Inventcom, I/O 변경으로 만드는 디지털 팩토리

미래의 디지털 공장이 무엇을 하고, 무엇을 할 수 있는지 리포트를 통해서 추측할 수 있다. 하지만 현 시점에서 확인할 수 있는 것은 거의 없다. 독일 뮌헨의 한 개발업체가 여러 제조기계를 적용사례와 같이 연결하는데 성공하였다.

마틴 빌란트(Martin Wieland): Inventcom GmbH 매니저

그림 2: 인더스트리 4.0을 위한 현장의 네트워킹은 충분히 이루어지지 않은 경우가 대부분이다.

제조업체들은 제조비용을 산출하고, 품질을 입증하고, 공장가동률을 확인하거나 투명성을 제고하기 위해 제조공정의 많은 정보를 필요로 한다(그림 1). 이러한 목적을 위한 많은 기술을 현장에서 솔루션으로 도입하기 위해서는 극복하기 힘든 장애물들이 많다. 제조업체들의 IT 인프라와 달리 제조차원에서는 여러 양상들이 나타나고 있다. 제조현장은 일반적으로 여러 제조사들의 다양한 기계들로 구성되어 있다. 이러한 플랜트들은 표준화된 하드웨어가 없고, 데이터를 서로 교환하거나 업체 솔루션들과 교환할 수 있는 통신 프로토콜도 작동하지도 않는 경우가 많아, 인더스트리 4.0을 위한 현장의 네트워킹은 충분히 이루어지지 않은 경우가 대부분이다(그림 2).

그림 3: 가장 오래된 그리고 가장 잘 알려진 방법은 기계 데이터 수집 소프트웨어(1)와 보조 장치(MDE-터미널)(2)를 사용하는 것이다. 보조 장치는 기계의 디지털 및 아날로그 입/출력부(I/O)(3)와 연결된다.

최신 기술

그림 3은 기계의 디지털 및 아날로그 입/출력부(3)에 연결된 보조 장치(2)와 기계 데이터 수집 소프트웨어(1)를 이용하는 일반적인 기술이다. 이 솔루션은 간단한 출력 데이터만 제공한다. 일반적인 기계의 경우 각 제조사의 소프트웨어를 이용하여 PC 상에서 통신하는 솔루션을 이용한다. 시스템은 하드웨어가 추가로 필요하지 않거나 기계를 변경할 필요가 없다면 양질의 결과를 제공한다. 회사 어플리케이션과 연결할 수 있도록 소프트웨어를 조정하는 경우도 많다. 한 종류의 기계를 사용한다면 완벽하겠지만

그림 4: 여러 제조사의 제품(1, 2, 3)을 사용하면, 여러 타입의 장치를 위해 개별 솔루션이 필요하다. 이로 인해 많은 출력부를 가진 시스템과, 많은 정비 그리고 비싼 조정작업이 뒤따른다.

그림 4에서 볼 수 있듯이 여러 제조사의 다양한 장치(1, 2, 3)를 사용한다면, 각 장치에 적합한 솔루션이 개별적으로 필요하다. 많은 출력부를 가진 시스템과 그에 따른 정비 등 값비싼 조정 작업이 뒤따른다. 이러한 어플리케이션은 상호 커뮤니케이션이 원활하지 않기 때문에 장치간의 데이터 교환도 불가능하다.

통신을 위한 표준 규약

IT 인프라를 지닌 장치의 통신을 위한 일련의 표준규약이 있다(그림 5).

OPC 외에 미국시장을 위한 MT-Connect(1)을 들 수 있다. 그러나 이 솔루션은 모든 관련 장치가 각각의 표준을 지원해야 한다는 전제가 있다. 다소 오래된 기계에서는 불가능하며, 최신 제품도 많은 표준 가운데 하나만 지원한다. 하나의 표준을 지원하도록 모든 제조유닛을 변경하려면 많은 비용이 추가로 들어가며, 고객별 기계에서는 품질보증, 서비스, 확장성과 관련된 문제가 발생한다. 또한 개별기계에서는 여러 표준으로 데이터 교환 가능성이 없어, 단말기 간 통신이 불가능하다. 기술적 장치들은 가능한 모든 변이형에서 여러 영역에서 오는 많은 데이터들을 제공할 수 있다는 점을 고려해야 한다. 출력은 수백 가지의 명령 가운데 하나로 이루어진다. 조회와 관련하여 모든 정보를 출력하는 것은 기술적으로 현실성이 없고, 높은 장치 부하와 네트워크 부하 외에 불필요한 막대한 양의 정보를 양산하게 된다. 따라서 플러그&플레이 솔루션은 공급자의 시각에서 의미가 있지만, 요건을 충족하지 못하는 한정된 수의 데이터를 출력한다.

그림 5: IT 기술적 장치의 통신을 위한 일련의 표준 규약이 당연히 있다. OPC 외에 미국 시장을 위한 MT-Connect(1)이 그 예시이다.

■ 수정작업 없이 증가하는 전체기계를 모니터링할 수 있는가?

■ 여러 타입의 장치 솔루션 구매를 방지할 수 있는가?

■ 여러 기계의 데이터를 동일하게 또는 비교할 수 있게 출력 가능한가?

■ 미래의 제조 시스템을 간단하게 연결할 수 있는가?

