향후 제조산업의 디지털 트렌드를 보여주는 컨퍼런스가 제조업계에 이슈를 제공했다.
SIMTOS2024를 주최하는 한국공작기계산업협회가 한국인더스트리4.0협회와 함께 6월 8일, 비앤디파트너스에서 ‘하노버메세 2023 디브리프 컨퍼런스+SIMTOS’를 개최했다.
디지털제조기술 관련 수요·공급기업을 비롯해, 생산제조 관련 산학연관을 대상으로 진행된 이컨퍼런스에서는 AI와 디지털 트윈, 클라우드 등 제조 디지털 전환의 글로벌 트렌드가 공유됐다.
특히 이번 행사에서 지멘스는 이미 자동화되어 있는 생산단에서 더 빠르고 적응적이고 자율적이며 동시에 사람 중심의 생산 방식으로의 전환을 가속화하는 ‘Industrial Operations X’를 소개하는 한편, 배터리 산업에서의 디지털 엔터프라이즈에 대해 소개해 주목을 끌었다.
또 전 세계 PC 기반 제어기술을 주도하는 독일의 Beckhoff는 인더스트리 4.0이나 스마트 제조가 요구하는 맞춤형 유연성을 제공하는 자사의 기술을 소개하는 한편, 혁신적인 개념의 로봇 ‘APRO’와 캐비닛을 없애는 ‘MX시스템’에 대해 소개, 제조업계에 또 한 번의 이슈를 제공했다.
한국인더스트리4.0협회 박원주 회장이 연사로 나서 하노버 메세 2023의 전시 트렌드, 주요 이슈와 키워드 등을 소개했다.(사진무인화기술)
한국공작기계산업협회 박재현 부장은 ‘SIMTOS 2024 로봇 및 디지털제조기술 특별전 프리뷰(M.A.D.E. in SIMTOS)’를 발표했다.(사진 무인화기술)
ifm electronic의 강의중 이사가 ‘ifm의 지능형 센싱을 통한 디지털 전환 솔루션’을 주제로 발표를 진행했다.(사진 무인화기술)
1부 첫 순서로 진행된 ‘하노버 메세 2023 Overview’에서는 한국인더스트리4.0협회(한국인더스트리사점영협회) 박원주 회장이 연사로 나서 하노버 메세 2023의 전시 트렌드, 주요 이슈와 키워드 등을 소개했다.
이어 SIEMENS 티노 힐데브란트 부사장이 ‘Accelerate Transformation: 지멘스와 함께하는 혁신 가속화’를 주제로 기조강연을 진행했으며, 한국공작기계산업협회 박재현 부장은 ‘SIMTOS 2024 로봇 및 디지털제조기술 특별전 프리뷰(M.A.D.E. in SIMTOS)’를 발표했다.
컨퍼런스 2부에서는 하노버 메세 2023 참가사인 4개 기업의 주제발표가 진행됐다.
첫 순서로 ifm electronic의 강의중 이사가 ‘ifm의 지능형 센싱을 통한 디지털 전환 솔루션’을 주제로 발표를 진행했으며, BECKHOFF Korea의 이명복 이사는 ‘맞춤형 유연 생산을 위한 디지털 제조 시스템’에 대해 소개했고. AWS에서는 ‘제조 가치 사슬 혁신의 플랫폼, Industrial Data Fabric’을, 인터엑스는 ‘자율공장 구축 사례 및 하노버 메세 참가 성과’를 소개했다.
지멘스, Industrial Operations X 및 배터리 산업에서의 디지털 엔터프라이즈 소개
SIEMENS 티노 힐데브란트 부사장이 ‘Accelerate Transformation: 지멘스와 함께하는 혁신 가속화’를 주제로 기조강연을 했다.(사진 무인화기술)
지멘스의 힐데브란트 부사장은 지멘스는 현실세계와 디지털 세계를 연결하는 자사의 디지털 엔터프라이즈(Digital Enterprise)에 대한 설명으로 발표를 시작했다.
힐데브란트 부사장은 현실적인 시뮬레이션 및 제품 검증, 기계, 라인 그리고 완전한 플랜트는 유연하고 효율적인 생산을 위한 기초이며, 대부분의 디지털 혁신은 실패하지만, 세상은 여전히 쉬운 디지털화 개념을 기다리고 있다고 말했다.
