RFID, 프로세스 가속화 수단

인더스트리 4.0의 목적은 통신 기술을 바탕으로 공장 안의 모든 대상을 네트워킹하는 것이다. 구성품이 생산 공정 중에 스스로 제어될 수 있으려면, RFID(Radio Frequency Identification) 및 NFC (Near Field Communication)와 상응하는 기술이 있어야 한다.

프랑크 린치:Schreiner 그룹 역량 센터 Schreiner Logidata의 비지니스 매니저

RFID 기술

  • RFID 시스템은 사물 표면이나 내부에 위치하는 트랜스폰더로 구성된다. 이때 사물은 생물일 수도 있다. 트랜스폰더 자체가 표시 기능이 있는 코드를 포함하며, 이 코드를 판독하기 위해 판독기가 필요하다.
  • RFID 트랜스폰더는 가축이나 사람에게 이식할 수도 있다.
  • RFID 트랜스폰더를 특수한 프린팅 기법을 통해 경제적으로 안정적인 폴리머 회로로 제작할 수도 있다.
오늘날 RFID 식별 시스템은 기계 제조 분야에서 프로세스 절차를 안전하고 효율적으로 제어하는 데에 도움이 되고 있다.
오늘날 RFID 식별 시스템은 기계 제조 분야에서 프로세스 절차를 안전하고 효율적으로 제어하는 데에 도움이 되고 있다.

오늘날 기계 엔지니어링에서는 RFID를 바탕으로 하는 식별 시스템은 떼어놓고 생각할 수가 없다. 이 식별 시스템을 통해 공정 절차를 안정적이고 효과적으로 통제할 수 있기 때문이다. 현재 공구 컨트롤에서 사용하고 있는 RFID 솔루션들은 주로 직접 공구나 캐리지에 재사용 가능한 솔루션으로 사용된다. 연속적인 프로세스 컨트롤을 위해서 다음 단계는 대상 표면에 부착되는 RFID 라벨에 기계 구성품과 장치 구성품을 표기하는 것이다. 이러한 스마트한 유형의 코드는 거의 대안이 없다.

바리에이션 다양성이 크고 제조 모델이 유연하여, 제조사들은 항상 제조, 조립, 그리고 스마트한 서비스 컨셉트와 관련하여 새로운 과제에 직면한다. 인더스트리 4.0 철학을 데이터 지원되는 제조 공정과 하나로 통합하기 위해서는 프로세스 체인에 관련하는 참여 요소들이 필요하다. 독일에서는 이 용어를 여러 곳에서 들을 수 있지만, 다양한 트렌드세터들의 몇몇 독립 프로젝트를 제외하고는 진척된 바가 별로 없어 결과적으로 국제적 경쟁에서 귀중한 비용 우위 및 효율성 우위를 제대로 활용하지 못하고 있다. 업계에서는 경제성 때문에 RFID 기반의 자동화된 솔루션에 흥미를 보이는 것은 아니다. 기계 및 장치 엔지니어링에서 시장 개발은 소량 양산 및 개별화된 제품으로 가는 경향이며, 다른 방법으로는 이런 경향을 극복할 수가 없다. 제조 공정이 점점 더 복잡해지기도 한다. 전자장치 콤포넌트 가공 중에 회로 기판은 최종적으로 차량이나 장치에 장착되기까지 최대 10개의 스테이션을 거친다. 회로 기판을 만들고 회로와 도체 경로를 실장할 때에 확연히 큰 잠재성을 제공하는 것은 회로 기판에 필요한 메모리 모듈과 콘덴서를 실장하는 것이다. 회로 기판에 직접 심는 개별화된 RFID 마스터 ID를 통해 개별 피스 수준에 이르기까지 적합하게 실장할 수 있고, 따라서 그것만으로도 이미 프로덕션 4.0의 토대를 놓을 수 있게 된다. 예를 들면 긴급 주문은 제조 절차 상 필요하다면, 벨트 스위치를 통해 실장을 자동으로 앞쪽에 배치할 수 있다. 여러 가지 실장 프로세스가 후방에 배치되어 있다면, 기본 회로 기판이, 자신에게 어떤 일이 일어나야 하는지 또는 다양한 스테이션을 자신이 이미 거쳐왔는지를 알려준다.

목표는 명확한 RFID 마스터 라벨이다

점점 더 복잡해지는 가치창출 체인을 보다 투명하고 보다 효과적으로 제어할 수 있기 위해, 인더스트리 4.0을 향하여 정렬된 생산 공정에서는 작업 절차상의 유연성이 훨씬 더 많이 필요하다. 앞으로 다가올 제품 생산 공정에서는 무엇을 해야 하는지를 제조셀에 알려주어야 한다. 이런 방법으로 외부 공정도 연결할 수 있고 다른 벨트로 신속하게 교체하는 것도 가능하다. 그러나 이 모든 것은 명확한 RFID 마스터 라벨이 있어야 가능하다. 마스터 라벨이 있으면 자체 생산과 상황 파악을 넘어 외부 생산 시설에 단절없이 통합할 수 있다. 그리고 작업 단계 간 물류, 품질 관리, 중간 유통을 납품 경로 기록도 자동화할 수 있다. RFID가 부착된 하우징에 콤포넌트를 장착할 때에 배치 ID 또는 용기 ID를 끊김없이 할당하면 용기 차원에서 배치를 완벽하게 역추적하는 것이 가능한데 이로 인해 기업들은 A/S가 발생할 경우 신속하고 경제적으로 대응할 수 있다.

