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[TECH REPORT] 디지털 팩토리를 실현시켜 주는 무선 기술들

입력 : 2021.02.23 18:06

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[헬로티]


오늘날 제조업계는 더 이상 PLC(programmable logic controller)에만 의존해 자동화를 구현하지 않고, 보다 정교하고 복잡한 사이버물리 시스템을 활용하여 센서 및 그 밖의 다른 부품들에 대한 연결성을 높이고 있다. 인더스트리4.0을 도입하여 보다 스마트한 자동화를 실현하고 있는데, 여기에는 여러 곳에 분산되어 있는 IoT 센서 노드로부터 수집한 데이터와 최신 클라우드 서비스 기술이 접목되어 활용된다.



제조 공정 전반에 걸친 최적화는 생산성을 높이고, 낭비를 줄이며, 운영비용을 절감한다. 여기에 예방적 차원의 정비까지 도입하면 가동 시간을 극대화하고 예기치 않은 가동 중단과 그에 따른 손해를 줄일 수 있다. 무선 통신 기술은 제조업계의 이러한 디지털 전환에 있어서 중요한 역할을 할 것이지만, 어떤 프로토콜을 선택하느냐는 특정 애플리케이션 요건에 따라서 달라질 것이다.


데이터 활용 극대화


사일로(silo), 즉 폐쇄성을 해소하는 것은 기업 내 운영요소들의 보다 긴밀한 통합을 가져다준다. 수집한 데이터 세트들에 대한 접근이 가능하면 보다 향상된 자산 관리가 가능할 뿐 아니라, 가용 자원의 활용을 극대화하고, 물류 작업들도 보다 효율화할 수 있다. 또한, 그러한 데이터 활용을 통해, 제조 시스템들은 현장에서 발생할 수 있는 잠재적인 이슈들에 대해 보다 민첩하게 대응할 수 있다.


적시에 정확한 정보를 갖게 된다면 현장 작업자들의 안전도 지속적으로 보장할 수 있다. 진단/분석과 관련해서는, 이 데이터를 활용해서 예컨대 양호 또는 불량 등 제조 설비 내의 추이나 패턴을 식별할 수 있다. 그에 따라서 공정을 적절히 조정함으로써 수율을 향상시키고, 최종 제품의 품질을 높이고, 제조 장비의 작업 수명을 늘릴 수 있다.


무선의 이점


이러한 데이터를 포착하는 데에는 무선 커넥티비티를 사용하는 것이 유선 기술보다 여러 면에서 유리하다. 더 쉽고, 보다 저렴한 비용으로 설치할 수 있고, 구현의 유연성도 훨씬 더 뛰어나며, 필요에 따라서 확장도 용이하다.


그림 1. 설치된 IoT 무선 연결 수 (출처: ABI 리서치)


그림 1은 ABI 리서치의 조사에 따른 것으로서, IoT 노드로 어떤 무선 기술들이 도입되고 있는지 알 수 있다. 향후 2~3년 동안은 셀룰러 IoT, 블루투스, 와이파이가 주류를 이룰 것이다. 하지만 4~5년 후에는 5G SA와 uRLLC가 시장을 견인하기 시작할 것으로 예상된다.


새로운 표준 도입으로 인더스트리4.0 가속화


와이파이 6(802.11ax) : 5GHz 주파수 대역만을 사용하는 802.11ac를 대체할 것으로 예상되는 와이파이6(802.11ax)은 2.4GHz 대역을 추가로 사용한다. 북미 지역에서는 FCC가 6GHz 대역도 허용할 예정이며, 유럽도 그 뒤를 따를 것으로 보인다. 와이파이 6는 OFDMA 기술을 사용해서 훨씬 더 많은 수의 커넥티드 노드를 지원할 수 있으며, MU-MIMO 기술 덕분에 훨씬 더 빠른 데이터 쓰루풋을 제공할 수 있다.


블루투스 5 : 이전 세대의 기술들과 비교할 때, 데이터 속도와 전송 거리 면에서 엄청난 향상을 나타내는 블루투스 5는 비트당 전력 소모가 훨씬 더 적다. 특정 위치에 기반한 서비스를 지원할 수 있는데, 이러한 특성은 방향 탐지기능을 지원하는 블루투스 5.1 도입과 더불어 산업용 IoT(IIoT) 분야에서 유용할 것이다. 그렇게 되면 AoA(angle of arrival)와 AoD(angle of departure) 데이터를 활용할 수 있다.


5G : 오늘날의 셀룰러 IoT는 NB-IoT와 LTE-M 같은 4G 프로토콜을 기반으로 한다. 5G NR(new radio)은 더 많은 네트워크 용량과 더 빠른 데이터 속도를 가능하게 하고 지연시간이 1밀리초(ms) 이하로 극히 낮다. 일반적으로 사설망 구현을 통해 이루어지는 산업 자동화 인프라 응답성 향상의 결과는 엄청난 가치를 가져다줄 것이다. 특히, 멀리 떨어져 있는 로봇이나 자동화 유도 차량 등을 원격에서 더 잘 제어할 수 있게 해줄 것이다.


5G 도입으로, 특정 영역 내의 커넥티드 노드 수를 크게 늘릴 수 있고 개별 노드들이 소모하는 전력도 낮출 수 있을 것이다. 하지만 높은 성능이 필요 없고 비용이 중요한 애플리케이션의 경우, NB-IoT나 LTE-M이 향후에도 여전히 제조 설비에 사용될 수 있을 것이다. 스마트 공장에 예방 정비나 원격 모니터링을 구현하기 위해 5G 도입만 기다리는 것은 권장할 만한 전략이 아니다.


지금 바로 시작하라!


제조기업들은 지금 바로 IoT를 도입함으로써 경쟁에서 앞서 나갈 수 있다. 많은 활용 사례들에 현재 제공되고 있는 무선 기술을 사용할 수 있을 것이며, 극히 높은 신뢰성과 확정적 동작을 필요로 하는 애플리케이션에는 조만간 등장할 좀 더 향상된 기술들을 사용할 수 있을 것이다.


설치된 무선 하드웨어가 오랫동안 동작을 유지해야하는 점 또한 매우 중요하다(특히 IoT 노드들이 접근하기 어려운 장소에 설치될 수 있다는 점에서 그렇다). 따라서 신뢰성과 효율적인 배터리 사용이 중요하다. 구현과 구성이 단순하여 박스에서 꺼내면 바로 사용할 수 있는 솔루션이 고객에게 가장 매력적으로 다가갈 것이다. 선도적인 클라우드 서비스 공급자의 기술에 통합하는 것 역시 쉬워야 하고, 역호환도 가능해야 할 것이다.


데이터 보안 또한 중요한 문제이다. 악의적인 공격자로부터 데이터를 보호할 수 있어야 한다. 효과적인 복제 방지 메커니즘도 갖춰야 한다. 유블럭스(u-blox)는 SARA-R5와 SARA-R4, LARA, ANNA, NINA, JODY 등의 플랫폼을 통해 이 같은 현재 및 미래의 IoT 요구를 충족하는 방대한 솔루션 포트폴리오를 제공한다.


루트거 뵈거링, 유블럭스 EMEA 지역 산업 마케팅 담당 선임 매니저

펠레 스벤슨, 유블럭스 근거리 무선 제품 마케팅 담당 선임 매니저

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