[특집-지멘스ⓛ] 시뮬레이션부터 클라우드 서비스까지... 지멘스가 지원하는 배터리 제조 기술 지멘스, ‘인터배터리(InterBattery) 2018’에 참가해 배터리 분야 전략 소개 최교식 기자입력 2018-11-01 13:54:00

전 세계 제조 자동화 기술을 주도하고 있는 지멘스(Siemens)가 배터리 분야에서도 일등이 될 수 있을 것인가?
지멘스는 지난 10월 코엑스에서 개최된 ‘인터배터리(InterBattery) 2018’에 참가해 디지털라이제이션(Digitalization)을 주제로, 배터리 산업에서 어떻게 디지털라이제이션을 구현할 수 있는지, 또 배터리 산업에 제공되고 있는 자사의 소프트웨어와 하드웨어로는 어떤 것이 있는지를 소개했다.
사실, 국내 배터리 산업에서 지멘스는 현재 선두의 위치에 있지는 않다. 초기단계라고 할 수 있는데, ‘마인드스피어(MindSphere)’라고 하는 클라우드 서비스를 포함해 다른 경쟁사들이 흉내 낼 수 없는 거대한 제품 포트폴리오와, 전 세계에 구축되어 있는 제조 및 서비스 인프라는 배터리 분야에 참여하고 있는 다른 경쟁사들에게 충분한 위협이 될 수 있다.
이번 전시의 관전 포인트는 배터리 조립공정에 적용되는 컨버팅 데모와, 급변하는 마인드스피어 시장전략이다.

 

부스전경. 인더스트리 4.0을 구현하기 위한 디지털화와 배터리 분야에 적용되는 지멘스의 솔루션을 보여주고 있다.


배터리 산업은 4차산업혁명에서 중요한 역할을 하는 산업분야 가운데 하나다. 따라서 내로라하는 제조기업들이 역량을 집중할 수밖에 없는 산업분야에 해당한다.
지멘스는 자타가 인정하는 전 세계 제조자동화 기술을 대표하는 일등기업으로, 지멘스PLM소프트웨어의 포트폴리오를 흡수, 소프트웨어 역량을 크게 강화하면서, 그야말로 인더스트리 4.0 및 4차산업혁명을 주도할 수 있는 대표주자의 위치를 확고히 하고 있다.
이러한 지멘스가 인더스트리 4.0을 주도하기 위한 핵심 콘셉트로 내세우고 있는 것은 디지털화와 이를 구현할 수 있게 하는 디지털 트윈(Digital Twin)이다. 따라서 이번 ‘인터배터리 2018’에서도 이 두 가지를 핵심 주제로 전체적인 자사의 역량을 보여주는데 전시 콘셉트를 맞췄다.
디지털라이제이션 즉, 디지털화는 가상환경에서 실제환경에 적용할 수 있는 것들을 사전에 검증해보고, 좀 더 완벽하게 실제환경에 적용할 수 있도록 하는 개념이다. 이를 통해 고객은 시간을 단축하고 비용을 절감할 수 있으며, 우수한 품질을 유지할 수 있다는 이점을 얻을 수 있다.

 

