현대 스마트 제조에 5G가 필수적인 이유

현재 제조업에서 진행 중인 AI, 증강현실, 가상현실 활용 등은 5G로 구현되고 지원받을 수 있습니다.

스마트 센서와 IoT 기기 사용이 늘고, 이들이 생성하는 데이터에 더 정교한 분석이 적용되면서 제조업에 혁명이 일어나고 있습니다. 많은 경우 빠진 퍼즐 조각은 연결성입니다.

점점 더 5G가 이 모든 것을 하나로 묶어줄 무선 인프라 요소로 인식되고 있습니다. 5G는 가혹한 제조 환경에서 필요한 대역폭, 저지연, 신뢰성을 제공합니다. 5G가 제조업에서 수행할 역할과 그 과제, 이점을 더 잘 이해하기 위해 RTInsights가 인텔의 산업 솔루션 수석 디렉터 리키 와츠(Ricky Watts)와 대담했습니다. 주요 내용을 요약합니다.

왜 제조업에 5G인가?

RTInsights: 제조업에 5G가 왜 필요한가요?

와츠: 두 가지 영역으로 나누어 답하겠습니다. 먼저 제조업에 무선이 왜 필요한지, 그다음 5G로 넘어가겠습니다.

제조업에 무선이 왜 필요한가? 크게 비용과 유연성 때문입니다. 제조 환경의 일반적인 제어 시스템은 유선과 유선 프로토콜로 운영됩니다. 하지만 유선은 설치 비용이 비쌉니다. 종종 매우 가혹한 조건에서 배선이 이뤄지므로 보통 삼중 절연이 필요합니다. 배선 주변에 보통 이중화도 필요합니다. 이런 것들이 비용을 높입니다.

공장 내 연결 비용 문제가 큽니다. 어떻게 하면 신뢰성을 유지하면서 비용을 줄여 공장 내 것들을 연결할 수 있을까? 그래서 무선 자체가 매력적으로 됩니다. 무선은 제조업체가 더 저렴하게 연결할 수 있게 해줍니다. 또한 훨씬 더 넓은 영역에 걸쳐 연결할 수 있게 해줍니다. 제조 현장의 경우, 석유화학 플랜트처럼 매우 넓은 면적을 가진 경우가 있습니다. 배선으로 커버하기 어렵고 비쌀 때 무선을 사용할 수 있습니다.

여기서 시작하겠습니다. 제조업에 무선이 왜 필요한가? 비용, 유연성, 배포 용이성, 기타 유용한 것들로 귀결됩니다. 이제 5G가 다른 무선 기술과 달리 무엇을 하는지 보겠습니다.

기존 무선 기술은 여러 면에서 '베스트 에포트(best effort)' 중심으로 구축되었습니다. 엔드포인트와 수신기 간 연결이 있습니다. 이 연결은 소위 베스트 에포트 시나리오에서 이루어집니다. 예를 들어 무료 Wi-Fi가 그렇습니다. 집 Wi-Fi에서 연결하고 집 안을 돌아다니면 대충 작동하지만 항상 작동하지는 않습니다. 이는 제조업 일부 측면에는 그다지 유용하지 않습니다. 5G는 제조 환경 내 산업 기업의 유스케이스와 요구사항을 해결하기 시작합니다. 지연시간, 신뢰성, 성능, 대역폭 등을 돕습니다. 이는 공장에 존재하는 근본적 요구사항으로, 무선 영역에서 이전에 제대로 다뤄진 적이 없습니다.

Wi-Fi나 5G 이전 기술인 4G를 가져오면, 오늘날 가진 것은 더 베스트 에포트입니다. Wi-Fi나 4G가 나쁘진 않습니다. 나름 괜찮은 일을 하고, 일부 환경에서 유용하며, 많은 산업 기업이 사용합니다. 하지만 5G는 "좋아, 이제 제조업체가 요구할 특정 사항들(지연시간, 결정론, 시간 민감형 네트워킹)을 살펴볼 시스템을 갖게 됐다"고 말합니다. 5G는 제조 환경 내 존재하는 모든 유스케이스를 다룹니다. 유선 프로토콜의 이점(신뢰할 수 있는 연결)을 얻고, 이제 5G라는 무선 기술로 그걸 얻습니다.

그래서 제조업에 5G가 필요합니다. 4G는 사람과 인터넷 연결이었습니다. 5G는 사물 연결, 사물-사물 연결, 사물-제어 시스템 연결을 염두에 두고 설계되었습니다.

5G 특징과 기술적 개선사항

RTInsights: 5G가 제조업체에게 제공하는 특징과 기술적 개선사항은 무엇인가요?

와츠: 앞서 언급한 비용과 유연성 이점 외에도 고려할 것들이 있습니다. 5G 사양을 개발하는 산업 기구인 3GPP(3rd Generation Partnership Project)의 새로운 5G 릴리스인 릴리스 16이 많은 기능을 도입했습니다. 예를 들어 초고신뢰 저지연 통신(URLLC)을 제공합니다. 이제 공중 인터페이스상에서 결정론과 관련된 연결성을 얻게 됩니다. 이는 매우 구체적인 기능으로, 이제 모션 제어 시스템을 실행할 수 있습니다. 카메라에서 정보를 가져와 실시간 분석을 실행할 수 있으며, 이를 신뢰성 있게 결정론적 방식으로 수행할 수 있습니다.

