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기획특집 디지털 전환 시대에 발맞춘 스마트 제조 혁신의 미래

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 119회 작성일 22-12-14 14:28

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지난 3년간 팬데믹으로 인해 디지털 전환이 가속화되고, 4차 산업혁명이 본격적으로 진행되었다. 주요 국가와 기업들은 지속가능성을 이루고자 탄소중립을 선언하며, 전기차 시대로의 전환 및 디지털화로 탄소 배출량을 줄이고, 에너지 효율을 높이고자 노력 중이다. 특히, 디지털화 과정의 중심에 제조 시설의 스마트화가 필수적이므로 스마트 팩토리에 대한 관심이 높아지고 있다.


스마트 팩토리와 등대공장

스마트 팩토리는 디지털 전환을 통한 제조 시설 스마트화로 에너지 관리와 시설 운영의 자동화 기술이 구현된 공장을 말한다. 사물인터넷 기술을 통해 각종 설비, 센서, 정보 시스템이 데이터를 주고받을 수 있고, 센서들이 모니터링하는 각종 데이터를 실시간으로 저장하고 확인할 수 있어야 한다. 이를 통해 공장을 구성하는 공간과 전력을 사용하는 모든 디바이스에서 활용되는 에너지 소비량을 실시간으로 정확하게 측정하고 분석해 에너지 소비 효율 최적화를 이룰 수 있다.

이러한 사물인터넷이나 인공지능, 클라우드 등 4차 산업혁명의 핵심 기술을 적극 활용해 다른 기업에게 새로운 제조업의 성과 모델이 되는 공장을 등대공장이라고 한다. 매년 세계경제포럼에서 등대공장이 선정되는데, 슈나이더 일렉트릭은 프랑스, 미국, 중국 등 총 5개의 등대공장을 보유해 그 기술력을 인정받고 있다.

본고에서는 슈나이더 일렉트릭이 스마트 팩토리에 적용하는 다양한 기술에 대해 세부적으로 알아본다.

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스마트 팩토리 솔루션
슈나이더 일렉트릭은 사물인터넷(IoT)을 기반으로 효율적인 에너지 관리와 자동화 공정을 최적화하기 위해
‘에코스트럭처’라는 기술 플랫폼을 스마트 팩토리에 적용한다. 사물인터넷을 통해 디바이스 간 통신이 가능한 커넥티드 제품(Connected Products)과 PLC, DCS, SCADA 등의 엣지 컨트롤(Edge Control), 오퍼레이션 단의 애플리케이션, 분석 및 서비스(Apps, Analytics & Services)를 아우르는 3단계 레이어 구성을 기반으로 생산은 물론 관리 및 운영 전반에 혁신적인 스마트화를 지원한다.

1) 커넥티드 제품(Connected Products)
사물인터넷의 기반이 되는 단계로, 인텔리전스(Intelli gence)가 내장된 제품을 통해 운영 전반에 걸쳐 더 나은 비즈니스 결정을 내릴 수 있다.
•Compact NSX : 60년간의 혁신적이고 안정적인 보호 기능을 제공하는 최대 630A의 Compact NSX 몰딩 케이스 차단기는 업계를 대표하는 배선용
차단기로 꼽힌다. 개방형의 상호운용성을 기반으로 하는 IoT 지원 전력 관리 시스템 아키텍처인 에코스트럭처 파워(EcoStruxure™ Powe) 핵심 전력
제품이다.
•ION9000 : 전 세계에서 가장 혁신적인 기능을 제공하는 최첨단 전력 품질 미터기이다. 특히 0.1S의 정밀도를 인정받은 세계 최초의 제품으로, 초정밀 전력 품질 측정을 요구하는 병원, 데이터센터, 공장 등에 도입되고 있다.
•Easergy P5 : 최근 많이 발생하고 있는 화재사고, 아크 폭발 사고 등으로 인해 물적, 인적 피해가 발생하고 있는데, 이러한 위험을 완화하기 위해 배전반에 고성능 아크 보호 계전기를 설치해야 한다. Easergy P5는 기존의 보호계전기와 달리 통신이 가능한 디지털 기능을 갖추고 있어, 장비 간의 연결성을 통해 보다 스마트하고 편리한 방식으로 전기 설비를 관리할 수 있다.
•HMI centric : 슈나이더 일렉트릭 프로페이스 HMI 및 IPC는 단순한 운영 터미널인 터치스크린을 넘어서, IT/OT의 연결 중심 역할을 수행한다. HMI와 IPC는 로봇, 인버터, 모션 컨트롤러, PLC 등 주요 개방형 네트워크와의 호환성을 통해 거의 무제한으로 수많은 장치와 연결된다. 새로운 장비뿐만 아니라, 거의 사용하지 않은 오래된 장비와 다양한 제조사의 제품과도 연결되는 것이 장점이다. OT 장치에만 연결될 뿐만 아니라, 공장 네트워크와 사무실 간에 데이터 게이트웨이로 사용할 수 있으며, OT와 IT를 연결하는 중심 역할을 담당한다. 

