브라운필드를 위한 산업용 IoT

[인더스트리뉴스 방제일 기자] 오래된 브라운필드(Brownfield) 시스템을 개선하기 위해 데이터를 이용하는 것에 어려움이 있었다. 이에 B&R은 사용자가 디지털화를 통해 격리된 기기의 운전 데이터에 용이하게 연결하고 실시간 OEE 감시를 포함해 자동화된 데이터 획득과 통합, 분석으로부터 편익을 누릴 수 있도록 하는 솔루션을 개발했다.

전반적 기기 효율성(OEE)은 생산 자산의 생산성을 추적하는 데 이용되는 핵심적 성능 지표다. OEE를 계산하는 데 이용되는 세 가지 기반이 되는 계수들은 총 유닛 수량에 대한 합격품 유닛의 비율, 설계 속도에 대한 생산 속도의 비율 및 예정된 생산 시간에 대한 실제 가동 시간의 비율이다.

예를 들어 영(0)의 계획되지 않은 공장 정지 시간 달성과 같이 이들 계수 중 하나를 완벽하게 최적화하면 그 계수에 대해 100%의 평가가 주어질 것이다. 이 세 가지 계수를 곱해 주면 OEE 수치가 얻어진다.

각 계수에 대한 최적의 수준을 정의하기 위한 보편적으로 허용되는 방법은 존재하지 않기에 이들 계수가 일관성 있게 계산된다고 하더라도 상이한 생산 라인이나 설비 사이의 OEE 레이팅을 비교하는 것만이 유일하게 합리적인 방법이다.

최신 기술에 접근하는 소위 커넥티드 생산 시스템은 인더스트리 4.0과 IIoT에서 구상되는 유형의 솔루션을 구현하기 위해 광범위한 기술 및 운전 데이터를 수집하고 평가할 수 있다. 백지 상태에서 출발하는 그린필드 프로젝트에 대해서는 이런 특징을 손쉽게 기대할 수 있다. 그러나 다수의 공장 현장에 있어 현실은 이것보다 더 복잡하다.

B&R의 르네 블래시크(René Blaschke) IIoT 브라운필드 통합 전문가는 “기업 입장에서 간단히 모든 설비를 치워버리고 무에서부터 다시 시작하는 것은 불가능하다”고 말했다.

새로운  IIoT 솔루션을 지원하기 위해 구형 기기를 개보수할 때 첫 번째 단계는 그의 운전 데이터의 수집과 통합을 자동화하는 방법을 찾는 것이다. 그 다음에는 이 데이터를 이용해 OEE를 계산해야 하며 그 결과에 의해 생산성 손실이 드러나고 전반적 성능을 개선하기 위한 기반이 주어진다.

브라운필드로부터의 자동화된 데이터 획득
현재도 기계 조작자가 공책과 연필을 사용해 운전 데이터를 기록하는 일이 드물지 않다. 그 다음 이 데이터는 처리를 위해 분석가의 책상으로 전달된다. 이것은 디지털 시대의 실시간 분석이라는 이상과 거리가 멀 뿐만 아니라 모든 근무조가 기록된 데이터를 일관성 있고 표준화된 방식으로 기록할 것이라 기대할 수 없다.

블래시크 전문가는 “이것은 생산 데이터 획득에 있어서의 악명 높은 문제점이었다”고 지적하며, “상이한 기계 사이의 성능을 비교하는 것도 매우 곤란해진다”고 강조했다.

사용수명에 대한 기대값
산업용 제조기기는 특히 사용 수명이 길다. 기계류의 수명은 전형적으로 25~30년에 달하며 15년 전에 설치된 기계가 앞으로 10년간 계속 사용되는 것은 흔한 일이다. 인더스트리 4.0의 구현을 계획하는 기업에 있어 이것은 기다리기에 너무 긴 세월이다. 따라서 사용자에게 필요한 것은 브라운필드에 있는 기기의 잔여 사용 수명에 대한 간극을 메우는 최적의 방법이다.

공장 관리자에게 이것은 정상적으로는 필요한 연결성이 결여돼 있는 기계와 기기로부터 데이터를 수집하고 분석할 수 있는 신뢰성 높은 방법을 찾아낸다는 것을 의미한다. B&R은 새로운 오렌지 박스로 놀랄 만큼 간단하게 처리할 수 있음을 입증했다. 블래시크 전문가는 “오렌지 박스는 기존 기계와 생산 라인의 정지 시간을 현저히 단축하고 가용성을 제고할 수 있다”며, “그렇게 되면 사용자의 운전의 생산성과 수익성은 전체적으로 더욱 높아진다”고 말했다.

스마트폰 통지
예를 들어 오렌지 박스는 개방된 안전 도어와 같은 문제를 기계 조작자들이 직접 스마트폰을 통해 통제할 수 있다. 조작자는 즉각적으로 반응하고 가능한 한 신속히 생산을 재개할 수 있다. 계획되지 않은 정지 빈도가 명확히 기록된다면 어디를 개선 대상의 목표로 삼아야 하는 지가 명확해진다.

각 기계 사이, 생산 라인 사이 또는 근무조 사이의 생산성을 비교함으로써 추가적인 개선 잠재력을 식별할 수 있다. 블래시크 전문가는 “상대적으로 사소한 조정을 통해 생산성에 극적인 영향이 미치는 일이 자주 발생한다”며, “유지보수 시간과 휴식 시간을 보다 잘 조정하는 것은 아주 좋은 예”라 밝혔다.

