산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2018. 2. 특집2 요약 (p67~73)

시리즈
IoT 공장의 현실 (2)
데이터는 어떻게 해야 수집할 수 있는가

기존의 설비 및 오래된 설비에서도 데이터를 수집하고 싶으나, 설비의 갱신 및 대규모 개조는 반드시 피하고 싶다---. 공장의 IoT화에서 가장 먼저 직면하는 과제는 어떻게 데이터를 수집할까이다. 중소 부품 업체의 사례 및 IoT화(化)용 제품∙서비스를 제공하는 기계 및 설비 밴더 등의 움직임을 통해 최신설비로 바꾸지 않고 최소한의 기기 도입으로 데이터를 수집하기 위한 요점을 모색한다.

■ 오래 된 쇼와(昭和) 시대의 설비에서도 데이터를 취득할 수 있다.
→ 아사히철공(Asahi Tekko)의 사례

I/O인터페이스가 없는 오래된 설비 등으로부터의 데이터 수집에 있어서 기존 설비에 거의 손 대지 않고 실현한 중견 자동차 부품 업체가 있다. 자동차용 금속부품을 제조하는 아사히철공(본사 아이치 현)이 그 주인공이다. IoT화에 의해 공장이 가시화된 결과, 현장의 개선활동이 활성화되면서 생산량의 대폭적인 향상 및 성인화(省人化) 등, 큰 성과를 올리고 있다.

-- 아키하바라(秋葉原)에서 구매한 센서 만으로도 충분 --
아사히철공이 독자적으로 구축한 IoT시스템인 ‘사이클 타임 모니터’(이하, CT 모니터)는 설비의 가동상태 및 생산상황을 파악하기 위한 것이다. 취득하는 데이터는 설비의 가동/정지상황 및 생산개수∙사이클 타임으로 기능이 한정된 심플한 시스템이다.

‘사이클 타임 모니터’의 특징은 데이터의 취득 방법이다. 당사의 공장에는 데이터 출력의 인터페이스를 가지고 있지 않은 오래된 설비가 많다. IoT화는 하고 싶으나, 그렇다고 신규설비를 갱신하거나 대규모 개조 등은 원하지 않는다. 처음부터 “데이터 취득을 위해 생산 설비의 배선을 개조하면 설비에 영향을 미칠 가능성도 배제할 수 없다”(당사 대표이사 사장인 기무라 씨).

그리하여 광 센서 및 리드 스위치를 자체적으로 부착하여 데이터를 수집하기로 했다. 예를 들어, 생산설비에 장착된 신호등의 빛을 광 센서로 받으면 가동상태를 데이터화 할 수 있다. 설비의 안전문이나 반송부(搬送部) 등, 제품이 1개 완성될 때마다 가동하는 부분에 개별 리드 스위치를 부착하면 신호 펄스와 시각을 기록함으로써 가동시간 및 생산 수량, 사이클 타임을 산출할 수 있다.

“이것이라면 수십 년 전(쇼와 시대)의 설비에서도 데이터를 수집할 수 있으며 센서가 고장이 나도 설비에는 영향을 끼치지 않는다”(기무라 씨). 센서는 기무라 씨와 직원이 아키하바라(전자제품 상가)에서 사왔다고 한다. 이러한 시도를 통해 생산 설비를 개조하거나 PLC(Programmable Logic Controller)를 부착하지 않고서도 데이터의 취득을 실현할 수 있다. 생산 수량 카운터 등이 장착되어 있지 않는 설비를 제외하고 현재, 기본적인 광 센서와 리드 스위치만을 사용하여 데이터를 수집하고 있다고 한다.

센서로부터 수집한 데이터는 시중에 판매되는 무선기를 사용하여 PC에 송신, 클라우드에 전송하여 필요한 데이터를 현장에서 바로 볼 수 있는 구조가 되어 있다. 무선 통신으로 한 것은 공장에 배선을 설치하기에는 시간과 비용이 소요되기 때문이다. 클라우드를 이용한 것도 전용 서버를 설치하는 초기 투자 및 유지 비용 없이 스케일러블(확장 가능한)한 시스템을 구축할 수 있기 때문이다.

