[특집 스마트팩토리] 디지털트윈; 손에 잡히는 스마트팩토리

2019-03-05
마르셀 나겔 디지털제품 연관 서비스를 위한 제품 & 포트폴리오 매니저 / 지멘스



엣지 컴퓨팅과 인공지능 역시 방향 모색 중


뭔가 새로운 시도가 이루어지고 있다. : Clmaping과 Gripping 장비를 개발하는 장비사에서 플랜트 개발사 및 사용자에게 보다 큰 경쟁력을 지원하기 위해 디지털화를 시도하고 있다. 디지털트윈 컨셉은 가상 시운전과 모든 프로세스 단계의 테스트 그리고 엔지니어링부터 시운전까지의 개선된 성과를 제공한다.

전세계적으로 장비 및 플랜트 생산자들, 부품 공급 생산자들은 모두 항상 같은 도전과제에 봉착해 있다. 보다 다양한 영역의 제품에 대해 주문 제작 요구는 빠르게 늘어나고 있으며, 신제품은 보다 자주 새로운 요구에 맞추어 출시되어야 한다. 결국 이는 신제품으로의 세대교체 생산을 위해 보다 효율적이고 유연한 공장의 수요가 점점 늘어나게 될 것이라고 하는 의미가 된다.

마르셀 나겔(Marcel Nagel, Schunk Gmbh & Co. KG) 디지털제품 및 연관 서비스를 위한 제품&포트폴리오 매니저는 매개체의 단절이 없는 프로세스 즉 디지털화 된 엔지니어링에 대해 한 마디로 그 장점을 설명한다. “플랜트에서 현 세대의 제품을 지속해서 생산하는 동안, 우리는 디지털 이미지를 이용해서 차세대 제품의 플랜트 컨셉 시뮬레이션을 하는 것이 가능하다.”

가상시운전과 그 이상을 위해

해당 기업의 고객사들 이를 테면 Plant Manufacturer 및 System Integrator들 또한 이 사실에 대해서는 긍정의 뜻을 표하고 있다. “점점 더 많은 부품 메이커 같은 고객들이 찾아오고 있으며, 점진적으로 우리의 고객사로 등록 되고 있습니다.” (Nagel)

Schunk는 이미 오래 전부터 부품의 기계 파트와 전기 디자인에 대해 CAD 모델을 사용해 왔다. 그리고 지금은 가상시운전과 그 이상을 위해 디지털트윈 컨셉에 집중하고 있다. “제조회사로서 우리는 디지털화 및 스마트데이터 관리의 디자인을 위해 최고 수준의 IT 환경을 준비하고 있습니다. 고객사들처럼 우리도 우리 자신의 디지털화 된 가치사슬이 적용된 스마트, 가상 팩토리의 구축을 위해 고군분투하고 있습니다. 이것이 우리가 고객에게 전달할 수 있는 부가가치를 창출해 내는 방식입니다.” (Nagel)




제품, 생산 그리고 성능


이러한 측면에서 지멘스는 Schunk사에 매우 중요한 파트너이다. 2015년에 Schunk는 벤치마킹 단계에서의 프로세스의 구축을 위해 시뮬레이션 소프트웨어 제조사를 찾고 있었다. 나겔씨에 따르면 지멘스는 유일하게 제품 라이프 사이클의 처음부터 끝까지 모든 단계에 거쳐 솔루션을 제공했던 유일한 회사였다. MCD(Mechatronics Concept Designer)를 사용해서 Schunk는 제품, 생산 그리고 성능의 디지털화를 고객을 위해 진행하고 있다.

TIA 포털이 제공하는 펑션블럭, 통합제어기를 시뮬레이션 할 수 있는 PLCSIM Advanced 그리고 개방형 클라우드 기반의 Mindsphere가 각각의 위치에서 충실히 역할을 수행한다.

“디지털화의 어마어마한 장점으로 모든 단계의 제품 수명 주기들 예를 들면, 엔지니어링 단계부터 온사이트 시운전 그리고 플랜트의 운영과 고객 요구 사항에 대한 반영 결과의 예측까지 미디어의 단절 없이 커버 가능합니다.” (Nagel)

연속성, 모든 제품 수명 주기에 대한
처음부터 끝까지의 이미지


MCD 시뮬레이션 소프트웨어에서 표준화된 기계적 Gripper 시스템의 디지털트윈 라이브러리 모델은 PLCSIM에서 PLC 펑션블럭의 제어환경을 투영하기 위해 처음 사용되었다. 이와 같은 시도는 결국 실제의 현장 시운전 전 단계에서 특정 기능 혹은 모든 플랜트의 기능을 시뮬레이션 하는 것이 가능하게끔 하였고, 그 결과로 실제 시운전 과정에서 에러, 위험요소 및 관련 처리 비용을 절감하는 효과를 만들어낼 수 있었다.