배터리 산업에서 디지털화를 구현할 수 있는 다양한 하드웨어와 소프트웨어 전시
지멘스는 배터리 산업에서 디지털화를 구현할 수 있는 다양한 하드웨어와 소프트웨어를 전시하면서, 자사의 디지털 엔터프라이즈 솔루션이 배터리 전체 공정을 통합하고, 각각의 공정별로 제품설계(Product Design), 제품계획(Product Planning), 생산 엔지니어링(Product Engineering), 생산 실행(Production Execution) 및 서비스(Service)까지 전 공정에 대해 유연하게 디지털화를 실현할 수 있다는 점을 강조했다. 
또, 디지털 트윈은 크게 제품의 디지털 트윈(Digital Twin Product), 생산라인의 디지털 트윈(Digital Twin Production), 퍼포먼스의 디지털 트윈(Digital Twin Performance)으로 나뉘는데, 이번 전시에서 시뮬레이션을 포함한 다양한 소프트웨어와 함께, 머신 컨셉 디자인(MCD)이라는 소프트웨어로 가상의 시뮬레이션을 하고, 시뮬레이션한 결과를 바탕으로 구현한 장비를 전시했다. 이와 함께 클라우드 기반의 개방형 IoT 오퍼레이팅 시스템인 마인드스피어로 해당설비 및 제품으로부터 데이터를 수집해서 분석하고, 분석한 데이터를 바탕으로 각각의 밸류체인의 의미 있는 데이터를 피드백해서, 생산제조혁신의 최적화를 하는 과정을 보여줬다.
시뮬레이션은 대부분의 제조자동화 업체들이 갖고 있지 않은 영역으로, 지멘스는 최근 몇 년 새 인수합병을 통해 시뮬레이션 역량을 크게 강화하면서 업계의 주목을 받고 있는데, 이번 전시에서 배터리 시뮬레이션을 위한 솔루션을 소개했다.
전지의 전극 반응에 관여하는 작은 스케일의 전극 활물질과, 전해수준에서의 극히 미소한 구조부터, 셀 단위, 배터리 단위에서의 설계, 사용자가 직접 설계를 하고, 설계를 한 고유한 정보를 시장으로 유연하게 제공해 줄 수 있는 디자인 툴인 ‘배터리 디자인 스튜디오(BDS)’가 그것.
그 다음 이렇게 작성한 셀의 디자인을 패키지화시키면 발열 리스트들이 있을 수 있고, 발열 리스트들을 해결할 수 있는 냉각모듈의 냉각전략 수립을 하고, 거기에 대한 실제적인 시뮬레이션을 진행할 수 있도록 멀티피직스 플랫폼인 STAR-CCM+ 내에 있는 BSM 기능을 통해서 자동적으로 정보가 연결이 돼서 시뮬레이션을 진행하는 과정이 소개됐다. 
최종적으로는 심센터 아메심(Simcenter Amesim)을 이용해서 시스템 내에 설계를 한 배터리 정보를 실제적으로 입력을 하면, 거기에 노드가 자동적으로 걸리게 되고, 전체적인 시스템 내에서 설계한 배터리의 성능이 어떻게 달라지는지를 확인 할 수 있다. 
극히 작은 스케일의 시뮬레이션부터 전체적인 시스템 시뮬레이션까지 확장할 수 있는 일련의 제품 포트폴리오를 보여주는 것이 목적. 여기까지는 제품의 디지털 트윈(Digital Twin Product)의 영역에 해당한다.

 

실제공정과 가상의 공정을 하나의 디지털 트윈으로 엮어서, 가상 환경에서의 검증을 통해 사전에 문제점을 완전히 걸러 낼 수 있어


다음은 배터리 설계가 끝난 것을 실제 공장에서 제조를 해야 하는데, 제품정보를 받아서 실제 라인에서 돌리는 것까지의 모든 데이터를 가상으로 만들어내는 것을 프로덕션 디지털 트윈이라고 한다. 
지멘스 PLM 소프트웨어의 박세종 상무는 “배터리를 생산하는 전체 라인을 설계했을 때 어떤 레이아웃으로 하는 것이 좋은지, 스루풋이 뭐가 좋은지 보틀넥 공정이 생기면 어떻게 풀어야하는지, 운반장치나 자동차가 수율을 얼만큼 목표로 할 수 있는지 이에 대한 모델링을 처음부터 레이아웃을 만들고, 제품정보를 받아서, 공장을 새로 짓거나 기존라인을 개조할 때 가상의 데이터를 활용하여 생산라인을 셧다운 시키지 않고 빠르게 준비할 수 있는 모든 데이터를 만들어내는 게 프로덕션 디지털 트윈”이라고 설명했다.
실제공정과 가상의 공정을 하나의 디지털 트윈으로 엮어서 우리가 보고자 하는  소프트웨어 로직, 즉 메카트로닉스나 자동화, 세이프티 등 모든 내용을 가상의 환경에서 검증해서 공장을 세우기 때문에 완벽하게 문제점을 거를 수 있다는 장점이 있고, 이러한 데이터는 향후에 라인을 개조하거나 수정할 때 다시 피드백이 돼서 안에 있는 내용을 검증하여 라인을 셧다운 시키지 않고 빠르게 대응할 수 있도록 하는 것 역시 생산라인의 디지털 트윈의 장점이다.