2) 엣지 컨트롤(Edge Control)
예측이 불가능한 경우를 대비해 IoT 네트워크의 엣지에서 장치를 제어할 수 있어야 한다. 이 필수적인 기능은 실시간 솔루션을 제공하여 엣지에서 로컬 제어를 통해 안전성과 함께 가동 시간을 보장한다.
•Modicon M262 Logic Controller(Modicon PLC)
: 모디콘 M262 로직 컨트롤러는 IIoT 프로토콜을 지원하는 몇 안 되는 컨트롤러로, 기계 장비의 데이터를 클라우드에 올리는 데 게이트웨이가 필요하지 않고, 직접적으로 데이터 전송이 가능하다. 스마트 팩토리는 신뢰할 수 있는 기계설비의 데이터를 얼마나 확보할 수 있는지, 또 어떻게 활용할 수 있는지가 중요하다. 이러한 관점에서 M262는 인더스트리 프로토콜로 사용되고 있는 Ethernet/IP, Modbus/TCP를 지원하고 있고, SERCOS를 장착하여 하위 단의 인버터나 세이프티 모듈로부터의 정보 수집, HMI와의 통신, 리모트 I/O의 확장, RFID Tag를 통해 데이터를 충분히 수집할 수 있다.
•Power Monitoring Expert : 스마트공장의 효율적인 에너지 관리 시스템을 위한 통합 전력 모니터링 솔루션인 ‘에코스트럭처 파워 모니터링 엑스퍼트’는 안전성, 신뢰성, 에너지 성능 개선, 용량 관리 및 균형 잡힌 전력 인프라 활용을 위해 설계되었다. 보호계전기, 전력 품질 미터, 센서, I/O 장치 및 PLC/RTU와 같은 전기 인프라의 정보를 수집해 실시간으로 모니터링하고, 운영 현황 및 위험 요소를 파악, 관리할 수 있도록 분석 데이터를 제공한다.

