산업 자동화는 광범위한 기술 프레임워크 내에 존재하고 있으며, 산업 네트워킹 그리고 모바일 컴퓨팅의 발전으로부터 이익을 창출해 왔다. 이런 기술들의 조합은 “Connected Factory“, “Industry 4.0” 그리고 산업용 사물인터넷(IIoT)과 같은 개념의 비전을 만드는 데 일조하고 있다. 하지만, 경쟁 개념의 확산은 혼란과 실제 실행까지에 있어 많은 의문점을 만들어 내고 있다. 이 글에서는 이런 개념들을 정의한 후에 조직의 효과적인 실행 전략 및 연결, 모니터링 그리고 제어 운영으로부터 이익을 창출 해 낼 수 있는 핵심 요소들에 대해 알아 볼 것이다.

많은 기술의 발전은 지난 20년간 만들어 졌다. 이런 산업용 네트워킹과 모바일 컴퓨팅은 제조업과 산업 환경에 적지 않은 영향을 미쳤다. 이런 기술들은 전 세계에 걸쳐 있는 제조업체와 기업들에게 “Connected Factory”, “Industry 4.0” 그리고 산업용 사물인터넷(IIoT)과 같은 개념의 현실적 비전을 만드는 데 일조하였다. 그런데 이들의 개념은 어떤 부분에서 서로 다른 것일 까? 이 글에서는 이런 개념들을 정의한 후에, 조직들이 효과적인 실행 전략 및 연결, 모니터링 그리고 제어 운영의 결과로 만들어 지는 이익을 위해 반드시 고려해야 할 사항들을 알아 볼 것이다.

위키피티아에 따르면 인더스트리 4.0은 “조직 가치 사슬의 기술 및 개념을 위한 집합적 용어”라고 되어 있다. 이 용어는 독일 정부의 계획에서부터 시작 되었는데, 이는 보통 초연결 인프라 내에서 이루어지는 생산 자원의 역동적인 최적화를 바탕으로 한 4차 산업혁명을 일컫는다.

IIoT는 커넥트드 팩토리와 인더스트리 4.0과 비슷하게 기업 내 주문 장비를 포함한 다양한 디바이스들을 연결 하고, 이전에는 불가능 했던 디바이스들의 커뮤니케이션이 가능해지는 것을 의미한다. 기업은 기존의 디바이스와 새로운 디바이스로부터 데이터를 수집하고 분석함으로써, 효율성을 제고하고 경쟁력을 획득하게 될 것이다.

오늘날 많은 기업들은 운영비용 절감과 더 나은 시각화 및 제어를 통한 이익 극대화를 위해 커넥티드 팩토리, 인더스트리 4.0, 그리고 IIoT 개념 실행에 열의를 다하고 있다. 하지만, 대부분의 기업들에게는 그린필드 시설 또는 기존장비의 “rip-and-replace, 전면교체”, 기존장비를 유용하게 활용 할 수 있는 솔루션, 그리고 일일 운영에 영향을 미치지 않게 교체할 수 있는 제어 기술과 모니터링의 확장을 위한 전략적 배치 등 현실적으로 불가능한 것들이 많다.

시설을 업데이트할 때, 기대치를 빨리 설정해 놓은 것은 중요하다. 네트워크에 있는 모든 장비의 IP 주소 값을 가지고 있음에도 불구하고 엔드 유저는 모든 패널 미터, 펌프, 그리고 모바일 디바이스 드라이브에 접근을 할 수 없는 것이 현실이다. 21세기 시설들은 부드러운 전환 및 접근 능력, 그리고 장소에 제약을 받지 않는 모니터링 및 제어 정보의 제공 등 몇 가지 핵심 기초 사항들을 포함하고 있어야 한다.

효과적인 실행 전략을 설정하기 위한 첫 번째 단계는 기업의 운영 환경과 디바이스, 어플리케이션 그리고 과정을 중심으로 이루어 져야 한다. 그리고 실행에 옮기기 전, 기업은 아래의 다섯 가지 핵심 요소들을 반드시 심사숙고해 따라야 한다.