The Forrester Wave의 자료에 따르면, 고객의 86%는 레거시 시스템의 복잡성 때문에 중요한 프로젝트를 피한 경험이 있는데, 이를 위해 최신 정보에 대한 간단한 액세스와 통합하기 쉬운 기술이 핵심 포인트가 되고 있다. 또 45%가 IoT를 채택하기 위해 어디서부터 시작해야 할지 모르고 있는 것으로 나타나, 전체 수명 주기 동안 모듈식 및 상호 운용이 가능한 제품과 솔루션 및 서비스를 통해 유연성을 제공하는 것이 필요하다. 또 40%가 그들의 업계에서 경험을 가진 디지털 파트너를 찾기 위해 노력하고 있는데, 동급 최고의 플레이어들을 하나로 모으는 생태계 시장 전반의 플레이어가 시장에서 성공할 수 있을 것으로 예상된다.
Industrial Operations X란?
인력, 공급, 수요, 자원에 대한 압박이 증가하고 있다. 이것이 바로 산업 생산업체들이 생산 운영 방식을 재고하는 이유다. 공장과 생산라인은 더욱 유연하고 모듈화되어 버튼 클릭 한 번으로 모든 변화에 빠르게 대응할 수 있게 될 것이며, 이는 완전한 디지털 엔터프라이즈로 거듭나기 위한 필수적인 부분이다.
Industrial Operations X는 오늘날 이미 자동화되어 있는 생산단에서 더 빠르고 적응적이고 자율적이며 동시에 사람 중심의 생산 방식으로의 전환을 가속화한다.
이를 통해 더 빠른 아이디어 발상 및 구현, 직관적인 여러 분야 간 협업, 운영 의사 결정 개선, 손쉬운 운영 확장이 가능해진다.
Industrial Operations X는 산업 생산을 위한 광범위한 제품 및 서비스를 통해 지속적으로 성장하는 상호 운용 가능한 포트폴리오로서 IT로 OT의 역량을 강화한다.
지멘스 엑셀러레이터는 IT/OT 융합의 신세계에서 생산 엔지니어링, 생산 실행 및 생산 최적화를 위한 지멘스의 해답이다. Industrial Operations X는 산업 운영의 모든 요구사항을 충족하는 디지털 서비스뿐만 아니라, 최신 기술(Edge, Cloud, IIoT, Low-code 등)을 활용하는 IT 기반 자동화 기술을 제공한다.
Industrial Operations X는 소프트웨어 운영에서 입증된 IT 역량과 검증된 방법을 산업 자동화의 세계에 일관되고 전체적으로 통합하는 데 중점을 두며, 항상 OT 요구사항을 고려한다. 고객은 Industrial Operations X를 통해 선도적인 자동화 에코시스템 TIA(Totally Integrated Automation)를 확장함으로써, 사용 사례 및/또는 과제를 가장 잘 해결할 수 있다. Industrial Operations X 포트폴리오는 개방적이고 상호 운용이 가능하므로, 산업 운영 분야의 타사 시스템과도 상호 작용할 수 있다.
Industrial Operations X는 개방형이며 제조 및 생산 요구 항을 충족하는 활발한 에코시스템을 지원한다.
산업계에 종사하는 고객들은 지멘스뿐만 아니라 산업계의 거대한 커뮤니티에서 제공하는 광범위한 상호운용 가능한 제품 및 포트폴리오의 혜택을 누릴 수 있다. 이를 통해 다양한 공급업체를 뛰어넘는 새로운 차원의 상호 운용성이 가능해진다.
Industrial Operations X는 지멘스 엑셀러레이터 지원 포트폴리오에 중점을 둔다. 하지만 고객이 어디 지점에서 시작하든, 개방적이고 상호 운용 가능한 개념으로 인해 Industrial Operation X를 사용하면 보다 적응력 높고 유연한 생산이 가능하다.
Industrial Operations X는 지멘스 엑셀러레이터의 엄선된 포트폴리오의 일부로, 산업 생산 및 운영의 전체 범위를 대상으로 한다. 지멘스 엑셀러레이터는 디지털화를 쉽고 개방적이며 유연하게 만들며, Industrial Operation X는 생산 및 자동화단에서 이를 실현한다.
배터리 산업에서의 디지털 엔터프라이즈(Digital Enterprise)
기후 변화는 전 세계적으로 전기 이동성과 에너지 전환을 주도하고 있다. 배터리 제조업체와 공급업체는 산업계가 직면하고 있는 다른 모든 과제가 있음에도 불구하고 용량을 빠르게 늘리고 새로운 배터리 개념을 개발해야 한다. 이러한 목표를 달성하기 위해선 자동화, 디지털화, 전기화의 스마트한 조합이 필요하다.
