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Festo, 자동화의 새로운 기회 ‘디지털화’ Festo, 디지털화를 통한 Industry 4.0 구현 김지연 기자입력 2018-07-24 09:29:56

<그림 1> 클라우드 솔루션은 모듈 제조업체 및 사용자에게 장점을 제공한다.

 

현재 디지털화 및 Industry 4.0의 일환으로 생산 체계의 변화는 우리 일상생활에서 이미 눈에 띄게 나타나고 있다. 소비재 부문의 고객 맞춤형 제품은 더 이상 특별한 일이 아니며, 최종 소비자까지 적절한 물류 체인을 통해 네트워크 생산이 손쉽게 가능하다는 것이 이미 증명되었다.
제조업에서는 자동화 피라미드의 모든 레벨, 즉 센서에서부터 동작/모니터링, 유지 보수, 서비스 및 자산 관리를 위한 시스템에 상당한 변화가 예상된다. 


NAMUR와 독일전기전자제조업체협회(German Electrical and Electronic Manufacturers' Association)는 더욱 유연한 생산 공장을 설계하기 위한 초기 방법을 개발하기 위해 태스크 포스를 구성, 긴밀하게 협력한다. 이를 통해, 사용자와 생산자의 적극적인 참여에 따른 시장 주도적 사용자 요구 사항을 구현하게 될 것으로 기대하고 있다. 


그 목표는 개별 모듈을 활용하여 생산 중에 자체적으로 제어하는 공장을 만드는데 적용하는 한편, 모듈의 조작과 시각화에 대한 모든 정보를 엔지니어링 프로세스의 높은 레벨 시스템으로 제공하는데 있다.
이에 대한 장점은 다음과 같다.
- 엔지니어링 복잡도 감소 
- 규모의 경제 측면에서 표준화로 인해 모듈에 대한 투자비용 절감
- 모듈 교체 방식을 통해 변경되는 생산 요구 사항의 반영으로 폭 넓은 유연성 제공

 

이러한 유형의 공장을 운영하면 새로운 비즈니스 모델의 문을 열 수 있다. 예를 들어, 모듈 제조업체는 최신 IT 기술 및 클라우드 솔루션을 사용해 플랜트의 유지 보수, 서비스 및 모니터링이 가능하며, 이를 통해 생산자에게 필요한 데이터를 제공할 수 있게 된다.  

 

클라우드 어플리케이션의 데이터 분석 위한 IoT 게이트웨이

Festo는 IoT 컴포넌트 및 대시 보드를 위한 첫 번째 턴키 솔루션을 2017년 하노버 산업 박람회에서 선보였다. CPX-IoT 게이트웨이는 Festo 모션 터미널, 에너지 모니터링 모듈 MSE6-E2M, 분산 컨트롤러 및 리모트 I/O 또는 핸들링 시스템과 같은 현장 레벨의 컴포넌트와 모듈을 OPC UA를 통해 Festo 클라우드에 연결한다. 


클라우드를 사용하면 프로세스 및 모듈의 분산형 자동화 시스템에서 제공하는 진단 데이터 측면에서 데이터를 준비하고 모니터링 할 수 있게 된다. 생산 트렌드를 분석하거나 이전 생산 데이터와 비교하기 위해 데이터를 활용할 수 있는 것이다. 생산 트렌드에서 벗어난 이상 현상이 발견된 경우 조기 경고 시스템 및 자동 알림 기능을 통해 오작동으로 인한 모듈 작동 중단을 방지하고, 필요한 유지 관리 작업을 계획된 유지 관리 주기로 예약할 수 있다. 이렇게 하면 가동 중지 시간을 최소화하고 생산 능력을 높일 수 있게 된다.

 

<그림2> IoT 게이트웨이는 OPC UA를 통해 필드 레벨의 구성 요소와 모듈을 Festo 클라우드에 연결한다.  

 

IoT 게이트웨이는 클라우드 인터페이스를 컨트롤러에 연결하고 관련 정보가 적시에 올바른 형식으로 전달되도록 하며, 고객 맞춤 설정 옵션을 사용해 각 Festo 컴포넌트에 대해 미리 구성된 대시 보드 <그림 3>으로 가시화할 수 있다. 대시 보드는 웹 브라우저에서 볼 수 있으며 다이어그램과 신호 표시 등을 보여준다. 이에 따라 사용자 인터페이스 구성 요소, 에너지 모니터링 다이어그램, 예방 유지 보수 및 프로세스 성능 수치 및 전반적인 장비 효율성 향상과 같은 특정 위젯을 통해 사용자는 명확하게 데이터를 확인할 수 있게 된다. 


상태 모니터링 솔루션은 오류 진단 및 오류 식별을 개선하고 에너지 소비에 대한 투명성을 생성한다. 그래프 형식으로 명확한 정보를 제공하고 기록 데이터를 사용할 수 있도록 한다. 


이러한 툴의 제공을 통해 모듈 제조업체는 전세계 모듈의 상태를 쉽게 모니터링할 수 있게 된다. 또한 데이터를 활용해 모듈 또는 주변 온도와 같은 다양한 조건에서 생산 행위를 향상시키고 최적화할 수 있다.     

