Special Reportⓛ / 제조자동화의 새로운 트렌드 IoT와 Industry 4.0
2015년 제조 산업을 뒤흔들IoT(Internet of Things)와 Industry 4.0!
로크웰 오토메이션 코리아 남수혁 이사
“로크웰은 산업용 사물 인터넷(IIoT)을 이용해, 커넥티드 엔터프라이즈라는 비전을 개념부터 실현까지 주도해 나가고 있어”
진정한 커넥티드 엔터프라이즈 구현을 위해서는 엔터프라이즈 네트워크와 공장단의 네트워크의 장벽을 허물고 융합을 가능케 하는 EtherNet/IP가 필수적
- 로크웰 오토메이션은 타 경쟁사에 비해 빠르게, IoT(Internet of Things: 사물 인터넷)를 이용해 공장의 제조단과 IT단의 통합을 주도해온 기업이다. IoT를 기반으로 한 로크웰 오토메이션의 ‘커넥티드 엔터프라이즈(Connected Enterprise)’라는 새로운 기업비전은 단순히 한 공장의 제조와 IT단의 통합이 아닌, 기업과 기업, 전체 공급망으로까지 확대되고 있는 느낌이다.
▲지난 2011년경부터, IoT 기술의 제조 산업으로의 적용이 확대되면서, 자동화의 역량이 더욱 확대되고 있는 추세다. 공장 안의 디바이스와 디바이스 간, 자산과 자산 간, 장비와 장비 간이 서로 무선과 유선 네트워크로 연결되고, 공장 밖으로는 셀룰러 기반의 이동통신으로 연결되면서 그로 인해 창출된 운영 데이터가 MES(제조실행시스템)를 거쳐 IT(정보기술)를 기반으로 한 상위의 ERP, SCM. CRM, 재무시스템을 포함한 기업정보 시스템과 하나의 네트워크로 연결 돼, 궁극적으로 경영자로 하여금 제조 운영에 대한 가시성을 확보하고,, 동시에 의미 있는 의사 결정을 할 수 있도록 한다. 이제 기업의 CEO는 하나의 장비 및 제조 라인에서부터 전 세계의 공장 하나 하나에 이르기까지 제조 현황에 대한 파악이 가능하다. 이러한 변화는 이미 일어나고 있으며, 로크웰은 이런 변화의 궁극적인 비전을 ‘커넥티드 엔터프라이즈(The Connected Enterprise)’로 명명하고, 기업과 기업, 공장과 공장, 공장의 제조단과 기업 정보단 간의 융합을 통해 전체 공급망에 대한 가시성을 확보할 수 있는 제어와 정보 솔루션을 개발하고 있다.
커넥티드 엔터프라이즈란 제조단의 자동화 기술 즉, 제조 운영 기술(Operation Technology: OT)과 비즈니스단의 정보 기술 (Information Technology: IT)의 융합을 의미한다.
- 왜 지금 제조 산업에서 IoT가 대두되고 있는가. 그 배경은 무엇인가.
▲현재 많은 정부의 움직임을 보면, IoT(사물인터넷) 기술을 적용한 제조혁신의 바람이 세차게 불고 있다.
한국 정부의 제조업혁신 3.0 뿐 아니라, 미국의 Smart Manufacturing, 그리고 독일의 인더스트리 4.0, 중국의 Intelligent Manufacturing, 영국의 Future of Manufacturing까지, 최근 제조업의 혁신을 위한 정부 차원에서의 정책 및 프로그램이 활발히 개진되고 있다. 제조업이 GDP 및 경제 성장을 이끌어가는 데 있어 매우 중요한 위치를 차지하고 있으며, 제조업의 혁신이 결국은 경제 성장과 밀접히 관련이 되어 있기 때문일 것이다. 그리고 아직 제조분야는 발전 가능성이 어떤 산업보다 높다.
ARC를 비롯한 글로벌 주요 리서치업체에 따르면, 미국 제조업체의 14% 이하만이 아직도 각각의 제조 장비와 기업 네트워크가 연결되어 있어서, 나머지는 더 연결을 필요로 한다.