네트워크에 걸쳐 있는 장비와 디바이스의 목록을 확인해 보자.
그것들을 대체하거나 업그레이드할 필요성이 있는가? 기존의 장비들은 새로운 장비들과 커뮤니케이션이 가능한가? 얼마나 많은 비용과 시간이 들어갈까? 어떤 비용 효율적인 솔루션으로 이 인프라를 해결할 수 있을 까?

어떤 프로토콜들이 네트워크화 된 디바이스에 사용될까? 얼마나 많이 사용될 까? 이런 프로토콜들은 같은 환경 속의 다른 디바이스와 커뮤니케이션을 하기 위한 별도의 전환이 필요한가? 지역 내에 어떤 타입의 미디어 케이블이 사용되어 지는 가? Fiber-optic cable? Serial (RS-232/422/485)? USB? Copper?

공장 시설은 어디에 위치해 있는가？ 만약 장비들이 원거리에 위치해 있다면, 각 디바이스들은 모바일 네트워크를 통해 서로 모니터 될 수 있는가? 시설 부근 4G/LTE 또는 3G 네트워크가 가능한가? 만약 그렇지 않다면, 브로드밴드 또는 광섬유 기반 네트워크가 가능 한가?

또한, 건물 자체의 전체적 환경은 어떠한가? 먼지가 많은가? 온도 제어는 가능 한가? 진동은 어느 정도인가? 가연성 가스를 사용하는 가? 산업 등급 장비는 환경 등급과 산업 인증에 따라 설계 되었는가?

최근 실시된 비즈니스 내부자 정보 조사에 따르면, 응답 인원 39%가 프라이버시 및 보안이 IoT 투자에 있어 가장 큰 걸림돌이라고 응답했다. 응답자들 사이에서 보안은 가장 일반적으로 논의 되고 있는 걱정거리이다. 비록 이 설문조사가 IoT에 관련된 아이템과 관련이 있지만, IIoT에서 역시 보안의 중요성은 다름이 없다. 어떻게 민감한 정보들이 수집되고 공유되는 과정에서 보호 될 까? IIoT 데이터의 수집, 모니터링, 처리 그리고 저장하는 시스템을 위해 어떤 보안 대책이 마련되어 있는가? 정보와 데이터의 보호를 위한 어떠한 규정이라도 마련이 되어 있는가?

더 많은 기술 기반 디바이스들이 네트워크에 추가되면서 이를 다룰 수 있는 적임자가 배치되어 있는 가도 중요하다. 이들에게는 다른 직원들에게 설치와 모니터링을 가르칠 수 있는 실질적인 지식이 있는지도 확인해 봐야 한다. 소프트웨어 또는 원격 모니터링을 통해 다른 위치에 있는 장치를 감시 할 수 있는지도 중요하다.

이런 핵심 요소들이 평가되고, 의문이 해결 될 때 기업은 다음의 과정을 진행해야 한다.

• 디바이스간의 커뮤니케이션
• 인프라전체에 걸친 운영 효율성 보장
• 디바이스 커뮤니케이션을 위한 보안 플랫폼 제공

드라이브, 센서, PLC, 패널 미터, 그리고 다른 자동화 장비들은 최근 몇 년 사이 세상에 등장하였다. 문제는 이것들은 일반적으로 RS-232/422/485 시리얼 케이블을 사용하는 프로토콜을 통해 통신이 된다는 것이다. 이러한 시리얼 프로토콜은 효과적이고, 특정 어플리케이션용으로 작성되었지만, 대다수의 어플리케이션은 TCP/IP 네트워크 전체를 24시간 모니터링 할 수가 없다. 이런 디바이스를 커넥티드 팩토리, 인더스트리 4.0, 그리고 IIoT에 적용하기 위해서 기업의 엔지너어들은 반드시 디바이스들이 공장 내 다른 장비들과 통신이 가능한지를 확인해야 한다. 각기 다른 제조사로부터 연결 디바이스를 찾고 있는 기업들은 더 진화된 HMIs, 그리고 프로토콜 변환기를 찾을 수 있고, 다른 자동화 제품들과 다른 프로토콜로 통신이 가능하다. 이런 산업 제품은 물리적 매체에 관계없이 통신이 가능하게 하고, 다양한 산업과 다양한 프로토콜 지원을 제공한다.

