1) 개념 정의
‘연결된 공장’이란 무엇일까?
연결된 공장(Connected Factory)은 제조환경이 꿈꾸는 새로운 청사진이다. 모든 기기 및 장치들이 여타 장비들과 연결 및 상호 소통할 수 있게 된다. 공장 전체는 물론, 멀리 떨어진 곳에서도 통신할 수 있다. 연결된 공장을 구현하기 위해서는 사실상 공장 내의 모든 요소들을 연결(Connect)·관찰(Monitor)·제어(Control)할 수 있어야 한다. 이를 통해 운영 생산성과 수익성을 높일 수 있다.
‘인더스트리 4.0’은 무엇일까?
위키피디아에 서술된 사전적 정의를 적절히 의역하면, 인더스트리 4.0이란 가치사슬 조직이 내포하고 있는 기술과 개념의 총칭이다.
인더스트리 4.0은 독일 정부 이니셔티브로부터 탄생한 용어로 네 번째 산업혁명을 의미한다.
인더스트리 4.0은 또한 생산자원 내부 요소들의 동적 최적화가 이루어지고, 각 공장 내부-내부 및 내부-외부 요소들이 서로 밀접하게 연결된 제조환경을 뜻하기도 한다.
산업용 사물인터넷(IIoT)이란
산업용 사물인터넷 역시 연결된 공장 및 인더스트리 4.0과 유사한 의미를 가지고 있다.
산업용 사물인터넷을 적용하면 조직 내에서 서로 다른 다양한 장비를 연결할 수 있게 된다. 여기엔 기존에 사용하던 오래된 장비도 포함된다.
연결을 통해 구형 장비부터 최신 장비까지 장비들이 서로 ‘대화’할 수 있게 된다.
조직은 오래된 장비와 새 장비를 아우르는 모든 장비로부터 데이터를 획득하여 효율성을 높이고 경쟁우위를 확보할 수 있다.
2) 효과적인 구현 전략 고안
오늘날 많은 기업들이 연결된 공장과 인더스트리 4.0 그리고 산업용 사물인터넷의 개념 중 하나 이상을 도입하고자 한다. 운영비용 감소 및 제어 측면의 향상 같은 이점을 누리기 위해서다. 하지만 대부분의 기업 및 조직에게는 개발 가능한 시설을 구축하거나 기존 시설들을 전면적으로 교체하는 비용이 비현실적일 정도로 비싸다. 이러한 문제를 극복하기 위해 최근에는 기존 장비를 활용하고 제품 및 기기들을 효율적·전략적으로 배치하여 일상적 업무에 지장을 주지 않으면서도 제어 및 감시 기능을 확장하는 추세가 등장하고 있다.
시설을 개선하고자 할 때는 목표 및 예상 효과를 일찍 잡는 것이 중요하다. 실제로 네트워크 기능을 지원하는 모든 장비가 IP 주소를 가지고 있음에도 불구하고, 사용자들은 모바일 기기를 통해 모든 패널 미터, 펌프 그리고 드라이브로 접속하지 못하고 있다. 21세기에 합당한 시설을 구축하기 위해서는 일련의 핵심 기술을 도입하여 부드러운 전환을 실현하고, 이를 바탕으로 어느 곳에서든 접속·감시·관찰·제어 등과 관련한 정보에 접속할 수 있도록 해야 한다.
효과적인 구현을 위한 첫 단계는 현재 조직이 가지고 있는 운영환경 및 장비를 중심으로 애플리케이션 및 공정 구축을 고려하는 것이다. 그러나 행동에 앞서 다음의 다섯 가지 핵심요소를 고려해야 한다.
기존 장비
전 공장에서 사용하고 있는 장비와 장치 목록을 만들어라. 이들은 얼마나 낡았는가? 교체 혹은 업그레이드가 필요한가? 기존 장비가 새로운 장비와 연결 및 통신할 수 있는가? 교체에는 얼마나 많은 시간과 비용이 드는가? (만약 문제가 있다면)이 기반시설의 문제를 해결할 수 있는 비용효율적인 방법은 무엇일까?
프로토콜 및 통신
장비와 함께 고려해야 할 사항으로 통신 측면이 있다. 서로 통신하고 있는 기기들은 어떤 프로토콜을 사용하고 있는가? 얼마나 많은 프로토콜을 활용하고 있는가? 모든 장비가 동일한 환경에서 통신해야 하는가(즉, 일부 통신 프로토콜을 변경해야 하는가)? 어떤 종류의 케이블 및 커넥터를 통해 통신하고 있는가? 광섬유 케이블? 시리얼(RS-232/422/485)? USB? 구리선?