두 번째로는 21%의 제조업체가 이전까지 IP(Internet Protocol 인터넷 프로토콜)가 다운되는 현상(네트워크의 안전성 떨어짐)을 겪었다는 점이다. 따라서 표준화된 IP기반의 이더넷 프로토콜을 도입할 필요가 있다.
세 번째로는 2 Exabytes(엑사바이트)의 빅데이터가 제조 운영 과정에서 창출되며, 이것은 다른 어떤 산업과도 비교가 되지 않는 수치다. 따라서 이런 빅데이터를 수집하고 효율적으로 경영의 실제 의사결정에 활용할 수 있도록 하는 정보화와 시각화가 필수적으로 필요한 상황이다.
마지막으로 예기치 못한 다운타임으로 발생하는 비용이 연간 미화 2000억 달러에 이르고 있어서 미리 빠르게 진단하고 예측할 수 있다면 그 비용은 현저히 줄어들 가능성이 높다. 특히 선진국 시스템의 많은 부분이 도입된 지 20년 이상이 되어, 새로운 자동화 시스템으로 무리 없이 업그레이드되어야 할 필요가 있으며, 이 노후화된 시스템을 빠르게 신규 시스템으로 옮겨야 하고 전체 생산성에 무리를 주지 않아야 하기 때문에 이를 위한 첨단 자동화 기술의 역할이 무엇보다 중요하게 대두되고 있다.
이런 배경 때문에 제조업의 변화에 따른 자동화의 역할은 더 이상 옛날에 머무르지 않고, 더 많은 역할을 수행해야 한다. 즉. 커넥티드 엔터프라이즈라는 OT(제조운영기술)와 IT(정보기술)의 융합이 바로 그 해답이 될 수 있는 것이다.
로크웰은 산업계 선두 업체들의 비즈니스 성과를 향상시키기 위해 산업용 사물 인터넷(Industrial Internet of Things: IIoT)을 이용하여 커넥티드 엔터프라이즈라는 콘셉트부터 실현까지 주도해 나가고 있다.
- 로크웰의 기술 비전인 커넥티드 엔터프라이즈(Connected Enterprise)란 무엇이며, 어떤 방식으로 제조혁신을 가져오고 기업 경영의 효율성을 제고시키는가.
▲커넥티드 엔터프라이즈는 곧 제조레벨(생산현장)의 OT(제조운영기술)와 IT(정보기술)의 융합이다. 생산현장의 산업용 장비와 엑추에이터(구동장비) 및 센서가 서로 네트워크로 연결되고 이는 정보 소프트웨어(information Software)를 거쳐 IT 단의 기업정보시스템인 ERP와 CRM, Finance 시스템과 긴밀하게 하나의 표준화된 네트워크로 연결된다. 이 연결은 플랜트 안에서 뿐만 아니라, 타 기업 혹은 전체 공급망까지 확대될 수 있다. 이 변화는 사물인터넷 기술이 제조 분야로 확대되고 더 구체화되면서 가속화되고 있다.
이전에는 기업 상위의 정보단과 제어단(공장단)이 서로 분리되어 있었고, 관련해서 실시간 정보가 서로 연결되지 않았었는데, 그 이유는 공통의 표준화된 네트워크가 기반이 되지 않았기 때문이다. 로크웰은 지난 20년 전부터 제어단에서는 제어와 정보, 그리고 네트워크가 통합된 IA(통합 아키텍처)를 지속적으로 진화시켰으며, 기업정보 레벨에서는 기업네트워크의 세계적인 선도업체인 시스코와 전략적 파트너십을 맺고 정보단과 제어단의 실시간 정보가 서로 연결될 수 있는 유무선을 아우르는 기술과 제품, 실제 가이드라인을 개발함으로써, 이러한 문제를 해결하고 있다. 이런 변화를 볼 때 향후 10년간의 제조업의 변화는 지난 50년 동안의 제조업의 변화와는 비교가 되지 않을 정도로 큰 변화를 목전에 두고 있다.
