5G, 스마트 팩토리로 상용화 된다! ‘5G기반 스마트팩토리 얼라이언스’ 행사 개최, ‘5G-SFA(Smart Factory Alliance)’ 출범 최교식 기자입력 2019-01-10 08:39:49

5G가 스마트 팩토리로 상용화된다. 
12월 20일, 산업통상자원부와 과학기술정보통신부, 중소벤처기업부가 공동 주최하고, SK텔레콤과 스마트제조혁신센터가 주관하는 ‘5G기반 스마트팩토리 얼라이언스’ 행사가 경기도 스마트제조혁신센터에서 개최됐다.
이번 행사에서는 SK텔레콤 및 에릭슨-엘지, 마이크로소프트코리아를 비롯한 ICT기업들과 삼성전자, 지멘스코리아, 오므론코리아, 보쉬, 필츠 등 19개 기업·기관이 참여해 서로 상생할 수 있는 생태계 구축을 위해 ‘5G-SFA(Smart Factory Alliance)’ 출범을 선포했다. 5G-SFA에서는 5G를 활용한 산업 상용화 기술 및 다양한 비즈니스 모델에 대해 논의하고, 스마트공장 기술 상호운용성 규격 기준 등을 협의할 예정이다. 서로 단절된 기술과 규격을 통일함으로써, 호환이 가능한 범용 솔루션도 만들 계획이다.

 

행사장전경


이날 행사에서는 5G를 활용해 품질검사에 머신러닝을 적용하는 비전 데모를 비롯해서, 설비관리 증강현실(AR), 로봇을 통한 자율주행 물류이송, 협업로봇, 유연생산설비 등의 다양한 스마트공장 고도화 기술과 함께, 리탈(Rittal)의 기술을 활용한 5G 엣지 데이터센터가 소개됐다. 

 

5G의 핵심은 네트워크와 인공지능의 결합
산업통상자원부 관계자 축사를 통해 “5G의 핵심은 네트워크와 인공지능의 결합으로, 앞으로 스마트공장은 유선에서 무선으로, 제조생산라인의 유연성 강화로 발전 될 것”이며, “우리나라의 5G 조기 상용화 서비스 시작과 5G 스마트팩토리 얼라이언스 출범을 통해 국내 5G 스마트공장 구축산업이 글로벌시장을 선도할 것으로 기대된다”고 말했다. 
송병훈 스마트제조혁신센터장은 제조업의 디지털 전환은데이터화-정보화-지식화-지혜화-인공지능화의 단계로 이루어지며, 데이터와와 정보화가 디지털 전환 1단계로 공장의 연결화에 해당한다고 말했다.
또 증강현실과 5G기술이 합해지면 < 5ms의 저지연으로 1Gbps까지 고용량 전송 영상이 가능해지며, 로봇과 5G 기술의 융합은 < 1ms의 저지연 보장과 99.999%의 고신뢰도 통신 및 높은 보안성을 요구하는데, 로봇과 5G의 성공적인 기술 적용을 통해 공장의 유연성과 로봇 자원 효율성 증가, 운영 편리성 증가라는 효과를 가져 올 수 있고, 클라우드에서도 여러 로봇을 제어할 수 있게 된다고 설명했다.

 

송병훈 스마트제조혁신센터장이 5G Smart Factory Alliance에 대해 소개하고 있다.

 

지멘스, 한국오므론 등 키노트 발표
또 지멘스 DF/PD 사업부 대표 디터 슈레터러 씨는 지멘스는 IoT 네트워크와 같은 mMTC(massive Machine Type Communication)와, 자동화 네트워크와 같은 uMTC(ultra-reliable Machine-Type Communications)라는, 5G 사이에 있는 두 가지 영역에서 사업을 하고 있다고 말했다. 또 자동화는 상호 연결성이 중요하기 때문에 표준화 규격이 마련돼야 하며, 지멘스는 ZVEI나 SG ACIA 등 여러 규격에 참여하고 있다고 말하고, OPC UA가 가져다주는 이점을 설명하면서, OPC UA 워킹그룹을 구성해서 5G로의 다음 단계를 준비해야 한다고 피력했다.
또 한국오므론의 김동준 영업기획부문장은 5G를 활용한 오므론의 제조혁신 현장을 소개했다. 김 부문장은 제조업은 현재 만드는 장소, 만드는 방법, 만드는 사람의 환경변화가 이루어지고 있으며, 오므론은 IoT와 AI, 로봇 이 세 가지 기술에 주력하고 있고, 센싱과 제어에 5G 기술을 활용해 데이터를 수집하고 제어하며, MES나 PLM, ERP에 데이터를 올리는 기술에 집중하고 있다고 설명했다. 이날 행사장 입구에는 오므론의 모바일 로봇이 구동이 됐는데, 김 부문장은 모바일 로봇과 5G 기술이 합해지면, 생산현장에 제조업혁신을 이룰 수 있다고 강조했다.

