자동화의 새로운 기회가 되는 디지털화

Industry 4.0과 디지털화의 일환으로 생산활동의 변화가 우리 일상생활에서 눈에 띄게 나타나고 있다. 소비재 부문에서 고객 맞춤형 제품은 이제 더 이상 특별한 일이 아니며, 최종 소비자까지 적절한 물류 체인을 통해 네트워크 생산이 가능하다는 것이 이미 증명되었다.

필자: 공학 박사 에카드 루스(Eckhard Roos), Festo AG & Co. KG, Esslingen

제조업에서는 자동화 피라미드의 모든 레벨, 즉 센서에서 동작, 모니터링, 유지 보수, 서비스 및 자산 관리를 위한 시스템에 상당한 변화가 예상되고 있다. NAMUR와 German Electrical and Electronic Manufacturers’ Association (독일 전기전자 제조업체 협회)는 유연한 생산공장을 설계하기 위한 방법을 개발하기 위해 태스크 포스를 구성했다. 사용자와 생산자의 참여에 따른 시장 주도적인 요구사항이 구현하게 될 것으로 기대하고 있다. 이는 개별 모듈을 활용하여 생산 중에 자체적으로 제어하는 공장을 만드는데 활용하는 한편, 모듈의 조작과 시각화에 대한 모든 정보를 엔지니어링 프로세스의 높은 레벨의 시스템에 제공하는데 있다. 이에 대한 장점은 다음과 같다

  • 엔지니어링 복잡도 감소
  • 표준화로 인한 모듈 투자비용 절감
  • 모듈 교체 방식을 통해 변경되는 생산 요건 반영에 폭 넓은 유연성 제공

이러한 유형의 공장을 운영하면 새로운 비즈니스 모델이 탄생할 수 있다. 예를 들어, 모듈 제조업체는 최신 IT 기술과 클라우드 솔루션을 이용하여 플랜트의 유지 보수, 서비스 및 모니터링이 가능하며 이를 통해 생산자에게 필요한 데이터를 제공할 수 있다.

클라우드 어플케이션에 데이터 분석을 위한 IoT 게이트웨이

그림 2: IoT 게이트웨이는 OPC UA를 통해 필드 레벨의 구성 요소와 모듈을 Festo 클라우드에 연결한다.

Festo는 IoT 컴포넌트와 대시보드를 위한 첫 번째 턴키 솔루션을 지난 2017년 하노버 산업 박람회에서 이미 선보였다. CPX-IoT 게이트웨이는 Festo 모션 터미널, 에너지 모니터링 모듈 MSE6-E2M, 분산 컨트롤러과 리모트 I/O 또는 핸들링 시스템과 같은 현장 레벨의 컴포넌트와 모듈을 OPC UA를 통해 Festo 클라우드에 연결한다. 클라우드를 사용하면 프로세스와 모듈의 분산형 자동화 시스템에서 제공하는 진단 데이터 측면에서 데이터를 준비하고 모니터링 할 수 있으며, 생산 트렌드를 분석하거나 이전 생산 데이터와 비교하기 위해 데이터를 활용할 수 있다. 생산 트렌드에서 벗어난 오류가 발견된 경우 조기 경고시스템과 자동 알림 기능을 통해 모듈 작동 중단을 방지하고 필요한 유지관리 작업을 계획된 유지관리 주기를 예약할 수 있다. 이렇게 하면 가동중지 시간을 최소화하고 생산능력을 높일 수 있다.

그림 3: IoT 게이트웨이는 각 Festo 구성요소에 대해 미리 구성된 대시보드를 제공한다.

IoT 게이트웨이는 클라우드 인터페이스를 컨트롤러에 연결하고 관련 정보가 적시에 올바른 형식으로 전달되며, 고객 맞춤 설정 옵션을 사용하여 각 Festo 컴포넌트에 대해 미리 구성된 대시보드 (그림 3)로 가시화할 수 있다. 대시보드는 웹 브라우저에서 확인할 수 있으며 다이어그램과 신호 표시 등을 보여준다. 사용자 인터페이스 구성요소, 에너지 모니터링 다이어그램, 예방 유지 보수 및 프로세스 성능 수치 및 전반적인 장비 효율성 향상과 같은 특정 위젯을 통해 사용자는 데이터를 확인할 수 있다. 상태 모니터링 솔루션은 오류 진단과 오류 식별을 개선하고 에너지 소비에 대한 투명성을 생성하여 그래프 형식으로 명확한 정보를 제공하고 기록 데이터를 사용할 수 있다. 이러한 툴의 제공을 통해 모듈 제조업체는 전세계 모듈의 상태를 쉽게 모니터링할 수 있다. 또한 데이터를 활용하여 모듈 또는 다양한 주변 온도와 같은 다양한 조건에서 생산성을 높이고 최적화할 수 있다.