커넥티드 엔터프라이즈를 구축함으로써, 제조업체는 수많은 이더넷 기반 노드 또는 연결에서 얻은 실시간 데이터의 사업적 가치를 활용하여 글로벌 곳곳에 흩어진 플랜트를 모두 연결하고 이를 관리하여 글로벌 경쟁력을 향상시킬 수 있고, 이러한 데이터를 실행 가능한 정보로 변환해 주는 안전하고 스마트한 인터넷 기반 아키텍처를 통해 플랜트 및 공급망을 최적화하여 기업은 지속 가능하고 경쟁력 있는 차별성을 갖출 수 있게 된다. 최종적으로 기업은 커넥티드 엔터프라이즈를 통해 빠른 시장 진입과 경비 절감, 기업의 자산 활용 제고, 기업위기관리라는 고객의 중요한 가치를 얻을 수 있게 된다.
- 그렇다면 IoT 기반의 IT-Ready 제조라고 볼 수 있는 커넥티드 엔터프라이즈 실현화에 로크웰은 얼마나 가까이 가 있나.
▲이미 로크웰은 대표적인 제품 브랜드로 생산현장의 제어, 센서 및 전장품, 액추에이터, 모터 및 전력 제어, 안전(Safety) 제품을 포괄하는 하드웨어 중심의‘알렌브래들리(Allen-Bradley)’와 제어 레벨에서 나온 운영 데이터를 공장장과 운영자가 볼 수 있게 하는 시각화 솔루션(HMI:Human-Machine interface) 및 경영자 선에서 레포팅과 생산운영 관리가 가능한 제조실행시스템(MES 혹은 생산관리시스템)을 포괄하는 ‘로크웰 소프트웨어(Rockwell Software)’를 EtherNet/IP 네트워크 기반의 통합 아키텍처(IA) 플랫폼 안으로 통합하여, 이미 공장 안의 제어와 정보 레벨의 통합을 실현화했다.
나아가 진정한 커넥티드 엔터프라이즈의 실현하기 위해서는 로크웰 오토메이션은 세 가지 전제를 충족해야 한다고 말한다. 통합된 네트워크 인프라, 정보자본의 활용, 그리고 마지막으로 보안(Security) 이다.
우선, Connected Enterprise의 전제는 IT기술을 자동화 분야에서도 장벽 없이 접목ㆍ활용 그리고 융합하는 것으로, 단순한 통신 연결이 아닌, IT기술이 살아 숨 쉬는 진정한 Connected Enterprise 구현을 위해서는 엔터프라이즈 네트워크와 공장단의 네트워크의 장벽을 허물고 융합을 가능케 하는 네트워크 인프라가 필수다.
다음으로 네트워크 인프라의 경우, 로크웰은 가장 독보적인 행보를 보이고 있다. 현존하는 네트워크 프로토콜 중에서 물리적 공간과 통신 노드 수에 제한 없이 전 세계를 연결할 수 있는 것은 바로 이더넷(Ethernet)이다.
또 이 이더넷기반의 프로토콜을 제어단에서도 활용하려면 IT 기술이 매우 중요하고, 이 IT기술을 적용하기 위해서는 IT에서 쓰는 표준과 같은 네트워크 표준이 그대로 제어단에서도 쓰여야한다. 이더넷 프로토콜 중 유일하게 IT에서 쓰이는 표준을 수정하지 않고, 온전하게 산업용으로 사용할 수 있도록 개발된 프로토콜이 바로 EtherNet/IP이다. 다시 말하며, 제어단과 정보단이 수정 없이 하나의 표준을 쓸 수 있고 이것이 인프라화 되는 것은 로크웰의 EtherNet/IP가 유일하며 국내외를 비롯한 글로벌 곳곳에 위치된 플랜트 및 기업을 하나로 연결할 수 있는 유일한 산업용 이더넷 프로토콜은 EhterNet/IP가 유일하다는 의미다. 로크웰은 시스코와 함께 이 Ethernet/IP을 기반으로 cPWE(Converged Plant-wide Ethernet)를 실제 설계 및 도입할 수 있는 가이드라인을 만들었으며, 2014년 11월에 발표된 가이드라인의 경우, 이 CPwE 아키텍처 내에 802.11 무선 LAN (WLAN)이 적용될 수 있도록 하는 내용을 담고 있고, 이미 이를 실현할 수 있는 Stratix 5100 Wireless 액세스 포인트 등이 출시되어 있다.
