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디지털화, 자동화 및 효율화 스마트 팩토리를 통한 인더스트리 4.0 구현

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자료제공/인피니언 테크놀로지스

제조업체들은 맞춤 생산, 지역화, 디지털 차별화, 지속가능성 같은 트렌드들을 따라가기 위해서 애쓰고 있다. 빅 데이터와 스마트 팩토리 기술을 활용해서 이러한 흐름에 합류하고 많은 측면에서 이득을 거둘 수 있다.

인더스트리 4.0의 목표는 사람, 기계, 시스템, 제품이 서로 소통할 수 있도록 해서 자율 제조가 가능하도록 하는 것이다. 그러기 위해서는 개발에서부터 제조, 어셈블리, 제품 공급 및 유지보수를 거쳐 최종적으로 리사이클링에 이르기까지 가치 사슬과 제품 라이프 사이클 전반에 걸쳐서 지능화를 이루는 것이 필요하다. 그럼으로써 단지 제조를 제어하는 것뿐만 아니라 협력사와 생산자에서부터 소비자에 이르기까지 가치 사슬 전반을 통제할 수 있다.

스마트 팩토리는 어떻게 구현하는가?

스마트 팩토리는 많은 측면에서 이득을 가져온다. 생산성을 높이고, 품질을 높이고, 사람의 실수를 줄이고, 데이터를 활용한 분석과 최적화를 가능하게 하고, 예측적 유지보수를 통해서 가동 중단을 최소화하고, 공급 사슬이 차질을 빚지 않도록 하고, 고객 맞춤형 생산을 가능하게 하고, 지속가능성 목표를 달성하도록 한다. 그럼으로써 궁극적으로 경쟁력을 높이도록 한다.

스마트 팩토리를 구현하기 위해서는 제조 전반에 걸쳐서 대량의 데이터를 수집하고, 전송하고, 분석하고, 처리해야 한다. 그러려면 다음과 같은 요구들을 충족해야 한다:

1. 지능적인 데이터 활용: 제조 전반에 걸쳐서 대량의 데이터를 수집해야 한다. 대량의 데이터를 효과적이고 보안적으로 수집하고, 분석하고, 파악하고, 활용해야 한다.

2. 보편적이며 신뢰할 수 있는 연결: 모든 스마트 팩토리의 핵심은 물리적 영역과 가상의 영역에서 유선 및 무선 기술을 통해서 사람, 기계, “사물”을 신뢰하게 보안적으로 연결하는 것이다. 그럼으로써 고속 통신을 통해서 복잡한 자동화가 가능해진다.

3. 자율 제조: 인공 지능 및 머신 러닝을 도입하는 것과 함께 지능화를 통해서 예를 들어서 공정 조건이 바뀌는 것과 같은 경우에 사람이 개입해야 할 필요성을 낮출 수 있다.

4. 투명하고 유연한 공급 사슬: 공급 사슬 상의 모든 당사자들이 실시간으로 단-대-단으로 가시성을 공유함으로써 공급 사슬을 지능적이고도 유연하게 만들 수 있다. 조기 단계에 문제를 예측할 수 있으므로 문제가 발생되기 전에 대처할 수 있다.

5. 지속가능성: 에너지 수요가 증가하는 가운데, 센서들을 사용해서 수집된 데이터를 활용해서 에너지 효율을 높이고 CO2 배출을 줄이고자 하는 목표를 달성할 수 있다. 이 데이터를 분석해서 제조 공정 상의 비효율적인 요소들을 찾아내고, 제조와 물류 계획을 최적화하고, 예측적 유지보수를 실시함으로써 에너지를 절약할 수 있다. 에너지 효율이 우수한 반도체 부품 역시 에너지 절약에 기여할 수 있다.

커넥티드 팩토리로 빠르고도 보안적인 데이터 수집

스마트 팩토리가 스스로 판단하고 제어 - 방대한 양의 데이터 필요

스마트 제조를 실현하기 위해서는 공장에 설치된 시스템, 기계 장비, 로봇 팔 같은 것들을 IoT 기술을 사용해서 네트워크로 연결하고 산업용 센서들을 사용해서 데이터를 수집해야 한다.

