[헬로티]

스마트제조 3대 국제 표준기구로는 IEC, ISO, IEEE가 있으며, RAMI 4.0은 2015년 3월, IEC SG 8 2차 회의 시 독일 VDMA(엔지니어연합회)에서 발표한 모델로, 현재 IEC/PAS 63088 표준으로 진행 중이다. 올해 12월에 표준이 될 것으로 예상된다. IEC 국제 표준 동향 및 RAMI 4.0에 대해 LS산전 권대현 팀장이 ‘스마트공장 표준 세미나’에서 발표한 강연 내용을 정리했다.

▲ 권대현 LS산전 책임

인더스트리 4.0 플랫폼은 2013년 4월, 독일 인더스트리 4.0의 산업계 공통 플랫폼을 개발하고자 전자전기산업연합회, 기계설비제조협회, 정보통신산업협회가 모여 설립했다. 독일 연구연합(Forschungsunion)과 공학아카데미(Acatech)에서 실시한 설문조사에서 따르면, 인더스트리 4.0 구현에 있어 가장 큰 도전과제로 ‘표준화’가 뽑혔으며, 표준화의 중요한 부분으로는 ‘상호운용성’이라고 답해, 이 부분 핵심 표준 기술 현황 파악이 필요했다. IEC 61804-2에서는 상호호환성 레벨로 정의하고 있는데, 상호운용성은 높은 수준의 호환성 레벨이다.

스마트 제조 국제표준단체

스마트제조 3대 국제 표준기구로는 IEC, ISO, IEEE가 있으며, 이 표준 단체에서 스마트 제조와 관련된 국제 표준을 정의하고 있다. IEC SG8에서는 스마트 제조를 담당해 왔는데, 수명을 다해 IEC SEG7을 만들었다. IEC TC 65에서는 공장자동화 관련된 중요한 표준들을 다루고 있으며 그중에 TC65/AHG3와 SC65E/AHG1의 네트워크 그룹 2개가 새로 만들어졌다.

SG8은 IEC의 주주총회 역할을 하는 COUNCIL BOARD가 있고, 임원들이 회의하는 SMB라는 표준화기구 위원회가 있다. 그 밑에 TC(기술위원)들이 있어 실제 기술 관련 표준을 다룬다. 멤버는 IEC SMB 3분의 2 이상의 찬성을 거쳐 멤버가 확정이 되는데 한국 대표로는 한양대학교 홍승호 교수와 LS산전 권대현 팀장이 참여하고 있다. 2014년 11월에 킥오프 회의를 했고 2016년 6월에 업무를 마감하고 SEG7이 생성됐다.

처음에는 SG 8에서 로드맵이라든지 어떤 아키텍처를 쓸 것인지 등, 각각 TC 업무에 대해서 주요사항 건의가 끝났을 줄 알았는데 워낙 범위가 넓다보니 기간 내에 다 마치지 못하고 후속 그룹으로 SEG 7을 만들었다.

IEC TC 65를 간단히 설명하면, 공정 관련된 모든 표준을 다루고 있고 여기서 다루고 있는 중요한 표준 중에는 SC 65A 시스템이 있다. 이곳에서는 펑셔널 세이프티에 관한 표준들을 다룬다. 이게 얼마나 중요하냐 하면 여기에서 나온 표준을 가지고 자동차 ISO 26262라는 규격이 만들어진다. 뭔가 사람의 생명과 밀접한 영향을 미치는 전자 제어프로그램이 가능한 곳이면 펑셔널 세이프티 기술을 적용해야 한다. 

그리고 SC 65B는 PLC, TC 65C는 인더스트리얼 네트워크, TC 65E는 필드 다바이스 툴, AutomationML, EDDL, OPC 등을 다루고 있다. 그 외에 공장에 중요한 디지털 팩토리, 라이프사이클 매니지먼트, 시스템 시큐리티 등도 다룬다.

사실 TC 65는 스마트제조 표준화 관련 전체의 70% 정도를 담당하고 있다. TC 65는 또 스마트 제조를 담당하기 위해서 프레임워크 & 시스템 아키텍처와 인포메이션 모델을 만들어보자는 작업을 했었고 여기서 뭔가 리포트를 만들게 되면 중요한 표준을 만드는 기구에서 이 리포트를 참조해서 앞으로 제품에 대한 표준을 만드는 데 참고하는 식으로 이루어지고 있다.

인더스트리 4.0 레퍼런스 아키텍처

다음으로 RAMI 4.0에 관해 설명하겠다. RAMI 4.0은 2015년 3월, SG 8 2차 회의 시 독일 VDMA(엔지니어연합회)에서 발표한 모델로, 현재 IEC/PAS 63088 표준으로 진행 중이다. 올해 12월에 표준이 될 것으로 예상되며, 12월 이후에는 PAS 떼고 IEC로 갈 것 같다. 실제 작업은 전기전자산업연합회(ZVEI)에서 주로 작업하고 있다. 여기에 참여하고 있는 곳은 보쉬 렉스로스와 훼스토에서 기술 담당하고 있다. 

