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[5G, ‘미래공장’을 한 걸음 현실로-②] 5G는 초다수·초저지연·초대용량 연결 기술…공장 내 미션크리티컬 서비스 제공

입력 : 2019.01.02 16:48

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[첨단 헬로티]


5G는 초저지연, 초대용량, 초다수의 3가지 특징을 가지고 있다. 5G는 데이터를 최대 20Gbps 속도로 보낼 수 있고 500km에서 통신이되며, 지연속도는 1~10ms, 배터리 수명은 10년, 디바이스는 1㎢당 1백만 개를 붙일 수 있다. 기존 무선 네트워크는 이 들을 다 만족하기란 불가능했기 때문에 공장에 들어가기가 어려웠지만, 5G는 미션 크리티컬한 서비스들이 가능하기 때문에 적용하는 데 문제가 없다. 5G 네트워크 및 클라우드 기반의 와이어리스 매뉴팩처링에 대해 지난 11월 27일 열린 ‘스마트팩토리 & 5G 기술’ 세미나에서 SK텔레콤 윤종필 PL이 강연한 내용을 정리했다. [편집자 주]


▲ SK텔레콤 윤종필 PL은 “기존 무선 네트워크는 초다수, 초저지연, 초대용량 연결을 다 만족하기에 불가능했지만, 5G는

이 모든 것이 가능해 공장에서 미션 크리티컬한 서비스들을 지원할 수 있다”고 말했다.


최근 제조업의 큰 변화 2 가지는 서비타이제이션(Servitization)과 툴 커넥티드 매뉴팩처링 이다. 서비타이제이션은 제조업의 서비스화로, 대표적으로 쿠카로봇의 경우를 예로들 수 있다. 전기자동차를 생산하는 테슬라는 쿠카로봇을 들여올 때 단순히 대수의 개념으로 구매하지 않고 공장에 적용되어 가동률을 얼마나 높이느냐를 본다. 따라서 로봇제조업체인 쿠카는 그냥 제품만을 팔지 않고 가동률도 함께 파는 서비스 개념으로 바꾸었다.


로봇 가동률을 유지하려면 부품이 언제 고장 날지 정확하게 알고 있어야 한다. 쿠카로봇에는 여러 부품들이 들어있는데, 한 개의 부품만 고장이 나더라도 그 부품을 교체하기까지 공장 가동을 못하게 되면 회사로서는 막대한 손해를 입게 된다. 그래서 부품이 언제 고장 날지 예측하는 게 매우 중요하다.


그러면 부품이 언제 고장 날지를 어떻게 예측할 수 있을까. 예를 들어, 로봇팔은 움직일 때마다 데이터를 남긴다. 용도별 로봇팔의 데이터를 수집해서 실제 현장의 로봇과 똑같은 시뮬레이션 프로그램에 집어넣는다. 그리고 3개월 돌리고 6개월 돌리면 마모율에 대한 계산이 나온다. 로봇이 언제 고장 날지를 알게 된다. 그 데이터를 기반으로 필요한 부품을 미리 주문해 놓는다. 테슬라 공장의 바로 옆에는 쿠카로봇의 부품 파트가 있다. 거기에 미리 해당 부품들을 가져다 놓음으로써 가동률을 극대화하고 있다. 이것이 디지털 트윈이다.


또 하나는 툴 커넥티드 매뉴팩처링이다. 기존에도 IoT 기술이 있었고 LTE, 로라(LoRa), 블루투스, 와이파이 등 여러 무선 기술들이 있었는데, 5G가 나오면서 예전보다 툴이 커넥티드된 매뉴팩처링이 가능해졌다.


5G의 3가지 특징


최근 스마트팩토리에서 가장 많이 얘기되고 있는 것 중의 하나가 ‘플러그 앤 프로듀서’이다. 마치 컴퓨터 운영체계에서 그냥 갔다 꽂으면 플레이 되듯이 제조업에서도 별도의 다른 설정 없이 자동으로 생산이 가능해진다. 그 외 툴 커넥티드, 디지털 트윈, CPS, 그리고 인간과 기계의 협업 등이 스마트팩토리의 키워드들로 회자되고 있다.


국가별 특징을 보면, 독일은 기존 컨베이어를 없애자는 모토로 시작한 것이 지금의 스마트팩토리이며, 그것을 위해 AGV나 AMR에 대해 많은 얘기를 하고 있다. 미국은 IT 강국답게 클라우드, 인공지능 등의 기술을 바탕으로 스마트팩토리를 해나가고 있으며, 일본은 로봇, 소재, 모터 등 오래된 전통을 가지고 있는 기술 기반으로 그들만의 공장을 만들어가고 있다.


우리나라는 어떤가. 한국적인 스마트팩토리의 모습이 잘 떠오르지 않는다. 그러던 중 5G가 나왔다. 5G는 기존 지멘스나 로크웰 등이 독점하고 있던 유선 기반의 스마트팩토리 환경에 새로운 비즈니스 모델을 만들어낼 수 있는 하나의 계기가 될 수 있어, 우리에겐 기회이다.