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3) 애플리케이션, 분석 및 서비스(Apps, Analytics & Services)
빌딩, 데이터센터, 공장 및 전력망에서 사용되는 다양한 제조사의 하드웨어 및 시스템을 지원하려면 상호운용성이 필수이다. 에코스트럭처는 플랫폼에 상관없이 구동되는 다양한 애플리케이션, 분석 및 서비스를 지원하여 원활한 엔터프라이즈 통합을 실현한다.
•EcoStruxure Augmented Operator Advisor : 슈나이더 일렉트릭의 산업용 증강현실 솔루션을 이용하면 가동 중인 복잡한 기계설비를 직접 조작하거나, 패널을 열어보지 않아도 각종 기기 및 설비의 운전상태를 모니터링, 점검할 수 있다. 태블릿 등을 사용해 클라우드 데이터에 접근할 수 있고, 특정 기기에 어떤 조치가 필요한지 분석도 가능하다.
기계 가동 중단 없이 쉽고 안전하게 예방보전 업무를 할 수 있으며, 해당 기계 장비에 대한 도면 및 기술 자료 등을 스마트 디바이스를 통해 바로 확인할 수 있기 때문에 더욱 편리하다.
•EcoStruxure Machine Advisor : OEM 장비 제조사를 위한 클라우드 기반의 원격 감시 및 제어 솔루션이다. 에코스트럭처 머신 어드바이저의 기능은 크게 세 가지로, Track(문서 기록 및 데이터 저장 서비스), Monitor(원격으로 장비의 상태를 판단 및 알림 전송), Fix(클라우드에 내장된 소프트웨어 툴을 통해 장비 문제 해결)로 구성되어 있다. 특히 데이터 분석에 의한 비정상 탐지를 통해 장비 가용성을 향상시키고, 이상 징후 발생 시 사용자에게 즉각
알려 예지보전 서비스를 제공한다는 것이 가장 큰 장점이다. 기계설비의 데이터를 정보화하여 보여주고, 다양한 위젯 구성을 통해 원하는 정보를 알기 쉽게 확인할 수 있다.
•EcoStruxure Asset Advisor : IoT 및 클라우드 기반 기술과 슈나이더 일렉트릭의 전문가 및 기술 지원이 결합한 예지보전 솔루션으로, 중대한 사고 및 문제 발생 전 이를 예측하고 해결할 수 있는 기능을 제공한다. 예기치 않은 가동 중단 시간을 방지해주고, 운영 손실 및 유지 보수 비용을 줄일 수 있다.
또한 고객이 처한 다양한 환경을 데이터화해 실시간으로 분석하고, 인공지능 및 고급 분석 기능을 적용해 잠재적 위협을 식별한다. 해당 데이터는 고객이 자산관리를 위한 중대한 비즈니스를 결정할 수 있도록 선택의 폭을 넓혀주며, 슈나이더 일렉트릭의 기술 지원 전문가로부터 연중무휴 모니터링 및 지원을 받을 수 있다.
•EcoStruxure Resource Advisor : 클라우드 기반 플랫폼으로 주요 에너지와 지속가능성 관련 데이터를 직접 관찰하고 측정하며 관리할 수 있다. 실시간 데이터를 바탕으로 의사결정이 가능해 에너지 효율성과 지속가능성을 극대화하는 솔루션이다.


익산 스마트 팩토리

슈나이더 일렉트릭은 국내에 보유하고 있는 익산 공장을 2020년 자사의 통합 아키텍처 플랫폼인 에코스트럭처(EcoStruxure)을 기반으로 한 통합 엔드 투 엔드(End-to-End) 솔루션 도입을 통해 혁신적인 스마트 팩토리로 전환했다.

익산공장은 지난 40여 년 동안 ‘전자식 모터 보호계전기(EOCR)’를 생산하는 전통적인 노동집약형 제조 생산 공장이었다. 하지만 스마트 팩토리로 전환하면서 스마트공장의 두 가지 핵심적인 기반 요소인 에너지 관리와 자동화를 지원하며, 국내 제조 시장에 적합한 원격 관리·증강현실·예지보전·보안 솔루션을 모두다 구현하였다.

또한 에너지 관리를 위한 중앙 관리 소프트웨어인 에코스트럭처 파워 모니터링 엑스퍼트(EcoStruxure Power Monitoring Expert, 이하 PME)와 인력 및 품질, 에너지 효율, 생산량, 공장 운영 관리 관련 각종 지수를 한 눈에 보는 린 디지털화 시스템(Lean Digitalization System)이 적용되었다. 이를 통해 실시간으로 공장을 보다 안전하고 효율적으로 운영하며, 빅데이터를 활용해 제품과 시스템의 문제를 사전에 예측해 대응할 수 있다.

익산 공장은 체계적인 모니터링과 관리 시스템 기반의 스마트 팩토리 솔루션 도입을 통해 제조 결함율 MDR 10~15% 감소, 에너지 소비 5% 절감, 서류 작업 60% 감소의 성과를 달성하고 있다.

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디지털 전환으로 ESG 실천 및 지속가능성 달성

공장의 스마트화는 우리에게 편리함을 주고, 운영 및 투자비 절감과 에너지 효율에 따른 탄소 감축을 가능하게 한다. 기업들의 기후변화 대응이나 ESG 경영은 선택이 아닌 필수이다. 특히 탄소 배출에 대해 민감한 제조 기업은 공장의 디지털 전환으로 운영의 효율화를 이루고, 탈탄소화에 기여한다면 오랫동안 고객과 함께 지속 가능한 기업으로 거듭날 것이다.


Jang-Ik.Son@se.com