또한 최근 미국 내 무선통신 분야의 선두주자인 AT&T와 전략적 제휴를 맺고 ,이제는 셀룰러 즉 이동통신까지 네트워크 인프라를 확장시키고자 한다.
즉, 궁극적으로 로크웰의 네트워크 인프라는 이미 기업 내부 전체를 위한 유무선 LAN 뿐만 아니라, 이동통신을 활용해 Remote 자산과 연결할 수 있도록 확대될 예정이다.
한편, 통합된 네트워크 인프라 위에 정보자본의 활용을 가능케 하는 것이 바로 Smart PLC다.
제어레벨의 CPU라고 불리는 PLC 혹은 PAC는 가장 중요한 IoT를 실현화시키는 가장 중요한 코어 제품이다. 전통적인 PLC는 대략 20년 정도 되었으며, 아직도 전 DOS 시절의 기술을 기반으로 하고 있지만, 이제 IoT 기반의 PLC는 smart PLC로 변모하고 있으며, 세 가지 특징을 가진다.
첫 번째, 진보된 최신 운영체제(OS)에서 운영될 수 있다. 즉. 리얼타임 멀티태스킹이 지원되는 뛰어난 네트워크 성능을 가지는 진보된 운영체제 기반으로 운영된다, 기존의 DOS 기반으로 운영되는 PLC는 IoT 시대와는 매우 뒤떨어진 PLC이다.
두 번째, 최신운영체제를 기반으로 하여, 제조레벨의 수많은 모션, 드라이브, 세이프티 등의 디바이스에서 수집된 수많은 데이터를 MES 및 정보소프트웨어 등 상위의 정보시스템으로 안전하게 그 데이터를 무리 없이 빠른 속도로 전송한다. 이제 상위로 데이터를 제대로 네트워크할 수 없는 PLC는 그 한계가 분명히 존재한다. 진정한 PLC인 로크웰의 컨트롤러는 이미 그 기능을 완벽하게 구현하고 있다.
덧붙여 이 수집된 정보는 로크웰 오토메이션의 제품 브랜드 중 소프트웨어 브랜드인 로크웰 소프트웨어의 최신 시각화 소프트웨어, 레포팅 툴, 산업별 MES(제조실행시스템)로 올라가 특히 제어 레벨에서 수집된 상황화(Contextual) 데이터를 의사결정을 지원하는 정보로 전환하여 생산성 및 수익성 향상을 지원하고, 결과적으로 기업정보시스템까지 연결되어 커넥티드 엔터프라이즈를 가능하게 한다.
레포팅 툴 중 하나인 FactoryTalk VantagePoint EMI(Enterprise Manufacturing Intelligence) 소프트웨어 제품군은 실제 경영 판단 및 생산 운영에 대한 정보가 실시간으로 상위 공장 경영자 및 임원진에게 보고 싶은 형태로 보고 싶은 시기에 적시성 있게 레포트될 수 있도록 하는 소프트웨어이다. 특히 이번 올해 6월에 출시된 VantagePoint 모바일은 클라우드 방식으로 이 레포트를 대시보드 형태로 원격으로 웹 방식으로 보고, 동시에 문제가 생겼을 때 제어 단까지 제어할 수도 있어, 경영자의 실시간 모니터링과 경영 판단을 가능케 한다. 또, 가치 있는 정보를 언제 어디서나 모든 모바일 기기를 이용하여 모바일 버전으로 볼 수 있다. 로크웰은 Vantagepint에 대해 마이크로소프트(MicroSoft) 사와 전략적 제휴를 맺고 클라우드 서비스와 ERP인 Sharepoint와 연동될 수 있도록 하였다 .
