디지털화 – 시급한 과제

모두가 빅 데이터에 대해 이야기하고 일부는 데이터 수집을 위해 시스템을 구축하기도 했다. 그러나, 기계 및 프로세스에서 생성된 데이터의 잠재력을 최대한 활용하는 이는 거의 없다. 세라믹과 금속 분말의 정밀 성형을 위한 전기 유압 프레스를 겸비한 DORST사는 고객들이 이 소중한 정보에 접근할 수 있도록 B&R의 기술을 사용한다. 지능형 유지보수를 위해 기계를 구축한 고객은 어떤 데이터를 수집할 것인지, 누가 이 데이터에 접근할 것인지를 지정할 수 있다.

Digitalization – A pressing matter
DORST 프레스는 수 많은 자동차 공급업체에서 고정밀 변속기, 엔진 부품 및 기타 안전 관련 부품 제조에 사용되고 있다. (출처: DORST)

때때로 생산 배치에 구매자의 품질 요건에 미달하는 일부 ‘불량 사과(bad apples)’로 인해 납품 전체가 거부되는 결과를 초래한다. 이는 해당 업체의 평판에 나쁜 영향을 미치는 만큼, 결산 실적에도 좋지 않다. 바이에른에 본사를 둔 금속이나 세라믹 분말과 과립 형성용 프레스 및 플랜트 제조업체인 DORST 테크놀로지(Dorst Technologies) 사는 고객에게 이러한 일이 발생하지 않도록 최선을 다하고 있다.

부가 가치를 지닌 파우더 프레스

키워드는 디지털화에 있다. 150년 된 이 회사는 2016년 초 디지털화 부서를 설립하여 독일 인더스트리 4.0 운동의 선구자로 자리매김했다. 이러한 행보는 두 가지 목표를 달성했다. 우선, 새로운 부서는 생산 물류 및 제조 공정 자체를 포함하여 수십 년간 발전해 온 내부 프로세스를 검토하고 평가하는 업무를 담당했다. 또한, 이들은 DORST 고객에게서 매력적이고 가치있는 새로운 서비스와 디지털화의 가능성을 파악했다.

디지털화는 여전히 기계 제작자와 운영자 모두에게 새로운 영역이며, 구현 초기 단계에서는 특정 편익에 대한 구체적인 증거를 입증하기 어렵다. 따라서 초기 투자에 나서도록 설득하여 고객의 신뢰를 얻기란 쉬운 일이 아니다. “우리가 제공하는 솔루션이 무엇이든 가능한 한 빨리 고객이 확실하게 체감할 수 있는 부가가치를 창출해야 한다는 점만이 명백했습니다.” 디지털화 팀을 이끌고 있는 정보기술 디렉터인 허버트 그뢰블(Herbert Gröbl) 씨의 말이다. “이를 위한 가장 좋은 방법은 관리 가능한 단계와 명확하게 정의된 목표를 설정하고 미처리된 기계 및 프로세스 데이터의 저장소에 접근할 수 있도록 하는 것입니다.”

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DORST는 전 세계 주요 제조사들이 많이 찾는 과립 및 분말 형성을 위한 유압 및 전기 프레스를 제작한다. (출처: DORST)

효율적인 빅데이터 접근성

그뢰블과 그의 팀은 작업 수행 비용과 노력을 최소화 하면서도 보안과 유연성을 극대화 할 수 있는 소프트웨어 솔루션을 찾고 있었다. 처음 눈길을 돌린 곳은 유명 소프트웨어 대기업이었다. “이들 기업은 우리가 염두에 두고 있는 많은 기능을 갖춘 매우 진보된 IoT 플랫폼을 제공하고 있었습니다. 그러나, 이들 제품은 일반적으로 고가의 폐쇄형 시스템이었습니다. 더구나 기계와 소프트웨어 사이의 간극을 해소하기에는 일반적으로 경험이 부족했습니다.” 그뢰블 씨는 이렇게 덧붙였다.

초기 논의 끝에, DORST는 소프트웨어 회사에서 제안한 맞춤형 솔루션을 거절했다. “소프트웨어 전문업체로서 그들이 자사의 솔루션에 정통한 것은 의심의 여지가 없었습니다. 다만, 문제는 우리가 모든 단계를 따라다니며 모든 세부사항을 일일이 설명해야 한다는 것이었습니다. 그래서 결국, 우리는 적어도 국제적으로는 거의 알려지지 않은 파트너를 우리곁에 두어야 했을 것입니다.”

