AI/로봇·드론/VR·AR

계측과 제어_Vol.60 2021.8 특집 요약 (543~544)

CPS 실현을 위한 대응과 전망
Society 5.0을 지원하는 미래의 리더

1. 머리말
정부는 미래 사회의 새로운 모습으로 사회적 과제 해결과 경제 발전을 양립시키는 Society 5.0을 제창하고 있다. Society 5.0란 사이버 공간과 피지컬 공간을 고도로 융합시킨 CPS(Cyber Physical Systems)를 통해 실현되며, 모든 사람과 사물이 연결되어 다양한 지식 및 정보가 공유되는 사회이다.

도시바그룹은 중장기 경영 계획인 ‘도시바 넥스트 플랜’에서 2030년까지 ‘세계 유수의 CPS 테크놀로지 기업’이 되는 것을 목표로 내걸고 있으며, 사회 과제와 최첨단 기술 트렌드를 기점으로 한 기술 전략을 통해 인프라 서비스의 기술 개발과 기술 전개에 주력해 나갈 방침이다.

필자는 계측·제어시스템 등에서 폭넓게 활용되고 있는 산업용 컴퓨터의 설계·개발을 담당하고 있다. 여기서는 CPS 실현을 위한 활동 및 그 전망과 산업용 컴퓨터의 활용도 함께 소개하겠다.

2. IoT 활용과 CPS 실현
최근 IoT(Internet of Things) 활용으로 여러 종류의 기기들을 네트워크에 접속해 다양한 데이터를 수집할 수 있게 되었다. CPS는 이러한 기기들로부터 수집된 빅데이터를 사이버 공간에 전송해 인공지능(AI)을 이용해 분석. 그 결과가 사이버 공간에서 여러 형태로 피드백 된다. 지금까지의 정보 사회에서는 사람이 정보를 분석함으로써 가치가 창조되었지만, Society 5.0에서는 사람의 능력을 뛰어넘은 분석을 AI 등이 실시함으로써 지금까지 불가능했던 가치가 창조된다.

구체적인 사례로는 산업 자동화와 사회 인프라 계측·제어시스템이 있다. 이러한 시스템은 계층 구조로 되어 있어, 각 계층에서 데이터 수집 및 처리, 기기를 제어하면서 필드 기기에서 수집된 다양한 데이터를 사이버 공간에 전송해 축적·분석. 그 결과를 활용해 공장 설비의 모델화 및 가동 상황의 최적화를 추진한다. 이러한 계층 구조를 가지고 있는 시스템에는 각 계층에 맞는 IoT기기들이 필요하다.

즉, 하위 네트워크에서는 필드 기기 감시 및 제어를 하는 IoT기기를 설치하고, 상위 네트워크에서는 고성능의 서버 기기를 증설해 데이터 처리를 실시한다. 이처럼 기존의 설비 및 네트워크를 최대한으로 활용하면서 시스템을 CPS로서 운용해 나갈 수 있다. 이러한 시스템에 사용되는 IoT기기는 공장 라인의 가혹한 환경에서도 장기간 안정적인 가동이 요구되기 때문에 고성능일 뿐만 아니라 신뢰성과 강건함이 요구된다.

3. 산업용 컴퓨터의 활용
CPS의 요건을 만족하는 IoT기기로서 도시바의 산업용 컴퓨터를 소개한다. 주로 24시간 365일 장기간 연속적인 가동을 전제로 하는 사회 인프라 시스템(방송, 통신, 상하수도, 교통, 에너지), 산업 플랜트(철강, 석유화학, 종이 펄프), 제조 장치(반도체, 액정) 등에 사용되는 산업 용도의 컴퓨터이다. 산업 용도로서 온도, 진동, 노이즈 등 가혹한 환경에서 안정된 연속 가동을 지속하는 높은 신뢰성과, 만일 이상이 발생한 경우, 그것을 신속하게 검출해내는 자기 진단 기능, 보수 점검으로 인한 시스템 정지 시간을 최소화하는 관리 유지의 용이성, 교체로 인한 재점검 비용을 낮추기 위한 장기간의 공급 및 유지·보수 서포트 등이 요구된다. 도시바는 범용 PC 아키텍처에 이러한 산업 용도의 특징을 갖춘 산업용 컴퓨터를 폭넓은 범위의 이용자들에게 제공하고 있다.

산업용 컴퓨터의 제품 라인은 소형 내장형 디바이스부터 서버까지 갖춰져 있으며, CPS에 요구되는 모든 계층에 대응할 수 있다.

4. 향후 전망
IoT 기술의 활용 추진에 따라 계측〮제어 시스템에서도 스마트화가 진행되고 있다. 제조 라인에서는 로봇이나 사람이 운전 조작을 실시하는 것이 아닌, 자동 이동하는 AGV(Automated Guided Vehicle)의 활용, AR(Augmented Reality)〮VR(Virtual Reality)을 이용한 원격 조작 지원 및 숙련 기술자로부터의 원격 지시, 디지털 간판의 실시간 표시, 재해 시의 피난 경로 등의 정보 표시, 모바일 단말기를 이용한 작업자 행동 관리 등과 품질·안전성·작업 효율의 향상, 인력 부족 해결, 기술 계승 등을 위해 다양한 기술들이 현재 도입 또는 검토되고 있다. 이러한 동향으로 인해 대용량 데이터를 고속으로 전송하는 안정된 네트워크와 안전한 무선망 수요가 높아지고 있다.

범용성이 높은 이더넷을 활용해 정보계 네트워크와 산업용 네트워크를 상호 운용하는 네트워크 기술 TSN(Time-Sensitive Networking)과 공장 내부 등 한정된 구역에서의 5G가 그 예라고 할 수 있다. 이러한 고속의 아키텍처를 계측·제어 시스템에 도입하면 안정적인 네트워크와 클라우드가 융합됨으로써 고정밀 화상·영상 등 대용량 데이터를 고속, 저지연으로 전송할 수 있게 된다. 이를 위해 피지컬 공간에서 수집된 대량의 데이터를 사이버 공간으로 송신하는 네트워크 층에 설치된 IoT기기는 높은 연산 성능과 대용량의 메모리 영역 등 성능 향상이 요구되고 있다. 또한, 다양한 기기가 인터넷에 접속됨에 따른 데이터 유출 리스크에 대해서는 화이트 리스트 방식을 이용한 안전한 통신에 한정된 전송 관리 등 보안 대책을 엣지 부분에서 실시해, 보다 안전한 시스템 구축이 가능해진다.

5. 맺는 글
CPS 실현을 위한 산업용 컴퓨터의 활용과 계측·제어시스템의 전망에 대해 소개했다. 계측·제어시스템은 일반 산업 및 사회 인프라를 뒷받침하며 스마트하고 안전한 시스템 실현을 위한 진화가 이어지고 있다. 필자는 앞으로 더욱 발전해 나갈 IoT기술을 활용해 엣지 컴퓨팅 요건에 대응하는 산업용 컴퓨터 개발에 참여, 새로운 가치 창조에 기여해 나가고 싶다.

 -- 끝 --