B&R산업자동화 김동현 과장
Special Reportⓛ / 제조자동화의 새로운 트렌드 IoT와 Industry 4.0
2015년 제조 산업을 뒤흔들IoT(Internet of Things)와 Industry 4.0!
“B&R에서는 과거부터 스마트한 공장 운영을 소프트웨어적으로 지원해오고 있어”
평균 67% 빠른 개발시간과 투자위험 감소, 장비가용성의 증가, 유지보수비용의 감소 등의 이점을 제공하는 ‘mapp’ 기술 올해 출시
- B&R은 글로벌 제조 자동화 업체 가운데, 인더스트리 4.0에 관해 강력한 드라이브를 전개하고 있는 기업 가운데 하나다. B&R의 기술과 제품들은 실제로 인더스트리 4.0에 어떻게 부합하나.
▲인더스트리 4.0이나 IoT의 공통점 가운데 하나는 통신 프로토콜이 중요한 역할을 한다는 점이다.
B&R에서는 인더스트리 4.0이라는 용어가 나오기 전부터 유연성 높은 오픈 프로토콜인 openPOWERLINK와 openSAFETY를 사용함으로써, 인더스트리 4.0의 개념을 소프트웨어적으로 구현해서 제품들을 사용할 수 있도록 지원해오고 있다.
산업 IoT(IIoT)는 다양한 기계끼리 서로 통신할 수 있는 M2M 기술을 필요로 하는데, 현재 산업자동화 업계는 필드 단에서 이더넷 베이스의 통신방식으로 하위 디바이스의 데이터들을 상위 PC 단과 연결해 전송하는 방식을 사용하고 있고, 또 하위 레벨과 상위 레벨 간 상호통신 및 데이터 전송을 위해 이더넷 기반의 통신 프로토콜을 사용하고자 하는 움직임이 대두되고 있다.
우리 B&R에서는 기본적으로 유연성 높은 개방형 오픈 프로토콜인 openPOWERLINK 및 openSAFETY를 적용하고 있어서, 이미 각 레벨 간 통합 및 데이터 전송이 가능하다.
즉, B&R에서는 과거부터 스마트한 공장 운영을 소프트웨어적으로 지원해오고 있으며, 여기에 초점을 맞춘 기술개발을 전개해 나가고 있다.
에너지 비용을 절감시켜주는 에너지 모니터링 솔루션 APROL EnMon
- B&R의 제품군이 인더스트리 4.0 구현을 가능하게 한다는 것을 구체적으로 어떻게 설명할 수 있나.
▲B&R의 모듈 방식의 패널 플랫폼을 예로 들어 설명해 보겠다.
지난 20년 동안 완전히 같은 제품을 생산하는 전형적인 양산용 기계는 꽤 오래 지속되어 왔다. 그러나 미래로 갈수록, 생산은 기계와 시스템에 대한 유연성을 더욱 요구하게 될 것이다. B&R이 개발한 모듈방식의 패널은 이러한 요구를 정확하게 일치시킨다.
현재 제조 산업은 짧은 제품 생산주기와 고객맞춤형 제품생산의 증가가 특징이다. 단독기계는 재정비를 위한 시간 소비 없이 개별적인 제품을 반드시 생산할 수 있어야 하고, 몇 년의 짧은 사용기간 동안 구식이 되어서는 안 된다. B&R은 특별한 유연성을 제공하는 모듈방식의 플랫폼 전략을 통해, 어떠한 패널이던지 모든 프로세서와 결합할 수 있도록 지원하고 있다. 기계 제조업체는 패널을 하나로 통합하고, 시스템의 성능등급을 결정하는 프로세서나 메모리 등의 개별적인 패널 컴포넌트를 선택해서 사용할 수 있다.
이렇게 하면 유지보수 작업이나 개별적인 컴포넌트를 업그레이드하는 것 또한 훨씬 더 쉬워진다. 만약 새로운 어플리케이션이나 HMI 시스템이 연산능력을 조금 더 요구하면, Panel PC 유닛은 향상된 성능으로 쉽게 대체될 수 있다. 모든 관련된 어플리케이션 데이터는 CFast 카드에 저장되고, 새로운 Panel PC는 즉시 온라인으로 가져올 수 있다.
이 새로운 빌딩블록 개념은 기계제조자와 최종 사용자에게 상당한 절감을 가능하게 하며, 특히 고객 맞춤형 패널이 다양한 프로세스 시대를 넘어서서 사용되는 것을 가능케 한다.
