사물인터넷 기술이 성장하면서, 인간과 장비가 상호작용하는 방식 역시 변화한다. 제어를 위한 연결 방식 자체가 현대적으로 변화하기 때문이다.
정리 | MSD(모션시스템디자인) 편집부

오늘날의 공학 기술(Engineering Technology)은 상호연결성(Interconnectivity)의 세계에서 숨쉬고 있다. 산업과 상업 분야를 막론하고, 사물인터넷이 인터넷을 통해 연결되는 사물, 즉 사물인터넷이 큰 추세로 각광받고 있다.

사물인터넷을 구현하기 위해, 인간 기계 인터페이스(Human Machine Interface, HMI) 역시 정교하고 복잡해지고 있다. 

4명의 HMI 전문가들에게 HMI의 기본에 대해 듣는다.

1. Chirayu Shah | 로크웰 오토메이션 HMI 소프트웨어부서 상업용 프로그램 부서장
2. Lisa Bettes | 로크웰 오토메이션 전자 오퍼레이터 인터페이스 제품 관리자
3. Reid Beilke | 벡호프 오토메이션 산업용 PC 제품 전문가
4. Alan Cone | 지멘스 SIMATIC WinCC 마케팅 책임자

Q. 인간 기계 인터페이스(HMI) 기술의 종류는?
Belike: HMI를 간단하게 설명하면, 사용자가 장비와 상호작용할 수 있는 모든 종류의 장비 혹은 소프트웨어를 말한다. 

그 범위는 아주 간단하고 흔한 장비, 예를 들면 기존 장비에 부착된 싱글 터치 디스플레이부터 멀티 터치가 가능한 제어판 그리고 스마트폰 혹은 스마트 시계 등의 모바일 장치까지 다양하다.

Shah: HMI는 인간에게 기계와 상호작용할 수 있는 인터페이스를 제공한다. 이 점이 HMI의 핵심이다. HMI를 물리적으로 구현한 장치로는 터치 디스플레이와 (물리적인)버튼, 모바일 장비, 키패드와 연결되어있는 컴퓨터 등이 있다. 

Q. HMI를 통해 현대 시스템을 개선하는 방법은?
Belike: 산업적인 관점에서 보았을 때, HMI의 가장 큰 가치는 생산과정을 보다 밀접하게 측정 및 관찰할 수 있고, 생산과정에서의 요구사항 변화에 대응하며, 효율성을 개선하고 비 작동시간을 줄인다는 점이다. 이는 진단 및 관찰 기능의 개선으로 이어진다. 

Bettes: 적절히 설계된 HMI 솔루션은 작업자의 생산성을 높일 뿐 아니라 장비를 제어하거나 유지보수할 수 있는 시야를 제공한다. HMI 기능의 좋은 예로, 장비의 문제와 심각성을 시각적으로 표시하는(즉, 알람) 기능이 있다. 

Q. HMI와 사물인터넷(IoT)의 관계는?
Shah: 기존의 HMI 솔루션은 OEM 업체가 개발한, 독립적이고 분리된 터미널을 활용했다. 당시의 HMI 솔루션은 커다란 장비의 일부로 여겨졌다.

하지만 새로운 HMI 솔루션은 클라우드 서비스로 자료를 전송하거나, 현장에서 직접적인(On-Premise) 솔루션을 제공할 수 있도록 설계된다. 

사물인터넷은 공장과 공정을 변화시키고 있다. 보다 많은 이들이 산업용 HMI와 휴대전화처럼 상호작용할 수 있기를 바라고 있다. 이러한 시장의 요구에 발맞추어, 산업용 HMI에 대한 정의는 물론 작업 방식에 이르기까지 많은 것들이 변화한다.

Belike: IoT는 장비 및 공장 전체에 존재하는 데이터 지점의 극적인 증가를 의미한다. 각 장비부터 기업 전체에 이르기까지 수직으로, 생산현장의 모든 장비를 수평으로 연결한다. 개방형 표준 통신 통합 구조(Open Platform Communications Unified Architecture, OPC-UA) 등의 기술을 PC 기반 장비 제어장치에 통합함으로써 각 장비와 클라우드 그리고 전체 기업 시스템에 이르기까지 암호화된 데이터를 안전하게 송수신할 수 있다.