 

제조 시뮬레이션 부스

 

컨버팅 데모와 멀티 캐리어 시스템, 디지털 트윈이 적용된 데모설비 전시
하드웨어 부분에서는 PLC 및 각종 드라이브와 함께, 컨버팅 데모와 멀티 캐리어 시스템, 디지털 트윈이 적용된 데모설비 등이 소개됐다. 
우선 컨버팅 데모를 통해서는 배터리 공정라인에서 전지를 어떻게 쌓아나가는지 라인에 대한 모션을 보여줬다. 
지멘스의 고도균 대리는 “지멘스는 커팅기나 적층형을 쌓는 것 등이 라이브러리화 되어 있고, 이런 라이브러리를 활용해서 빠른 엔지니어링을 할 수 있다는 장점이 있다”고 설명했다. 이와 함께 “지멘스는 컨버팅 툴박스라는 라이브러리를 무상으로 제공하고 있는데, 이 라이브러리는 다른 어플리케이션을 통해서 경험했던 노하우를 축적해서 만들어 놓은 것이라, 고객이 쉽게 엔지니어링을 할 수 있다”고 덧붙였다.
지멘스에서는 현재, 이 컨버팅 툴박스와 함께 핸들링 툴 박스 및 프린팅 스탠다드 같은 각 어플리케이션별 라이브러리를 제공하고 있다. 
컨버팅 데모와 함께, 소개된 스마트 이송 시스템인 멀티 캐리어 시스템은 모든 제품들이 일정한 속도로 똑같이 움직이기 때문에 생산성이 떨어지는 일반 컨베이어와 달리, 리니어 시스템을 적용해서 제품들이 개별적으로 빠른 속도로 이송이 되기 때문에 생산성이 향상이 되고, 시스템의 유연성을 보장한다. 
지멘스의 신운식 부장은 “일반 컨베이어와 달리, 개별적으로 모션제어가 가능하다는 것이 멀티 캐리어 시스템의 특징으로, 0.1미리의 정도와 초당 3미터의 속도로 이송하기 때문에 생산성을 극대화할 수 있는, 스마트 팩토리에 적용할 수 있는 시스템”이라고 설명했다.
이와 함께, 디지털라이제이션의 핵심이라고 할 수 있는 디지털 트윈을 적용해 제작된 설비가 소개됐다. 
지멘스의 ‘TIA 포탈’이라고 하는 통합 엔지니어링 프레임워크를 통해 PLC나 HMI, Safety를 통합적으로 컨트롤할 수 있는데, PLC시퀀스를 단순히 PLC 안에서 시뮬레이션 하는 것이 아니라, 가상의 시뮬레이션 3D모델인 NX와 TIA 포탈을 다이렉트로 인터페이스해서 기존의 PLC 시퀀스나 프로젝트 같은 것들을 3D와 같이 연계해서 가상의 환경에서 완벽하게 연동하고, 테스트하고, 시뮬레이션해서, PLC나 HMI, 기구부적인 프레임이나 로봇 같은 하드웨어를 제품이 들어오기 전에 완벽하게 내 사무실 환경에서 테스트하고 검증할 수 있다.  즉, 실제세계와 가상세계를 연결하는 CPS를 통해 인더스트리 4.0을 구현하는 것.
지멘스의 구교식 과장은 “실제 하드웨어가 만들어진 다음에 검증을 하려고 하면 문제가 생겼을 때 되돌리기가 어렵지만, 가상의 환경에서 시뮬레이션과 테스트를 하면 기구부적인 기계 엔지니어나 디자이너, 자동화 쪽의 엔지니어들이 같이 테스트를 함으로써, 어디 부분에 문제가 있는지 사전에 확인하고, 문제가 있을 때 빠르게 대응을 해서 리스크를 최소화해서 관리를 할 수 있다는 게 디지털 트윈의 장점”이라고 강조했다.
이런 시뮬레이션 과정에서 문제가 있는지 없는지 단계적으로 검증을 한 다음에는, 종래에 하듯이 현장으로 와서 각각의 디바이스나 로봇 등을 TIA 포탈에서 이미 검증한 프로젝트 파일을 바로 로딩해서 위험요소가 제거된 상태에서 빠르게 시운전을 할 수 있고, 더 높은 품질로 완성을 할 수가 있다. 
이와 함께, 배터리 셀 생산 공정 가운데 포메이션(Formation) 공정에는 많은 스태커 크레인이 있는데, 여기에 오실레이션 댐핑 소프트웨어라는 기술이 적용이 된다. 지멘스 드라이브에는 진동구간을 검사해서 빠른 속도로 스태커 크레인에서 이동할 있도록 도움을 주는 기술이 적용 되어있다. 지멘스는 포메이션 공정이나 에이징 공정 등에 활용할 수 있도록 무상으로 라이브러리를 제공한다. 

