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[기술기고] 제조 산업 분야 생산 라인의 생산성 향상을 돕는 '에지 컴퓨팅'

[기술기고] 제조 산업 분야 생산 라인의 생산성 향상을 돕는 '에지 컴퓨팅'

[산업일보]
IIoT(Industrial Internet of Things, 산업용 사물인터넷)를 통한 인더스트리 4.0의 확대는 생산라인의 광범위한 센서로부터 데이터를 수집 및 분석해 산업·제조 운영 환경개선에 초점을 맞추고 있다. 일반적으로 IIoT 센서에 의해 생성된 데이터는 게이트웨이를 통해 제조 실행 시스템(MES), 기업자원기획(ERP) 및 중앙집중식 클라우드 애플리케이션으로 전송된다.

모든 데이터를 배포하고 모델링한 다음 분석을 실행하려면 중앙집중식 시스템에서 많은 컴퓨팅 성능을 필요로 한다. 그러나 작업 현장의 장치들이 점점 더 똑똑해지고 강력해짐에 따라서 더 많은 데이터를 생성하고 그 데이터 자체를 스스로 분석할 수 있게 되었다.

데이터를 수집하는 장치에 더 가깝게, 즉 ‘에지’로 프로세싱을 이동하면 데이터를 클라우드로 보내고 받는 동안 발생하는 지연이 없어지고, 네트워크 정체가 감소돼 안정성이 향상된다.

이렇듯 에지 컴퓨팅은 운영상의 결정을 중앙집중식 애플리케이션 및 클라우드 컴퓨팅이 등장하기 전에 그러했듯이 생산 라인 현장으로 되돌릴 수 있다. 또한 관리 책임자에게 생산 라인의 운영에 대한 실시간 가시성을 제공하여 OEE(전체 장비 효율성)를 개선할 수도 있다.

이는 중앙집중식 시스템을 대체하는 방법이라기보다 의사결정 속도를 높이고 네트워크 부하를 줄이는 동시에 효율성을 향상시키는 방법이라 할 수 있다.

생산성과 결함 감지에 대한 정제되고 분석된 데이터가 클라우드로 이동하여 다른 생산 라인과 다른 부서의 데이터와 결합된다. 그 결과, 포괄적인 운영 이해와 전체 조직 차원에서 명확한 그림을 얻을 수 있다. 생산 라인을 운영할 수 있는 에지 컴퓨팅의 세 가지 이점에 대해 소개한다.

실시간 성능 모니터링 가능
스마트 카메라가 획득하는 이미지에는 많은 정보가 담겨 있으며, 산업용 바코드 리더기는 단순히 코드를 읽는 것 이상의 기능을 갖고 있다. 바코드가 적용된 위치, 인쇄 품질문제 또는 손상 및 경우에 따라 PCM(Process Control Metrics: 코드 인쇄 품질을 관리하는 하나의 방식)을 확인할 수 있다.

카메라가 정교할수록 얻을 수 있는 정보는 더 광범위하고 상세하다. 이 정보들은 스마트 카메라가 바코드를 성공적으로 읽지 못한 경우에는 원인이 무엇일지에 대한 정답을 알려준다.

생산 라인이 초당 40개의 부품을 처리하고 있을 때 판독 속도가 감소하기 시작한다면 시스템은 불량 패키지 및 상품을 처리하기가 힘들어진다. 이 시점에서 사용자는 생산 라인을 중지시키고 기술자를 불러야 할지 고민에 빠지곤 한다. 이는 위험부담이 큰 문제이며 판독 속도가 감소하는 현상은 부품이나 바코드와 무관한 일시적인 이상 현상의 결과일 수도 있기에 기술자를 불러도 원인을 찾지 못할 수도 있다. 여기서 성능 모니터링의 중요성을 알 수 있다.

모든 카메라의 모든 데이터를 지속적으로 보고함으로써 에지 컴퓨팅 플랫폼은 성능에 대한 지속적이고 상세한 모니터링을 제공한다. 이 데이터는 액티브 스토리지 및 분석과 결합돼 라인 상태에 대한 완전한 기록을 생성한다.

문제가 발생할 때마다 컨트롤 엔지니어는 이 데이터를 통해 문제 발생에 이상 징후가 있었는지 확인해볼 수 있다. 그리고 이런 데이터가 쌓일수록 에지 컴퓨팅 플랫폼은 문제 발생 이전에 미리 다가올 장애의 첫 번째 징후를 감지할 수 있다.

