Industrie 4.0, 스마트 공장을 향한 여정의 제안(Ⅱ)

    글 김홍열 부장 / 이플랜코리아 kim.anton@eplan.co.kr


Industrie 4.0 무엇이 진행되고 있는가
2011년 세상에 그 모습을 처음 드러낸 Industrie 4.0이 2015년 현재 ‘어떤 형태로 진행되고 있는가?’는 앞으로 우리가 나아갈 방향설정을 하는데 좋은 기준이 될 것이다.  많은 프로젝트와 표준화가 독일을 중심으로 진행되고 있는 것은 사실이지만, 독일의 여러 국책과제 등에 독일 이외의 해외업체가 활발히 참여하고 있다는 점, 표준화가 독일만의 표준이 아닌 국제 표준화를 목표로 하고 있다는 점은 방향설정뿐 아니라 우리가 좀 더 적극적인 자세로 이러한 혁신에 동참할 수 있음을 시사해주기도 한다.  2015년 하노버 전시회에서 단연 많은 사람의 시선을 끌었던 프로젝트가 독일의 인공지능센터(DFKI)가 주도하고 있는 SmartFactoryKM이었다.  Industrie 4.0이 시스템레벨에서 강조하는 거의 모든 기술이 집약된 실질적인 제조라인을 파일럿 형태로 개발하고 있는데,  [그림 1]에 표현된 바와 같이 EPLAN을 포함한 독일의 유수기업뿐만 아니라 IBM 등의 미국 기업이 참여하고 있는 점이 눈길을 끈다.


[그림 1] SmartFactoryKM과 참여 업체

SmartFactoryKM는 무엇보다 표준화된 모듈의 조합을 통해 하나의 제조라인을 유연하게 재구성할 수 있는 방법론을 제시하고 있다.  각각의 단위모듈은 표준화된 커넥터 등의 물리적 인터페이스, 통신백본(OPC-UA)을 표준적으로 지원하고 이웃모듈을 Plug&Play방식으로 인식할 수 있는 기능을 탑재하고 있기 때문에 여러 제조사에서 만든 서로 다른 기능의 모듈들이 하나의 라인으로 통합·운영될 수 있다.  또한, SmartFactoryKM는 이러한 통합운영을 위해 별도의 중앙제어 장치를 두고 있지 않는 것이 또 다른 특징이라고 할 수 있다.  제조를 위한 정보는 별도의 중앙제어 장치가 아닌 제조가 이루어질 원자재가 RFID형태로 가지고 있고, 각각의 모듈은 이러한 RFID와의 통신을 통해 개별모듈이 수행해야 할 역할을 부여받게 된다.  SmartFactoryKM는 2014년에 액체비누 제품을 위한 라인구성, 2015년에는 명함집 생산을 위한 라인구성을 통해 이러한 접근방법이 특정 산업군에 국한되지 않는다는 사실을 보여주고 있으며, 무엇보다 이러한 다양한 시도를 통해 관련된 기술 분야의 표준화를 병행하고 있다.  SmartF-IT라는 독일의 국책과제는 이러한 SmartFactoryKM의 표준화 분야 중 CPS의 표준화를 추진하고 있기도 하다.


[그림 2] RAMI 4.0의 구성

서두에서 언급한 바와 같이 플랫폼 Industrie 4.0이 발표한 Industrie 4.0의 표준 참조모델에 해당하는 RAMI 4.0은 향후 Industrie 4.0이라는 콘 흐름에 새로운 전기가 될 것으로 예상된다. 월간전기2월호 65쪽 [그림 3]의 기술전략에서 언급된 바와 같이 국제표준화와 참조 모델, 그리고 복잡성 관리기술의 확보는 Industrie 4.0의 실현에 있어 가장 큰 도전과제를 해결할 수 있는 수단이 될 것이다.  RAMI 4.0은 새로운 국제 표준화를 추진하기보다는 현존하는 국제표준을 확대하여 Industrie 4.0의 사상을 담아내는 전략을 가지고 있으며, Industrie 4.0의 3단계 비전을 고스란히 담고 있다. [그림 2]에서 표현된 바와 같이 RAMI 4.0은 3단계의 비전을 반영한 3개의 축으로 구성되어 있다.  첫 번째 축은 시스템 레벨과 관련되어 있는 축으로 IEC 62264 및 IEC 61512를 기반으로 한다.  다만 기존의 표준이 센서, 액추에이터 등의 Field Device에서부터 전사 시스템인 Enterprise까지의 시스템만을 다루고있기 때문에 아래로는 자율 및 유연생산을 위해 자신의 생산정보를 가지는 Product, 그리고 위로는 가치사슬 상에서의 통합 및 협업을 위한 Connected World까지 그 영역에 대한 확장이 모색되고 있다.
두 번째 축은 프로세스 레벨과 관련되어 있는 축으로 IEC 62890을 기반으로 하지만, 시뮬레이션 등을 기반으로 한 가상의 생산 공정과 실제 생산 공정의 결합을 통해 스마트공장에 필요한 핵심 표준이 될 전망이다. 이러한 두 개의 축이 대상으로 하는 장비, 혹은 제품은 세 번째 축을 통해 계층적으로 구성되어 부품에서 완성품까지 제조사 간 협업이 필요한 경우에 전략레벨에서의 비전달성을 지원하게 된다.  또한, 이러한 계층화를 통해 복잡성이라는 측면에서도 효과적인 관리수단이 될 수 있을 것으로 예상된다.
RAMI 4.0 외에도 이미 활발히 표준화가 진행되던 기술들이 Industrie 4.0이라는 틀에서 새롭게 조망을 받고 있다. 그 중에서도 가장 대표적인 표준화기술이 Automation ML, eCl@ss , OPC-UA기술이라고 할 수 있다.  Automation ML는 IEC 62714를 통해 국제 표준화가 추진되고 있는 기술로 XML을 통해 장비, 플랜트 등에 필요한 엔지니어링 데이터를 메카트로닉스적인 접근법으로 정의한 일종의 데이터 모델이다.  단절 없는 엔지니어링을 목적으로 하는 기술답게 엔지니어링의 프로세스에 해당하는 기획 단계, 상세 설계단계(전기 엔지니어링처럼 특정 기술 분야에 국한된 기술이 아니므로 모든 기술 분야가 융합된 최종형태인 기능 그 자체의 엔지니어링이라는 의미로Functional Engineering이라고 표현된다.  그리고 설계 데이터를 활용한 설계검증, 혹은 가상 시운전 단계에서의 연속적인 활용을 목표로 한다.