Festo 모션 터미널공압 자동화 새로운 정의

또한 디지털화는 테스트를 거쳐 더욱 쉽고 다양한 활용이 가능하며, Festo 모션 터미널은 디지털화를 통해 기존의 자동화 기술을 혁신할 수 있다. Festo 모션 터미널에는 하드웨어와 이를 구동하는 기능이 완전히 분리되어 있다. 이러한 플랫폼과 기능의 분리는 생산 공장의 라이프 사이클 전체에서 광범위한 이점을 제공하며, 모션 앱을 설치하여 동일한 하드웨어 플랫폼에서 개별 기능을 구현할 수 있다. 이는 하드웨어 계획이 실제 자동화 작업과 완전히 별개임을 의미한다. 또한 하나의 하드웨어 플랫폼에서 모든 기능을 구현할 수 있어 예비부품의 재고를 크게 줄일 수 있어, 여러 가지 경제적 이익을 제공한다.

  • 향상된 에너지 효율
  • 엔지니어링, 운영 및 유지 보수의 복잡성 감소
  • 시장 출시 시간 단축
  • 유지 보수 비용 절감
  • 플랜트 가동 중 자체 적응 기능

Festo 모션 터미널은 다음과 같은 이점을 제공한다.

  • 설비 제조사와 엔드 유저의 지적 재산권 보호
  • 플랜트 조작 방지
  • 컨디셔닝 모니터링
  • 프로세스 투명성

하드웨어 표준화로 인한 이점을 제공하는 것처럼 작동 중에도 명확한 장점을 얻을 수 있다.

그림 4: Festo 모션 터미널 – 모션 앱을 통해 동일한 하드웨어에서 다른 기능을 제공

에너지 효율: Festo 모션 터미널을 사용하면 프로세스 밸브를 열고 닫을 때 서로 다른 압력 레벨을 사용하여 에너지 효율을 확보할 수 있다. 두 작업 중 하나의 스트로크에 상대적으로 크게 낮은 힘 또는 토크가 필요한 경우 압축공기 소비를 크게 줄일 수 있다. 또한 진단기능은 자유로운 파라미터 설정이 가능한 스위칭 조작 후에 활성화된다. 이 기능은 드라이브별 기준으로 발생할 수 있는 누기를 감지하고 유지보수가 필요하거나 플랜트의 섹션을 종료하는 알람을 보내기 때문에 네트워크에서 누기 검출로 인한 시간낭비를 줄일 수 있다.

자가 최적화: 공장에 필요한 생산 관련 변경사항과 Festo 모션 터미널의 개별 파라미터에 대한 변경사항은 통합 인터페이스를 통해 손쉽게 정보를 확인할 수 있다. 파라미터는 상위 관리 시스템을 통해 변경하고 통신 인터페이스를 통해 현장의 Festo 모션 터미널에 업로드할 수 있다..

Festo 모션 터미널은 커미셔닝 중에 프로세스 밸브의 필요한 개폐시간을 자율적으로 조정할 수 있으며, 파라미터 설정이 완료되면, 작업 중에 에어 유량제어가 자동으로 조정되어 설정된 시간에 작업이 완료할 수 있다. 설정된 시간에 제대로 도달하는지 가동 중에 모니터링할 수 있으며, 마찰력의 증가와 같은 외부 영향으로 인해 시간의 변화가 발생하는 경우 사전에 설정한 시간 값으로 유지되도록 조정 가능하다. 이는 현장에서 직원의 개입 없이 자동 분산적으로 수행된다.

디지털화 부가가치를 얻을 있는 잠재 기회를 제공한다

앞서 소개한 내용은 기존 자동화 기술의 디지털화가 프로세스 공장 자동화의 새로운 차원으로 인도하여 공장 라이프 사이클의 모든 단계에서 부가가치 창출을 위한 길을 열어줄 수 있다. 장점은 작동시 향상된 에너지 효율, 엔지니어링 및 운영 비용 감소, 현장에서의 하드웨어 표준화 및 자가 적응 기능에 이르기까지 다양하다. 어플리케이션을 통해 생산 유연성이 향상되고, 진단 메시지를 통합하여 자사 설비에 대해 전 세계적으로 모니터링이 가능하고, 개발에 필요한 중요한 정보를 얻을 수 있다.