일단 공장의 운영이 시작 되고 돌아가고 있는 상황에서도 그 공장의 퍼포먼스가 가상으로 모델링 될 수 있다. 결국 Mindsphere의 공간 안에 디지털 트윈을 구성할 수 있다는 의미이다. 이 분야에서도 Schunk는 이미 경험을 가지고 있다(Schunk Electronic Solutions GmbH)

이외에도 같은 그룹 안에 이와 같은 일을 하는 “Lead User”라고 하는 그룹을 서비스 중요한 사업 영역 중 하나로 가지고 있다.
중기적으로, Schunk는 모든 종류의 부품류에 대해 적합한 센서를 사용해서 프로세스 데이터를 저장할 예정이다. 이 데이터들은 Mindsphere 애플리케이션을 통해 분석 될 수 있다.

“우리는 이러한 작업들이 고객에게 이익을 제공할 수 있을 것이라 생각하고 있습니다.” (Nagel) “예를 들면, 이런 데이터의 분석으로 공장들은 보다 적은 횟수의 보전 행위로도 운영이 가능할 것이라는 것이지요. 바꾸어 말하면, 꼭 필요할 때 하는 정비의 개념이 될 것입니다.”

연결성, 끝에서 끝 단계까지의 디지털화는 기회 그 이상을 만들어 낼 수 있다.

“시뮬레이션 환경에서 장치의 타겟 값을 확인할 수 있을 겁니다. 예를 들면 특정 애플리케이션에서 Gripping하는 힘을 생각 했을 때 우리는 실제 값과 시뮬레이션 상의 값을 비교할 수 있을 겁니다. 만약 그 두 개가 다르다면, 고객은 뭔가 변화가 생겼다는 것을 인지하고, 공정의 불량이나 손상을 막을 수 있도록 적절한 조치를 취할 수 있을 겁니다.”

스타터키트

하드웨어 부품 이외에도, Schunk는 흥미가 있는 고객들을 위해 디지털트윈과 MCD에서 그들의 모든 부품을 단일 소스 기반에서 테스트 해 볼 수 있는 스타터키트 소프트웨어 라이브러리를 준비하였다. 이러한 데모 모듈을 통해서 고객들 쉽게 배우고 테스트할 수 있으며, 정확히 가상의 시운전에서 어떠한 부분이 본인의 엔지니어링 시간과 노력을 감소시킬 수 있을지 경험하고 어떤 패키지의 소프트웨어를 실제로 구매해야 할지 알 수 있게 해준다.

스마트팩토리는 더 이상 멀리 있지 않다. 이미 손을 뻗으면 닿을 거리에 있다

Schunk의 디지털화 관점에서의 발전은 사실 엔지니어링 방식의 변화를 의미하지는 않는다. 부품 그 자체도 변화되어 가는 것을 의미하는 것이며 동시에 엣지 컴퓨팅의 사용으로, 예를 들어 Industrial Edge를 통해 “Smart Gripper”로의 변화를 꾀하는 것을 의미한다. 클라우드 컴퓨팅과의 융합과 그에 해당하는 하드웨어와 소프트웨어의 결합 덕분에 사이트에서 직접 제어되어야 하는 Gripper와 분산 제어되어야 하는 Gripper의 시간과 밀접한 데이터의 수집이 가능 해졌다. “이러한 기능은 결국 고객이 현재 보이는 폴트 메시지가 지연되고 있지는 않은지에 대한 판단과 즉각적이고 적절한 조치를 취할 수 있도록 보조합니다.” (Nagel)

엣지 컴퓨팅과 함께 별도의 인공지능 역시 활용을 위해 방향을 모색 중이다. 뉴럴네트워크에의 카메라시스템 적용은 스마트 부품이 복잡한 사전 프로그래밍 작업 없이도 작업 대상 등의 변화에 따라 자기 학습과 능동적인 대응을 가능하게 할 수도 있다. “이것은 매우 매력적인 컨셉입니다. 그리고 우리는 이 영역에서 굉장히 큰 가능성을 보고 있습니다.” 스마트팩토리는 더 이상 멀리 있지 않다. 이미 손을 뻗으면 닿을 거리에 있다.
 

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