네트워크로 연결된 제조 환경의 중요 축인 RFID 솔루션에 대한 요건

인더스트리 4.0을 실현하고자 하는 경우 가장 작은 콤포넌트 또는 대상도 믿을 만하게 기계와 통신할 수 있어야 한다. 이를 위한 전제 조건이 극도로 작은 RFID 라벨로, 이 라벨은 금속 위에서도 신뢰할 수 있게 작동한다.
인더스트리 4.0을 실현하고자 하는 경우 가장 작은 콤포넌트 또는 대상도 믿을 만하게 기계와 통신할 수 있어야 한다. 이를 위한 전제 조건이 극도로 작은 RFID 라벨로, 이 라벨은 금속 위에서도 신뢰할 수 있게 작동한다.

네트워크로 연결된 제조 환경에서 중요 축이 될 RFID 솔루션은 많은 요건을 충족해야 한다. 그 가운데 하나는 업계 표준을 만드는 것이다. 다수의 국가와 참여자들이 제한받지 않고 RFID를 사용하기 위해서는, 데이터를 갖는 RFID 라벨에 대한 표준을 정립해야 하고 모든 관련 요소들이 참여하여 상호 통신할 수 있는 통일된 소프트웨어 데이터 레이어가 있어야 한다. 또 구성품 표시의 표준을 통해 제품 레벨에서 포괄적인 통신이 가능해야 한다. 이를 위한 전제 조건으로는 모든 관련 요소들이 동일한 필드에서 RFID 칩에 정보를 저장해야 한다. 이를 통해 모든 관련 요소들이 동일한 “언어“로 소통하는 것이 보장된다. 기본이 되는 정보는 제조사 ID, 제품 ID, 제품 번호, 날짜 등이다. 현재 사용하는 라벨에서는 전자 제품 코드(Electronic Product Code, EPC)로 96 ~ 480bit를 사용한다. 가공물을 바리에이션 A, 바리에이션 B 또는 바리에이션 C에 따라 가공해야 하는지 등의 최신 제조 정보는 전형적으로 512bit 용량의 사용자 메모리에 저장된다. 메모리에 저장된 정보는 구성품에 직접 부착되고, 필요에 따라 판독, 수정, 삭제할 수 있다. 이로써 중앙 소프트웨어에 직접 연결하지 않고도 제조 환경에서 구성품과 관련된 정보를 얻는다. 그렇다면 생산 체인의 모든 부분들이 각 업체들의 경계를 넘어서 동일한 RFID 칩에서 동일한 정보를 이용하는 것을 어떻게 보장할 수 있는가? 통일된 업계 표준을 정의하기 위해서는 업계 협회와 대형 경영자들이 협력하여 기준안을 함께 개발해야 한다. 좋은 예시로 VDA(자동차산업협회)와 자동차 브랜드들 또는 IATA (국제항공운송협회) 그리고 항공산업들이 있다. 협회의 권고 이면에는 시장에 큰 플레이어가 있다는 점도 매우 중요하다. 그렇지 않다면 여러 표준들의 군비 경쟁이 촉발하게 되고, 표준안 이행을 위한 분위기보다는 불신으로 이어질 것이기 때문이다. 특히 RFID 솔루션에 장착되는 칩이나 안테나는 너무 제약이 많으면 안 된다는 점에 유의해야 한다. 업계가 한 가지 타입의 칩이나 한 제조사의 칩으로만 지정한다면, 경우에 따라서 보다 유리한 보다 유연한 옵션을 포기해야 할 것이다.

까다로운 환경에서 표기를 할 때 발생하는 기술적 장벽

CLD_DistaFerr_Mini_auf_Bauteil_${51057842} (Maschinenmarkt)

기계 또는 장치 제조업에서 종래의 RFID 솔루션은 바로 한계에 부딪힌다. 금속과 같은 어려운 재료로 인해 RFID 라벨을 최적화해야 한다. 특정 어플리케이션은 금속, 카본, ESD에 사용하는 RFID에 대해 폭넓은 스펙트럼의 제품을 제공한다.