요컨대, 제조업체와 머신 빌더 업체는 현실 세계와 디지털 세계를 결합하고 비즈니스 모델을 실현하며 지속가능성을 개선할 수 있는 디지털 엔터프라이즈로 거듭나야 한다. 2023년 하노버 메세에서 엔드투엔드 배터리 솔루션을 통해 모든 규모와 업종의 기업이 신뢰할 수 있는 이상적인 파트너임을 입증했다.
먼저, 개방형 디지털 비즈니스 플랫폼인 지멘스 엑셀러레이터를 통해 디지털 엔터프라이즈로 빠르게 전환하는 방법과 비즈니스 및 지속 가능성 목표를 달성하는 방법을 직접 경험할 수 있다.
배터리 수명 주기를 따라가는 흥미로운 여정은 업스트림에서 시작되며, 여기서 해체된 배터리에서 재활용 및 재제조된 재료가 희귀하고 값비싼 원료의 필요성을 어떻게 감소시키는지 보여준다. 스마트하고 유연한 배전 및 에너지 효율적인 모터를 통해 에너지 집약적인 혼합 공정에서 발생하는 이산화탄소 배출량을 줄이는 데 도움을 준다. 자원 효율성은 더 강력하고 지속 가능한 배터리를 설계하는 데에도 필수적인 역할을 한다.
지멘스는 올해 하노버 메세에서 다음과 같은 내용을 선보였다.
- 소프트웨어와 디지털 트윈을 통해 배터리 시스템, 열 거동, 진동에 대한 복원력을 시뮬레이션하여 새로운 배터리 설계를 최적화하고 검증할 수 있는 방법
- 지멘스의 통합 소프트웨어 및 자동화 포트폴리오를 사용하는 믹싱, 슬리팅 및 스태킹 기계 전시를 통해 에너지 절감 시연
- 전기 자동차의 고속 충전을 위한 솔루션과 더불어, AI를 이용한 자동 해체 및 최적화된 배터리 화학 재활용을 통해 순환 경제가 어떻게 실현되는지에 대한 시연
- 전체 배터리 수명 주기를 최적화하는 열쇠는 데이터에 있으므로, 작업 현장부터 최고 경영진까지, 그리고 회사 경계를 넘어 항상 안전한 데이터 사용을 가능하게 하는 업계를 위한 최첨단 데이터 기반 및 사이버 보안 솔루션
- 서비스 및 솔루션 전문가의 컨설팅, 구현 및 최적화에 대한 기술 지식과 필요한 경험을 바탕으로 고객이 새로운 기회를 최대한 활용할 수 있도록 지원
BECKHOFF, ‘맞춤형 유연 생산을 위한 디지털 제조 시스템’ 소개
BECKHOFF Korea의 이명복 이사가 ‘맞춤형 유연 생산을 위한 디지털 제조 시스템’에 대해 발표하고 있다..(사진무인화기술)
Beckhoff는 전 세계 PC 기반 제어 기술을 주도하는 기업으로, Beckhoff Korea는 이번 행사에서 자사가 제공하는 PC 기반 제어 기술이 스마트 제조 및 인더스트리 4.0에서 요구하는 맞춤형 유연생산을 위한 디지털 제조 시스템이라는 점을 강조했다.
독일에 본사가 위치한 Beckhoff는 기술기반 회사로서 약 40% 인원이 엔지니어로 구성되어 있고, 2022년 2조1천억 원의 매출을 올리면서, 작년 재작년 계속해서 28%의 성장률을 보였다. 2000년부터 약 15%의 연평균성장률 꾸준한 성장을 보이고 있다.
글로벌 지원체계를 갖추고 있으며, 매년 꾸준하게 전 세계적으로 3, 4개의 사무소를 확장하고 있다.
Beckhoff의 솔루션은 많은 분야에서 적용되고 있고, 특히 국내에서는 반도체와 디스플레이 분야에서 많이 적용되어오다가, 최근에는 자동차산업, 특히 이차전지 산업에서 괄목할 만한 성장을 보이고 있는 것이 특징이다.
Beckhoff의 제품군은 하드웨어 플랫폼인 IPC를 근간으로 하고 있으며, 입출력 모듈, 모션 제품, 소프트웨어 PLC TwinCAT 등으로 구성이 되며, 최근에는 비전(Vision) 제품을 포함해서 자동화에 필요한 제품을 보유하고 있다.
1980년도에 설립되어 연도별로 꾸준히 신제품들을 개발, 새로운 개념의 혁신적인 제품을 출시해오고 있다.
