지능형 이송 시스템 시장 동향/(3)Beckhoff Korea - 스페셜리포트

Beckhoff Korea 이명복 이사 (사진 백호프 코리아)

Q. 최근 들어 지능형 이송 시스템이 주목받고 있는 이유를 무엇이라고 보나?

A. 생산설비의 개별 공정 모듈 및 워크스테이션은 이미 충분한 성능을 내고 있지만, 생산설비 흐름에서의 가장 큰 문제는 각 공정 위치까지 생산품을 이송시키는 것이다. 기존 컨베이어 시스템으로 이송하면 정확한 위치제어를 할 수 없어, 공정 위치별 별도의 위치 보정 스테이지 및 픽 앤 플레이스 장치가 필요하게 된다. 이는 결국 설치 공간의 증가로 이어지며, 기구물에 의한 유지보수 비용이 증가하게 된다. 또한, 빈번히 발생하는 제품 변경 및 소형화되고 복잡해진 제품의 공정단계가 더 많은 시간이 소요됨에 따라 효율적인 이송 시스템이 필요하게 된 것이다. 이러한 고민을 해결하기 위해 지능형 이송 시스템의 도입을 서두르고 있다.

지능형 이송 시스템을 통해 물류 이송뿐만 아니라, 공정 위치에서의 정밀한 위치제어를 통해 별도의 기구물 없이 조립, 검사 및 다양한 공정을 처리할 수 있게 됐다. 지능형이라는 표현에서도 알 수 있듯이, 디바이스의 정보 및 동작 상태, 에너지 소모량 등 다양한 정보도 함께 취득할 수 있어, 설비의 진단 및 예측 보정이 가능하다.

Q. 인더스트리 4.0이나 IIoT에서 지능형 이송 시스템은 어떤 역할을 하나?

A. 최근 지능형 이송 시스템의 가장 큰 변화는 데이터를 기반으로 하는 예측 가능한 이송 시스템 구축을 목적으로 한다는 것이다. 데이터 즉, 온도, 진동, 에너지 소모율 등에 대한 다양한 데이터를 수집하여, 설비 운영 시 일정한 패턴을 파악할 수 있도록 한다. 이 정보들은 사용자들에게 설비의 보수 및 개조에 필요한 적절한 시기와 방식들을 결정할 수 있도록 제공되며, 보다 효율적으로 설비를 운영할 수 있도록 한다.

또한, 단순 물류 이송뿐만 아니라, 공정 위치에서 스테이션의 대기 상태나 이송 물류의 병목현상이 발생하지 않도록, 물류 흐름을 최적화할 수 있도록 한다. 즉, 4차 산업혁명으로 인해 물류시스템의 패러다임이 변화하고 있다.

Q. 국내 지능형 이송 시스템 시장의 기술 및 수요, 경쟁판도를 어떻게 보나?

A. 이차전지 산업이 크게 성장하면서 이송 시스템의 검토 및 적용 사례가 증가하고 있다. 단순 물류 시스템에도 적용되지만, 이송 중 공정(외관 검사 및 탭 처리)이 함께 이루어지는 경우가 대부분이다. 물류 이송 중 정밀 검사나 탭 처리시 위치/속도 편차에 매우 민감하기 때문에, 정밀 위치/속도 제어가 필요한 경우가 대부분이다.

국내 브랜드 이송 시스템들은 고중량 단순 물류, 해외 브랜드 이송 시스템은 저중량 고속, 정밀 이송 모션 어플리케이션에 많이 적용되는 경향을 보이고 있다.

Q. 지난해 및 올 1/4분기 Beckhoff Korea(백호프코리아)의 XTS 및 XPlanar의 비즈니스 성과는 어떠했나?

A. XTS의 경우, 모 자동차 커넥터 생산설비에 적용되어 양산설비로 운영되고 있으며, 이차전지 산업에 외관 검사기와 디스플레이 산업에 고속/고정밀 이송 시스템에 적용되어 평가를 기다리고 있다.

XPlanar(엑스플래너)도 여러 고객들이 검토 중에 있으며, 특히 이차전지 분야의 검사 설비 적용을 목표로 검토 및 기술 검증이 이루어지고 있다.