데이터를 클라우드로 업로드하는 기능은 스마트폰 혹은 태블릿 등의 장비를 통한 제어를 실현한다. 원격으로 장비 혹은 생산 데이터를 관찰하거나 어디서든 HMI를 활용할 수 있도록 만든다.

Cone: IoT가 생산현장 깊숙이 스며듦에 따라, HMI 기술은 사용자와 장비를 연결하는 데 있어 중요한 역할을 수행한다.

이를 위해서는 HMI가 직관적인 시각화 기능을 제공하고, 공장 내의 다른 구성요소와 네트워크를 통해 연결되는 것이 필수적이다.

휴대성 또한 필수적이다. 직접 접촉이 어려운 지역에서의 작업에 대한 가시성을 제공해야 한다. 보다 혁신적인 개념(시스템 진단 등)을 내장하고 있어야 함은 물론이다.

Q. HMI에 필요한 요건이 있다면?
Bettes: HMI 솔루션은 독립 터미널을 기반으로 하거나, 광범위한 환경에서 활용할 수 있어야 한다. 후자의 경우 응용사례가 필요로 하는 여러 요구사항을 충족하기 위한 것으로, 서버급 하드웨어·마이크로소프트 서버 OS·다양한 노드 등에서 사용할 수 있어야 한다.

Belike: HMI 시스템에 대한 요구사항은 응용사례의 종류에 따라 천차만별이다. 
공통적인 요소가 있다면, 디스플레이는 일종의 터치 기능을 구현해야 한다. 사용자 친화적인 시스템 구축을 위해서다. 터치 기능은 매우 익숙한 기능이다. 두 손가락을 활용해 스마트폰이나 태블릿을 활용하는 것은 매우 잦고, 자연스럽다. 이러한 소비자 시장에서의 기능과 경험이 점차 산업용 장비로 확대될 것이다.

Q. HMI 사용에 대한 학습곡선은?
Belike: 현대 사회는 스마트폰이나 태블릿 혹은 스마트 시계 등의 스마트 장비들이 주류이다. 따라서 HMI에 대한 학습곡선은 매우 낮은 편이다. 멀티터치 기능은 현대인에게 ‘제2의 천성(Second Nature)’이라고 할 만큼 자연스러운 행동이 될 것이다.

(※ 학습곡선: 학습을 통해 행동이 익숙해지는 등의 변화를 이끌어내기까지의 양상을 그린 곡선.)
(※ 제2의 천성: 마치 태어나면서부터 몸에 익히고 있던 것처럼 자연스러운 것을 의미한다.)

Q. HMI를 사용하는 분야는?
Belike: 인간이 장비에 개입해야 하거나 자동화 장비가 필요한 환경이라면 어느 산업분야에든 HMI를 적용할 수 있다. HMI는 장비에도, 생산시설에도, 건물에도, 차량에도, 휴대기기에도 적용할 수 있다. 물론 통합의 수준과 정교함의 정도는 상이할 수 있지만, HMI는 그 어떤 응용사례에서든 활용할 수 있다.

Bettes: HMI는 자동차 산업에서부터 규제가 심한 제약 분야 및 식품 제조분야에 이르기까지 제조업 전반에 널리 사용되고 있다. 그 중에서도 오일&가스 혹은 채광(Mining) 등의 공정 산업(Process Industry)에서는 특히 HMI를 많이 활용하고 있다. 공정 산업은 그 특성상 많은 공정을 제어실에서 원격으로 관리해야 한다. 따라서 HMI의 활용이 필수적이다.

Belike: 인더스트리 4.0과 산업용 사물인터넷(IIoT)이 부상함에 따라 HMI의 활용은 점차 쉬워질 전망이다. 스마트폰은 모바일 HMI이라는 형태를 만들었으며, 스마트 시계 등의 기술은 HMI 웨어러블로 이어진다. HMI의 접근성과 사용편의성은 계속해서 증가한다.