 

지멘스 DF/PD 사업부 대표 디터 슈레터러 씨가 키노트를 발표하고 있다.

한국오므론 김동준 영업기획부문장이 자사의 스마트 팩토리 방향에 대해 설명하고 있다.

 

AI, 클라우드, 5G 등 첨단기술 적용된 다양한 설비 데모 소개
한편, 이날 행사에서는 머신 비전과 멀티 펑션 로봇, SBB(Smart Building Block 스마트 유연생산설비), 설비관리 AR, AMR(Automation Mobile Robot), MEC(Mobile Edge Computing), 양자암호화 등 7개의 솔루션 데모가 소개됐다.  
5G 멀티 펑션 로봇은 5m(가로)x3m(세로)x2m(높이) 크기로 6축 로봇팔, 3D센싱 기능을 탑재한 카트형 로봇으로, 이 로봇은 내부 공간에 스스로 제품을 적재하고 자율주행으로 이동한다. 로봇은 근로자의 요청에 따라 제품을 다음 생산 라인으로 옮기거나 불량품만 따로 모아 별도공간으로 운송하는 데 주로 쓰인다. 인공지능 서버와 연결된 5G는 다기능 협업 로봇에 명령을 전달한다. 로봇이 자율주행으로 이동할 수 있도록 주변 상황을 전달하기도 한다. SK텔레콤은 이 로봇을 자동차 부품 전문기업 셰플러, 광학기기 업체 씨메스, 자동화 소프트웨어 업체 엔스퀘어 등과 공동 개발했다. 셰플러 안산 공장에 2019년 1분기 상용화할 계획이다.
5G 스마트 유연생산 설비(Smart Base Block)는 생산라인을 마치 블록 쌓듯 만들 수 있는 솔루션으로, 1.5m(가로)x1m(세로)x2m(높이) 크기의 한 모듈마다 부품 제조를 위한 로봇팔 등이 탑재돼 있다. 생산, 검수, 포장 등을 담당하는 모듈 3~10개가 모여 하나의 제품 생산 라인이 만들어진다. 만약 생산 라인에 새로운 기능이 필요하면 모듈을 더하고, 공정 시간을 줄이고 싶다면 모듈을 빼면 된다. 5G는 각 모듈의 자동화 컴포넌트(센서, 제어기, 로봇팔 등)를 무선화하는 데 사용된다. 모듈별로 발생하는 빅데이터를 중앙컴퓨터로 전달해 공정 효율을 분석하기도 한다.

 

유연설비생산라인 6번째 포장 파트. 발루프의 IO-Link 마스터, 세이프티, 각종 센서가 적용되어 있다.


이 SBB에는 지멘스를 비롯해서 미쓰비시, 슈나이더일렉트릭, LS산전, 오므론, 필츠 등 6개 업체의 컨트롤러가 적용이 되어, 이 컨트롤러들이 수직, 수평으로 통합이 되어 OPC UA로 데이터를 클라우드로 올려준다. 
한편 이 SBB 블록 6 번째 모듈은 포장 파트로, 발루프(Balluff)의 IO-Link 마스터와 라이트커튼과 같은 세이프티 제품, RFID 모듈, 근접센서 등 각종 센서가 적용이 되어 있다.
5G-AI 머신비전은 국내 1호 5G 산업용 솔루션으로, 자동차 부품이 컨베이어 벨트를 지나가는 동안 1200만 화소 카메라로 사진 24장을 다각도로 찍어 5G를 통해 클라우드 서버로 전송한다. 서버의 고성능 AI는 순식간에 사진을 판독해 제품에 결함이 있는지 확인한다. SK텔레콤은 5G-AI 머신비전이 근로자와 협업을 통해 1인당 생산성을 최대 2배까지 높일 수 있다고 설명했다.
한편 3층 스마트 팩토리에는, 5G와 연동되어 있는 장치의 데이터가 데이터 관제센터로 모아져 이 데이터가 OPC UA를 통해 상위로 전송되는 데모가 구현됐다.
또 AR 기술을 이용해 로봇을 조립하는 워크벤치 데모와 5G 통신기반으로 맥주를 따르는 서비스 로봇과 함께, 디지털 트윈이 적용되어 공장라인 최적화까지 구현하는 데모가 소개됐다. 지멘스의 디지털 트윈 기술이 적용된 이 데모는 가상화된 환경에서 제품이 실제 생산되기 전에 가상화된 환경에서 제품이 잘 만들어졌는지 미리 확인을 할 수 있다. 5G의 저지연 기술을 이용해서 클라우드에서 장비의 모니터링뿐만 아니라 제어까지 할 수 있다. 가상시운전을 통해 비용을 절감하고 오류를 줄이며, 구동시간을 단축할 수 있다는 것이 디지털 트윈이 제공하는 이점이다.
또 스마트 팩토리 웹 유연생산시스템 데모는 고체와 액체가 담기는 작업을 MES를 통해 컨트롤 하고, RFID 태그로 각각의 데이터를 트래킹하며, 9개의 모듈화된 스테이션은 PLC가 MES와 연동돼서 작동한다. 각 스테이션 작동은 AML기반으로 이루어지며, OPC UA 프로토콜을 이용한다. 상용 플랫폼은 마이크로 소프트 애저(Azure)와 연동이 되어 있다. 

