기술 동향

스마트공장 IT 솔루션의 구조

스마트공장 IT 솔루션의 구조

애플리케이션

지능형 생산 시스템

생산 관리, 정보 시스템 등이 해당되며, 2014년 현재 FA 전체 시장의 79%를 차지

생산 관리를 담당하는 FA 시스템인 MES는 공장에서 설비와 원자재 수량과 상태를 실시간으로 파악하고 생산 계획에 기초해 작업 스케줄 작성 및 제출 등을 실시

그동안 수요의 중심이었던 유럽, 미국과 함께 중국에서도 수요가 높아지고 있으며 향후 공장의 정보화가 더욱 진행되면 MES의 역할이 커질 것으로 전망

ERP

사람·재화·돈·정보 등의 경영 자원을 일원 관리하는 소프트웨어

IoT를 ERP와 연계시킴으로써 제조 장치의 가동 상황을 실시간으로 파악, 경영 판단에 활용

패키지 판매로 인해 클라우드, SaaS의 제공 증가

서비스 단가는 감소 추세이나 신흥국 수요가 증가해 완만한 성장 예상

현재 제조 애플리케이션 공급 기업들은 자사 솔루션의 영향력을 늘리기 위해서 각자의 독립된 플랫폼만을 제공, 수평·수직적 연계성이 취약

기존의 엔지니어링 소프트웨어 공급 기업들과 비즈니스 솔루션 공급 기업들도 서비스하던 솔루션의 영역을 넓혀가고 통합하는 추세

독일의 SAP은 기존의 수직적 아키텍처(PLC→MES→ERP)에서 PLC와 실시간 인터페이스가 가능한 MES와 통합된 ERP를 제공, 생산 환경의 동적 변화에 유연하게 대응가능한 솔루션 제공

친환경 공작기계 기반의 전공장 에너지 효율화 솔루션 공급

생산현장에 운영 중인 기계들의 에너지 소비패턴을 명확히 식별하여 예상치 못한 낭비요인을 규명하고 이를 생산공정 전반의 에너지 관리 활동에 피드백 할 수 있는 에너지 관리 솔루션 출시

공작기계의 운전상태 별로 에너지 소비패턴을 분석하고, 각각의 모드에 따라 다시 기계를 구성하는 주축, 이송계, 냉각펌프 등의 기능 유닛 별로 소비전력을 분석하는 솔루션 공급 확대

플랫폼

스마트공장 구현을 위한 기술

FA 기기·시스템: 제조 장치, 센서, 컨트롤러, 생산 시스템 등

네트워크와 M2M/IoT: FA 기기·시스템 연결

FA 시큐리티 시스템: 폐쇄된 네트워크 환경 하의 제조장치 등을 연결

세이프티 시스템: 작업자와 로봇의 협업에 필요

IIoT, 빅데이터와 같은 플랫폼 전문기업들의 제조업 지원 솔루션 개발이 이루어지고 있음

지멘스의 TIA(Totally Integrated Automation, 완전통합자동화) 플랫폼: 다양한 제조디바이스들과의 표준 IoT 기반 연동, 여러 단일공장의 연결성을 지원하여 광역형 공장으로 확장시킬 수 있는 기술 제공

생산시스템의 부가가치를 극대화하기 위해서 기존 장비(공작기계) 위주의 생산시스템 공급을 탈피하여 하드웨어와 소프트웨어가 결합된 ICT 융합형 기계, 장비 및 생산시스템 패키지 공급 확대

생산시스템 공급업체들이 ICT를 접목하여 장비들의 최적운영을 지원하는 소프트웨어를 동반 개발하고 장비와 결합된 형태로 패키지화하여 공급하는 시장이 급증

다품종 생산체계 하에서는 이기종 장비들을 신축적으로 운영하기 위한 통합운영 솔루션의 중요성이 더욱 부각되고 있어 공작기계도 다양한 ICT 접목 필요

공작기계 간 네트워크, 주변장치와의 인터페이스, 상·하위 시스템으로의 확장이 고려된 High-End 장비가 필요

실시간 데이터 수집, 모니터링, 제어, 활용을 가능케 하는 ICT를 공작기계 및 공정기술에 융합, 응용하여 생산시스템을 지능화, 고유연화, 친환경화하는 고부가가치 기술 확보가 필수적

다품종 유연생산 대응 공작기계 간의 인터페이스 및 재구성이 가능한 가공시스템 토탈솔루션 공급 확대

다양한 수요자 맞춤형 생산시스템을 구성하거나 생산제품, 계획의 변화 및 생산공정의 문제에 실시간으로 대응하기 위해서는 무인화 기반 생산라인의 가동률을 극대화 시킬 수 있는 제반 하드웨어와 이를 제어·운영하는 소프트웨어 확보가 필요

