작업 현장에서 ERP까지 하나의 언어로…

 

지금까지 기계들 간의 커뮤니케이션을 규정하고 데이터 교환을 할 수 있는 기술 표준이 없었다. 바로 이 점에서 프라운호퍼 IESE의 개방형 운영 시스템 Basys 4.0이 출발하였다. 프라운호퍼는 다른 두 기업과 함께 아키텍처를 개발하여 ERP까지 엔드-투-엔드 커뮤니케이션을 위해 설계하였다.

위르겐 함(Jürgen Hamm): Netapp Deutschland GmbH의 솔루션 아키텍처

생산 관리자가 주문을 빠르게 진행한다. 이때 기계 프로그램은 번거롭게 변경하지 않아도 된다. 시스템은 필요한 서비스만 불러오면 되고, 새로운 생산 시퀀스가 시작된다. 모든 관련 서비스와 해당 데이터 그리고 이에 필요한 데이터는 전체적인 프로세스 맵인 운영 시스템에 저장된다. 시스템은 통일된 데이터 포맷을 갖고 있으며, 그렇지 않은 경우에도 여러 프로토콜을 사용하는 기계들이 통신할 수 있다. 지금까지는 이러한 환상적인 시스템은 없었다.

프라운호퍼 실험 소프트웨어 엔지니어링(IESE) 연구소가 이러한 상황을 바꾸고 있다. 프라운호퍼 연구원들은 산업계와 연구 기관 그리고 IT 분야의 14개 프로젝트 파트너들과 함께 2016년에 독일 연방 교육 연구부(BMBF)가 후원하는 프로젝트를 시작하였다. 프로젝트 Basys 4.0의 목표는 시스템 컨트롤에 지속적으로 개입하는 것을 허용하고 생산 프로세스의 효율적인 전환을 실현하는 기본 시스템을 개발하는 것이다. 초점은 서비스 기반 생산에 있다.

관리 셸이 구조화되지 않은 데이터를 표준화한다

가상의 미들웨어는 디지털 트윈을 이용하여 각 구성 요소에 대해 모든 생산 단계에 대한 기능 전부와 서비스를 통일된 포맷으로 맵핑하고 표준화된 인터페이스를 통해 제공한다.

Basys 4.0은 오픈 소스 미들웨어로 모듈 방식으로 구성되어 있다. 이를 통해 오래된 시스템의 컨트롤 구성 요소를 최신 인더스트리 4.0 구성 요소처럼 연결한다. 이 가상의 미들웨어는 각 구성 요소에 대해 디지털 트윈을 사용하여 모든 생산 단계의 기능과 서비스를 통일된 포맷으로 맵핑하고 표준화된 인터페이스를 통해 제공한다. 따라서 모든 디지털 트윈이 전체적인 생산 환경 맵핑을 만든다. Basys 4.0은 이를 위한 관리 셸 역할을 한다.

기계는 자신의 데이터를 Basys 4.0으로 전송하고, Basys 4.0은 관련된 디지털 트윈을 로드한다. 미들웨어는 어떤 순서로 데이터가 수신되어야 하는지 센서에 지시하여 조직화되지 않은 데이터를 정형화한다. 이 단계가 무엇을 의미하는지 프라운호퍼 IESE 임베디드 시스템 수석 부서장이자 Basys 4.0 프로젝트 책임자인 Dr. 토마스 쿤이 다음과 같이 설명하였다. 프로토콜을 초월하는 엔드-투-엔드 커뮤니케이션이 가능합니다. 데이터가 관리 셸에 저장되는 순간, 데이터는 하나의 시맨틱을 갖게 됩니다. 데이터가 어떤 소스에서 오든지 상관없이 계속해서 작업할 수 있습니다.

목표는 서비스 기반 생산을 위해 데이터를 사용하는 것이다. 이는 로트 크기 1(최소 생산 단위)까지 소량 시리즈 생산이 가능하다. 이를 위해 IT의 서비스 기반 프로그래밍 원리를 PLC에 적용한다. 먼저 자동화 프로세스가 PLC에서 서비스에 캡슐화된다. 이후 PLC는 서비스 이용자가 호출하는 서비스만 제공한다. 이제 PLC는 생산 절차를 결정하고 이를 변경한다. 그 결과 PLC가 아니라 서비스 이용자를 달리 프로그래밍하거나 새로이 프로그래밍해야 하며, 이는 훨씬 효율적으로 이루어진다.

