄여 전체적인 전력비용을 낮추었다.

위의 사례에서는 에너지 관련 비용이 모니터링 비용보다 더욱 비싸다. 이는 자동화 공정 안에서 충분히 통제 가능한 변수다. 자동화 방식에 쓰이는 에너지에 대한 인식이 뛰어난 기업이라면 이런 기능을 실용적으로 활용할 수 있다.


고객이 얻는 가치

지난 20여 년 동안 IT 분야로의 산업 투자가 이제 빛을 발하고 있다. 투자에 대한 다음 물결은 공장 시설 측면에 생겨날 것이다. 통합 제어 및 통합 제어와 같은 기술을 사용해 사업 가치를 제공하는 것. 이 흐름을 커넥티드 엔터프라이즈가 주도한다. 이 가치는 실로 엄청나다.

커넥티드 엔터프라이즈를 통해 얻을 수 있는 이점으로는 ▲시장출시기간 단축 ▲자산 활용성 개선 ▲소유 총 비용 감소 ▲기업 위험 관리 등이 있다.

1. 시장출시기간 단축: 설계 생산성(Design Productivity)을 통해 지능형 기기를 도입함으로써 커미셔닝 타임을 최소화한다. 고객이 선호하는 추세에 보다 신속하게 대응할 수 있는 것은 물론이다. 즉, 더 빠른 설계와 제품 출시를 실현한다.

2. 자산 활용 개선: 제조 지능(Manufacturing Intelligence) 도구를 통해 신뢰성·품질·예측 정비 기능을 개선한다. 고객이 가지고 있는 지능화 도구를 통해 자산신뢰성과 유지보수 그리고 품질 유지 및 향상이라는 이점을 선사한다.

3. 소유 총 비용 감소: 더 나은 수명주기 관리와 효율적인 운영 그리고 쉬운 기술 마이그레이션(이동) 등을 실현한다. 이를 통해 관리 효율성을 크게 높인다.

4. 기업 위험 관리: 안전하고 보안 면에서 충실한(Safety & Secure) 운영 환경을 통해 회사의 지적 재산권과 브랜드 이미지를 보호할 수 있다. 기밀 누출의 위험을 줄여주는 것은 물론이다.