-- 데이터 수집은 자동, 사람은 고(高)부가가치 작업을 --
당초에 아사히철공이 공장의 IoT화에 뛰어든 것은 생산성을 높이는 개선활동을 추진해 나가기 위해서였다. ‘사람은 부가가치가 높은 업무를, 조사하는 것은 자동화’를 위해 구축한 것이 CT 모니터이다.

“세미나 및 전시회를 둘러 보았으나, 공장 IoT의 시스템은 대규모로 고가인데 반해, 오래된 설비에는 적용할 수 없다”(기무라 씨). 그리하여 앞에서 말한 독자적인 방법으로 데이터를 수집하는 시스템을 구축했다. 이와 같이 현장을 가시화하여 데이터를 보면서 설비 정지의 원인 및 대책, 담당을 검토하는 ‘라인 스톱 미팅’을 매일 현장에서 개최. 정지시간이 긴 것부터 차례대로 문제를 해결해 나감으로써 완성도가 개선되었다고 한다.

기무라 씨는 IoT화의 성공요인으로, (1)명확한 수요가 있었던 것, (2)투자와 수집 데이터를 압축해 나간 것, (3)개선활동 등의 운용에 주력한 것을 들고 있다. 특히 (3)에서는 “디지털을 이용해도 아날로그 적인 활동이 중요하다” (기무라 씨)라고 말한다.

실은 “많은 중소 제조업은 설비의 가동 정지 시간조차 파악하고 있지 않아, 사이클 타임의 개념이 없다”(기무라 씨). 반대로 말하자면, 가동시간을 파악하여 사이클 타임을 관리하게 된다면 생산성을 높일 수 있다. 기무라 씨는 “중소기업이야말로 IoT화를 해야만 한다. 개선의 여지가 많으며 대담한 개혁이 가능하다. 완벽을 추구하기 보다는 신속한 결단으로 우선 시도해봐야 할 것이다”라고 강조한다.

■ 신호등에서 플랫폼까지 연결하는 구조가 잇따라 등장

닛케이 모노즈쿠리(본 잡지)가 실시한 조사 결과에서도 기존 설비로부터 데이터를 수집하는 것은 공장 IoT화에 커다란 걸림돌이 되고 있다는 것을 알 수 있다. 데이터 수집에 있어서 곤란한 점을 질문한 결과, “기존의 설비 장치에는 데이터 수집 기능이 없다”, “데이터 수집을 위한 설비 투자 비용이 비싸다”, “설비가 오래되어 대응이 불가능하다” 등의 답변이 많았다.

그렇다면, 기존의 공장을 IoT화 하기 위해서는 오래된 장치를 갱신하거나 대규모 데이터 수집의 시스템을 도입하지 않으면 안 되는 것일까? 아사히철공의 사례로 본 것처럼 반드시 그렇지만은 않다. 오래된 설비∙기계에서도 최소한의 개량 및 설비 도입을 통해 IoT화 할 수 있다. 실제로 그런 수요에 대응한 제품 및 서비스도 충분히 이루어지고 있다. 앞에서 말한 아사히철공 또한 i Smart Technologies사(본사 아이치 현)를 설립하여 자사에서의 경험을 토대로 중소 제조업체를 대상으로 IoT시스템과 개선 컨설팅을 제공하고 있다.

-- 시리얼∙인터페이스도 연결시킨다 --
슈나이더 일렉트릭도 기존설비의 IoT화 사업에 주력하고 있다. ‘어떤 기기라도 연결시키는 것이 당사의 강점’(인더스트리 사업부 영업기획부장 하야시(林 )씨). 슈나이더 일렉트릭은 ‘Pro-Face’ 브랜드인 프로그래머블 표시기 및 데이터 수집기기를 제공하고 있으며 그것들을 통해 오래된 설비로부터의 데이터 수집을 실현한다.