 

배터리 컨버팅 데모(왼쪽)와 멀티 캐리어 시스템(오른쪽). 멀티 캐리어 시스템은스마트 팩토리에 적합한 지능형 이송시스템이다.

 

마인드스피어, 올 4/4분기에 마이크로소프트 애저(Azure) 상에서 서비스
실제 생산에 이어 서비스 영역에 해당되는, 클라우드 기반의 개방형 IoT 오퍼레이팅 시스템인 ‘마인드스피어’가 소개됐다.  
마인드스피어는 지멘스의 클라우드 플랫폼 서비스로서, 현장에서 발생되는 데이터들을 수집하고 저장해서 지멘스, 혹은 서드파티, 로컬 파트너들이 만든 어플리케이션을 통해서 그 데이터가 가진 의미를 고객들에게 전달해, 지금까지 공장을 운영하면서 알지 못했던 통찰력을 고객들에게 전달을 하고, 그를 통해 새로운 비즈니스 모델을 만들어 낼 수 있는 서비스 모델이다. 
이 마인드스피어는 올해 1월부터 AWS의 인프라 위에서 플랫폼 서비스가 되고 있고, 올해 4/4분기에는 마이크로소프트의 애저(Azure) 상에서도 서비스가 될 예정.
지멘스의 민계홍 부장은 “국내고객들은 자기 데이터를 클라우드에 올리는 것에 부담을 갖고 있는데, 올해 마이크로소프트 사에서 출시한 애저 스택(Azure Stack)이라는 하이브리드 형태의 클라우드 서비스는 고객들의 이러한 고민을 해소할 수 있다”고 말했다. 고객들이 직접 애저스택을 인하우스 형태로 내 회사 내에 두고, 데이터를 저장해서 사용할 수 있기 때문에 클라우드 확산 속도가 훨씬 빨라지고 고객들의 거부반응도 줄어들 것이라는 것이 지멘스 측의 예상이다. 즉, 애저스택은 마이크로소프트의 엣지컴퓨팅 개념의 클라우드라고 할 수 있다. 지멘스는 현재, 자사의 마인드스피어가 애저 스택 플랫폼과 호환될 수 있도록 준비를 하고 있는 것으로 알려졌다. 
특히, 주목할 대목은 빠르게 변화하는 마인드스피어 전략이다.  
마인드스피어가 마이크로소프트의 애저 위에서 PaaS를  지원할 예정으로, 여기에서 개발된 어플리케이션은 아무런 추가개발 없이 애저스택 상에서 운영이 될 수 있다.
그동안 SAP 클라우드와 AWS를 이용하던 마인드스피어가 애저까지 클라우드 서비스를 확장해서 제공을 하고, 여기에서 더 나아가 애저스택을 통해 고객들이 가진 클라우드에 대한 거부감을 없앰으로써, 클라우드에 쉽게 액세스할 수 있고 비용을 절감시킬 수 있는 전략으로까지 마인드스피어의 전략이 빠르게 확장되어 나가고 있는 것. 
지멘스는 마인드스피어는 개념이 아니라, 웹사이트에서 완성된 형태로 실제 서비스가 제공이 되고 있다는 점을 강조했다. 
마인드스피어의 공식 홈페이지에는 마인드스피어의 모든 서비스를 이용할 수 있는 어플리케이션이 올라와 있고, 기본적인 콘셉트는 SaaS와 PaaS의 두 가지 서비스로 나눠져 있다.
