OT와 IT 융합으로 제조업 고성장 지속
CPS 구현의 필수요소 OPC UA 플랫폼
스마트팩토리의 핵심 기술은 공유·통합

최근 주52시간 근무제가 시행되고 일자리 창출 정책이 추진되면서 국내에서는 IoT 기술을 활용한 스마트팩토리를 구축하려는 기업이 늘어나고 있다.

우리나라의 여건은 그러나 공급기업과 수요기업, 정부·지자체와 산업계 간 이해충돌 등의 문제를 제대로 해결하지 못한 채 급속도로 스마트팩토리 전략을 시행한 결과 많은 오해와 진입장벽을 불러 일으켰다.

내부 역량이 부족한 중소기업들은 스마트팩토리를 단순한 공장자동화 정도로 이해하는데 그쳤고 직원들은 이를 인력감축의 수단으로 오해하는 경우가 발생했다.
하지만 전 세계는 제조업 분야를 중심으로 스마트팩토리를 크게 확대해 가는 상황으로 소프트웨어 플랫폼, 애플리케이션, 센서, 인공지능, 빅데이터, 통신 네트워크, 클라우드 서비스 등 디지털 기술을 활용한 공장 구현을 통해 고성장을 지속할 것으로 전망된다.

Mind Commerce는 지난 2015년부터 2020년까지 글로벌 산업인터넷 시장은 연평균 12.9%씩 성장해 2020년에는 약 1.4조 달러 규모에 이를 것으로 예상했다. 지역별로는 미주 지역이 현재 가장 큰 비중을 차지하고 있지만 향후에는 아시아·태평양 지역을 중심으로 빠르게 성장할 것으로 예측했다.


제조업계 IIoT로 경쟁력 향상
산업 간 융합과 개별 수요를 반영한 제품 생산(Ondemand)이 확대됨에 따라 제품수명주기를 고려한 효율적인 생산시스템에 대한 요구가 커지고 있다.

글로벌 제조 기업은 신성장 동력으로 인터넷을 활용한 사물인터넷(IoT) 기술을 경쟁력 강화 수단으로 인식하면서 사람과 기계, 데이터를 서로 연결시켜 설비운영의 효율화, 비용절감 등을 꾀하고 있다.
사물인터넷은 스마트 제조에서 비롯된 사이버물리시스템(CPS)을 데이터의 중요성에 초점을 맞춰 전 산업 영역으로 확대 적용한 것을 의미한다.

산업인터넷(IIoT)은 산업용 장비나 인프라에 센서를 부착하고 인터넷에 연결한 후 여기서 수집된 데이터를 분석해 가치를 창출하는 것으로 사물인터넷의 산업 부문 버전이다.

산업인터넷과 스마트팩토리를 거의 동일한 개념으로 정의하는 경우도 있으나 스마트팩토리는 주로 제조 부분을 다루는 용어로 볼 수 있다.

스마트팩토리는 스마트홈, 스마트카 등 일반 소비자를 대상으로 하는 사업(B2C)과 달리 기업을 대상으로 하는 B2B 영역으로 관련 대표 기업으로는 지멘스(Simense), GE를 꼽을 수 있다.
지멘스는 스마트팩토리 솔루션을 개발한 기업으로 자사의 생산성 향상을 넘어 외부 기업에 이를 판매하기 위한 장비 및 서비스를 생산하고 있다. GE는 클라우드 기반의 데이터 분석 서비스 프레틱스(Predix)를 통해 항공기 엔진 등에서 축적한 데이터를 바탕으로 연료절감, 고장예방 등의 솔루션을 제공하고 있다.

미국, 독일, 프랑스 등에서는 이미 CPS(Digital Twin)를 일상화하려는 움직임이 확대되고 있으며 디지털 트윈 환경 구현을 위해 많은 해외 기업들은 소프트웨어 플랫폼 및 솔루션 개발에 적극 투자하고 있다.

디지털 트윈은 사이버(디지털 영역)상의 제어요소가 현실세상의 물리 시스템과 연결돼 동작하는 포괄적 의미의 시스템으로 인용되는 CPS의 고급형 기술 유형이다.