Q. Beckhoff의 지능형 이송 트랙 제품군 포트폴리오 및 해당 제품별 특장점에 대한 설명을 부탁한다.

A. Beckhoff의 지능형이송시스템 은 XTS와 XPlanar가 있다.

XTS는 로터리 방식과 리니어 방식의 두 가지 드라이브의 원리의 이점을 결합한 것이 특징이다. 로터리 모터를 적용하기 어려운 어플리케이션에 리니어 시스템의 이점을 활용할 수 있다. 이동자(Mover)의 개별 제어로 여러 공간에서 동시에 사용할 수 있는 새로운 방식의 기능을 가능하게 하며, 전체 경로를 자유롭게 움직일 수 있고, 독립적인 개별제어가 가능하다. 또, 직선과 곡선으로 된 원형으로 구성되어 소재를 이송하기 때문에, 효율적으로 공간을 활용할 수 있다.

Beckhoff에서는 XTS 무버에 전력 및 통신을 공급할 수 있는 NCT(No Cable Technology)가 새롭게 출시될 예정이다. 2024년 양산 계획을 가지고 있다. NCT를 활용하여 디지털 입력 및 출력, 아날로그 입력, PWM 출력 및 RS232 인터페이스와 같이 센서와 액추에이터를 무버와 통합해 다양한 어플리케이션을 구현할 수 있다.

XPlanar는 확장된 평면(planar) 모터 시스템으로 드라이브 기술의 새로운 벤치마크를 수립하고 있다. 무버는 원하는 레이아웃으로 배치할 수 있는 평면 타일 위를 최대 4m/s의 속도로 저크와 접촉 없이 이동한다. 무버는 전자기력에 의해 일정 거리를 유지한다. 평면 타일에서 생성된 자기장을 이동함으로써, 무버의 정밀하고 매우 동적인 위치 지정을 가능하게 한다. 결과적으로 레이아웃 및 아키텍처의 유연성을 최대화하고 위치 결정의 유연성을 극대화하며, 기계 및 설비를 최적으로 단순화한다. XPlanar 시스템은 일반적인 기계제조, 식품 및 의약품 산업, 진공 및 청정실 등 모든 곳에서 고유한 가치 제안을 가진 새로운 드라이브 개념을 나타낸다. 적절한 표면 마감으로 평면 모터 시스템을 위생 설계 버전으로도 사용할 수 있다.

Beckhoff의 XTS 및 XPlanar © Beckhoff

Q. Beckhoff에서 로봇 모듈인 ATRO를 발표했다. ATRO를 사용하게 되면, 축의 수와 관계없이 유저가 작업에 알맞게 자유로운 조정, 수정, 확장이 가능한 로봇 솔루션을 구현할 수 있는것인가?

A. 그렇다. ATRO를 통해, 사용자는 모듈을 활용하여 델타 키네마틱스 및 단축 로터리 인덱싱 테이블로 구성된 간단한 어플리케이션에서부터 고도화된 다축 로봇에 이르기까지 자신의 어플리케이션에 맞는 대부분의 로봇 디자인을 설계할 수 있다. 로봇 시스템을 PC 기반의 제어에 직접적으로 통합하는 방법만이 진정한 최적화를 달성하고 완전한 플랜트 또는 기계 솔루션을 구현할 수 있는 방법이라는 것이 Beckhoff의 관점이다. 이를 통해, 여러 대의 로봇을 사용할 지라도 산업용 PC 상의 제어 수를 줄일 수 있다.

ATRO 키네마틱스는 구동 조인트(active joints), 즉 모터 모듈로 구성되어 있다. 모터 모듈은 I 자형 직선 모듈이나 L 자형으로 구부러진 모듈 등 다양한 디자인으로 제공되며, 이 디자인들은 5개의 출력 사이즈로 나뉘어 설계되어 있다. 각각의 모터 모듈이 모여 로봇의 한 축을 담당하게 되며, 완전한 하나의 로봇 구동 시스템을 이룬다. 여기서 필요로 하는 유일한 외부 구성요소는 오직 전원 유닛과 제어 유닛이다. 이를 통해 컨트롤 캐비닛 내에서 필요로 하는 공간이 크게 줄어들게 된다. 액티브 모듈뿐만 아니라, 별도의 드라이브가 없는 연결 모듈도 있다