이는 많은 고객에게 거래 성사의 장애요인인 까닭에, 설치와 동시에 즉시 사용 가능한 솔루션을 모색하는 일을 계속했다. DORST는 지난 수년간 B&R 제품을 사용해 왔기에 프로세스 및 공장 자동화 분야에서 이미 제대로 확립된 – 자동화 스페셜리스트인 APROL 소프트웨어를 검토하는 한편, 디지털화 플랫폼으로써 그 적합성을 테스트하는 것이 합리적 방안이었다.

그뢰블 씨는 “APROL이 가야 할 길이라는 것을 깨닫는 데는 그리 오랜 시간이 걸리지 않았습니다. 이 플랫폼에는 이미 우리가 필요로 하는 거의 모든 것이 있었습니다.”라고 회상했다. “따라서 2017년 시스템 구축작업이 시작된 직후에 우리는 이미 첫 번째 가시적인 성과를 얻었습니다.” 그의 팀은 B&R의 APROL 전문가와 오랫동안 자격을 갖춘 파트너인 메가시스템즈(Megasystems)의 지원을 받았다. 이 공동 개발을 통해 도출된 솔루션은 특히 모듈화되고 개방성과 확장 가능성을 겸비한 동시에 최신 보안 표준에도 부합한다.

기존 자산에 영향을 미치지 않는다

B&R은 다양한 유형의 기계 및 플랜트 컨트롤러에서 생성된 데이터를 활용할 수 있는 각종 통신 인터페이스를 제공한다. 그러나 DORST는 다른 경로를 선택했다. 기존 시스템에 영향을 미칠 수 있는 위험을 배제하고자, DORST는 해당 기계의 컨트롤러와 동일한 세컨드 컨트롤러를 장착하여 기계 및 공정 데이터를 연동한다. 이로써 메인 기계 컨트롤러를 수정하지 않고도 추가 센서를 연결할 수 있게 되었다.

“이와 같이 수집된 모든 데이터는 전적으로 사용자의 자산입니다.” 그뢰블 씨의 말이다. 그들은 이러한 접근방식에 필요한 IT 및 데이터베이스 전문지식을 갖춘다면, 자사 고유의 IoT 솔루션을 구축하거나 기존의 MES 시스템과 연결할 수 있다. 그러한 전문지식을 자체 보유하지 않은 고객들을 위해, DORST는 두 가지 레벨의 심층 솔루션을 개발했다.

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자동차 부품 제조업체는 개별 생산 부품에 대한 데이터를 기록, 문서화 및 처리하는 품질 보증 방안을 구현해야 할 필요성이 커지고 있다. 이를 위해 DORST는 APROL 기반의 IoT 플랫폼을 개발했다. (출처: F. Rossmann)

DORST의 중간 레벨 솔루션을 사용하면 데이터가 사용자의 사이트에 있는 에지 컨트롤러에서 수집된다. 이 데이터 수집장치는 B&R 산업용 PC로 구성되며, 여기에 설치된 APROL 런타임 버전은 일회성 라이선스 비용으로 충분하다. 이 PC는 여러 대의 DORST 프레스에서 데이터 수집이 가능하다. 공정 처리나 연결 요구사항이 진화할 경우, B&R 제품 포트폴리오에서 보다 강력한 산업용 PC로 전환하는 것도 문제 없다.

APROL은 데이터 저장을 위한 다양한 컨테이너를 제공한다. 어떤 데이터가 어느 컨테이너에 들어갈지를 정의하는 일은 간단한 구성의 문제일 따름이다. 이로써 공정 데이터를 기계 데이터와 분리하여 각각 다른 방식으로 처리할 수 있다. APROL 시스템 구성에는 데이터베이스 관리에 대한 전문지식이 필요하지 않으며, DORST가 데이터 흐름의 투명한 추적 기능을 제공할 수 있다.

유연한 데이터 준비 및 맞춤형 보고서

머신 컨트롤러에서 제공하는 데이터를 에지 컨트롤러에서 확인하고 사전 처리할 수 있다. 이는 유효성이 확인된 해당 항목만 필터링하여 후속 단계에서 처리를 요하는 데이터의 양을 줄여준다. 또한 경보, 오류 또는 정지 등의 이벤트에 의해 트리거 되었을 때에만 특정 데이터를 기록할 수도 있다. 각종 처리 단계의 데이터를 상이한 시간에 추출하여 특정 부품 번호에 매핑하는 것도 가능하다. 예를 들어, 프레싱 공정 중에 가하는 힘의 양을 동일한 부품의 후속 측정에 연결할 수 있다.