B&R의 모듈방식 패널 플랫폼은 최대화된 유연성과 함께, 엔지니어링 업무의 감소, 쉬운 컴포넌트 교환, 제한이 없는 확장성이라는 이점을 통해 인더스트리 4.0의 목표를 충족시킨다.
인더스트리 4.0을 지원하는 또 다른 예로서 컨디션 모니터링 솔루션을 들 수 있다.
B&R은 현재, 컨디션 모니터링을 위한 APROLConMon(컨디션(진동) 모니터링 전용 모듈과 센서)을 제공하고 있다. 기계 및 공장 설비상태의 지능형 모니터링은 기업의 다운타임을 줄여주고, 예상치 못한 결함으로 인한 피해를 방지해줌으로써, 기계의 생산성을 증가시키고 제품의 품질을 향상시킬 수 있다.
B&R은 또 지난해 11월 독일 하노버에서 개최된 ‘EUROBLECH 전시회’에서 하나의 하드웨어 플랫폼에 CNC와 로봇, 일반적인 컨트롤 태스크를 결합함으로써, 복잡한 판금의 소량 생산을 효율적으로 할 수 있는 첨단 기술을 선보인 바 있다. 이것은 인더스트리4.0 비전에 맞는 최신 솔루션 가운데 하나다.
또한 B&R의 Automation Studio 프로그래밍 툴은 전체 기계의 수명주기를 관장하고 엔지니어링 프로세스를 간소화한다. 고객은 새로운 타깃 시장을 위해 새로운 기계를 개발할 필요 없이, 간단히 새로운 기계에 소프트웨어를 재사용하고 B&R의 다양한 모듈형 빌딩블록 제품군에서 필요한 하드웨어를 통합하면 된다.
특히 Automation Studio 4.0 버전부터 ‘Servo Loop Optimizer’라는 분석 툴이 추가가 됐다. 시스템에서 서보가 얼마나 제대로 작동되고 있는지 주파수 응답을 분석해서 해당 필터설계까지 정밀하게 튜닝을 할 수 있는 툴이다.
한편, 우리 B&R이 강한 분야 가운데 하나가 포장산업 분야인데, 이 포장기계 분야에서는 작업자들과 수준 높은 정보 시스템 간에 정확한 정보를 주고받기 위해 표준 통신 프로토콜로 PackML이 사용되고 있고, 기기 간의 데이터 상호교환을 위해서는 PackTag이라는 통신 프로토콜이 사용되고 있다.
과거 다양한 기기가 적용되는 포장라인은 이들 기계를 오퍼레이팅하는데 어려움이 있었지만, PackML이나 PackTag 등 이더넷 기반의 네트워크 프로토콜 표준으로 인해 작업자와 기계 간, 기계와 기계 간 통신이 원활해짐으로써 포장라인 전체의 생산효율을 높일 수 있게 됐으며, B&R에서는 PackML 솔루션을 제공하고 있다.
- IoT나 인더스트리 4.0을 얘기하면서, 많은 자동화 기업들이 원격 감시 및 유지보수 어플리케이션을 구축사례로 들고 있다. B&R은 원격 유지보수를 위해 어떤 기술이나 제품을 제공하고 있나.
▲B&R에서도 System Diagnostics Manager(SDM)를 통해, 사용자들이 전 세계 어디에서나 시스템 하드웨어와 소프트웨어에 대한 정보에 접근이 가능할 뿐만 아니라, 어플리케이션에 직접 통합될 수 있는 맞춤 진단 애플릿을 통한 이점을 얻을 수 있도록 지원하고 있다.
하드웨어의 온라인 진단기능인 SDM으로 작업자나 관계자들은 TCP/IP를 기반으로 하는 각종 웹브라우저로 B&R 하드웨어에서 제공하는 시운전에서부터 필드테스트, 작동단계에 걸친 모든 진단데이터에 쉽게 접근할 수 있고, 이를 통해 문제가 확인될 경우, 어떤 문제인지 손쉽게 확인할 수 있게 되어 유지보수 시간을 줄이고 비용을 절감할 수 있다.