대표적인 사례가 1986년에 출시한 PC 기반 제어기다. PC 기반 제어기는 계속 빠르게 발전하고 있는 CPU를 그대로 사용할 수 있고, 메모리나 하드디스크를 언제든지 업그레이드할 수 있어서 확장성이 높다. 또한 이더넷이든 USB든 시리얼이든 각각 기본적으로 가지고 있는 인터페이스를 활용해서 네트워크 통합이나 연결을 수월하게 할 수 있으며, 여러 가지 소프트웨어 인터페이스를 위해서 데이터를 수집하고 분석할 수 있다. 이러한 특징들로 인해 현재, PC 기반 제어기의 비중이 늘어나고 있는 추세다.
이어 1995년 터미널 블록 타입의 입출력 모듈을 업계 최초로 출시를 했다. 이 입출력 장치는DIN 레일을 통해서 빠르고 편리하게 설치할 수 있으며, 신호를 처리할 수 있는 모듈을 언제든지 추가, 확장, 삭제할 수 있는 유연한 기능성을 가지고 있고, 모듈화 되어있기 때문에 안전성과 신뢰성을 보증할 수 있고, 유지보수가 용이하다.
2003년에는 실시간 통신 네트워크인 EtherCAT을 개발해 시장에 발표했고, 2007년에 IEC 표준화에 제정이 됐다.
EtherCAT을 이용해서 실시간 데이터 통신이 가능해지고, 높은 대역폭을 이용해서 여러 가지 필드버스를 서브 네트워크로 활용할 수 있게 됐으며, 데이터의 제한이 많이 없어지게 됐다. 이더넷 케이블을 그대로 사용할 수 있기 때문에, 단순한 케이블 구성이나 유연한 토폴로지를 이용해서 네트워크를 확장할 수 있다. 또한 검색기능으로 슬레이브를 추가 확장할 수 있어서 쉬운 설정 및 진단이 가능하다. EtherCAT은 작년 기준으로 2천만 노드가 이미 현장에 설치되어 있다.
Beckhoff는 이렇게 연도별로 새로운 개념의 혁신적인 제품을 선보이고 있는데, 목적은 단 한가지, Beckhoff를 사용하는 고객들이 해당시장에서 경쟁우위를 확보할 수 있도록 하는 것이다.
PC기반 제어, EtherCAT, 터미널 모듈 형태의 입출력 장치의 개념을 이용해서 현재까지 XTS, XPlanar, MX System, 비전, 로봇 등을 4~5년 주기로 꾸준히 개발해서 출시해오고 있다.
XTS 및 XPlanar란?
인더스트리 4.0이나 스마트 팩토리는 대부분 고객 요구에 대한 신속한 대응이나 생산계획 및 공정의 최적화, 품질관리의 강화, 생산성 향상이 목적인데, 여기서 가장 고민이 많은 부분이 컨베이어 시스템이다.
컨베이어는 고정된 레이아웃을 가지고 있고, 생산제품의 변경에 유연하게 대응하지 못한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 Beckhoff는 리니어 이송 제품인 XTS 및 평면 모터 시스템인 XPlanar를 대안으로 제시하고 있다.
XTS는 최대 20Kg 하중의 제품을 초당 4미터의 속도로 이송할 수 있고, 10마이크로의 위치정밀도를 가지고 있다. XTS는 별도의 디바이스 시스템 없이 제어기, 통신, 전력, 모듈, 레일시스템, 무버로 간단하게 구성된다. 무버를 이용해서 제품들을 집고 특정위치로 옮기는 역할을 하고 있는데, 다양한 레이아웃을 구성할 수 있어서 생산공장의 효율성과 공간 활용성을 높일 수 있다.
화장품 회사인 로레알 사는 화장품 용기를 투입하고 충전하고 캡을 씌우고 라벨링하고 배출하는 5가지 공정 스테이션을 모두 컨베이어 시스템으로 구축하고 있었는데, 이것을 XTS 시스템 하나로 모두 통합을 한 사례다. XTS 도입을 통해서 설비 시스템의 공간을 30% 정도 절감할 수 있었고, 제품들의 개별제어를 이용해서 유연성을 높였다.
XTS를 주변으로 해서 로봇이나 각각의 공정시스템이 위치해 있어서 공간 활용성이 대단히 높다. 현재 시장에는 XTS를 비롯한 이송시스템들이 있는데, 이송시스템들은 각 위치에 포지션하게만 설계가 되어있다. 만약 위에서 움직이는 픽앤플레이스같은 핸들링 시스템을 XTS 무버 자체에서 해결할 수 있다면, 위의 핸들링 시스템이 많이 축소가 될 수 있다. 그러한 부분을 Beckhoff에서는 NCT라는 제품을 이용해서 시스템 기구물을 간편하게 만들 수 있게끔 제안을 하고 있다.