기존의 양산라인에 대한 생산성보다는 생산제품 변화에 따른 신속한 생산셋업과 시장의 다양한 제품요구에 대응한 로봇, 자동화요소, 툴링, 픽스쳐 등 시스템 요소와 이들에 대한 최적운영 소프트웨어가 패키지화된 토탈 솔루션 공급

디바이스

지능형 컨트롤러: FA 기기·시스템의 차세대형 컨트롤러로 처리 능력이 우수

PC 기반 컨트롤러: 유연성과 확장성, 기존의 마이크로컴퓨터 기반 컨트롤러를 대체 중임

다양한 스마트디바이스 출시 가속화: 단순 자동화에서 벗어나 센서를 통해 다양한 기기상태 정보를 전송하고, 실시간 피드백을 제조기기에 반영

독일의 FESTO: 드라이브, 밸브, 센서 등에 컨트롤러, 무선통신기기 등 다양한 기능을 통합 개발, 해당 부품들의 실시간 상태 모니터링 및 데이터 통신 제어를 가능케 하고 장비 부품 간 실시간 커뮤니케이션 구현

IoT 플랫폼과 연계된 산업용 스마트 디바이스를 통해 기기 간 제어 및 모니터링을 수행하는 데 상호운용성을 극대화할 수 있음

글로벌 장비업체들은 공작기계 구성요소인 CNC(Computerized Numerical Control, 컴퓨터 수치 제어)부터 공작기계들로 구성된 생산라인에 이르기까지 지능화, 고유연화, 친환경화 기술 트렌드에 대응할 수 있는 다양한 ICT 활용 기술 개발

CNC 제어기의 지능화·개방화에 따른 임베디드 소프트웨어 개발 가속화

전통적인 제어기는 공작기계의 축을 정밀하게 구동하기 위한 수치제어를 주요 기능으로 평가

최근에는 가공시스템의 브레인 역할을 담당하는 CNC에 각종 운영진단․서비스 기능과 가상 머시닝 S/W를 내장․연동하여 운영

공작기계-자동화장비 통합제어를 위한 개방형 플랫폼, 이기종 시스템 통합운영을 위한 MTConnectTM 인터페이스 등과 같이 보다 향상된 연결성과 사용자 편의성을 지원하는 S/W 개발 가속화

CNC 및 센서모듈 피드백 기반의 자가진단 및 능동제어 기능을 탑재한 가공시스템 상품화

최근 자동차·항공 등의 수요산업에서 대규모 리콜 등의 품질경영 문제가 발생함에 따라, 장비의 신뢰성 강화와 자사의 품질관리 체계에 맞는 장비-시스템 솔루션 개발을 요구하는 추세

일본, 독일의 선진업체들은 다양한 지능화 요소를 상품화하여 High-End 장비에 탑재(주축 상태 자가 모니터링 및 충돌방지, 치구 언밸런스 자율 보정, 이송계 능동형 진동제어, 열변위 보정제어 등)

기술적 과제·요구

연결성 및 상호운용성

개념: 특별한 통합 노력 없이 다른 시스템과 상호작용할 수 있는 시스템의 능력(인터페이스 맞춤 설정 등)

범위

- 조립과 연결, 장비제조 또는 생산 시 물리적 수준에서 구축

- 정보교환 또는 서비스공유 시 IT 수준에서 구축

- 작업과 목표가 정렬되어야 하는 사업 수준에서 구축

공장 시스템 통합

개념: 데이터를 취합하는 프레임워크 외에, 해당 기기들이 환경 관리에 적용되는 비즈니스 환경을 매핑하는 역량 구축

기존 시스템 통합 아키텍처

개념: 공장시스템의 단계별 구현 및 확장(각 솔루션의 모듈 전개)을 지원하는 적절한 IT 시스템 아키텍처를 구축할 필요

요구사항

- 장치 관리 및 통합: 시판 기기의 연결 및 관리

- 지속 메커니즘: 데이터 손실 방지

모델링 및 시뮬레이션

개념: 상호운영이 가능한 모델 및 부문별 시점에서 시스템 수준까지, 그리고 개념설계 스케치에서 최고수준 설계까지 제품개발 중 여러 시점으로 조율된 관점 제공

사이버 보안

개념: 정보 시스템 네트워크에 적용되는 가용성, 무결성, 기밀유지의 경로를 따르는 것

참고표준: IEC 62443(산업통신망 - 네트워크와 시스템 보안) 시리즈

안전

개념: 작업자와 장비의 안전, 지능형 요소 및 시스템 네트워크에서의 긴급 작동 발생 방지