9일 전자신문,전자신문인터넷 주최로 서울 잠실 한국광고문화회관에서 열린 ‘인더스트리4.0 2017’ 행사에는 300명의 청중이 막 시작된 4차산업혁명시대의 스마트팩토리(스마트공장)의 현재와 미래상을 다양한 각도에서 살펴봤다. 참관객들은 마지막 시간까지 자리를 뜨지 않고 강연을 지켜봐 인더스트리4.0에 대한 뜨거운 관심을 드러냈다. 박장환 한경대교수가 ‘스마트팩토리 현재와 미래’라는 제목으로 강연한 기조연설 내용을 소개한다. 그는 “스마트공장 혁명은 이제 막 시작됐다”고 말했다.
인더스트리4.0은 생산의 수명주기를 따라 전체 가치사슬을 제어하고 조직하는 새로운 단계다. 인간과 객체, 그리고 시스템을 연결함으로써 동적으로 최적화되는 실시간 가치네트워크를 창출하게 된다 이 가치네트워크는 비용, 신뢰성,자원 소비 등에 따라 최적화될 수 있다.
향후 10년에서 20년동안 사이버피지털시스템(CPS) 응용추세가 강세를 이루며 보편적인 현상으로 네트워크가 이뤄질 것으로 예상한다. 하지만 이 과정에서 해결해야 할 과제가 있다. 즉 ▲ IT시스템 주변의 많은 이질성 ▲통합표준과 통신표준의 부족 ▲새로운 기계류, 운용자금, IT구조에 따른 높은 투자 필요성 등이다.
독일에서 시작된 인더스트리4.0은 ▲BITKOM(Budesverband Informationswirtshaft, Telekommunikation und Neue Medien) ▲VDMA(Verband Deutcher Maschien und Alagenbau) ▲ ZVEI(Zentralverband der Electrotechnik und Electronikindustrie) 등 독일의 3개 그룹의 공동프로젝트 결과로 나왔다.
전통적인 자동화 피라미드는 ▲맨 밑단인 레벨0인 제조/생산 베벨(프로세스 레벨) ▲레벨1인 I/O시그널(필드) ▲레벨2인 PLC(컨트롤) ▲레벨3인 집중원격감시제어시스템(SCADA)(매니지먼트) ▲레벨4인 MES(Manufacturing Execution Systems) ▲레벨5인 ERP(전사적자원관리)로 구성된다.
이 피라미드 구조는 자동화 기술 발전에 따라 변화를 겪게 된다. 즉 필드기기들의 지능화와 함께 기술도 유지보수 지원 및 자산관리 같은 거대한 계산능력을 포함하는 스마트형 트랜스미터와 액추에이터로 변화돼 간다.
단순한 센서와 액추에이터에서 산업용 이더넷에 이르기까지 기기들의 데이터 교환성 확장으로 인해 오늘날 디지털 통신시스템은 변화를 최소화하는 기회를 제공하게 된다.
자동화공장을 구축하려는 엔드유저의 입장에서는 ▲출시되는 제품의 시간절약을 위한 프로젝트 기간의 감축 ▲플랜트 제조사와 자동화 벤더들에게 영향을 주는 시운전 등을 효율적으로 개선하기 위한 전체 엔지니어링 수명주기 고려 등이 필요하다.
또한 단일 벤더에 의한 설비구축은 유연성을 결핍시켜 지속적 혁신과 개선에 한계를 가져온다. 이에따른 대안으로는 다중툴 벤더들의 최적화 제품과 멀티벤더에 의한 엔지니어링 통합구축이 요구된다. 표준화에 기반을 두는 상위 레벨까지 아우를 수 있는 새로운 모델의 자동화 피라미드를 구축할 필요가 있다.
클라우드 시스템의 보급확산으로 인해 현재 많이 사용되고 있는 자동화 피라미드 구조는 네트워크화된 분산시스템 도입을 통해 서서히 붕괴된다. 지금까지 존재해 온 피라미드상의 서로 다른 레벨은 하드웨어구조와 네트워킹을 위한 구조뿐 아니라 정보처리와 엔지니어링을 위해서도 더 이상 존재하지 않게 되는 쪽으로 변화해 가게 된다.
스마트팩토리는 기계와 설비가 소트프웨어(SW)의 도움을 받아 지능적으로 상호 통신과 작업스템을 협업 네트워크로 연결하게 된다. 미래에는 이 네트워크가 한 공장의 내부뿐 아니라 생산 네트워크 내부에서도 이뤄지게 된다.
스마트팩토리의 핵심은 복잡한 생산시스템의 동적관리를 위한 인간, 기계, 객체들, ICT시스템의 실시간 지능적,수평 및 수직 네트워킹에 있다.
여기에 부가적으로 각각의 툴 또는 기구와 복잡한 설비들까지 통합된 계산력을 탑재함으로써 주변의 데이터를 획득하고 처리해 전송하며, 네트워크내부에서 자기 조직화가 가능하게 된다.
스마트팩토리에서는 데이터가 제어시스템에서 양방향으로 교환되고 수직수평화된다는 것을 의미한다. 시스템은 실시간으로 상호연결돼 있으며 통합돼 있다.
적절한 공정데이터와 실시간으로 변동하는 데이터의 획득, 그리고 SCM(수요공급망관리),MES(생산수행시스템), PLM(제품수명주기관리) 등과 같은 제어시스템의 통합이 요구된다
스마트팩토리가 실현되면 자동화 피라미드 구조 상의 SW가 각 공장 현장에 있는 각 설비에 붙은 PLC에 내재되고 이들 간에 사물인터넷(IoT) 센서가 붙으면서 상호 통신을 하며 자율적인 생산을 하게 된다.
하지만 결론적으로 독일 인더스트리4.0에서 제시하는 이런 수준의 스마트팩토리 완성까지는 아직은 많은 시간을 필요로 한다.
현재 스마트팩토리 구축에 중요한 역할을 하는 클라우드 자동화가 트렌드이며 다음의 2가지 상황에 주목할 필요가 있다.
첫째, 미래의 스마트팩토리 개발을 위한 전제 조건으로 센서/액추에이터로부터 클라우드에 이르기까지 표준화된 인터페이스가 요구된다. 둘째, 비용 및 엔지니어링 효율성 측면에서 분산 접근 방식을 고려해야 한다.
이재구기자 jklee@etnews.co.kr