RAMI 4.0은 크게 보면 3차원 모델로서 3개 축을 형성하고 있다. 기존 우리가 알고 있는 계층적 모델에는 맨 아래에서부터 프로덕트, 필드 디바이스, 컨트롤 디바이스, 스테이션, 워크 센터, 엔터프라이즈의 구조를 이루고 있으며, 앞으로는 머신이 전 세계에 연결될 수 있고 공장 간에도 연결될 수 있어 그것을 커넥티드 월드라고 하나를 더 만들었다.

라이프사이클은 기존 공장자동화는 생산에 관심이 많았으나, 스마트 매뉴팩처링은 생산도 중요하지만 생산과 관련된 인풋 과정, 즉 에너지, 원재료가 될 수도 있고, 그다음에 출력과정, 즉 유통, 고객의 피드백, 유지보수도 있을 수 있다. 타입과 인스턴스는 그것들이 유기적으로 돌아갈 수 있다는 것을 보여주는 라이프사이클이다. 여기서 타입은 제품 개발 시 아이디어를 가지고 R&D에서 실제 시제품까지 만들어보는 과정이며, 인스턴스는 그러한 시제품을 가지고 양산단계를 거치는 것이라고 보면 된다.

다음으로, Asset는 하드웨어와 같은 물리적인 것이라고 보면 된다. 최근에는 소프트웨어도 Asset으로 보고, 심지어 사람도 Asset으로 보고 있다. 이런 Asset들이 모여서 통합 과정을 거치고 통신을 통해서 정보를 전달하게 되는데, 정보에는 펑크션이 나오게 되고 결국 비즈니스가 된다는 것이다.

다시 말해 계층모델에서 보면 프로덕트에서 인터넷까지 연결되는 부분이 계층적 과정을 이루게 되고 타입과 인스턴스는 개발에서 서비스 단계까지, 아키텍처는 물리적인 것이 디지털화 되어서 디지털 월드 생산에 들어가게 된다. 디지털 월드 생산에 들어가게 되면 거기서 만들어진 것들은 커뮤니케이션 통해서 연결되고 커뮤니케이션 통해서 데이터가 연결되면 데이터 중에서 의미 있는 정보가 나오게 되고, 이러한 정보를 통해서 우리가 할 수 있는 어떤 역할이 나오게 된다. 그 역할을 통해 비즈니스가 이루어지게 된다. 

Asset은 QR 코드라든지 IT 디바이스와 같은 다양한 툴을 통해서 통합과정을 거치고 디지털화를 거친다.

인더스트리 4.0 참조 아키텍처는 복잡한 산업의 특징을 반영하기 위하여 공급자와 수요자의 관점에서 수명주기를 정의한다. 예를 들면 공장에서는 어떤 부품을 만들기도 하고 그 부품들이 모여서 머신이 되고 그 머신을 가지고 공장을 만들어 고객의 주문을 받아서 제품을 생산하게 된다. 이러한 라이프사이클을 보게 되는데, 앞서 설명했듯이 타입은 아이디어를 가지고 기획, 설계, 엔지니어링, 시제품 제작을 하는 것이고, 공장을 운영하는 입장에서는 시운전이 된다. 인스턴스는 아이디어가 구체화된 결과물, 즉 양산제품, 유지보수/최적화, 전달, 서비스 등이 포함된다.

그런데 공장이 복잡하다고 얘기한 것은 우리가 어떤 부품을 만들게 되면 부품들이 양산이라는 과정을 통해 프로덕션을 하게 되는데 머신을 만드는 사람의 입장은 이 부품도 하나의 구성원이 된다. 머신을 만들 때 내가 어떤 인풋 소자를 쓰게 되고 어떤 출력소자를 써야 하는지를 다시 계획과 개발하게 된다. 그리고 디자인 과정에서 가상 커미셔닝을 거쳐서 양산이라는 단계를 거치게 된다. 그런데 머신이라는 것은 공장을 운영하는 사람 입장에서는 어떤 PLC를 써야 하고 어떤 MES를 써야 할지를 고민해야 한다. 이처럼 인스턴스가 공장을 운영하는 입장에서는 또다시 타입이 된다. 공장에서 시운전을 거쳐 주문을 받은 제품을 고객에게 전달하면 고객은 제품에 대해 좋고 나쁨을 피드백하게 된다. 그러면 그것에 따라 공장이 다시 유연생산으로 바뀌게 된다.