마지막으로 세 번째 전제 요소인 보안은 이제 필수적인 요소가 되었다. IT가 제조단에 적용되게 되면 훨씬 더 외부 IT 및 시스템에 노출될 가능성이 많아지며, 이는 ‘보안’이 담보되지 않은 커넥티드 엔터프라이즈를 상상할 수 없게 한다. 보안은 일회성 이벤트가 아니라, 허점을 보완하고, 모든 레벨에 적용되며, 벤더까지 확대되는 지속적인 위협 관리 업무, 정책, 문화이다. 로크웰은 모든 통합 아키텍처 및 제어 디바이스, 소프트웨어에 Defense In-depth(심층 보안)라는 방식을 도입했으며, Stratix 5900이라는 서비스 라우터를 통해 이미 공장 내에서도 보안 역량을 충분히 보유할 수 있도록 했다. 시스코와 기업 전체의 네트워크 인프라를 구성하는 레퍼런스 아키텍처(Reference Architecture)를 공동으로 제안하여 이를 기반으로 기업이 안전한 네트워크를 설계할 수 있도록 했다.
위와 같이 세 가지 중요한 전제 요소 각각 및 서로 통합된 방식으로 로크웰의 제품과 솔루션은 발전하고 있으며, 그 진화의 속도는 더욱 빨라질 것이다.
보안기능이 탑재된 산업용 매니지드 라우터 Stratix 5900
- IoT 기반의 커넥티드 엔터프라이즈 구현 사례로는 어떤 것이 있나.
▲현재는 다양한 영역에서 부분적으로 구현 중에 있는데, 몇 가지 사례를 들어보면 우선 도요타 도장 라인 사례를 들 수 있다.
도요타 사는 다양한 데이터를 모아서 FactoryTalk VantagePoint를 통해 도요타의 전 세계 플랜트에 걸친 가시화 및 분석이 가능해졌으며, 커넥티드 엔터프라이즈 구축을 통해 연간 50만 달러 이상의 비용을 절감할 수 있었다.
또 커넥티드 엔터프라이즈가 오일 & 가스 어플리케이션의 원격 모니터링을 가능하게 한 사례도 있다. 어떻게 하면 플랜트의 업타임을 늘리고, 에너지효율을 향상시키고, 작업장과 환경의 안전성을 향상시킬 것인가 하는 것이 오일 & 가스 생산자의 도전과제로서, 이 고객은 로크웰의 FactoryTalk VantagePoint를 사용해 원격 자산관리와 안전한 빅 데이터의 분석이 가능하게 됐다. 이 오일 & 가스 생산자는 생태 모니터링과 FP포팅을 통해 예측하지 못했던 스팀라인의 리스크를 줄임으로써, 오일 & 가스 업체들이 가질 수 있는 상황을 예측하고 사전에 방지할 수 있었다.
또 모 글로벌 시멘트 회사의 대형 플랜트에서 로크웰의 인텔리전트 모터 컨트롤을 통해 펌프나 컨베이어 등에 대한 모니터링이나 컨디션 모니터링을 통해 능동적 에너지 관리가 가능해짐으로써, 자산 관련 에너지를 줄일 수 있었다.
커넥티드 엔터프라이즈가 제공하는 가치
- 이 외에도 IoT 적용 산업 가운데 로크웰이 주력하고 있는 산업 및 비즈니스로는 어떤 것이 있나.
▲식ㆍ음료는 전통적으로 가장 다양한 종류의 제어와 공정을 필요로 하는 산업 분야이다.
특히 배치를 포함한 프로세스 제어, 머트리얼 핸드링을 포함한 메커니컬 제어, 패키징까지의 통합적인 제어와 프로세스 제어까지 필요하다.