SaaS는 지멘스나 서드파티 개발자들이 만들어놓은 어플리케이션을 그대로 이용할 수 있는 서비스다. 또, PaaS는 고객, 또는 고객을 지원하는 개발업체가 들어와서 직접 어플리케이션을 만들 수 있는 서비스다. 현재 이 두 가지 형태로 서비스가 제공이 되고 있고, 1년 사용료는  500만 원 정도다.
마인드 액세스라는 부분은 가입하는 형태의 서비스를 말하고, 마인드 커넥트는 클라우드 단으로 데이터를 수집하는 게이트웨이다. 
세부적인 어플리케이션은 지멘스 어플리케이션과 엑센추어나 아토스 같은 서드파트들이 만들어놓은 어플리케이션이 있고, 국내 개발자들이 어플리케이션을 만들어서 이 어플리케이션 위에 출시를 할 수 있다. 이렇게 되면 말 그대로 마켓 플레이스가 되는 것이고, 국내 개발업체들도 전 세계를 대상으로 자사의 소프트웨어를 임대할 수 있는 기회가 플랫폼 환경에서 주어지는 것.
마지막으로 마인드 서비스는 마인드스피어를 이용하면서 궁금하거나 교육이 필요하거나, 서비스를 받고 싶을 때 서비스를 지원받을 수 있다.
마인드스피어 어플리케이션은 현재 항공, 자동차, 케미컬, 식음료, 기계, 플랜트, 제약 등 산업군별로 출시되어 서비스될 수 있도록 준비가 되어 있고, 지멘스에 의해서 만들어진 어플리케이션과 서드파티에 의해서 만들어진 어플리케이션이 구분이 되어 있다. 
지금도 지멘스 마인드스피어 어플리케이션 센터(MAC)에서는 그동안 지멘스에서 갖고 있던 도메인 노하우를 기반으로 신규 어플리케이션들이 개발되어지고 있으며, 이를 통해 고객이 원하는 다양한 서비스들이 추가로 제공될 예정이다
민 부장은 “올 7월에 국내에서 마인드스피어 플랫폼에 관심이 있는 파트너들을 대상으로 앱 개발 교육을 실시했다”고 말하고, “이 파트너들이 클라우드 서비스를 이용해서 어플리케이션을 개발 중에 있다”고 설명했다. 
마지막은 에코시스템으로, 마인드스피어의 모든 서비스를 지멘스 단독으로 제공하는 것이 아니라, 애저나 AWS 등 기존에 인프라를 가지고 있는 글로벌 서비스 제공업체들과 협업을 하고 있고, 국내에서는 개발자들이 플랫폼 서비스에 참여를 해서 직접 어플리케이션을 만들고 서비스를 하고, 마인드스피어에 올리면 쉽게 글로벌 제조업 시장에 자사 어플리케이션이나 서비스를 판매할 수 있는 기회를 제공하고 있다. 이런 것들을 통해서 컨설팅 업체와 전략적인 파트너, 소프트웨어 밴더, SI, 요소기술을 갖고 있는 파트너들이 마인드스피어라는 플랫폼 상에서 함께 참여해서 공존ㆍ공생할 수 있는 장을 만들어가고자 하는 것이 지멘스가 그리는 비즈니스 모델이다.
 

최교식 기자
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