그런데 굳이 여기서 타입과 인스턴스를 나누어 보게 되면, 타입 단계에서 보더라도 디지털 월드 관점에서 봤을 때는 타입에서 나온 결과물과 인스턴스에서 나온 결과물이 거의 대부분 동일한 특성을 갖는다. 그러면 머신 만드는 사람은 결과를 기다리지 않고도 타입 단계에서 만들어진 정보를 표준화된 정보 교환방법에 의해서, 즉 Automa-tionML을 통해서 머신을 설계할 수 있고, 머신을 이용한 공장 입장에서는 양산된 제품을 기다리지 않고 디자인 단계 정보, 또는 가상 커미셔닝 단계 정보를 가지고 툴을 만들 수 있다.

결과적으로는 타입이 만들어지는 데까지 걸리는 시간을 줄일 수 있다. 공장이라는 조직을 타입과 인스턴스로 보게 되면 단계별 피드백을 거쳐 뫼비우스 띠와 같이 상호 연결된 구조로 이루어짐으로써 최적 생산할 수 있는 것이 바로 스마트 매뉴팩처링이며, 바로 RAMI 4.0 모델이다.

인더스트리 4.0을 단계별로 나누면, 현재 수준은 ‘Industry 4.0 Basic’이다. 독일에서도 4차 산업혁명이 되기까지는 2035년으로 많은 시간이 걸릴 것으로 내다보고 있다. 이 단계는 현재 나와 있는 제품들이 인더스트리 4.0에 어느 정도 부합하는지를 평가하는 단계이다.

그리고 인더스트리 4.0을 위한 기술과 표준들이 만들어져 제품에 반영되면 ‘Industry 4.0 Ready’가 된다. 그 다음으로 어떤 표준과 다양한 리서치를 통해서 나온 결과물들, 즉 현재 우리가 이런 것들이 있었으면 좋겠다는 아이디어들이 실제로 실현되는 단계가 ‘Industry 4.0 Full’이다.

인더스트리 4.0 컴포넌트 모델

그러면 제품을 만드는 입장에서는 어떤 부분을, 또는 공장을 운영하는 관점에서는 어떤 고민을 해야 하는가. 독일은 인더스트리 4.0 컴포넌트 모델에 대해 고민을 해야 한다고 얘기하고 있다. 컴포넌트 모델을 독일에서는 Admin-istration shell이라고 표현한다. 어떤 Asset들은 Administration shell을 통해서 인더스트리 4.0에 부합한 컴포넌트가 만들어진다.

아키텍처 레이어 관점에서 보면 Asset이 디지털화 과정을 거치고 통신을 통해 만들어진 정보를 토대로 어떤 제품이 만들어 지면 거기에 따라 비즈니스가 나오게 되는데, 결국 모두가 다 연결된다는 디지털 월드 세상으로 가기 위해서는 가장 중요한 게‘넌 누구냐’라는 것이다. 공장에서는 제품의 시리얼 넘버에 해당되겠다. 시리얼 넘버가 어떤 표준 체계 없이 공장에서 구현하게 되면 앞으로 다 연결됐을 때는 그 시리얼 넘버가 충돌될 것이다. 따라서 국가별, 공장별 코드를 할당하고 모든 제품에는 고유의 아이디를 부여해서 식별할 수 있도록 해야 한다.

Administration shell의 주요 구조는 Identification, Communication, Configuration, Engineering, Condition Monitoring으로 나누어진다. 띵(Thing)은 Administration shell로 구체화되고 인더스트리 4.0에 부합한 통신을 통하여 데이터를 교환한다. 다시 말해 띵이 Administration shell이란 모자를 쓰게 되면 띵이 머신이었는지, 터미널 블록이었는지, 또는 소프트웨어였는지 등을 알 수 있다. 또한, 인더스트리 4.0에 부합한 통신을 통하여 어떤 나라에서 생산한 머신인지, 어떤 성능을 가진 머신인지를 알 수 있다.

따라서 우리나라도 IIoT 플랫폼을 기반으로 다양한 네트워크 솔루션 확보와 하드웨어 플랫폼 공용화를 통하여 사업전략상 필요한 네트워크를 적은 운용비용으로 개발해 대응할 필요가 있다.

LS산전은 인더스트리 4.0에 부합한 컴포넌트로 RAPIEnet이라는 기술을 개발했다. 그리고 이더넷 IP나 OPC UA를 선택적으로 쓰는 게 아니고 동시에 동작할 수 있는 표준 프로토콜을 개발하고 있다. 또한, 산업자동화 및 자동차 통신에 적용 가능한 IIoT 플랫폼인 SoC를 개발했으며, CPU도 LS산전이 100억원을 투자해서 5년간 개발 완료하고 이것을 기반으로 EDDL에 대응해서 어느 정도까지는 따라가고 있다. 다른 기업체들도 이런 분야에 관심을 갖고 준비를 해야 글로벌 시장에 나갈 수 있는 세상이 열릴 것이다.  

임근난 기자 (fa@hellot.net)