예를 들어 오래된 시리얼 등의 인터페이스밖에 없는 시설에서도 프로그래머블 표시기를 시리얼에 접속을 하고 있는 설비라면, 표시기와 PLC 등의 사이에 ‘Pro-face IoT Gateway’를 설치할 경우, 기존의 설비를 일체 개조하지 않아도 데이터를 취득할 수 있다. 시리얼 인터페이스조차 없는 제어판 등에는 ‘멀티 데이터 박스’로 불리는 제품을 사용한다. 벨이나 스위치, 신호등 등의 신호선(線)에 연결하여 접점 정보를 취득한다. 10만엔 정도로 저렴하게 IoT화 할 수 있기 때문에 수요가 있다고 한다.

-- 신호등은 데이터의 원천이 된다 --
아사히철공과 같이 신호등의 정보를 설비가동 데이터로서 취득하는 방법도 확산되고 있다. 예를 들면 공작기계용 날붙이 제조업체의 가네후사(兼房, 본사 아이치 현)는 동양 비즈니스엔지니어링(B-EN-G)이 제공하는 ‘mcframe SIGNAL CHAIN’(이하, SIGNAL CHAIN’)을 도입, 2017년 3월부터 본격적으로 가동시키고 있다.

SIGNAL CHAIN은 중견∙중소 기업을 대상으로 한 IoT패키지이다. 무선 송신 옵션을 장착한 파토 라이트제(製) 신호등을 이용하여 서버의 가동상태의 정보를 수집하는 등, 손쉽고 신속한 시스템 구축을 어필하고 있다. 신호등의 상태표시라는 단순한 데이터이지만, “그렇기 때문에 현장에서는 쉽게 알 수 있다”(B-EN-G 신상품 개발본부 마케팅 기획본부 본부장 이리마지리(入交) 씨).

가네후사에서는 설비의 유지보수 기능도 도입. 수리 이력을 기록해 나감으로써 수리에 어떤 부품을 사용하고 있는지, 어디가 고장 났는지에 대한 파악이 쉬워졌다고 한다. 당사는 해외 전개를 비롯하여 SIGNAL CHAIN을 사용한 IoT 시스템을 사내에서 수평으로 전개해 나갈 방침이다.

-- 설비 제조사를 통일하지 않아도 된다 --
가능한 새로운 투자 없이 기존 설비를 IoT화 하고 싶은 것은 대형 제조업체도 마찬가지이다. 공장의 규모가 크기 때문에 다양한 종류∙제조사의 설비 및 기계를 연결시키지 않으면 안 되기 때문에 고민은 더욱 크다.

여기에서 제조사의 틀을 뛰어넘어 생산설비 및 PLC, 센서 등으로부터 종합적으로 데이터를 수집할 수 있는 산업용 IoT의 오픈 플랫폼이 주목을 받고 있다. 선두를 끊고 등장한 것은 2017년 10월에 제1탄을 발매한 화낙의 ‘FIELD system’이다.

FIELD system은 현장의 엣지 컴퓨터에서 1차적으로 정보를 처리하여 필요에 따라서 클라우드에 데이터를 전송해 처리한다. API를 파트너 기업에 공개하고 있으며 타사도 어플리케이션 및 기기 접속용 드라이버(컨버터)를 개발할 수 있다. 따라서, 화낙 제품의 CNC제어장치 및 로봇,’OPC UA’, 및 ‘MT Connect’와 같은 표준규격은 물론, 컨버터를 매개로 한 타사제품의 다양한 기기를 종합적으로 감시∙제어할 수 있다.

2018년 1월 시점에서 제공하고 있는 컨버터는 화낙 제품의 CNC용/로봇용과 OPC UA용의 3종류이다. 조만간 MT Connect용 컨버터도 제공한다고 한다. 서드파티가 컨버터를 개발하기 위한 SDK도 가까운 시일 안에 제공할 예정으로, “센서 제조사 등으로부터 강한 요청이 있다. SDK가 나오게 되면 컨버터의 종류가 한꺼번에 늘어날 것이다”(전무이사 연구총괄본부장 마쓰하라 씨). 이처럼 연결 기기의 확산은 기대를 모으고 있다.