5G로 얻는 또 다른 기능은 대폭 늘어난 대역폭입니다. 데이터 전송을 위한 훨씬 더 넓은 파이프를 얻습니다. 더 많은 정보를 전송할 수 있습니다. 제조 현대화와 인더스트리 4.0 같은 이니셔티브는 공장 내 데이터와 엣지에서 생성된 데이터 처리에 관한 것입니다. 5G로 현장 시스템에서 훨씬 더 많은 데이터를 가져올 수 있습니다. 카메라를 설치해 공정을 다르게 보기 시작할 수 있습니다. 예를 들어 제조 환경에서 용접 공정을 수행하는 로봇이 있다고 합시다. 그 용접 공정이 신뢰할 만한지 보고 싶습니다. 이제 용접 지점에서 일어나는 일을 분석할 수 있습니다.

이런 데이터를 통해 제조업체는 공정에 대한 더 깊은 분석을 할 수 있습니다. 용접의 경우 스파크가 발생합니다. 이제 스파크를 분석할 수 있습니다. 전기 전류 단에서 일어나는 일을 볼 수 있습니다. 이 모든 분석을 실시간으로 할 수 있습니다. 필요하다면 해당 공정의 제어 시스템에서 무언가를 조정해 공정을 변경할 수 있습니다. 즉 품질 관리를 얻게 됩니다. 이런 실시간 행동은 5G의 대역폭과 저지연 기능 덕분에만 가능합니다.

5G의 또 다른 중요한 기능은 Wi-Fi처럼 제조업체가 프라이빗 온프레미스 5G 네트워크를 만들 수 있다는 점입니다. 이를 수행하는 방법은 이제 여러 가지입니다. 프라이빗 5G 네트워크는 최종 사용자와 제조업체에게 매우 유연합니다. 공장 바닥에 모든 것을 연결하는 무선 솔루션을 효과적으로 구축할 수 있습니다.

프라이빗 네트워크의 장점은 데이터를 제어할 수 있다는 점입니다. 네트워크가 무엇에 연결되는지 제어할 수 있습니다. 데이터를 로컬에 유지할 수 있습니다. 하이브리드 방식으로 할 수도 있습니다. 통신사와 협력해 네트워크의 일부를 얻습니다. 이를 5G 환경에서 네트워크 슬라이싱이라 부릅니다. 네트워크의 한 조각을 가져와 공장에서 해야 할 일을 중심으로 완전히 설계할 수 있습니다. 왜 이렇게 하려 할까? 제조 환경에서 가장 중요한 것 중 하나가 서비스 수준 협약(SLA)입니다. 실행 중인 모든 프로세스, 모든 데이터를 이해해야 합니다. 데이터 대역폭이 보장되는가? 지연시간이 보장되는가?

네트워크 슬라이싱과 프라이빗 네트워킹 같은 5G의 기능은 훨씬 더 많은 제어권을 줍니다. 연결 제어를 다른 누군가에게 넘기는 게 아닙니다. 자신의 환경에서 유지합니다.

이런 핵심 5G 기능들(고대역폭, 저지연, 프라이빗 네트워킹)은 이전 것보다 훨씬 유리합니다. 다른 것들도 많습니다. 예를 들어 5G는 디바이스-투-디바이스 연결을 지원합니다. 메쉬 네트워크를 만들 수 있습니다. 공장 주변에 센서나 카메라를 두고 5G로 그들 간 데이터 전송을 할 수 있습니다. 이중화 경로도 가질 수 있어 더 많은 이중화와 신뢰성을 얻습니다. 본질적으로 능력 스펙트럼 전반에서 5G는 제조업체가 공장 환경에서 이 기술을 사용할 때 훨씬 더 확신을 줍니다. 이전에 다른 무선 기술로 경험했던 것보다 훨씬 더 높은 출력을 얻을 것임을 보장합니다.

산업 네트워크에 5G 통합의 과제?

RTInsights: 산업 네트워크에 5G를 추가하는 게 얼마나 어렵거나 쉬운가요?

와츠: 산업 네트워크에 새로운 기술을 도입하는 건 결코 쉽지 않습니다. 정당한 이유가 있습니다. 제 멘토이자 좋은 친구가 말하곤 했습니다. "공장 환경에서 일이 잘못되면, 일이 터지고 펑 터질 수 있다." 그래서 산업 환경에 새로운 기술을 도입하는 건 도전입니다. 안전하게, 적절한 수준에서 하고 있는지 확인해야 합니다. 또한 직원들도 함께 데려와야 합니다. 누군가 시스템을 운영하고 작업해야 합니다. 이 부분에서 극복해야 할 과제가 많다고 봅니다. 최종 사용자와 공급업체 커뮤니티와 협력해 5G를 어떻게 통합할지 작업해야 합니다. 이건 교육 문제입니다. 최종 사용자, 기업, 시스템 통합업체가 5G 통합 방식을 익히도록 해야 합니다.

