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5G 도입이 도전이자 기회인 산업 자동화 분야

입력 : 2020.03.27 12:26

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[첨단 헬로티]


5G 기술로 산업 자동화는 한 차원 더 진화하게 되었다. 이 차세대 셀룰러 통신 기술은 공장의 기계, 제어 시스템, 전력 인프라, 원격 제어 소프트웨어 같은 OT(operational technology)와 통신 네트워크, ERP(enterprise resource planning) 시스템, 클라우드 같은 IT(information technology) 시스템의 융합 추세를 더욱 가속화할 것이다. 여기에 그치지 않고 산업 자동화 분야에서 사람들이 일하는 방식과 생각하는 방식에 근본적인 변화들을 가져올 것이다.


인더스트리 4.0이 만들어내는 새로운 패러다임은 더 많은 계획과 준비, 그리고 더 높은 수준의 경쟁력을 요구하는 새로운 층위의 난이도를 더하여 위기를 고조시킬 것이다. 하지만 그로 인한 결과는 ‘퀀텀 리프(quantum leap)’라 부를 만큼 놀라운 진전을 업계에 안겨줄 것이다. 이 글에서는 인더스트리 4.0의 뒤를 이을 기술들과 5G 기술이 산업 자동화에 어떤 변화들을 가져올 것인지 살펴본다.


총체적 접근법 필요


인더스트리 4.0과 5G는 모든 프로세스와 자산을 실시간으로 파악할 수 있게 해준다. 대규모 ‘데이터’는 언젠가는 유용하게 쓰이겠지만, 이를 실제 유용한 ‘정보’로 변환하기 위해서는 자원, 상품, 사람뿐만 아니라 공급, 생산, 유통망 전반에 걸쳐서 새로운 총체적 접근법을 갖출 필요가 있다. 모든 기계와 설비의 가동 및 유지보수는 물론, 관련 작업자들의 안전 역시 매우 중요하다.


상품, 생산 시스템, 프로세스 사이에 새로운 통신 방식을 설치 및 운용하는 데에는 생산 공정 전반에 대한 보다 깊이 있는 이해와 풍부한 노하우로 이어지는 보다 넓은 사고와 관리 감독을 필요로 한다. 마찬가지로 컨베이어 벨트 상의 공정들을 보다 합리적으로 개선하기 위해서는 정교한 계획, 구축, 프로세스 관리와 함께, 부문별 생산 능력 제고 노력 역시 필요하다.


디지털 트윈의 등장


OT와 IT 융합이라는 총체적 접근법의 정점은 ‘디지털 트윈(digital twin)’이 될 것이다. 이것은 제조 프로세스에 관련된 모든 정보를 디지털로 표현한 것이다. 디지털 트윈의 성장에 따라, 이 기술은 자원, 제품, 자산에 대한 보다 상세한 정보들은 물론 인프라, 기계, 심지어 외부 공급망의 상태와 성능에 관한 정보들까지 활용하면서 깊이와 폭 양쪽 면 모두에서 더욱 진화할 것이다.


디지털 트윈은 산업 프로세스에 대한 깊이 있는 지식을 기반으로 하고 있기 때문에, 새롭게 달라진 프로세스를 물리적 환경에 실제로 적용하기 전에 가상의 디지털 환경에서 확인하기 위한 시험대로서 활용될 수 있다. 이와 함께 디지털 트윈은 설비 고장으로 인한 가동 중단 사태가 발생하기 전에 문제점을 해결하도록 직접 유지보수를 지원할 수 있다. 또한 불가피한 상황이 발생했을 때에도, 디지털 트윈은 문제 원인이 완전히 규명되기 전까지 제조 프로세스 상의 잉여 자원을 활용하여 임시방편책을 마련할 수 있게 도와준다.


▲ 파편화한 다양한 무선 연결 기술들에 대응하여, 5G 기술은 새로운 비즈니스 기회와 애플리케이션을 도모할 수 있게 할 것이다. 발 빠른 기업들은 이미 사설 LTE 네트워크를 구축해서 활용하고 있다. 