Q. Beckhoff에서 비전 하드웨어가 나왔는데, 지능형 이송 시스템을 로봇 및 비전과 동기제어하는데 Beckhoff가 갖는 강점은 무엇인가?

A. 동기제어는 다른 경쟁사보다 Beckhoff가 경쟁력이 있다. 타사는 제어 태스크에 비전을 함께 쓸 수가 없다. 항상 인터페이스해야 된다. 그렇게 되면 거기에 로스가 생긴다. Beckhoff 시스템은 제어로직의 커널 레벨에 모션 태스크가 같이 돈다. 따라서 동기제어 부분은 타사 시스템이 우리보다 빠를 수가 없다.

Beckhoff는 한 제어 태스크에 즉, 한 루프에 동기가 가능하다. 사이클이라고 하면 Beckhoff는 최소 50 마이크로세크다. 수 마이크로 세크 단위로 획득해서 검사를 할 수있는데, 이게 어쨌든 제어루프로 들어가야 된다. 타사 솔루션은 PLC로 들어가든, 운영 프로그램으로 들어가든, 거기에 버퍼(딜레이)가 있다. 그래서 요즘은 PLC 성능보다 자체적으로 뭔가 처리할 수 있는 비전 시스템 자체가 비대해진다. PLC와 연동이 안 되기 때문이다. 그러나 Beckhoff는 태스크 안에 비전처리가 같이 있기 때문에, 비전처리 자체가 비대해지진 않는다.

Q. XTS나 XPlanar에는 충돌방지 기능이 있나?

A. XTS와 XPlanar에 기본적으로 충돌방지 기능이 있다. 라이브러리에 들어가 있다. 그러나 일부 국내 업체들은 성능이 안 되기 때문에, 이걸 기본으로 제공하지 않는 것으로 알고 있다. 다. 충돌방지 기능이 들어가면 계속 모니터링을 해야 된다. 그래서 성능이 낮은 시스템은 이걸 구현을 못 한다.

Q. XTS는 PC베이스다. PC 한 대당 몇 개의 무버를 제어할 수 있나?

A. PLC가 성능으로 PC를 따라올 수 없다. XTS는 하나의 PC가 300개의 무버를 제어할 수 있다. 또, 고객이 원하면 협의 후에 더 많은 수의 무버 제어가 가능하다.

PLC는 하나의 제어기에서 이 수량을 결정해야 된다. 그러나 Beckhoff는 하나의 태스크에서 100미터에 몇 개 이런 식으로 이걸 물린다. 이 하나의 소프트웨어 모듈이 이 코어를 여러 개를 만들 수 있고, 이 PC를 여러 개 묶을 수가 있다. 과거에는 이런 시스템이 안 됐기 때문에, 이걸 하려면 우리가 프로그램을 하든 뭘 하든 조작을 해야 했지만, 지금은 시스템적으로 동작을 한다. 그래서 무버 제어 수량이나 성능은 PC 기반인 Beckhoff 솔루션이 월등하다.

Q. XTS의 가반중량 및 최고속도, 반복정밀도가 어떻게 되나?

A. 가반중량은 20Kg이다. 파우치 배터리 무게가 24, 25Kg이다. 따라서 이런 경우는 속도는 좀 줄지만, 가이드레일을 튼튼하게 제작한다. 최고속도는 4m/s, 반복정밀도는 ±10㎛다.

Q. PC 베이스니까 XTS도 노드 컨트롤러가 있어야 되나?

A. 그동안 우리 Beckhoff만 XTS가 있고, PC 하나가 있는 콘셉트였다. 우리는 노드 컨트롤러가 없다. 우리는 모든 걸 통신으로 하고, 파워만 들어간다. 이 콘셉트는 우리가 가장 먼저 했다. 지금은 모 경쟁사도 우리와 똑같은 모델이 있는 것으로 알고 있다.

우리는 PC와 파워만 들어가고, 다른 게 하나도 없다. 모듈만 쭉 확장되는 콘셉트다. 파워가 모자랄 수 있어서 중간에 파워만 집어넣는다. 우리는 전류제어, 위치제어는 모든 걸 PC에서 다 한다. XTS는 EtherCAT을 쓴다. 향후에 기가비트 이더넷 속도를 지원하는 EtherCAT G로 바뀔 예정이다. XPlanar는 EtherCAT G를 사용한다.