조율된 IT 스택 및 SAP 환경에 연결하기

목표는 서비스 기반 생산을 위해 데이터를 사용하는 것이며, 이는 개별 생산의 소량 시리즈 생산이 가능하다.

프라운호퍼 IESE가 데이터 관리 전문 회사인 Netapp과 디지털 전문 회사 Objective Partner와 함께 연구 프로젝트 Basys 4.0과는 별개로 구축한 운영 시스템 Basys 4.0의 IT 인프라를 사용하여 SAP 환경에 연결하였다. Netapp의 하이브리드 클라우드 인프라는 구성 요소인 서버, 스토리지 그리고 네트워크 기술이 하이퍼 컨버전스 원리에 따라 시각화되는 기초를 형성한다. 이 IT 스택은 Netapp Kubernetes 서비스에 맞추어 조율되었으며, 다양한 환경에서 컨테이너를 운반하기 위해 멀티 클라우드 컨트롤 레벨을 제공한다. Basys 4.0은 컨테이너 안에서 돌아가고, 컨테이너는 사이버네틱 클러스터 안에서 작동된다. 또한 Netapp의 스토리지 프로비전 트라이던트를 사용한다. 이 제품은 컨테이너 런업 시 스토리지뿐만 아니라 마지막 데이터 상태가 제공되도록 책임진다. 그렇지 않은 경우, 컨테이너는 새로 시작하여 런업되면서 데이터가 소실된다. Netapp 트라이던트와 스냅샷은 컨테이너에서 Basys 4.0의 높은 가용성을 보장한다.

컨테이너 접근법은 작업 현장과 ERP를 연결하는 데에도 중요한 역할을 한다. 이러한 접근법은 Objective Partner가 Basys 4.0의 참조 아키텍처와 SAP 데이터 허브를 연결할 때에 영향을 끼친다. SAP 환경의 인터페이스인 SAP 데이터 허브는 Basys 4.0과 마찬가지로 사이버네틱 클러스터에서 돌아간다. 하지만 MM, FI, CO, CRM과 같은 개별 모듈 통합은 SDA(Smart Data Access)을 통해서도 기능한다. Hyperscale의 오픈 소스 제품과 SAP-Leonardo-Suite의 도구를 사용할 수 있다. 프로젝트 파트너들은 먼저 작은 단위에서 연속적인 통신을 위해 netapp의 아키텍처 접근법을 실현하였다. 이는 지난 하노버 박람회의 IIoT-Demo에서 확인할 수 있었다.

개별 생산에 대한 준비

Netapp 하이브리드 클라우드 인프라는 구성 요소인 서버와 스토리지 그리고 네트워크 기술이 하이퍼컨버전스 원리에 따라 시각화되는 기초를 형성한다.

제조사들은 자사 기계를 위해 자체적인 프로토콜과 통신 표준을 사용한다. 이러한 현실이 업계를 연결하는 인더스트리 4.0 이행을 가로막는다. 또한 수많은 센서들이 자체 소프트웨어를 사용하고 있어, 이 역시 통신 장애를 초래하고 있다. 이에 프라운호퍼 IESE의 주도 하에 포괄적으로 커뮤니케이션할 수 있는 운영 시스템인 Basys 4.0이 기획되었다. 이는 실무에서 인더스트리 4.0 이행의 발전을 의미한다. 이 과정에서 프라운호퍼 연구소는 관심을 보이는 기업들에게 조언을 제공하고, Objective Partner는 사용자에게 인더스트리 4.0 환경을 위한 가상의 미들웨어를 구현하여, 1단계 지원(first-level support)을 제공하며, 프라운호퍼 IESE 전문가들이 2단계 레벨 지원을 제공한다. 데이터 관리 전문 회사 Netapp은 참조 아키텍처에 기여하고 네트워크화된 생산을 위해 데이터 관리를 담당하고, Objective Partner 디지털화 전문 회사는 Basys 4.0의 데이터를 SAP와 연결한다. 이후 관리 셸은 작동 중 SAP 시스템의 주문을 받고, 생선 프로세스를 스스로 제어한다. 생산 책임자는 공작물이 어느 단계를 통과하고 있는지 대시보드에서 바로 확인할 수 있으며, 고객 개별성과 대량 생산을 결합한 서비스 기반 생산에 언제든지 개입할 수 있다.