사설 네트워크 – 5G로 가기 위한 디딤돌


5G는 엄청난 데이터 쓰루풋과 신속한 처리 시간, 높은 연결 밀도를 바탕으로 인더스트리 4.0, 디지털 트윈, 차세대 산업 자동화를 구현하는데 중요한 역할을 할 것이다. 여기에 인공 지능과 머신 러닝, 증강 현실과 가상 현실, 첨단 HMI(human-machine interface), 실내외 끊김없는 위치추적, 에지 인텔리전스 및 블록체인 같은 분산원장 기술 등 많은 첨단 기술들이 5G와 결합할 것이다. 하지만 업계의 이해관계자들이 5G 기술의 신뢰성, 가용성, 기밀성을 확신하지 못한다면 5G 도입은 결코 쉽지 않을 것이다.


이러한 평가지표들을 충족할 수 있는 것이 사설 또는 비공용 셀룰러 네트워크이다. 산업 부문에서 5G가 공용 네트워크로 본격적으로 사용되기까지는 앞으로 몇 년이 더 걸릴 것이므로, 그 때까지는 기업이나 전문적인 서비스 사업자가 소유하고 운용하는 사설 네트워크가 신뢰성과 가용성, 낮은 지연시간, 데이터 보호에 대한 요건들을 충족할 수 있는 가장 빠른 방법이다. 이미 4G LTE를 사용해서 운용되고 있는 사설 네트워크는 특정 산업의 요건에 맞게 네트워크 설정과 무선 스펙트럼 활용을 조절할 수 있고, 미션 크리티컬한 애플리케이션을 위해 5G에 견줄 만큼 초저지연과 초고속 데이터 전송, 또는 매우 탁월한 안전성을 제공한다.


제조 공장은 사설 네트워크를 사용하기에 특히 적합하다. 각종 무선 연결 기술들은 각각의 용도로는 잘 설계되었지만 상호운용성이 제한적이라서, 더욱 확장된 용도로 사용하기 위해 이들을 단일 플랫폼으로 통합하기는 어렵다. 이는 공장 관리자가 각각의 무선 기술이 제공하는 데이터들을 활용하여 얻을 수 있는 가치의 크기를 제한하며, 애플리케이션의 복잡성을 높인다. 사설 LTE 네트워크는 사이트 내의 모든 디바이스들을 연결할 수 있는 맞춤형 무선 통신 인프라를 제공함으로써 이 문제를 해결한다. 이러한 네트워크를 통해서 해당 사이트 차원의 예방적 유지보수, 프로세스 모니터링, 자산 및 상품 추적, 기타 다양한 애플리케이션을 수행할 수 있다.


창고, 공급망, 물류는 사설 네트워크가 가지고 있는 가치를 십분 활용할 수 있는 또 다른 분야이다. 이들 분야에서 사설 네트워크는 운영을 디지털화할 수 있는 범용적이고 확장성이 뛰어나며 구현하기 쉬운 경로를 제공한다. 적용가능한 애플리케이션으로는 상품 추적에 사용되는 무선 태그에서부터, 물품 보관 선반들 사이를 오가며 상품을 운반하는 자율 운반차, 그리고 직원들이 상품의 보관 위치를 찾고 업무를 관리하며 작업 효율을 높이기 위해 사용하는 HMI에 이르기까지 다양하다. 앞서 예시한 활용 사례들과 마찬가지로, 이 분야에서 사설 LTE 네트워크가 공용 네트워크에 대해 내세울 수 있는 장점은, 애플리케이션에 맞게 성능 요건을 맞춤화 할 수 있다는 것이다.


분야간 협력이 중요


5G와 인더스트리 4.0이 여는 미래를 꿈꾼다면 공장 관리자, 공정 기술자, 하드웨어 및 소프트웨어 개발자, 그 밖에 많은 이해관계자들이 각자의 벽을 허물고 나와 협력해야 한다. 그렇게 해야, 수많은 도전 과제들이 놓여 있지만 반면 엄청난 잠재력을 품고 있는 새로운 장으로 나아갈 수 있다. 늘 해오던 방식의 관성적인 사고에서 빠져나오기는 쉽지 않을 것이다. 하지만 이 기술은 업계의 크고 작은 많은 기업들이 산업 자동화의 새로운 물결에서 기회를 잡도록 지원할 수 있을 만큼 충분한 잠재력을 가졌다는 것을 이해하고 모두가 최선을 다해 노력한다면 한 차원 더 진화한 산업 자동화를 경험할 수 있을 것이다.  


글 / 루트거 뵈거링(Ludger Boeggering) / 셀룰러 시장개발 및 제품전략 선임/ 유블럭스(u-blox)

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