SDM을 통해 속도, 위치, enable status 및 입력 신호와 같은 현재 드라이브의 상태 값에 빠르게 접근할 수 있을 뿐 아니라, 축의 에러 리스트에서 각종 에러에 대한 정보를 확인할 수 있다. 이와 더불어 SDM은 드라이브에 통합된 오실로스코프(oscilloscopes)에 쉽게 접근하여 작동시키는 데 사용될 수 있다.
통합 I/O 뷰어와 함께 모든 하드웨어 상의 현재 I/O 채널상태를 체크할 수 있다는 것은, 기계와 시스템 커미셔닝이 쉬워졌다는 것을 의미한다. 많은 시간이 걸렸던 전기 배선을 통한 I/O 테스트 과정은 이제 불필요해졌다.
실행 중에는, SDM에 있는 모든 데이터가 컨트롤러로부터 로딩되고 마우스로 간단한 클릭만 하면 하나의 파일로 저장이 가능하다. 기계 제조업자들에게, 이것은 유지보수와 서비스 요청을 완수하기 위한 완전히 새로운 차원을 열어 주는 셈이다.
B&R 컨트롤러는 OPC-UA 서버 및 OPC-UA 클라이언트로 구현될 수 있다.
- 인더스트리 4.0이 세계적인 기술 트렌드로 부상하면서 센서단의 통신을 위한 IO-Link가 다시 주목을 받고 있다. B&R에서도 새로운 IO-Link 제품이 출시된 것으로 아는데.
▲B&R은 최근, 4개의 지능형 필드장치와 디지털 통신을 하기 위해, 컨트롤 캐비닛 외부에서의 사용을 위한 IP20 보호등급의 X20DS438A와 IP67 보호등급의 X67DS438A이라는, IO-Link 1.1을 사용하는 두 개의 새로운 마스터 모듈을 선보였다.
제품이 생산공정을 통해 독립적으로 이동하고 자체적으로 생산을 제어하는 ‘인더스트리 4.0’에 의한 비전은 더 중요한 데이터를 만들기 위해 센서기술을 확장시킴으로써, 이루어질 수 있다. 조정 가능한 포텐셔미터(potentiometer) 대신 디지털 파라미터 세트가 계속적으로 사용되면서 간단한 센서들도 지능화 되어가고 있다.
B&R은 I/O 모듈에서부터 개별센서 및 액추에이터까지 오래 전부터 최적의 통신을 위해 IO-Link 통신표준을 사용해오고 있다. 이 양방향 디지털 통신 인터페이스는 필드에서 파라미터 데이터 및 진단정보를 교환하기 위해 사용되고 있다. 따라서 파라미터를 중앙에서 관리하는 것이 교환을 더 쉽게 하는 것처럼, 사용된 통신기술을 표준화함으로써, 이 마지막 장치들의 통합은 매우 단순화된다. IO-Link는 산업용 실시간 Ethernet POWERLINK 기술을 완벽하게 보완할 수 있다.
- 인더스트리 4.0이나 IoT를 구현하는 가까운 예로서 전력 모니터링 등 에너지 관리 제품이 속속 선보이고 있다. B&R에서도 APROL EnMon(전력 모니터링 전용 X20AP 모듈)이라는 제품을 지난해 출시한 것으로 아는데.
▲앞으로 전력이 중요한 산업이 될 것으로 예상이 된다. 에너지를 보다 적게 쓸 수 있는 스마트 팩토리, 더 나아가서 인더스트리 4.0의 요구에 맞는 기술과 제품이 주목을 받게 될 것이다.
B&R에서는 고객이 에너지를 최대한 효율적으로 사용하고, 가능한 한 쉽게 유지보수를 할 수 있도록 함으로써 고객이 경제적으로 이익을 얻을 수 있도록 하는데 초점을 맞추고 있으며, 이러한 콘셉트를 보여주는 것 가운데 하나가 전력 모니터링 전용 X20AP 모듈이다.
생산 효율성 개선에 있어 첫 번째 단계는, 에너지가 실제로 어디서, 언제, 얼마나 소비되고 있는지를 분석하는 것으로, B&R의 전력 모니터링 전용 X20AP 모듈은 생산현장의 모든 에너지 데이터를 수집하고, 그것의 평가 및 분석을 위한 종합 리포트를 작성하는데 사용된다.