여기서 5G 네트워크 구조와 서비스 특징을 살펴보면, 크게 3개의 레이어로 구성되어 있다. 가장 윗단은 Hyper-Connected 네트워크, 바로 아래에 Enavling Platform,그리고 맨 밑단에 Innovative Service 레벨이 있다. 이 전체를 5G 망에서 구현해 준다.


5G는 초저지연, 초대용량, 초다수의 3가지 특징을 가지고 있다. 사실 하나의 망으로 이 3가지 특징을 다 만족하기란 불가능하다. 많은 디바이스를 붙이게 되면 대용량을 구현하기 어렵기 때문이다. 사실 4G가 나왔을 때만 해도 이런 얘기조차 없었는데, 5G는 이 3가지를 다 하겠다는 것이다.


5G는 데이터를 최대 20G bps 속도로 보낼 수 있고 500km에서 통신이 되며, 지연속도는 1~10ms, 배터리 수명은 10년, 디바이스는 1㎢당 1백만 개를 붙일 수 있다고 얘기했을 때 4년 전만해도 사람들은 믿지 않았다. 그런데 지금은 네트워크가 공장안으로 들어가면서 활용도가 많이 올라가고 있다. 글로벌 기업들이 만든 매뉴팩처링을 합치면 거의 30%가 넘는 부분이 5G의 용도이다.


5G 네트워크 적용 사례


5G 네트워크는 기존과는 다른 네트워크이다. 기존 무선 네트워크는 공장에 들어가기가 불가능했지만, 5G는 미션 크리티컬한 서비스들이 가능하기 때문에 적용하는 데 문제가 없다. 실제로 지연속도가 10ms 이하여야만 공장 내에 네트워크가 들어갈 수 있는데, LTE는 30~40ms로써 아무리 좋아도 공장에는 못 들어간다. 물론 10ms 이하인 와이파이가 있다고 하지만, 와이파이는 다수의 디바이스를 붙일 수 없다. 1개가 계속 점유하고 있으면 다른 것은 기다려야 한다. 그런데 미션 크리티컬하게 하려면 기다릴 수가 없다. 5G에서는 이 모든 것이 가능하다.


서비스 예를 보겠다. 이 예시는 2018년 초 과기정통부에서 제안해 SK텔레콤이 5G 인더스트리 과제로 참여해 수주했다.


첫 번째는 AMR에 6축 로봇을 달아서 물건을 집어 나르는 솔루션을 구현했다. 나를 때 정보가 발생하는데 5G 망을 통해서 컨트롤하겠다는 것이다. 궁극적으로는 물건만 집는 것이 아니고 공장 내 안전관리라든가 파이프의 위험을 감지, 또는 3D 스캔 등이 가능하다.


화학회사의 경우 센서를 달면 되겠지 라고 하지만, 어떤 가스는 밑에서 올라오고 또 어떤 가스는 위로부터 내려오는 경우가 있어 곳곳에 센서들을 다 붙이기란 어렵다. 그리고 어느 정도 양이 되어야 검출이 가능 하는지도 판단이 어렵다. 때문에 많은 센서를 다는 것에 부담을 가질 수밖에 없다. 그런데 무빙로봇이 있다고 하면 파이프를 따라서 센서들을 스캐닝 할 수 있다. 이런 방법으로 무빙로봇과 로봇팔이 합치면 매우 다양한 용도로 산업 현장에서 사용될 수 있다. 그리고 이동용 로봇에 대한 가장 필수적인 커넥티비티는 5G가 감당해 줄 수 있다.


두 번째는 AR인다. 기존 게임용 AR을 많이 봤을 것이다. 사실 이것을 산업용에 적용하기에는 아직 과제가 많다. 홀로렌즈를 끼고 제조현장에 가서 일하라고 하면 10분도 안 돼 벗어버린다. 지금 SK텔레콤이 하고 있는 것은 AR 디바이스는 물론 태블릿과 글라스를 5G로 연결해서 공장 내에 있는 여러 가지 센서 데이터, 공정 데이터, 생산 데이터 등을 태블릿으로 특정 태그를 비추면 정보들이 나오도록 구현하고 있다.


사실 산업용으로 쓰는 것과 게임용으로 쓰는 것과는 AR의 내부 기술들이 다르다. 그래서 좀 더 빠르고 산업에 특화된 플랫폼을 집어넣어서 별도로 꾸미는 작업을 하고 있다. 궁극적으로는 이것을 가지고 공장의 원격지 유지보수를 하는 데 도움이 되는 솔루션을 만들고 있다. 1차 연도인 2018년에는 태블릿 위주로 만들었고 2차 연도인 2019년에는 원격지 유지보수가 가능한 솔루션으로 업그레이드할 예정이다.

/임근난 기자(fa@hellot.net)

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