[그림 3] Automation ML

[그림 3]에서와 같이 그 데이터 모델에는 기구 엔지니어링 관점을 표현할 수 있는 COLLADA, 동적 동작특성을 표현할 수 있는 PLCOpen, 시스템에서 부품까지의 구성관계 및 관련정보를 표현할 수 있는 eCl@ss 등의 표준이 Automation ML을 구성하는 하부표준으로 자리잡고 있다.  Automation ML은 과거에 PLM 도입 시 시스템과 프로세스의 결합이 실패한 근본 원인인 복잡성관리라는 측면에서 대안으로 관심을 받고 있다. 특정 회사의 솔루션 상에서 이러한 메카트로닉스 관점의 데이터 모델 구성은 종종 찾아볼 수 있지만, 국제 표준화가 추진되고 있다는 점, 뒤에 언급하겠지만 다른 표준과의 결합에 대한 시도는 Industrie 4.0이 지향하는 표준화라는 관점에 부합된 표준화 기술이라고 할 수 있다. Automation ML을 구성하는 하부 표준 중 하나인 eCl@ss 는 네트워크기반 가치사슬의 통합이라는 명제에 가장 부합하고있는 표준화 기술이다.  eCl@ss 는 부품 자체의 분류법에 대해서는 ISO 13584-42를 따르고, 부품의 사양을 구성하는 데이터 항목에 대해서는 IEC61360-2를 기반으로 한다.

앞서 언급한 바와 같이 실제 Phoenix Contact 등과 같은 회사는 [그림 4]와 같이 ERP, PIM 등 자사의 내부데이터베이스와 연동하여 기존의 P2P가 아닌 M2M을 목적으로 한 디지털 카탈로그를 관리할 수 있는 BME cat이라는 시스템을 eCl@ss 를 기반으로 구축했다.  이러한 부품정보는 부품을 사용하는 고객사 입장에서 더 이상 사람에 의해 해석되어 엔지니어링 툴에 데이터베이스로 입력되는 것이 아니라 다운로드 등을 통해 바로 EPLAN과 같은 엔지니어링 툴의 데이터베이스에 추가될 수 있다.  eCl@ss 는 2014년에 V9.0이 발표되어 적용영역이 지속적으로 확대되고 있다.  OPC-UA는 스마트공장을 구축하기 위한 필수적인 네트워크 기술로 2012년에 발표되었으며, 플랜트 등의 산업현장에서 활용을 목적으로 객체지향의 표준화된 통신방식을 지원하던 OPC로부터 진화됐다.
표준 정보모델에 특정한 기술 혹은, 분야에 따라 정보모델의 추가 정의와 이를 통합할 수 있도록 지원하며 보안기능 역시 강화된 것으로 알려져 있다. 예를 들어 PLCOpen 등과 같은 표준은 이러한 정보 모델의 추가 정의를 통해 OPC-UA를 통한 인터페이스를 제공할 수 있게 되었다. 앞서 소개한 표준데이터 모델인 Automation ML도 이러한 정보 모델에 추가 정의가 된다면 네트워크를 통해 분산된 환경에서도 그야말로 단절 없는 엔지니어링을 실현 할 수 있을 것이다.  실제 독일에서는 Faunhofer IOSB를 중심으로 이것이 실현되고 있다.
(다음호에 이어짐)