금속 하우징이나 플라스틱 하우징도 프라이머 처리, 코팅 또는 분말 코팅을 자주하고, 이때 고온이 작용하는 다양한 건조과정을 거쳐야 한다. 여기에서 표준 RFID 라벨은 요구 조건을 충족하지 못한다. 이에 대해서도 적합한 솔루션이 있다. 적절한 RFID 데이터 매체는 금속 바탕에 붙어 있어야 하고 가독성을 유지해야 한다. 목표는 데이터 매체의 가독성을 거의 100% 유지하고, 실무에 있어서 적합한 판독 거리 1.5 ~ 2m를 유지하는 것이다. 또한 라벨은 코팅과정에서 실리콘이 침투하거나 수축되면 안 된다. 라벨 주변에 코팅되지 않는 영역이 발생하기 때문이다. 일반적으로 RFID 라벨은 최고 85°C의 온도는 견디도록 되어 있다. 그러나 코팅 욕조와 건조과정에서 최대 220°C까지 버텨야 한다. 그런 프로세스에 대해서는 고온용 RFID 라벨이 있고, 이 라벨은 최대 230°C의 열에도 허용된다.

대부분의 RFID 라벨은 명판으로도 사용할 수 있다. 따라서 매우 안정적이고 기후와 여러 사용 조건에 대해 견고해야 하는데, 다양한 코팅을 적용한 RFID 라벨들이 나와 있고, 이러한 라벨들은 하우징 섀시에서 확실하고 지속적으로 정보를 제공한다.

컨테이너, 팔레트, 트레이 등의 제조 부품 캐리어도 RFID 칩으로 표시한다. 컨테이너와 트레이를 연속적으로 파악하는 것은 제조 공정에서 재료의 장착과 준비에서 효율성을 극대화하기 위해, 또 장착된 부품을 배치 레벨에서 물류를 위해 분류하고 자동적으로 등록할 수 있기 위해 중요한 요소이다. 생산 과정에서 RFID 라벨을 장착한 컨테이너는 자동으로 등록되며, 사람이 손으로 판독할 필요가 없다. 제조 라인 직전 또는 제조 라인 상의 공급 경로에서 트레이나 블리스터는 RFID를 통해 자동으로 등록되고, 처리된 배치로 시스템에 저장된다. 따라서 개별적으로 인코딩되어 있지 않아도 전자 어셈블리들을 반송 또는 리콜하는 경우 어느 배치에 해당되는 지를 바로 확인할 수 있다. 이 기술을 이용하면 팔레트가 비어 있어도, 부품이 빽빽하게 쌓여 있어도 부품이 완성품인지를 파악할 수 있다. 상품 입하와 출하도 자동으로 등록되어 각 제조셀에서 자동화된 RFID 칸반(Kanban)에 방해가 되는 것은 더 이상 없다. 빈 컨테이너의 점검 최적화를 통해 매우 엄격한 재고 관리로 이어지며, 실제 현장에서 Pool 재고를 최대 30%까지 절감할 수 있다. 또한 공정에서 필요한 서비스 문서나 외부 파트너를 위한 서비스 지침을 NFC 명판을 통해 제어할 수 있다. 서비스 파트너가 라벨뿐만 아니라 자신의 스마트폰을 이용하여 제조사의 인터넷 플랫폼에도 접근할 수 있고, 새로운 실제 데이터를 라벨에 저장할 수 있다. 따라서 외부 영역에서 추가의 RFID 판독기가 전혀 없어도 부품과 데이터 뱅크에서 이력이 단절되지 않도록 관리할 수 있다.

인더스트리 4.0의 의미에서 어셈블리나 구성품에 부착된 RFID 라벨은 장비들과 의사소통을 한다.
인더스트리 4.0의 의미에서 어셈블리나 구성품에 부착된 RFID 라벨은 장비들과 의사소통을 한다.

현실에서 사용되는 RFID 라벨

요즘 시장에는 폭넓은 RFID 라벨이 제공되고 있다. 고객의 프로세스를 분석하고 올바르게 컨설팅한 후 각 업체들은 자사의 장치에 RFID 마스터 라벨을 장착하면, 이를 통해 공정 체인에서 수많은 장점이 생긴다. 각기 다른 제조 셀에서 유연하게 생산이 이루어지고 절차를 효과적으로 컨트롤하고 조립 코스에서 유닛들을 자동으로 파악할 수 있다. 이러한 RFID 라벨은 상품 출하, 중간 유통, 서비스 업체, 최종 고객까지 이르는 물류 체인에서도 활용할 수 있다.

최초의 구체적인 아이디어를 시작으로 산업체 현장에 구현되기까지는 대략적으로 약 2년여 시간이 걸린다. 기계 제조와 같이 긴밀히 네트워크화된 분야에서는 데이터 구조와 RFID 칩에 대한 최소 데이터와 관련하여 모든 파트너들이 포괄하여 표준을 정하는 데에 5년 이상이 걸린다. 물론 초기에는 독립적인 솔루션이 만들어지는 경우가 많다. 네트워킹을 하지 않고 RFID를 사용함으로써 현저한 부가가치를 올릴 수 있는 것은 기업들이 그러한 독립적 솔루션을 사용한다. 다소 큰 중견기업들이 이에 해당하는데, 이런 기업에서는 RFID칩을 이용한 솔루션이 대체적으로 신속하게 구현하고 있다.