실시간 가상화에 기반한 엔지니어링 서비스 구현

스마트공장의 제조 최적화가 실행되기 위해서는 PLM, 제조 빅데이터 기반의 실시간 가상화와 CPS 구성이 뒷받침되어야 한다. 사용자 중심의 지속적인 설계/운영 CPS를 적용, 분석 및 최적화했을 때 스마트공장은 보다 성공적으로 운용될 수 있다. 제조 최적 운영을 위한 CPS 구성 및 적용 방안은 무엇인지 성균관대학교 노상도 교수가 지난 8월18일 열린 ‘무선인식기술 산업융합전략 컨퍼런스’에서 발표한 강연 내용을 정리했다.

스마트공장은 공장 설비와 제품, 공정이 지능화되어 서로 연결되어 있으며 생산 정보와 지식이 실시간으로 공유, 활용되어 생산을 예측하고 최적화한다. 예측한 것을 바탕으로 실수 없이 최적으로 제조할 수 있게 하는 것이 CPS 목적의 목적이다.

데이터는 실시간으로 모이고 개정되지만, CPS에서 말하는 시뮬레이션은 실시간으로 초당 분모화 된다는 것이 아니다. 실시간으로 모이는 데이터를 가지고 의사결정에 필요한 것을 결정하는 게 CPS이다. 

스마트공장을 운영하기 위해 CPS를 만든다고 했을 때 기획단계에서부터 만들어지는 ‘엔지니어링 데이터’, 운영단계에서 제조되는 ‘제조 빅데이터’가 필요하다. CPS는 적용 단계에 의해 설계 CPS, 운영 CPS로 나뉘며 설계 CPS는 발생 가능한 충돌 또는 동작의 중첩, 재연이 어려운 상황을 가상모델로 사전 연출, 발생 가능한 문제점을 예측해 최적으로 대응한다.

CPS 통한 실시간 가상화 필요성

스마트공장에 CPS를 적재적소로 활용하려면 공정, 설비 센서로부터 수집된 정보를 기반으로 한 실시간 가상화를 바탕으로 다양한 엔지니어링 서비스를 구현하고, 사전에 여러 가지 발생 가능한 경우를 가상으로 시험하는 CPS와 실시간 가상화가 필요하다.

물리시스템과 사이버시스템이 붙어있는 것이 실시간으로 연동되어 있어, 사이버 시스템의 분석으로 본 가상의 모델과 환경이 의사결정을 올바르게 하여 최선의 선택을 하는 것이 CPS의 요지이다. 

설비가 운영되면서 엔지니어링 데이터와 모이는 실제 데이터로 만들어지는 모델링은 실제 공장에 있는 설비, 수행되는 공정, 공장 전체에 있는 가상모델을 여러 가지 경우에 대해 시험을 함으로써 올바른 의사결정을 할 수 있게 된다.

필드 기반으로 시뮬레이션을 시행했을 때 제조업에서 시뮬레이션 한다는 것은 제조업에서 사용하는 리소스가 사람이라고 했을 때, 그 사람이 어떤 툴을 가지고 어떤 환경에서 어떤 제품을 사용하는지에 대한 정확한 분석이 가능하다. 

제조라인은 한번 세팅해 놓고 나면 그냥 그대로 있는 것이 아니라 계속해서 바뀐다. 자동차공장을 예로 들면, 공장은 매일 사용하는 공법이나 공정 배급, 또는 적재 같은 것이 얼마든지 바뀔 수가 있다. 실제 공장 기준으로 보면, 일 단위로 또는 최소 주 단위로 바뀌며 월 단위로 제조 순서가 변경될 수 있다. 

업무에서 발생하는 엔지니어링 정보와 제조 빅데이터를 묶어 체계적으로 시스템화를 시켜서 지속적으로 사이버 모델을 만드는 과정이 필요하다.

PLM·제조 빅데이터 기반 가상화

초반부에 만들어지는 설계 CPS가 있고 실제로 공장이 운영될 때 만들어지는 운영 CPS가 있는데, 이 두 개를 하나의 폼 안에 만들어 연동함으로써 제조 최적화가 설계단계부터 운영단계까지 가능하다. 

CPS는 데이터, 빅데이터, 엔지니어가 있어야 하고 이것들을 체계적으로 구성하기 위해 PLM이라고 하는 엔지니어링 데이터와 빅데이터 기반이 실시간으로 구성되어야 한다. 실시간 가상화를 통해서 CPS가 만들어지는데, 필요에 따라 레벨업 문제를 바꾸는 모델이 필요하다. 

그런 모델을 만드는 데도 두 가지 기술이 있는데, 하나는 엔지니어링 데이터와 묶어서 가상화하는 기술, 두 번째는 가상화해서 사이버 모델을 만드는데 레벨업 문제를 조정해서 필요에 맞게 만들어 쓰는 기술이다. 

아울러 보다 정교하고 사용자 목적 중심의 공정/설비/공장 CPS를 실시간으로 구성하고 활용하기 위해서는 PLM, 엔지니어링 정보, 관리 시스템, 제조 빅데이터 간의 상호운용 기술을 적극 활용해야 한다.

정리 : 김연주 기자 (npnted@hellot.net)