 

<그림3> IoT 게이트웨이는 각 Festo 구성 요소에 대해 미리 구성된 대시 보드를 제공한다.  

 

Festo 모션 터미널 - 공압 자동화의 새로운 정의

Festo 모션 터미널은 디지털화를 통해 기존의 자동화 기술을 혁신할 수 있는 방법의 한 예로 주목된다. 
Festo 모션 터미널에는 하드웨어와 이를 구동하는 기능이 완전히 분리되어 있다. 이러한 플랫폼과 기능의 분리는 생산 공장의 라이프 사이클 전체에서 자동화 분야에 광범위한 이점을 제공한다. 스마트폰과 마찬가지로 모션 앱을 설치해 동일한 하드웨어 플랫폼에서 개별 기능을 구현할 수 있으며, 이는 하드웨어 계획이 실제 자동화 작업과 완전히 별개임을 의미한다. 하나의 하드웨어 플랫폼에서 모든 기능을 구현할 수 있으므로 예비 부품의 재고도 크게 줄일 수 있으며, 이는 다음과 같이 여러 가지 경제적 이익을 제공한다.
- 향상된 에너지 효율
- 엔지니어링, 운영 및 유지 보수의 복잡성 감소
- 시장 출시 시간 단축
- 유지 보수 비용 절감
- 플랜트 가동 중 자체 적응 기능

 

Festo 모션 터미널은 아래와 같은 이점을 제공한다.
- 설비 제조사와 엔드 유저의 지적 재산권 보호
- 플랜트 조작 방지
- 컨디셔닝 모니터링
- 프로세스 투명성 

 

<그림 4> Festo 모션 터미널은 모션 앱을 통해 동일한 하드웨어에서 다른 기능을 제공한다. 

 

Festo 모션 터미널은 하드웨어 표준화로 인한 이점을 제공하는 것처럼 작동 중에도 명확한 장점을 얻을 수 있다.  


- 에너지 효율 : Festo 모션 터미널을 사용하면 프로세스 밸브를 열고 닫을 때 서로 다른 압력 레벨을 사용함으로써 에너지 효율을 확보할 수 있다. 두 작업 중 하나의 스트로크에 상대적으로 크게 낮은 힘 또는 토크가 필요한 경우 압축 공기 소비를 크게 줄일 수 있다. 
또한 진단 기능은 자유로운 파라미터 설정이 가능한 스위칭 조작 후에 활성화된다. 이 기능은 드라이브별 기준으로 발생할 수 있는 누기를 감지하고 누기의 심각성에 따라 유지 보수가 필요하거나 플랜트의 섹션을 종료하는 알람을 보내기 때문에 광대한 네트워크에서 누기 검출로 인한 시간 낭비를 피할 수 있다.

 
- 자가 최적화 : 공장에 필요한 생산 관련 변경 사항 및 Festo 모션 터미널의 개별 파라미터에 대한 변경 사항은 통합 인터페이스를 통해 손쉽게 정보를 확인할 수 있다. 파라미터는 상위 관리 시스템을 통해 변경하고 통신 인터페이스로 현장의 Festo 모션 터미널에 업로드할 수도 있다. 지멘스와 로크웰 시스템에 이를 적용한 사례는 지난 2017년 하노버 산업 박람회에서 발표됐다.

 

Festo 모션 터미널은 커미셔닝 중에 프로세스 밸브의 필요한 개폐 시간을 자율적으로 조정할 수 있으며, 파라미터 설정이 완료되면, 작업 중에 에어 유량 제어가 자동으로 조정되어 설정된 시간에 작업을 완료하게 된다.  
설정된 시간에 제대로 도달하는지 확인하기 위해 가동 중에 모니터링을 하며, 마찰력의 증가와 같은 외부 영향으로 인해 시간의 변화가 발생하는 경우에도 사전에 설정한 시간 값이 자동으로 유지되도록 조정된다. 이는 현장에서 직접 운영 및 유지 보수 직원의 개입 없이도 자동 및 분산적으로 수행된다.

 

디지털화 - 자동화 기술로 부가 가치를 얻을 수 있는 잠재 기회

앞서 소개한 내용은 기존 자동화 기술의 디지털화가 프로세스 공장 자동화의 새로운 차원으로 인도하며 공장 라이프 사이클의 모든 단계에서 부가 가치 창출을 위한 길을 열어줄 수 있음을 보여준다. 
장점으로는 작동 시 향상된 에너지 효율, 엔지니어링 및 운영비용 감소, 현장에서의 하드웨어 표준화 및 자가 적응 기능에 이르기까지 다양하다. 어플리케이션을 통해 기능을 실현하면 생산 유연성이 향상되며, 클라우드 기반 솔루션을 사용해 진단 메시지를 통합하면 설비제조사가 자사 설비에 대해 전 세계적으로 모니터링할 수 있고, 이후 개발에 필요한 중요한 정보를 얻을 수 있게 된다.   

 

* 필자 : Festo AG & Co. KG, Esslingen 에카드 루스(Eckhard Roos) 공학 박사
 

김지연 기자
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