이 솔루션은 모든 단계에서 전압, 전류, 주파수 및 반응 컴포넌트를 측정하기 위해 사용되는 B&R의 콤팩트 X20AP
에너지 측정 모듈로부터 신호를 평가하기 위해 미리 만들어진 기능을 포함하고 있으며, 에너지 데이터 관리를 위한 이 전력 모니터링 전용 X20AP 모듈은 사용자가 에너지 효율성을 향상시키고 그로 인해 비용은 낮추고 경쟁력은 강화할 수 있도록 도와준다.
실제로 국내의 모 포장기 업체에서 현재, 전력 모니터링 전용 X20AP 모듈을 사용해 공장라인 전체를 모니터링 하는 작업을 하고 있다.
- B&R은 개방형 자동화에 대한 마케팅에 주력하고 있다. 제조업체에게 있어서 개방형 자동화가 왜 중요한가.
▲개방형 자동화는 개방형 통합, 지속적인 기술, 호환성, 발전 가능성, 미래에 대응할 수 있는 유연성이라는 중요한 이점들을 제공하며, 이것은 인더스트리 4.0을 실현할 수 있게 해준다. 개방형 자동화는 산업 장비 제조업체들에게 놀라운 시장 기회를 가져다 줄 수 있다.
웹상에서의 고급 시스템 진단법 System Diagnostics Manager(SDM)
- OPC-UA가 인더스트리 4.0이나 IoT를 위한 표준 통신이 될 수 있는 가능성을 보여주고 있다. OPC-UA가 새로운 기술 트렌드에 부합하는 이유는 무엇인가.
▲우리 B&R은 Automation Studio 개발 소프트웨어에 OPC-UA의 지속적인 통합을 진행하고 있다. POWERLINK를 비롯한 openSAFETY와 OPC-UA로 B&R은 고객들에게 인더스트리 4.0에서 요구하는 높은 수요를 충족시킬 수 있는 완벽한 툴을 제공한다.
Automation Studio는 컨트롤러에서 직접 OPC-UA 클라이언트 및 서버를 지원하고, 이로써 SCADA나 MES 및 ERP 시스템에 수직 통신을 허용할 뿐만 아니라, 서로 다른 제조업체의 PLC 간의 통신도 가능케 한다. PLCopen을 준수하는 새로운 OPC 클라이언트 펑션블록으로 이 통신은 사용되는 하드웨어에 상관없이, 어플리케이션 소프트웨어에 매우 쉽게 구현될 수 있다. OPC-UA 사용의 지원을 통해, 더 많은 양의 데이터를 더 빠르게 전송할 수 있다.
OPC-UA는 IEC62541에 따라 표준화되었고, 여러 다른 제조업체 제품 간의 데이터 교환을 위해 쉽게 사용할 수 있는 펑션을 제공한다. 이것은 소프트웨어 개발자들이 좀 더 쉽게 높은 데이터통신 수요를 가진 복잡한 시스템을 설계할 수 있도록 한다. 그 결과로 유연하고 모듈화된 자동화 솔루션을 더욱 용이하게 구현할 수 있다.
- 최근 B&R에서는 새로운 장비나 시스템을 개발할 때 개발시간을 크게 단축시켜주는 ‘mapp’ 기술을 소개했다. 이것은 인더스트리 4.0과 어떤 관계가 있나.
▲제품생산의 프로세스가 더욱 복잡해지고 특히 대량으로 고객 맞춤화하는 매스 커스터마이제이션(Mass Customization) 비중이 증가하면서, 최근 수년 동안 새로운 기계나 시스템을 개발할 때 소프트웨어 개발비중이 5%에서 50% 이상 급증했다.
매스 커스터마이제이션이 많아지는 경향은 개발단계에서 소프트웨어의 역할이 증가한다는 것을 의미한다. 이것은 인더스트리 4.0이 ‘비전’에서 ‘현실’로 바뀌는 것을 말하는 것이다. 대량생산을 하는 경우, 개개의 제품을 제작하는 것은 복잡한 소프트웨어 솔루션을 필요로 하게 된다.
그리고 이러한 유형의 프로젝트에 필요한 소프트웨어는 그 어느 때보다 더욱 복잡해질 것이며, 더욱 광범위해지고 더욱 개별적으로 취급될 것이다. 하지만 그럼에도 불구하고 단축 또는 다축제어나 레시피 매니지먼트와 같은 일반적인 관리적 특성을 갖는 기능과 그 외의 일반적인 제어 기능들은 항상 필요한데, 이러한 기본적인 소프트웨어 기능들을 구현하는데 상당한 시간과 비용이 투자되고 있다.