이는 결과적으로 유지보수 비용과 다운타임을 감소시킨다. 예를 들어, 프린터의 성능 저하로 인해 라벨이 잘못되거나 파손되거나 노즐이 막히는 등 프린터의 오작동이 발생하는 경우 근본 원인을 즉시 파악할 수 있고 사용자가 필요할 때 프린터 서비스를 정확하게 수행할 수 있다.

또한 에지 컴퓨팅의 모니터링으로 엔지니어는 상당수의 생산 라인을 일정하게 유지시킬 수 있다. 생산 라인과 라인 사이에 변동이 있는 경우 변동을 검토해 근본적인 원인을 확인할 수 있다. 읽기 속도 또는 처리량과 같은 성능 측정값이 특정 임계값 아래로 떨어질 경우 알람을 받을 수 있도록 설정할 수도 있다.

광범위한 장치 네트워크를 한 번에 관리
[기술기고] 제조 산업 분야 생산 라인의 생산성 향상을 돕는 '에지 컴퓨팅'

새로운 생산 라인을 설치하려면 다양한 기계들과 전기 시스템의 복잡한 조정이 수반된다. 이러한 시스템을 활성화하는 센서 시스템 설치 역시 마찬가지다. 각 장치에는 장치에 대한 물리적 연결과 함께 자체 소프트웨어 설정 인터페이스가 필요하다.

스마트 카메라 수십 대를 사용하는 터널이나 여러 대의 기기를 사용해 360도 동기화된 제품 뷰를 얻을 수 있는 애플리케이션을 사용하는 방법도 있을 것이다. 하지만 이런 방식이나 기존 방식으로 설정을 관리하는 것은 시간이 많이 걸리고 오류가 발생하기 쉽다.

그러나 에지 컴퓨팅 시스템은 IP 주소 설정, 펌웨어 로드, 구성파일 설치 등 여러 카메라의 관리를 동시에 간소화할 수 있다. 즉, 각 장치는 동일한 기능과 소프트웨어를 통해 배치 과정 동안 소프트웨어 간에 차이가 없도록 한다.

또한 소프트웨어 변경이 성능에 부정적인 영향을 미칠 경우 모든 구성 변경 사항의 로그도 제공한다.

다양한 플랫폼 및 장치와의 상호 운용성과 보안

에지 컴퓨팅 플랫폼은 실시간 성능 모니터링 및 생산 라인 성능 분석을 위한 상당한 양의 데이터를 생성하며, 에지에서 끝나지 않는다. 필터링되고 통합·분석된 이 데이터는 ERP, MES 및 클라우드에서 호스팅되는 특정 비즈니스 애플리케이션을 비롯한 다양한 다른 시스템에서도 사용할 수 있다.

시스템과 소프트웨어가 일반적으로 취득 및 업데이트되는 방식을 고려할 때, 공장 및 기업은 서로 다른 제조업체로부터 다양한 메시지 표준과 프로토콜이 설치된 수많은 장치와 소프트웨어를 납품 받아 사용하고 있다.

기업이 에지 컴퓨팅을 이용한다면 메시지 표준과 프로토콜이 다른 다양한 장치들 역시 데이터를 활용할 수 있다. 이처럼 에지 컴퓨팅은 다른 시스템에서 처리하지 않고도 다양한 형식의 데이터를 생성하는 기능을 갖추고 있어 모든 운영 수준에서 더 나은 의사 결정을 내릴 수 있게 한다.

에지 컴퓨팅은 또한 보안상의 이점도 갖고 있다. 에지 컴퓨팅은 처리, 저장 및 애플리케이션을 다양한 위치에 분산시킴으로써 시스템 전체를 중단시킬 가능성을 훨씬 낮춘다. 모든 비트를 클라우드로 전송하는 대신 로컬에서 데이터를 처리함으로써 에지 컴퓨팅은 데이터 전송 시 노출되는 데이터의 양을 최소화한다.

우수한 에지 컴퓨팅 솔루션은 간단하고 즉각적인 이점을 제공할 수 있어야 하며 장기적으로 기업의 성장을 지원해야 한다. 하지만 무엇보다 중요한 것은 각 기업마다 필요로 하는 요구사항에 최적화돼야 한다는 것이다. 요구사항에 최적화된 에지 컴퓨팅 솔루션은 생산라인 관리와 성공적인 기업 운영에 큰 힘이 될 것이다.

기고자 / 코그넥스코리아 글로벌 콘텐츠팀
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