지역 및 환경
공장 등의 시설은 어디에 위치해있는가? 장비가 먼 곳에 존재하는 경우, 각 장비는 셀룰러 네트워크(즉, 휴대전화 통신)를 통해 감시 및 관찰할 수 있을까? 4G(LTE) 혹은 3G 네트워크를 활용할 수 있는 지역에 있는가? 아니라면, 광대역 혹은 광섬유 기반 네트워크를 활용할 수 있는가?
건물 자체가 가지고 있는 전반적인 환경은 어떠한가? 뜨거운가? 먼지가 많은가? 온도를 조절할 수 있는가? 진동이 많은 환경인가? 가연성 기체가 발생하는 공정인가? 환경 평가 및 승인을 받거나 산업 인증을 받은 산업 등급 장비를 사용하고 있는가?
보안
비즈니스 인사이더 인텔리전스의 조사에 따르면, 회사 고위 경영진 응답자 중 39%가 사물인터넷에 대한 투자를 주저하게 만드는 요소로 개인정보 보호 및 보안 문제를 꼽았다. 응답자들이 가장 우려하는 것은 보안 관련 문제였다.
산업용 사물인터넷 분야에서 역시 보안이 중요한 요소로 부각될 수 있다. 수집 및 전송하는 데이터를 어떻게 보호할 것인가? 산업용 사물인터넷 데이터를 수집·감시·공정처리·저장하는 과정에 어떠한 보안 조치를 취해야 하는가? 데이터 및 정보의 보호와 관련한 규정이 존재하는가?
직원
더 많은 장비를 추가하는 과정에 적절한 IT 직원을 두고 있는가? 기술 적응력이 높은, 설치 및 관찰 작업에 도움을 줄 수 있는 직원은? 다른 공간에 존재하는 장비를 확인하고 감시하는 데 필요한 소프트웨어 및 원격 감지 기술을 구현할 수 있는 직원은?
앞서 설명한 주요 요소들을 평가하고 질문에 답하기 위해서는 다음과 같은 단계를 취해야 한다.
장비 간의 통신이 가능해야 한다.
전반적인 기초 시설(인프라스트럭처)에 걸쳐 운영 효율성이 보장되어야 한다.
장비 간의 통신에 사용될 보안 플랫폼을 제공해야 한다.
3) 장치 간 통신을 실현하라
드라이브·센서·PLC·패널 미터·기타 자동화 장비 등은 연초에 만들어졌을 수도, 작년에 만들어졌을 수도, 수십 년 전에 만들어졌을 수도 있다. 특정 기업이 소유하고 있는 통신 기술 및 장비, 이를테면 RS-432/422/485 시리얼 케이블 등을 활용했을 때 장비에 문제가 일어나곤 한다. 이들 시리얼 프로토콜은 어느 정도의 효율성이 있고, 특정 응용사례에 특화된 성능을 보여주지만, 응용사례 중 대부분은 TCP/IP 네트워크를 활용한 24시간 주7일 감시 기능을 탑재하고 있지 않다.
이들 장비를 바탕으로 연결된 공장이나 인더스트리 4.0 혹은 산업용 사물인터넷 패러다임을 구현하기 위해서는, 가장 우선적으로 해당 장치가 공장 내 다른 기기와 통신할 수 있는지를 확인해야 한다.
서로 다른 제조기업에서 만든 장비를 서로 연결하기 위해 전문가들은 고급 HMI와 프로토콜 변환기 혹은 여타 자동화 제품과 기본적으로 통신할 수 있는 장비 등을 선택하고 있다. 이러한 산업용 제품군들은 물리적 매개체에 관계없이 통신할 수 있게 되며, 산업현장에서 능숙하게 활약하고, 다수의 프로토콜을 지원할 수 있다.
4) 기반시설에서 운영 효율성을 보장하라
운영 효율성을 높일 수 있는 방법은 여러 가지가 있다. 그 중 하나로 제조라인에 분포한 여러 관찰 및 감시 지점에서 데이터를 수집하고, 이 데이터를 활용해 폐기물과 장비 정지시간을 최소화하는 것이 있다. 기술을 계속해서 개선함에 따라 이러한 상태 지점은 보다 넓은 영역으로부터 보다 증가한 정보량을 흡수하게 된다.