한편, 어플리케이션은 기기의 데이터를 종합적으로 가시화 및 분석하는 ‘iPMA’, 예방보전 기능인 ‘iZDT’, 공작기계의 가공시간을 예측하는 ‘가공시간 예측’, 기기의 조작 권한∙이력을 관리하는 ‘개인인증∙이력관리’를 제공하고 있다.

화낙의 마쓰하라 씨는 “공장의 기기는 정지하지 않고 계속 가동시키는 것이 중요하다”라며 신뢰성과 지속적인 보수 운용을 위해 일부러 전용 하드웨어를 사용하고 있다고 강조한다. FIELD system의 가동상황은 ‘FIELD system Manager’을 사용하여 클라우드로 감시. 시스템의 건전한 동작을 위한 보수 구조 외에도, 서포트 콜센터 및 서비스 대응 인원의 교육에도 힘을 쏟고 있다고 한다.

이미 화낙 공장에서는 실증도 겸해서 FIELD system 도입이 시작되고 있다. 지금까지도 공장 내의 로봇 및 공작기계의 가동 상황을 일원화하여 관리하는 시스템은 있었으나, “FIELD system으로 대체함으로써 설비의 갱신 및 교체가 있어도 간단하게 접속할 수 있게 되었다” (제조총괄 본부장 고자카 씨). 지금까지는 기기의 변경 때마다 접속부를 조정할 필요가 있어서 시간과 비용이 들었다.

FIELD system과 동일한 개념인 IoT 플랫폼으로는 미쓰비시전기(電機) 및 6사가 설립한 ‘Edgecross’가 있다. 사양의 상세한 부분은 추후에 결정되겠지만, 하드웨어에 의존하지 않는다는 점이 FIELD system과 크게 다르다. 기존의 산업용 컴퓨터에서도 가동되기 때문에 한층 더 도입이 수월할 것으로 보인다.

-- 기업을 원만하게 연결 --
공장내의 설비∙기기가 연결된다면 그 다음으로 지향하는 것은 서플라이 체인의 정보를 연결시키는 것이다. 그리하여 인더스트리얼∙밸류체인∙이니시어티브(IVI)는 기업 간의 정보를 연결하기 위한 플랫폼 만들기에 나섰다. 그것이 IVI의 미래 프로젝트의 하나인 ‘원만한 엣지 OS’이다.

IVI는 서플라이 체인의 공장 간에서의 정보 연대에 의한 효율적인 제조의 실현을 목표로 하고 있으나, 공장의 기존 설비는 가지각색으로 제조사 및 통신 프로토콜도 제각각 다르기 때문에 데이터의 유통이 어렵다. 또한 공장이나 기업은 독자적인 노하우의 유출을 꺼리기 때문에 정보 연대가 원만하게 진행되지 않는 것이 현실이다.

이에 따라, 원만한 엣지 OS에서는 장치/기업 간의 인터페이스의 차이를 최소화하여 쉽게 접속할 뿐만 아니라 공유할 정보만을 기업과는 상관 없이 장치 간에 주고 받을 수 있는 사양 및 기술 책정을 목표로 한다. 다시 말해, 외부 기업과 공유하는 정보∙공유하지 않는 정보를 어떻게 구분하여 어떤 식으로 연대해 나갈까를 결정해, 그것을 실행하는 소프트웨어 모듈을 제공한다. FIELD System 등과 경합하는 것이 아니라, 그것들의 어플리케이션의 하나로써 가동시킴으로써 공장 및 기업의 틀을 뛰어 넘어 모듈간에 정보를 주고받을 수 있게 될 전망이다.

프로젝트 리더인 호리고시(堀越) 씨(NTT 커뮤니케이션즈 IoT 추진실 주임)에 따르면 2018년도는 IVI로 검토를 추진해 언젠가는 실제 모듈을 제공할 수 있을 것으로 상정, 2019년도 이후에는 독립된 서브 조직을 설립하여 추진할 계획이라고 한다. “2018년 말에는 사양을 완성시키고 싶다”(호리고시 씨)라고 한다.

 -- 끝 --