또한 정보 레벨에서 필요로 하는 정보들이 대부분 장비에서 오고, 또한 위생 및 품질 측면에서 Track & Trace 및 정보단의 제조공정 데이터와 실제 제조 결과물간의 추적이 매우 필요한 만큼, 라인과 라인 그리고 라인과 정보단이 서로 연결 및 연동되었을 때 그 가치가 증가될 수 있는 산업분야다.
따라서 전통적으로 로크웰은 이 분야에서 글로벌에서 손꼽히는 제조 솔루션 프로바이더로 자리매김했으며, 국내에서도 이 산업에의 IoT 및 커넥티드 엔터프라이즈의 적용을 주요한 부분으로 삼고 있다.
무엇보다 한국 주요 산업 중에 자동차 분야는 글로벌 경쟁력이 필수적인 산업이라 할 수 있다. 그리고 커넥티드 엔터프라이즈의 중요한 강점도 바로 국내외를 막론하고 네트워크로 연결된 모든 자산을 한눈에 한 몸처럼 보고 관리 운영할 수 있다는 데 있다.
이 때문에 도요타를 비롯하여 국내외 주요 자동차 카 메이커에 대해 표준 네트워크 아키텍처의 설계와 EtherNet/IP의 장점을 활용하는 한편, AssetCentre, FactoryTalk Metrix 등을 필두로 IT 솔루션 비즈니스를 개발해 나가고 있다.
또한 발전소 및 오일 & 가스 분야에서는 리얼타임 데이터를 상위로 올려주는 Historian 중심의 IT 기반을 확보해 나가고, 필드에서의 스마트 자산을 통해 원격으로 데이터를 운영하는 부분도 지속적으로 실제 케이스가 창출되고 있다.
이 외에도 커넥티드 엔터프라이즈가 적용될 수 있는 다양한 산업과 어플리케이션 개발을 통해 그 적용가치를 실현화할 수 있도록 할 계획이다.
- IoT와 관련된 로크웰의 시장 확대 전략은 무엇인가.
▲중장기적으로는 커넥티드 엔터프라이즈의 가치와 그 발전방향을 고객에게 알리고 로크웰이 IoT 기반의 제조 혁신을 이끄는 제조-IT 통합 솔루션 프로바이더로서의 입지를 지속적으로 다질 계획이다.
단기적으로는 Smart PLC를 지속적으로 홍보할 계획이며, EtherNet/IP 뿐만 아니라, 에너지 솔루션 및 Historian 강화, IA 기반의 Process Safety 시장 확대에 주력한 마케팅과 영업을 전개해 나가고 있다. 또, 자동화에 친화적인 IT 솔루션인 AssetCentre의 프로모션을 강화할 계획이다.
특히 EtherNet/IP 확대전략의 일환으로, 성남폴리텍에 EtherNet/IP 트레이닝 프로그램을 개발했으며 곧 ‘스마트 랩’ 을 오픈하게 된다.
- 향후 스마트 팩토리, IoT, 인더스트리 4.0의 기술전개 방향을 어떻게 예상하나.
▲지금 질문은 IT의 진화과정 및 향후 예상 진화과정이 참고가 될 것으로 생각된다. 이들 기술은 모양만 바뀌어서 과거 IT와 같은 성격으로 진화가 될 것으로 보인다. 즉, 네트워크 인프라가 구축이 된 후에, 그 위에 IT 솔루션이 구축이 되는 방향으로 기술이 전개되어 나갈 것으로 예상이 된다.
또 앞서 설명한 클라우드와 모빌리티, 빅데이터, 스마트 Things, 시큐리티 이 5개 주제를 중심으로 기술이 발전해 나갈 것이며, 이와 함께 인간과 협업하는 로봇기술이 또 하나의 핵심기술이 될 것으로 보인다.
궁극적으로는 이더넷을 통해 모든 사물이 연결되고, 이를 통해 기업이 시간/공간을 초월한 하나의 유기체로 진화할 것으로 예상된다.