B&R 소프트웨어 플랫폼에서 제공하는 광범위한 ‘레디-메이드’ 처리 기능 덕분에, 사실상 약간의 프로그래밍으로 모든 기계 및 공정 데이터에 대한 원활한 문서화를 구현할 수 있다. 예를 들어, DORST는 카운터 기능을 사용해 공구를 구동하는 유압 실린더가 가하는 누적 부하를 추적하는 일종의 ‘주행 기록계’를 설정했다. 이러한 정보를 기반으로 사용자는 중요하고 값비싼 부품의 잔여 사용 수명에 대한 결론을 도출할 수 있다. 카운터 기능은 또한 여러 대의 기계에 적용되어 하자가 발생한 부품의 총계를 추적한다.

이 데이터는 통합 데이터베이스에 저장되며 고객의 MES 시스템과 같은 상위 시스템을 써서 OPC UA를 통해 검색할 수 있다. “우리에게 특히 중요한 측면은 APROL 시스템의 개방성입니다. 이 경우 내부 APROL 데이터베이스에서 MariaDB 데이터베이스로 데이터 전송이 가능합니다.” 그뢰블 씨의 말이다. “이는 사용자가 JDBC 또는 ODBC를 통해 데이터에 손쉽게 접속하거나 자체 보고서 툴을 설정할 수 있도록 합니다.”

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DORST의 IoT 솔루션을 통해 고객은 프로세스 및 기계 데이터를 기록하고 저장할 수 있으며, 제조 프레스의 상태와 효율성을 한 눈에 파악할 수 있는 보고서를 생성할 수 있다. (출처: DORSTST)

스마트 유지보수
DORST는 가장 포괄적인 솔루션을 통해 고객이 생성한 데이터를 기반으로 보다 향상된 서비스를 제공한다. 사용자가 승인한 데이터는 기계의 원격 유지보수에 사용되는 동일한 라우터를 통해 중앙 로깅 서버로 전송될 수 있다. “비밀유지협약(NDA) 및 데이터 사용 계약에 따라서 우리가 볼 수 있는 데이터가 무엇인지 명확히 정의됩니다.” 그뢰블 씨의 설명이다. 필수적인 사이버 보안은 인터넷을 경유한 VPN 연결을 통해 제공되며, 프로세스 제조업계의 엄격한 보안 요구사항까지 준수하는 인증서로 추가 보호된다. 로깅 서버는 라우터에 지속적으로 연결될 필요가 없다. 데이터가 에지 컨트롤러에 임시 저장되어 정기적으로 검색되므로, 일시적인 네트워크 중단에도 서비스가 손상되지 않도록 보장한다.

“우리가 수신하는 데이터는 오일 누출량을 확인하여 유압 펌프의 잔여 사용 수명을 추정하는 능력을 갖춘 기계 전문가들이 처리하고 해석합니다. 이것이 바로 우리가 스마트 유지 보수라고 부르는 것입니다.” 그뢰블 씨가 말을 이었다. “우리는 또한 딥러닝 알고리즘을 기반으로 자동화된 예측 유지보수 시스템도 연구하고 있습니다.”

실시간 데이터와 처리된 데이터는 APROL DisplayCenter의 정교한 대시보드에 서 명확하고 직관적으로 시각화할 수 있다. 보고서는 HTML 호출을 통해 직접 삽입되거나 고객이 해당 에지 컨트롤러에서 활용할 수도 있다. APROL과 함께 포함된 JasperReports 소프트웨어는 DORST가 고객의 니즈와 선호사항에 완벽하게 부합하는 보고서를 고객에게 제공할 수 있도록 한다. 또한 기계제작자는 MariaDB 데이터베이스를 기반으로 표준 리포팅 툴을 추가하여 사용자가 가용한 보고서 선택사양을 더욱 확장하였다.

“이러한 기능은 B&R의 검증된 소프트웨어를 사용하여 명확한 부가 가치를 고객에게 즉시 제공하는 데 도움이 되는 유연하고 미래 지향적인 IoT 플랫폼을 당사가 어떻게 개발했는 지 보여줍니다. 이는 완벽하게 고객의 제조 공정을 문서화하고 최적화하려는 노력에 최적의 지원을 제공합니다.” 그뢰블 씨는 이렇게 요약했다. “다만 해당 플랫폼의 잠재력을 십분 활용한 것은 아닙니다. 우리는 현재 제조 시스템의 효율성과 가용성을 더욱 향상시켜 줄 고급 기능 및 서비스 개발을 위해 고객과 협력하고 있습니다.”

Herbert Gröbl Director of Information Technology, Dorst Technologies

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