제조업계는 기술 발전과 함께 복잡한 도전에 직면하고 있다. 생산인구 감소와 숙련공 부족 속에서 효율성을 극대화하는 것이 중요해졌다. 이러한 환경에서 시뮬레이션 기술은 제조 공정 혁신의 핵심으로 떠오르고 있다. 특히 지멘스의 가상 시운전 솔루션은 설계부터 운영까지 제조 공정 전반을 최적화하며 주목받고 있다. 이 글은 국내 제조업 경쟁력 강화를 위해 캐디언스시스템이 제공하고 있는 지멘스의 가상 시운전 솔루션과 장점에 대해서 다룬다.

현재 제조 업계는 고령화, 생산인구 감소, 숙련공 부족, 기술 사장, 환경규제 등 이슈에 직면한 상태다. 기술 발전에 대한 요구는 증가하는 추세지만, 이에 대한 기반은 흔들리는 양상을 지속 도출하고 있다.

이 추세에서 제조 공정을 고도화하기 위한 작업에 핵심으로 작용하는 기술이 있다. 바로 시뮬레이션 기술이다.

시뮬레이션은 현상을 실제로 구현하기 전 가상 환경에서 각종 변수를 미리 검증해 시행착오를 줄이는 데 특화된 기술이다. 현시점 유망 기술 중 하나로 손꼽히는 ‘디지털 트윈’의 중심 기술로 인식되고 있다.

이러한 가상 검증은 세 가지 잇점을 제공한다. 설비 제어 시운전을 사전에 진행해 제품 출시 기간(TTM)을 단축을 도모할 수 있다. 또 제품 설계단에서 베이스 모델을 도출해 전기·기계·제어 등 엔지니어가 제품 이해도를 기반으로 시장 요구사항을 적재적소에 반영할 수 있다. 끝으로 시운전에 대한 시간·비용 등 자원 절감이 가능하다. 시운전 시 모델에 문제가 있더라도 프로그램 복원만으로도 재검증을 실시할 수 있다.

제조 현장에 시뮬레이션 기술을 이식하기 위해서는 공정·시스템 데이터가 가장 중요한 요소다. 완성된 검증을 수행하고, 신뢰도 높은 결과를 도출하기 위해서는 각 설비의 데이터가 잘 들어맞아야 하기 때문이다. 이에 다양한 소프트웨어 업체는 한 번의 검증 과정으로도 완벽한 시뮬레이션 모델을 제시하도록 기술 체계를 고도화하고 있다. 이 중 캐디언스시스템은 산업 자동화 솔루션업체 지멘스와 협력해 시뮬레이션 소프트웨어를 개발·공급하고 있다.

캐디언스시스템은 지멘스 가상 환경 솔루션을 통해 국내 제조업 경쟁력 강화를 지원하고 있다. 지멘스 시뮬레이션 플랫폼은 작은 부속품부터 공장 전체까지 자동화 기기와 주변 장치의 물리 모델을 단위별로 취급하는 다양한 솔루션을 보유하고 있다.

실제 현장 HMI와 통신 가능한 가상 PLC 에뮬레이터부터 공장 내 모든 요소를 연결해 검증하는 솔루션부터 다양한 포트폴리오를 구축했다. 예를 들어 6축 로봇 베이스의 움직임을 구현하도록 선형 이동축을 만들거나, 모션 컨트롤러 블록을 이용해 전·후진 메커니즘을 구축하는 등 시뮬레이션 기능을 제공한다.

캐디언스시스템은 특히 ‘심센터 아메심(Simcenter Amesim)’, ‘NX’ 등 지멘스 가상 환경 소프트웨어 플랫폼을 강조한다. 심센터 아메심은 1D 메카트로닉스 시스템 시뮬레이션 플랫폼이으로, 수치해석 기반 다중 물리(Multi Physics) 모사 소프트웨어다. 공장 시뮬레이션을 기획하고, 기획된 아이디어를 설계하는 임무를 수행한다. NX는 3D 환경에서 모션 제어를 검증하고, 이를 기반으로 공장이 가동되는 모습을 가상 환경에서 구현하는 역할을 한다.

예컨대 동력 설비를 시뮬레이션하는 과정에서 전기·유압 등 시스템을 색깔별로 구분해 다양한 물리체계의 변화를 시각화한다. NX는 이러한 데이터를 이용해 설비의 동작성을 검증한다. 이 플랫폼에 포함된 ‘NX 메카트로닉스 콘셉트 디자이너(MCD)’는 설비 구동 시스템의 구성을 미리 구성해 볼 수 있는 소프트웨어다. 실제 PLC의 제어 명령을 받아 동작성을 검증할 수 있다.

이와 유사한 형태의 플랫폼으로는 ‘프로세스 시뮬레이트(Process Simulate)’가 있다. MCD와의 차이는 로봇을 특정해 시뮬레이션한다는 것이다. 로봇의 공용 제어 명령 프로그램을 만들고, 각 로봇 제조사에 맞는 언어로 변환한다.

또 다른 시뮬레이션 플랫폼 ‘플랜트 시뮬레이션(Plant Simulation)’은 실제 현장과 동일한 가상 환경을 생성해 생산량·작업률 등을 예측하는 시스템이다. 물류 영역에 특화된 이 솔루션은 생산 사이클타임에서 발생하는 병목을 파악하는 데 강점을 보유했다. 3D 라이브러리를 통해 물품 입고부터 출하까지 모든 공정을 생산성 최적화에 초점을 두고 테스트할 수 있다.

지멘스는 모든 자사 시뮬레이션 플랫폼을 통합해 활용하도록 최적화된 시스템을 구축하고 있다. 기획 타당성 확보부터 설계·제어·연동·운영 효율 향상까지 공장 라이프사이클 전 과정에 이르는 시뮬레이션을 턴키로 지원한다. 단일 시뮬레이션 플랫폼 활용도 가능하지만, 현장 특성에 맞게 선택적으로 플랫폼을 종합해 활용 가능하다는 뜻이다. 이를 통해 글로벌 제조·물류 생산성 극대화를 꾀하는 중이다.

캐디언스시스템의 정지원 부장은 “가상 시운전 시스템은 신기술이 아니라 기존 시뮬레이션 기술과 접목돼 새로운 인사이트를 제공하고 있다”며 “지멘스 시뮬레이션 소프트웨어 플랫폼은 하드웨어·소프트웨어를 통합해 체계적으로 디지털 트윈을 실현할 수 있는 기술”이라고 강조했다.

오토메이션월드 최재규 기자 |