뮌헨의 소프트웨어 업체 Inventcom이 미국에서 급속도로 성장하고 있는 제조업체 Top 500 가운데 한 곳에서 다년 간 실시한 프로젝트의 해답을 도출했다. 이번 프로젝트의 목표는 여러 제조사 300여 개의 기계로부터 제조 공정과 제품 품질에 관한 정보를 수집하는 데에 있었다. 여기에 하드웨어를 추가로 사용하지 않고 기계도 수정하지 않는 것이 큰 도전이었다.

그림 6: 모듈 구조의 이 솔루션은 코어(1)와 제조유닛 연결을 위해 연결 가능한 확장장치(2, 3, 4)로 구성된다.

입력과 출력만 변경하다

Inventcom는 새로운 아이디어를 실현할 수 있는 기술을 개발하였다. 기계에 값비싼 보조장치를 장착하거나 기계를 수정하는 대신, 통신을 통한 추상적 레벨을 이용하였다. 제조사가 제공하는 통신방법을 변경하지 않고, 입출력만 IT 표준 어플리케이션이나 제조사 장치가 이해할 수 있도록 변경하는 방법이다. 이는 특허 출원한 CNC-Net-PDM이라는 표준 소프트웨어로 구현되었다. 이 솔루션(그림 6)은 모듈구조로 코어(1)와 제조유닛 연결을 위한 확장장치(2, 3, 4)로 구성된다. 확장장치는 소프트웨어 플러그인으로 구현되고, 기계는 자체모듈을 사용할 수 있다. 플러그인은 사용자, 기계 제조사 또는 Inventcom이 각 유형의 장치에 대해 작성하고 조정할 수 있어, 기존 소프트웨어는 변경할 필요가 없다. 제조사별 솔루션이나 여러 표준규약으로 작동하는 기계들을 하나의 솔루션으로 회사 어플리케이션과 연결할 수 있다.

각 플러그인은 각 기계와 통신하기 때문에 제조사와 연결되어 있다고 가정한다. 통신은 시간이나 이벤트를 기반으로 제어되거나 이루어진다. 시간제어에서는 플러그인이 설정 가능한 주기로 기계로부터 데이터를 판독하거나 데이터를 기록하라는 명령을 받는다. 이러한 절차는 이벤트 기반으로 작동하는 한, 연결되어 있는 장치의 변경을 통해 결정된다. 데이터를 수집하기 위해 명령이 기계별 프로토콜에 존재하는 전송매체를 통해 단말기의 표준통신 인터페이스로 전송된다. 수신되는 응답을 확인하고, 표준화된 텔레그램으로 변환하여 사용자의 IT 솔루션으로 보낸다. 매개변수를 설정하고 기계를 제어하기 위해 표준화된 지침이 사용된 프로토콜의 명령으로 전환되어 수신자에게 전송된다. 주문 데이터 또는 개입 한계값을 매개변수로서 장치에 저장할 수 있다. 이러한 데이터는 기계 데이터와 함께 읽고 출력할 수 있다.

여러 제조사 기계들을 동기화하기 위해서는 첫 번째 장치의 입력데이터를 표준화된 명령으로 변환한다. 표준화된 명령은 제어할 두 번째 장치의 번호 외에 실행할 명령 코드를 포함한다. 수신하는 장치 드라이버는 코드를 이용하여 수신자의 장치별 프로토콜에서 명령을 선택하여 수신자에게 전송한다. 이렇게 여러 제조사 기계들은 서로의 “언어”를 이해하지 못하더라도 통신이 가능하다.

그림 7: 생산량 평가 시 출력은 증분 방식으로(마지막 조회 이후 수량 변동) 또는 누적 방식으로(출력된 전체량) 확인할 수 있다.

CNC-Net-PDM 소프트웨어는 여러 매개변수를 동시에 읽고, 기계상태를 식별하고 출력할 수 있다. CNC 기계의 경우 설정된 작동모드, 프로그램, 오류상태 등이 매개변수이다. 이러한 정의를 여러 기계에 맞춰 조정하고 모든 기계의 출력 결과를 통일성을 갖도록 하였다. 제조업체는 생산량에 대한 정보를 기계에서 수집되고 저장한다. 저장영역은 자유롭게 선택할 수 있다. 여러 기계의 다른 소스에서 데이터를 조회할 수 있도록 소프트웨어를 구성할 수 있다. 출력은 마지막 조회 이후 수량 변동의 형태로 또는 총 생산량의 형태로 이루어진다(그림 7).

상태 데이터, 수량 데이터, 품질 데이터

제조업체는 제품결함이나 마모원인을 확인하거나 의무기록을 위해, 품질 데이터와 프로세스 데이터를 수집한다. CNC-Net-PDM 소프트웨어는 정보를 다수의 소스로부터 동시에 조회할 수 있고 서로 통신하며 피드백할 수 있다. 상태 정보를 포함하여 출력이 가능하며, 고장과 작동중지에 대한 원인을 확인할 수 있다. 또한 소프트웨어를 통해 주문 데이터를 수집할 수 있다. 작동 데이터 수집을 위해 기존 솔루션을 이용하면 기계 데이터를 판독할 때마다 외부 어플리케이션도 조회할 수 있다. 피드백된 정보는 기계 데이터와 함께 전송할 수 있고, 데이터 기록기능을 통해 정보를 컨트롤에 저장하고 컨트롤을 통해 피드백 받을 수 있다.

기계들간의 언어를 서로 이해하지 못해도 통신은 가능하다.

라인홀드 셰퍼(Reinhold Schäfer), 자동화 에디터