케이블 없이 무선으로 무버 위쪽 단에 NCT 모듈에 전원과 통신 부분을 실어서 무버 자체적으로 제어할 수 있는 액추에이터를 올리는 것이다. 모터가 올라가 수도 있고 그리퍼가 올라갈 수도 있다. 이송시스템 위에 공정시스템에서 필요한 픽앤플레이스 핸들링 시스템의 많은 부분이 없어질 수가 있다. 이 NCT는 내년부터 상용화될 예정이다. 실제로 2차전지 및 디스플레이 업계에서 많은 문의가 들어오고 있고, 기술적으로 검토가 되고 있다.
한편, 컨베이어 시스템을 개선하기 위해 XTS를 쓰고 있는데 XTS 자체도 레일을 통해서 이동하기 때문에 그 자체가 고정이 되는데, XPlanar에서 제공되는 평면에서는 XPlanar 무버가 얼마든지 소프트웨어를 생성해서 다닐 수 있는 멀티경로를 생성할 수가 있다. 최대속도는 초당 2미터, 최대 가반하중은 4Kg이지만, 무버 4개를 결합하면 최대 16Kg 정도의 하중을 이송할 수 있고, XY 반복정밀도는 ±10㎛를 제공한다. XPlanar는 XTS와 마찬가지로 콤팩트하게 구성이 되어 있고, 제어기에 XPlanar 무버, XPlanar 타일 이렇게 간단하게 구성이 된다. 별도의 드라이버 시스템이 없는 것이 특징이다. XPlanar 무버는 6자유도를 가지고 있고, 360도 회전은 물론 상하 높이 조절 및 좌우 최대 5° 기울기가 가능하다는 장점도 지니고 있다.
XPlanar 어플리케이션의 이점은 각 제품별로 개별제어가 가능하고, 6D 자유도의 무버를 운영할 수 있어서, 얼라이너나 스테이지 얼라이너, 픽앤플레이스의 핸들링 시스템이 필요없다는 점이다.
현재 스마트 제어 시스템에서는 디지털 트윈이라는 소프트웨어도 있고 여러 가지 데이터들을 수집하고 있는데, XPlanar 자체가 모든 동작의 시뮬레이션이 가능하다. 시뮬레이션을 통해서 경로를 최적화하고, 경로를 새롭게 생성하고, 무버별 ID를 다 확인할 수 있어서 생산된 제품의 트래킹까지 가능하다. 또한 자체 시뮬레이션도 가능하지만, 비주얼 컴포넌트 사에서 제공하는 디지털 트윈 소프트웨어가 Beckhoff 컴포넌트와 100% 호환이 되기 때문에, 디지털 트윈 소프트웨어의 장점을 모두 활용할 수 있다.
컨트롤 캐비닛 프리 오토메이션 ‘MX 시스템’
한편, 2023 하노버메세에서 선보인 MX시스템은 컨트롤 캐비닛 프리 오토메이션이라고 해서 캐비닛을 없앨 수 있는 획기적인 시스템이다. MX시스템은 캐비닛에 있는 여러 가지 구성품을 하나의 일렉트릭 디바이스에 모두 통합했다. 자체가 IP67타입의 보드를 가지고 있어서, 산업현장의 어디에나 위치할 수 있다. 캐비닛을 구성하기 위한 엔지니어링 비용이나 리소스 부분이 간단한 디바이스로 모두 대체가 되기 때문에 비용을 줄일 수 있고, 설치공간도 대폭 줄일 수 있다. 설비 자체가 장비 옆단에 바로 붙을 수 있어서 콤팩트한 설계가 가능하다. 이 제품은 작년에 발표되어, 내년에는 시장에서 사용할 수 있게 된다, 현재 특정고객들과 베타 테스트를 진행하고 있다.
또 한 가지는 아프로(APRO)라는 모듈형 로봇이다. 베이스 모듈, 링크 모듈, 모터 모듈로 구성이 된다. 현재 대부분의 모터들이 3축, 5축, 6축 등 별도의 모터들을 일체형으로 구성을 하지만, Beckhoff 시스템에서는 필요에 의해서 3축 로봇에 델타 로봇을 쓴다든가, 5축 로봇에 암을 쓴다든지 모듈 조립에 따라 사용할 수 있게 했다. 양팔 로봇을 구성해서 생산량을 높인다든가 시스템을 구성할 수도 있다. 이 제품은 내년에 상용화가 될 예정이다.