간단명료한 기술
기술적 관점에서 볼 때 오렌지 박스 개념은 간단명료하다. B&R 컨트롤러는 유선으로 연결된 입출력 채널을 통해 혹은 통신 프로토콜을 이용해 직접 기계 컨트롤러로부터 운전 데이터를 읽는다. 오렌지 박스는 각각 INA, ISO on TCP 혹은 EtherNet/IP 프로토콜을 통해 B&R과 지멘스 또는 로크웰 컨트롤러로부터 데이터를 읽고 그것을 OPC UA 메시지로 변환하고 처리한다.

블래시크 전문가는 “OEE 값과 같은 결과는 직접 기계 상에 표시되거나 상위 시스템으로 전달될 수 있다”고 설명한다.
오렌지 박스는 MES 또는 ERP 시스템으로부터 데이터 접근을 허용하는 OPC UA 서버를 갖추고 있다. 엣지 장치로서 이용되는 경우에 오렌지 박스는 데이터를 클라우드로 전송할 수도 있으며 모든 제조 자산으로부터 운전 데이터의 명확한 개관을 제공한다.

나아가 오렌지 박스는 계획되지 않은 정지가 빈번히 발생하는 생산 라인에 정지 시간이 극히 드물게 발생하는 라인으로 바꿀 수 있다.

사용자의 솔루션에 적합한 mapps
블래시크 전문가는 “오렌지 박스는 가능한 최선의 편익을 제공하도록 하려면 설정하기 쉽고 사용하기 쉬워야 한다는 점을 우리는 잘 알고 있었다”고 설명한다. 이런 이유로 B&R은 솔루션을 모듈형 mapp기술 컴포넌트를 중심으로 구축했다. 이것은 mapp 컴포넌트나 간단히 ‘mapps’라고 부르며 자동적으로 정보를 교환하도록 사전에 프로그램화된다. mapp 컴포넌트의 설정은 전자우편 계정의 설정만큼이나 용이하다.

예를 들어 몇 가지만 신속히 설정하면 mapp OEE는 이미 기계의 OEE 데이터를 제공할 준비가 갖춰진다. 블래시크 전문가는 “코드는 단 한 줄도 작성할 필요가 없다”고 강조한다. mapp OEE는 백그라운드에서 작동하는 HMI 컴포넌트를 수반하며 컴포넌트는 B&R의 HTML5 기반 HMI 솔루션인 mapp View와 함께 어떠한 웹이 활성화된 장치 상에서 실시간 콘텐츠를 표시할 수 있다. 직관적 대시보드는 모든 가장 중요한 정보에 대한 한 눈에 보는 오버뷰를 제공한다.

사용량 기반 과금
오렌지 박스는 전통적인 제품이라기보다는 각 고객과 기계의 고유한 요구에 의해 형성된 개념적 솔루션이다. 특정한 기능은 간단히 적절한 mapps를 추가함으로써 수요에 따라 맞춤화될 수 있다. 예를 들어 mapp Alarm으로 경보 시스템을 설정하고 전자 우편이나 문자 메시지를 통해 관련 경보를 기계 조작자들에게 보내기 위해 mapp Tweet을 이용한다. 또한 PackML과 같은 산업 표준도 오렌지 박스에 손쉽게 통합될 수 있도록 mapps에 편리하게 패키지화돼 있다.

블래시크 전문가는 “고객으로서의 사용자는 정확히 필요한 기능만을 고르고 선택할 수 있다”며,  “스마트폰 상의 앱과 마찬가지로 사용자는 선택한 것에 대해서만 지불하면 된다”고 언급한다. mapp기술 플랫폼에 의해 제공되는 소프트웨어 관리 기능은 오렌지 박스 사용자로 하여금 LAN이나 WLAN 혹은 USB 메모리 장치를 통해 업데이트나 새로운 mapp 컴포넌트를 설치할 수 있도록 한다.

고객 요구에 의한 형성
오렌지 박스의 모듈형 소프트웨어는 동일한 모듈형인 하드웨어에 의해 보완된다. 가장 작은 형태는 폭 25mm의 콤팩트 컨트롤러로 구성된다. 필요한 데이터를 수집하고 기계에 대한 OEE를 계산하는 데에는 이 컨트롤러와 mapp OEE 이외의 다른 것은 요구하지 않는다. 

경보 관리나 에너지 감시와 같은 보다 고급 기능이 필요하다면 보다 강력한 컨트롤러와 추가적인 소프트웨어 컴포넌트에 의해 간단히 솔루션을 확장할 수 있다. 오렌지 박스에 현대식 인터페이스까지 제공하고자 하는 고객은 통합 컨트롤러나 패널 장착 PC 장치가 갖춰진 조작자 패널을 추가할 수 있다.

블래시크 전문가는 “모든 하드웨어와 소프트웨어는 완벽한 상호운용성을 갖추고 있다”고 지적한다. 공장은 추가 비용 없이 다른 기계에 다른 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 이용할 수 있다. 오렌지 박스는 힘들이지 않고 신속히 브라운필드 기기를 디지털 절연으로부터 끌어내 산업 사물인터넷 시대가 제공하는 편익을 누리도록 한다.

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