 

디지털 트윈이 적용된 데모

 

클라우드향 기계학습 머신러닝 플랫폼, 리탈(Rittal)의 제품 활용해 5G 엣지 데이터 센터 구축
이와 함께 클라우드향 기계학습 머신러닝 플랫폼이 소개됐다. 이 플랫폼은 리탈의 제품을 활용해 5G 데이터센터가 구축이 됐다. 
이 플랫폼은 5G 산업에 특화해서 만든 클라우드향 기계학습 머신러닝 플랫폼이다. 공장에서 발생하는 다양한 데이터(온도, 습도, 진동데이터, 비전 이미지 데이터, AR 로봇 데이터 등)들이 5G망을 이용해서 중앙에 있는 머신러닝 클라우드 플랫폼의 스토리지에 저장이 된다.  
이 때 데이터를 단순하게 저장하는 것에 그치지 않고, 저장된 데이터를 기반으로 AI 학습을 통해서, 각각의 서비스 모델을 만들고 고도화 작업을 하게 된다. 예를 들어서 기존의 머신비전의 경우에 제품이 바뀌거나 판정해야 하는 기준이 높아지는 경우에는, 더 나은 모델을 요구하게 된다. 이러한 요구가 있을 때 새로 만드는 것이 아니라, 기존에 만들어진 데이터들을 가지고 학습을 통해서 데이터 모델을 고도화해서 정확도를 높일 수 있는 작업을 한다.
마찬가지로 로봇의 경우도 지금은 단순히 동작을 하면서 데이터들을 저장하고 있지만, 향후에는 이 데이터를 기반으로 해서 언제쯤 고장이 날 거라는 예지정보까지 가능해질 예정이다. 이런 것들이 현재는 SMIC에만 구축이 되어 있지만, 향후에는 지역별 거점이나 산업단지 지자체들과 협의를 해서 각 거점별로 확산하는 것을 검토하고 있다.
5G 속도를 구현해주는 기술인 NBASE-T 기술은 멀티기가비트라고도 불린다. 기존 이더넷 케이블을 그대로 사용할 수 있기 때문에 케이블 공사를 다시 하지 않아도 되는 경제적이면서도 고마운 기술이다. 덕분에 기존 산업 시설에 5G 송신기를 부착하면 생산, 가공 등의 정보를 데이터 센터와 통신할 수 있다. 이번에 스마트제조혁신센터 내에 설치된 데이터 센터는 중간 거점(허브)으로 데이터 센터로 정보를 보내기 전 취합하는 역할을 한다.

 

스마트제조혁신센터에 구현되어 있는 리탈의 HMDC 솔루션. 5G 시스템용 랙 5대와 UPS/Battery용 랙 1대, UPS용 배전 시스템, 공냉식 인라인 냉각 12kW 2대, 온도센서 및 연기 감지기, 소방시스템이 사용됐다.


여기에는 리탈의 HMDC(High Density Modular Datacenter)가 적용됐다. HMDC는 밀폐형 랙 냉각 방식을 사용하며, 일반적인 방법으로는 냉각이 어려운 고밀도/고발열 시스템이나 독립적으로 보호되고 냉각되는 IT 환경 구축이 필요한 고객에 적합하다. 뿐만 아니라 다양한 변수에 대처하기 위해 모니터링과 제어 역할과 더불어, UPS, 배터리 등을 장착하고 있다. 스마트제조혁신센터에 적용된 HMDC 솔루션은 전국 롯데마트에서 사용하고 있어 그 효율성과 우수성이 이미 입증됐다. 현장에 설치된 리탈의 제품은 5G 시스템용 랙 5대와 UPS/Battery용 랙 1대, UPS용 배전 시스템, 공냉식 인라인 냉각 12kW 2대, 온도센서 및 연기 감지기, 소방시스템이 사용됐다. 
 

‘5G-SFA(Smart Factory Alliance)’ 출범 선포

최교식 기자
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