시스템들을 상호 연결하기 위해서는 다음과 같은 통신 기술을 사용할 수 있다:

1. 유선 통신: 스마트 팩토리는 센서, 기계, 디바이스, IT 시스템이 서로 상호작용한다. 그러기 위해서는 방대한 양의 데이터와 정보를 교환해야 한다. 유선 통신이 여전히 커넥티드 팩토리의 각기 다른 계층으로 커넥티비티에 있어서 지배적인 비중을 차지하고 있다. 이더넷이나 또는 고유기술 필드버스 시스템을 통해서 센서, 엑추에이터, 모터, 드라이브 같은 것을 산업용 제어 시스템으로 연결하는 것이 되었든 혹은 클라우드로 고수준 통신이 되었든, 정보를 보안적이고 견고하고 신뢰하게 교환하는 것이 필요하며 부분적으로 실시간 성능이 요구될 수도 있다. 인피니언은 트랜시버, PHY, 마이크로컨트롤러 상의 주변장치에서부터 독립형 통신 컨트롤러에 이르기까지, 다양한 프로토콜 및 통신 표준을 충족하는 포괄적인 유선 통신 디바이스들을 제공한다. 높은 데이터 보안과 무결성을 필요로 하는 경우에는 첨단 하드웨어 기반 보안을 채택한 인피니언의 고성능 보안 마이크로컨트롤러가 훌륭한 솔루션을 제공한다. 

2. 무선 통신: 공장 플로어로 모바일 로봇, 자율 운반 차량(AGV), 여타 모바일 디바이스가 점점 더 보편화됨으로써 무선으로 정보와 명령을 교환하는 비중이 증가하고 있다. 인피니언은 시스템 차원의 이해를 바탕으로 앞서 가는 무선 컨트롤러 및 RF 칩 회사로서, 고객들이 자사 설비로 디지털화를 한 차원 끌어올리도록 돕기 위해서 필요로 하는 와이파이, 블루투스, RF 솔루션을 제공한다.

통합적인 산업용 센서 솔루션

오늘날의 하이테크 공장에서는 기계 장비나 시스템으로 센서들을 사용해서 위치, 속도, 토크, 온도, 습도, 압력 같은 변수들을 기록하고 장비의 현재 상태를 파악할 수 있다. 이러한 산업용 센서들이 제조 시스템의 정밀도와 신뢰성을 위해서 필수적인 역할을 한다. 이러한 산업용 센서들은 산업용 환경으로 동작할 수 있도록 충분히 견고해야 하며, PCB 상으로 통합할 때 공간이 지극히 제한적이므로 크기가 작아야 한다. 인피니언은 이러한 요구를 충족하는 고품질 산업용 센서 제품들을 제공한다.

효율적이고, 지속가능하고, 유연하고, 보안적인 스마트 팩토리 구현

산업 자동화 - IIoT 활용

산업 자동화는 더 우수한 프로세스를 개발하고 고객들에게 더 우수한 제품을 제공할 수 있는 새로운 기회들을 낳고 있다.

지난 몇 년 사이에 우리는, 봉쇄 조치 발표로 위생 용품과 식료품을 사재기하는 것에서부터 심각한 반도체 공급 부족 사태에 이르기까지 많은 일들을 겪어야 했다. 이러한 상황에 부닥치자 많은 제조업체들이 자사 제조 프로세스를 더욱 더 최적화하고자 나서게 되었다. 이러한 산업 자동화 추세에다 디지털화와 지속가능성 같은 또 다른 요구들이 가세하고 있다. 이러한 요구들을 충족하기 위해서는 장기적인 수명을 보장하면서 전력 효율이 우수한 산업용 등급의 부품들이 필요하다. 

이러한 변화들에 발맞춰가기 위해서는 제조 기업들에게 다음과 같은 과제가 제기된다:

1. 제조 및 프로세스 제어: 제조 시간을 단축하고 생산성을 높일 수 있다.

2. 견고성, 안전, 신뢰성: 장비 수명을 연장하고 에너지와 원재료 사용을 줄일 수 있다.

3. 실시간 커넥티비티: 모든 디바이스들의 상호운영 및 제어로 매끄러운 데이터 플로우와 연속적 데이터 투명성이 가능해진다.

4. 첨단 센서 기술: 제조 플로우를 최적화하고 조기에 문제를 감지할 수 있다.

인피니언은 스마트 팩토리로 산업 자동화를 위해서 보안, 기능성, 커넥티비티, 성능에 대한 현재와 미래의 요구를 충족하는 포괄적인 기술과 솔루션을 제공한다. 고품질의 산업용급 반도체와 함께 검증된 레퍼런스 디자인을 제공한다. 그럼으로써 자동화 디자인을 되도록 단순하고, 효율적이고, 신뢰할 수 있게 만든다.