그러나 B&R의 ‘mapp’ 기술을 사용하면, 기계 및 시스템 제조업체는 오직 중요한 기계 기능 개발에만 집중할 수 있다. 필요한 모든 기능이 간단한 설정으로 가능하기 때문에 기본기능을 위한 프로그래밍을 할 필요가 없기 때문이다.
‘mapp’ 펑션블록은 구성하는 것이 상당히 쉽고, 개발자가 프로그램의 세부적인 부분까지 하나하나 프로그래밍을 할 필요가 없기 때문에 그 의미가 크다. ‘mapp’ 펑션블록을 사용하면 다축 동기제어를 할 때 사용되는 캠 프로파일이나 전자기어(Electronic Gear), 여러 가지의 로봇 운동학 폐루프 제어 블록 레시피 관리나 그 외의 많은 기능들에 대한 프로그래밍을 단지 몇 시간 내에 할 수 있다.
또한 ‘mapp’ 기능들의 모니터링과 구성을 위한 웹기반 툴이 지원된다. ‘mapp’의 사용으로 인해 개발시간이 평균 67%까지 단축되는 것이 현장에서 증명되고 있다.
모든 ‘mapp’은 Automation Studio에 완벽하게 통합되어 있다. 짧은 기초교육 과정을 완료하면 어떤 개발자라도 ‘mapp’을 쉽고 편안하게 사용할 수 있다. 이것이 중소기업에 의미하는 바는 그들 스스로 필요한 자료와 자원을 직접 수집할 수 있고 개발이 잘못되는 것에 대한 위험에 대하여 걱정할 필요가 없다는 것이다. 또한 이것으로 인하여 그들 스스로 복잡한 소프트웨어 솔루션을 구현할 수 있다는 것이다.
새로운 장비나 플랜트를 개발할 때는 이전의 것들보다 더욱 유연하고 효율적일 것이라고 기대를 하게 되며, 인더스트리 4.0이나 IoT가 생산성 향상 및 위험관리(Risk Management)를 목표로 한다고 볼 때 B&R의 mapp 기술은 평균 67% 빠른 개발시간과 투자위험 감소, 장비가용성의 증가, 유지보수비용의 감소 등의 이점을 통해 이러한 목표를 만족시키는 자동화 소프트웨어의 혁명이라고 할 수 있다. 이 기술은 올해 정식 출시될 예정이다.
개발시간을 크게 단축시켜 주는 ‘mapp’ 기술은 자동화 소프트웨어의 혁명을 가져올 수 있다.
- 인더스트리 4.0을 구현하는데 있어서, B&R의 경쟁력은 어떻게 설명될 수 있나.
▲앞서 설명한 B&R 기술의 근간을 이루고 있는 오픈과 유연성, 강력한 기술 지원, 저렴한 라이선스 이 3 가지로 압축해서 설명할 수 있다. 무엇보다도 과거부터 오랫동안, 하드웨어가 아닌 소프트웨어적으로 인더스트리 4.0 구현을 전개해왔다는 점이 B&R의 가장 큰 경쟁력이다.
- 인더스트리 4.0과 관련해 어떤 비즈니스에 주력하고 있나.
▲B&R은 기계장비 업체를 지원하는 자동화 업체이기 때문에, 포장이나 사출 등의 산업분야에서 타사에 비해 강점을 지니고 있고, 이러한 산업분야에 대한 드라이브는 계속될 것이며, 컨디션 모니터링이나 SDM과 같은 솔루션을 확대하는데 주력하고 있다.
- 인더스트리 4.0 이후의 기술 개발 방향을 어떻게 전망하나.
▲현재는 데이터를 추출하면 옵티마이제이션을 사람이 하지만, 앞으로는 자동으로 최적화시켜주는 툴이 나오지 않을까 예상하고 있다.
- 인더스트리 4.0을 위한 B&R의 향후의 기술개발 방향은 어떻게 되나.
▲올해나 내년 경에 IT업체와 협력해서 클라이언트 서버를 구축할 예정이다. IT의 노하우를 접목해서, 기계 단에서 인터넷만 연결이 되면, 데이터를 보고, 빼내고 수정할 수 있도록 지원할 예정이다. 이렇게 되면 고객이 얻을 수 있는 이점도 많아지고 시장점유율도 자연스럽게 확대할 수 있게 된다.'