스마트팩토리 필수어 OPC UA
미래형 공장인 스마트팩토리 구현을 위해서는 단일 공장 내 데이터의 공유와 통합을 넘어 CPS 데이터를 실시간으로 제공할 수 있는 방안이 요구된다. 공장 내 기계와 로봇은 각각의 메이커 언어를 사용하고 있지만 스마트팩토리의 시작은 단일 언어(표준)를 구축하는데서 출발한다.
국내 기업들이 글로벌 수준의 경쟁력을 높이려면 산업 현장 최하위단의 데이터를 최상위로 보낼 수 있는 핵심 솔루션을 확보해야 한다. 기존의 공장자동화 개념에서 벗어나 하나의 CPS(Digital Twin)로 묶을 수 있는 통신 플랫폼 구축 전략이 필요하다.

특히 제조 분야에서 생산 효율성을 높이기 위해서는 기존 시스템에 새로운 통신 프로토콜과 보안 환경 관련 인프라를 접목하는 과정이 요구된다.

현재 산업 자동화 분야 등 각 업계에서 안전하고 신뢰성 있는 데이터 교환을 목적으로 상호 운용성을 확보한 오픈 국제 표준 규격은 OPC UA(OPC Unlfield Archltecture)다.

특정 메이커에 종속되지 않도록 하는 독립 프로토콜로 OS나 하드웨어에 의존하지 않는 아키텍처다. 제조 현장의 제어계 네트워크를 상위 MES나 ERP 등 IT계 네트워크와 안전하게 연결될 수 있도록 지원한다.

OPC UA는 네트워크 장애 및 CPS 오류 등으로 인해 공장이 멈추는 경우를 대비한 분산 제어 장치로 활용될 수 있으며 이를 위해서는 에지 컴퓨팅(edge computing) 기술이 적용된다.


OT와 IT를 아우르는 전략
스마트팩토리 솔루션은 OT(Operational Technology)와 IT(Information Technology)의 융합을 핵심요소로 한다.

OT에는 PLC와 PCS 같은 공장설비라인이 포함되며 IT에는 ▲SCADA 및 CPS(생산제어시스템) ▲MES(제조실행시스템) ▲ERP 및 PLM(기업자원 및 계획) 등이 속한다.
한국의 스마트팩토리는 그러나 IT에서 OT로 향하는 접근에만 치중해 있어 OT 분야는 대부분 외국 기업에 의존하는 한계를 지닌다. SI 분야의 국내 기술력은 글로벌 우위를 점하고 있지만 OT를 대상으로 하는 국내 기업은 LS산전뿐이다.

국내 제조 환경에 산업인터넷을 활용하기 위해서는 제조업 주기에 맞는 수요연계형 기술개발을 강화하는 동시에 대기업과 중소기업 간의 협업체계를 구축하는 것이 중요하다.
과거 PC 전성기에는 MS윈도우와 인텔 CPU가 시장 강자로 군림했고 스마트폰 시대에는 애플과 구글이 시장을 지배하고 있지만 사물인터넷 시대는 아직 시작단계다.

전문가들은 향후에는 산업·지역별로 다수의 플랫폼이 공존할 가능성이 높다고 보고 있다. 국내 기업은 이같은 시장잠재력을 고려해 스마트팩토리 구현에 플랫폼 전략을 적극 활용할 필요가 있을 것이다.

전 세계 스마트 팩토리 시장은 해마다 9.3%씩 성장해 2022년에는 2,054.2억 달러 규모가 될 것으로 예상된다.

한국의 시장 규모는 2020년 78.3억 달러, 2022년 127.6억 달러로 연간 12.2%의 높은 성장률을 기록하며 아시아 지역에서 첫 번째로 빠른 성장세를 보일 것으로 전망된다.

공장의 현재 상황을 정확히 파악하고 고장이 일어날 가능성을 예측하며 미래 상황에 대응하는 해결책을 적시에 처방하는 스마트팩토리 구현에는 국제표준 규격 OPC UA 활용 전략이 경쟁력을 지닌다고 볼 수 있다.
표준화, 독립성, 보완성으로 대표되는 OPC UA 플랫폼은 ▲인증서 기반의 암호화 통신 등 보안 메커니즘 ▲Plug & Play 방식의 연결을 활용한 자동 교환 메커니즘 ▲기타 산업 표준과의 지속적인 협업 및 수용이 가능한 실질적인 표준체계 구축 ▲OT와 IT의 데이터 교환 ▲벤더, OS, 기타 표준 등에 완전한 독립 등을 필요로 한다.

하나의 CPS로 묶을 수 있는 통신 플랫폼으로서 OPC UA를 활용한다면 3차 산업(자동화 시장)에서 뒤처졌던 제조 역량을 4차 산업(스마트팩토리)에서는 보완해 나갈 수 있을 것으로 예상된다.