세심히 관리되는 이더넷 스위치는 조립 라인의 센서가 제품 상태의 정보를 감지하고 이를 생산 라인으로 전송하는 것처럼 시설 전체에 흐르는 데이터의 흐름을 여타 장치에 전달할 수 있게 된다.
운영 관련 데이터가 증가하면 조직이 전체 데이터를 동적으로 만들기가 용이해진다. 시각 관리 솔루션을 활용하여 중요한 핵심성과지료(Key Performance Indicator) 및 안돈 메시지 등을 수집·기록·표시할 수 있다. 중요한 데이터를 실시간으로 보여주는 것은 생산성을 높이고 처리량을 높이는 데 도움을 준다.
이 개념은 조직 내에서의 연결·통신·관찰에 국한되지 않는다. 연속적인 공급 과정 및 유통 과정으로 확장시킬 수 있다. 이를 통해 전체 운영에 대한 포괄적인 관점을 가질 수 있게 된다.
5) 장비 간 통신을 위한 보안 플랫폼
지금까지 제조업체에게 있어 ‘보안’은 자동화 장비와 기업 네트워크 간의 물리적 차단을 의미했다. 자동화 장비 내에 아무것도 연결되어있지 않으면 보안상 결함이 발생하거나 침입이 발생할 확률은 몹시 낮다.
하지만 오늘날 연결성이 없는 시설은 정말 흔치 않다. 여기에 더해 점차 많은 기업들이 기업 네트워크를 공장 시설 내부로 넓히고 있다.
현재 기업에서는 새로운 현실을 빠르게 받아들이고 있다. 이에 보안 문제가 떠오르고 있다. 보안 문제는 네트워크 설계 및 구축에 주의를 기울이고 IP 주소를 활용한 좋은 사례를 받아들임으로써 해결해야 한다. 라우터를 네트워크 내부에 배치하여 네트워크 트래픽을 제한함으로써 특정 사용자 혹은 특정 트래픽에 대한 부담을 줄이고 사이버 공격에 대한 위험을 최소화한다.
다른 전략으로는 NAT(Network Address Translation. 사설 IP주소를 공인 IP주소로 바꿔주는데 사용하는 통신망의 주소 변환기. 자료 두산백과)를 구현하는 것이 있다. NAT는 장비를 인식하기 어렵게 함으로써 네트워크상에서 장비에 접속하기 힘들게 만드는 것이다. 이 기술의 장점은 네트워크상의 트래픽에 영향을 주지 않는다는 것이다.
마지막으로 VPN 혹은 터널링 애플리케이션을 활용하면 공장과 공장, 공급망과 공장, 공장과 유통업체 사이의 연결 및 통신을 보다 안전하게 수행할 수 있다. 이 애플리케이션은 가상의 터널을 만든 후 터널을 통해 중요한 데이터를 전송하는 방식을 취한다.
6) 구현 시 이점
연결된 공장과 인더스트리 4.0 그리고 산업용 사물인터넷 모델은 단지 많은 연결을 통해 구현할 수 있는 것이 아니다. 보다 가치 있는 연결, 기기와 사람 사이의 정보 공유로 인한 경쟁우위가 진정한 혁명을 만든다.
작업자와 제어 시스템 그리고 소프트웨어 사이의 원활한 통신, 그리고 실용적이고 현실성 있는 네트워크 옵션과 네트워크에 대한 기본 기능 및 프로토콜에 대한 지원은 산업용 기기로부터 추출할 수 있는 데이터의 양을 기하급수적으로 증가시킨다. 이러한 기능은 자동화 및 원격관리 기능을 새로운 수준으로 끌어올리고, 다양한 청사진을 현실화하는 데 앞장선다.
이러한 연결을 목적으로 만들어진, 특별히 설계된 구성요소들을 사려 깊게 통합함으로써 연결·관찰·제어하는 능력은 크게 향상될 수 있다.
장비 수명 향상: 기존 장비의 수명을 늘림은 물론, 강력한 프로토콜 전환 기능 역시 제공한다.
공정 가시성 향상: 데이터 기록 및 통신 기능을 통해 통찰력을 확보하고 생산성을 높인다.
제어 성능 향상: 공장 외부의 사무실 내지 제어반에서 장비를 관리하지 않고, 장비 자체에서 제어 기능을 관리한다. 이를 통해 시스템 관리 측면이 용이해지고 제어 성능이 높아진다.
이러한 결과는 총 소유비용을 낮추고 신속한 장비 배치를 실현할 뿐 아니라, 광범위한 응용사례에 걸친 보다 강한 종단 간 기능을 제공한다.