Q. 디지털화 측면에서 Beckhoff의 지능형 이송 시스템은 어떤 강점이 있나?

A. 디지털 트윈이나 상위레벨의 소프트웨어를 제공하진 않지만, XTS와 XPlanar는 기본적으로 TwinCAT 내에서 모든 동작에 대한 시뮬레이션이 다 된다. Beckhoff는 하나의 컴포넌트 레벨에서 이게 되지만, 지멘스나 로크웰 같은 경쟁사는 전체 시스템 단위로 되기 때문에, 그들이 주장할 수 있는 강점이기는 하다.

Q. 향후 지능형 이송 시스템의 수요를 어떻게 전망하나?

A. 4차 산업혁명이라는 개념이 소개되고 다양한 기술적 발전이 이루어지고 있다. AI, 빅데이터, 로봇 등이 있는데, 이는 결국 이송 시스템과 결합된다. 이송 시스템이 발전하지 않는다면, 4차 산업혁명이 완성될 수 없다는 것이다. XTS 및 XPlanar와 같은 이송 시스템이 로봇 및 공작 기계 등과 결합되어, 효율적이며 유연한 생산설비로 탈바꿈된다. 또한 생산 도중 발생하는 다양한 데이터를 수집 후 빅데이터를 형성해 일정한 패턴을 분석 및 이용하여, AI에 활용하는 거대한 순환구조에서 지능형 이송 시스템은 가장 기초적이면서 기본적인 요소라 생각한다. 이러한 면을 고려해 보았을 때, 앞으로 더욱 발전하고 성장할 것이라 전망한다.

Q. 향후 지능형 이송 시스템의 기술 트렌드를 어떻게 전망하나? 또 그에 대응한 Beckhoff의 기술 포트폴리오 전개에 대한 설명을 부탁한다.

A. 최근 지능형 이송 시스템을 고려함과 동시에 무선 전력 공급 및 무접촉 데이터 통신의 요구가 증가하고 있다. 이러한 요구에 대응하기 위해 여러 시도가 이루어지고 있지만, 현재까지는 기술적인 완성도가 높지 않다. Beckhoff는 내년 상반기 출시를 목표로 앞서 말한 NCT를 개발했다. NCT가 출시되면, XTS와 NCT를 결합한 검토 사례가 많아질 것으로 보인다.

이와 동시에, XPlanar는 XTS보다 더 높은 유연성을 제공한다. 배열된 평면 타일 위, 어느 위치에서든 공정을 처리할 수 있게 되어 자유로운 생산 물류의 패턴을 구축할 수 있다. Beckhoff에서는 단일 시스템에서 연결할 수 있는 XPlanar 타일 수의 확장 및 각각의 단일 시스템을 하나의 마스터 제어기에서 통합 운영할 수 있는 솔루션을 준비하고 있다. 이는 사용자에게 더 높은 공간적 유연성을 제공할 수 있게 될 것이다.

Q. Beckhoff의 지능형 이송 트랙 시장확대 전략에 대한 설명을 부탁한다.

A. XTS의 어플리케이션을 확장할 수 있는 NCT에 대한 기대가 매우 높다. 게임 체인저가 될 수도 있다고 판단된다. 2023년 중반에 NCT 스타트 키트를 국내 고객분들에게 시연할 수 있을 것으로 기대된다. 이를 활용해 검토 가능한 고객들과 소통하고자 한다. 설비의 기본 운영방법과 개념을 정립하고 도입에 필요한 기술적 검증을 진행할 예정이다. NCT가 정식 판매되는 2024년부터는 제품 홍보 및 기술 미팅을 통해 다양한 검토가 이루어질 수 있도록 노력할 예정이다. 또한, BSP(Beckhoff Solution Provider)를 통해서도 영업 및 기술 지원이 이루어질 수 있도록 계획하고 있다. 이를 통해, 고객들이 좀 더 가까운 곳에서 Beckhoff 제품을 접할 수 있을 것으로 기대된다.