와해성 기술을 통한 생산성 향상

로보틱스 시대의 개막

로봇이 또 하나의 혁신적인 와해성 기술로서 기존에 해오던 일들로 근본적인 변화를 가져오고 있다. 오늘날의 로봇은 주변을 감지하고 스스로 움직일 수 있으며 사람과 함께 일하거나 심지어는 사람과 상호작용할 수 있다. 더 나아가서 새로운 작업을 익히기 위해서 스스로 학습할 수도 있다.

ABI Research에 따르면, 로봇 출하가 2020년과 비교해서 2030년까지 4.5%의 CAGR로 성장할 것으로 전망된다. 특히 코봇은 성장률이 43%에 육박할 것으로 전망된다. 이러한 성장은 반도체를 사용하지 않고는 불가능한 것이다. 산업용 로봇이든, 협동 로봇(코봇)이든, 물류 창고의 모바일 로봇이든, 최종 마일 배달(AGV & AMR) 로봇이든, 혹은 가정용 로봇이든, 로봇의 모든 주요 기능으로 지능적인 반도체가 핵심적 역할을 한다.

인피니언은 로봇에 필요로 하는 부품을 공급하는 회사이자 스스로가 자사 팹에 로봇을 도입하고 있는 앞선 로봇 사용자로서 시장에서 독특한 위치에 서 있다. 인피니언은 산업용 로봇, 코봇, 모바일 로봇에 사용하도록 전원 제품, 센서, 커넥티비티, 마이크로컨트롤러를 포함하는 포괄적인 제품 포트폴리오를 제공하므로, 고객들이 이 모든 부품을 한 회사로부터 구입할 수 있도록 한다.

IGBT와 CoolSiC™ MOSFET 같은 전력 전자 부품과 거기에 따른 EiceDRIVER™ 게이트 드라이버 솔루션은 다양한 전력대로 다양한 수준의 로봇 페이로드를 지원한다. CoolMOS™ 및 CoolSiC™ MOSFET과 함께 CoolSET™ 같은 보조 전원 솔루션은 효율적인 전원 관리를 가능하게 한다. PSoC™ 마이크로컨트롤러는 시스템 제어를 가능하게 하고 CAN, USB, 또는 AIROC™ 와이파이 및 콤보 제품을 기반으로 한 와이파이를 통해서 커넥티비티를 가능하게 하기 위해서 필요한 주변장치들을 포함한다. XENSIV™ 센서를 사용해서는 로봇의 주변을 감지할 수 있다. 코드 저장과 데이터 로깅을 위한 외부적 메모리 솔루션은 최대의 신뢰성과 성능으로 안전 요건을 충족한다. 끝으로, OPTIGA™ Trust 하드웨어 보안 솔루션은 견고한 성능으로 클라우드로 유연하면서도 보안적인 접속을 가능하게 한다.

사전에 이상을 감지하고 고장 방지

예측적 유지보수 및 상태 모니터링

예측적 유지보수(predictive maintenance)는 시스템 수명 전반에 걸쳐서 실시간으로 유지보수 작업을 최적화함으로써 장비 수명을 극대화하고 가동 중단을 최소화하도록 한다.

스마트 팩토리로 수집된 데이터를 활용해서 예측적 유지보수를 할 수 있으며, 그럼으로써 비용을 크게 절약할 수 있다. 예측적 유지보수를 위해서는 소프트웨어가 기계 장비와 시스템의 상태 데이터를 분석해서 표준 값과 어떻게 차이가 나고 어떠한 오차 패턴을 나타내고 어떤 부품들로 성능 저하가 나타나는지 파악한다. 그럼으로써 어떠한 결함이나 기술적 문제를 사전에 감지할 수 있다. 그러면 수리 부서가 조기에 조치를 취해서 큰 비용이 들 수 있는 기계 고장을 미연에 방지할 수 있다. 예를 들어서 사전에 새로운 부품으로 교체하거나 유지보수 작업을 일정을 앞당겨서 실시할 수 있다. 그럼으로써 결과적으로 장비 가동률을 높일 수 있다.

인피니언의 웹사이트로 들어오면 다양한 인더스트리 4.0 활용 사례로 상태 모니터링과 예측적 유지보수로 신뢰할 수 있는 데이터 수집과 처리를 위해서 사용할 수 있는 인피니언의 포괄적인 제품 포트폴리오와 파트너 네트워크에 대해서 더 자세한 정보를 볼 수 있다.

leekh@seminet.co.kr
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