운영 효율은 다양한 방법으로 이루어 낼 수 있는데, 그중 하나는 낭비와 다운타임을 최소화 하기 위해 생산 라인에서 모니터링을 해 수집된 데이터를 이용하는 것이다. 기술이 지속적으로 발전함에 따라, 이런 상태 요소들은 폭넓고 다양한 소스로부터 증가하는 엄청난 양의 정보를 포함하게 될 것이다. 관리형 이더넷 스위치는 공장 전체 데이터의 흐름에 대해 알려 줄 수 있을 것이며, 이와 마찬가지로, 조립라인의 센서도 생산 라인에 대한 제품의 상태를 알려 줄 수 있을 것이다. 이 운영 데이터의 확장된 수집은 KPI(핵심성과지표) 그리고 상태 표시 메시지를 수집, 기록, 그리고 화면으로 나타내기 위한 비주얼 관리 솔루션을 사용함으로써 기업이 데이터를 활용할 수 있도록 만든다. 이 중요한 성능 데이터를 실시간으로 표시하는 것은 증가하는 처리량과 생산성 향상에 큰 도움이 된다. 이 개념은 또한 전체 운영의 포괄적인 견해를 제공하기 위한 공급망을 포함하는 것 까지 영역을 넓힐 수 있다.

전통적으로 보안은 자동화 장비와 전사 네트워크의 물리적 고립을 의미했다. 만약 아무것도 자동화 장비와 연결이 되어있지 않다면, 보안 위반으로부터의 위협은 현저히 낮아 질 것이다. 앞으로 연결에서 자유로운 시설은 매우 적어 질 것이며, 공장 설비를 하기 위해서 기업 네트워크는 더 확장 될 것이다. 기업이 이런 새로운 환경을 받아들임으로써, 보안은 신중한 네트워크 계획과 IP 모범 사례를 참고해야 할 것이다. 라우터는 특정 트래픽의 종류와 특정 사용자들의 네트워크 트래픽을 제한해 사이버 공격으로부터의 위험을 최소화하기 위해서 반드시 네트워크 내에 배치되어야 한다. 또 다른 전략은 NAT(Network Address Translation)를 사용하는 것이다. NAT는 인바운드 접근으로부터 네트워크상의 장치를 가리는 것이지만, 네트워크상의 트래픽에 영향을 미치지는 못 한다. 마지막으로, VPNs 또는 터널링 어플리케이션 또한 민감한 데이터를 가상 “터널”을 만들어 공장-공장, 공급망-공장, 공장-공급자 통신을 안전하게 할 수 있다.

커넥티드 팩토리, 인더스트리 4.0 그리고 IIoT 모델의 효율은 단순히 연결량에서 비롯된 것이 아니라, 더 가치 있는 연결 그리고 디바이스와 사람간의 정보의 공유를 통해 얻을 수 있는 경쟁우위에 인한 것이다. 운영자, 제어 시스템 및 소프트웨어 응용 프로그램과의 원활한 통신은 실제 네트워크 옵션 및 기본 기능, 그리고 프로토콜 지원과 결합되어 산업 장치에서 추출한 데이터에 기하급수적 인 의미를 부여한다. 이러한 기능을 통해 자동화 및 원격 관리를 새로운 수준으로 끌어 올릴 수 있으므로 이 비전을 실현할 수 있다.

이 목표를 위해 특별히 설계된 구성 요서의 신중한 통합과 함께, 연결, 모니터링 그리고 제어 능력은 다음을 가능하게 할 것이다.

• 장비 수명 연장 : 강력한 프로토콜 전환으로 인한 기존 장비의 가치 증가
• 처리과정 가시화 향상 : 데이터 로깅과 통신 기능을 활용함으로써 통찰력을 얻고, 생산성을 향상
• 현장에서 제어 가능 : 중앙 사무실 대신 장치에서 제어 기능을 갖춘 대규모 시스템 관리

이러한 결과는 총 소유 비용 (TCO)을 줄이고 배포 속도를 높일 뿐만 아니라 다양한 애플리케이션 전반에 걸쳐보다 견고한 엔드 투 엔드 기능을 제공한다.

원문 : White Paper, redlion “Five Key Elements for Effective IIoT Implementation”
번역 : 김수진 선임연구원
편집 : 김수진 선임연구원