이건 업계 전반에서 진행 중인 작업입니다. 또한 이 기술이 의미 있고 통제 가능한 영역에서 도입되기 시작해야 합니다. 예를 들어 카메라나 로봇의 데이터 수집을 봅시다. 명백한 답은 공장에 새로운 역량을 도입할 때 5G 기술을 도입하는 것입니다. 그렇게 하면 5G를 제조 환경에 매우 통제된 방식으로 추가할 수 있습니다. 기술과 함께 새 시스템을 도입합니다. 그 시스템을 가동시킵니다. 그걸로 직원을 교육합니다. 기술을 더 잘 이해하는 데 씁니다. 그런 다음 사용을 확대합니다. 마치 교두보를 확보하고 거기서 확장하는 것과 같습니다.

기술 사용의 신뢰성을 확립합니다. 지식을 얻고, 그걸 산업 환경 전반으로 이동시킵니다. 쉬운 작업은 아니지만, 제조업체와 공급업체 커뮤니티가 잘 대처할 수 있는 작업이라 생각합니다. 인텔 관점에서 우리는 우리가 하는 일을 기술 패키지로 묶어 쉽게 사용할 수 있게 하려 합니다. 최적화하고 엔드투엔드 작동을 보장합니다. 제조업체가 기술을 받으면 거의 플러그인만 하면 됩니다. 디바이스가 한쪽 끝에, 제조업체의 시스템, 애플리케이션, 서비스가 다른 쪽 끝에 있습니다. 중간에 있는 5G 기술은 제조업체에게 거의 보이지 않게 됩니다. 그건 우리와 다른 많은 제조업체가 마찰을 줄이고 산업 네트워크에 기술이 추가될 때 생기는 문제들을 줄여 5G 솔루션을 매끄럽게 가져오기 위해 노력하는 부분입니다.

5G가 제조업에 혁명을 가져올 방식

RTInsights: 5G가 제조업에 혁명을 가져올 방식은 무엇인가요?

와츠: 현재 제조업에서 진행 중인 수많은 것들이 5G로 구현되고 지원받을 수 있습니다. 엣지 컴퓨팅, AI, AR, VR이 있습니다. 이 모든 기술이 지금 제조업에 등장하고 있습니다. 5G는 이 모든 것을 연결하는 접착제 역할을 합니다. 제조 환경에서 얻는 이러한 새로운 역량 모두에 연결성을 가져와야 합니다. AI든 가상현실이든, 코로나 같은 상황(원격 근무자가 공장에서 작동하는 기계와 인터페이스하길 원함)이든, 5G가 접착제를 제공합니다.

제조업체가 혜택을 볼 또 다른 영역은 버라이즌, AT&T, T-모바일 등 선도 통신사들이 5G 서비스를 출시하고 5G 네트워크를 구축하고 있다는 점입니다. 미국뿐만 아니라 전 세계적으로 엄청난 양의 인프라가 이미 설치되고 있습니다. 그 기술이 놀라운 속도로 성장 중입니다. 그리고 이제 산업 영역과 겹치고 있습니다.

이는 5G가 기술 관점에서 확산될 뿐만 아니라, 비용도 넓은 영역에 분산되어 내려가게 합니다. 이제 데이터를 실시간 제어 시스템과 운영 시스템에서 가져와 사용할 수 있는 진정한 무선 기술을 얻게 됩니다. 그리고 이걸 네트워크 엣지에서 연결할 수 있게 해줍니다.

5G가 광대한 영역에 걸쳐 보편적으로 사용 가능해지면 비용은 내려갈 것입니다. 제 생각엔 훨씬 더 유연한 제조와 실제 작동하는 공장에서의 훨씬 더 빠른 도입을 보게 될 것입니다.

오늘날 공장 작업은 단일 모놀리식 영역, 즉 공장이 위젯을 만드는 환경과 같습니다. 5G가 운영, 제어, 연결성을 수많은 영역으로 이동시킬 수 있게 되면 그게 훨씬 더 넓은 영역으로 확장되는 걸 상상해 보세요. 최근 좋은 예시를 들었습니다. 허리케인이 멕시코만을 지나가면 큰 과제 중 하나가 홍수, 제조 현장이 오프라인 된다는 점입니다. 그 많은 게 공장 밖에 있는 인프라에서 리셋됩니다. 5G와 저지연을 사용하면 그 컴퓨팅 환경을 다른 곳으로 옮기고 디바이스에만 연결성을 유지할 수 있습니다. 공장에서 떨어진 공장을 거의 가질 수 있고, 5G가 그 인프라를 제공하고 가능하게 합니다. 제조업에 혁명을 가져올 것입니다. 또한 공장에서 자율적 작업 방식이 증가할 것으로 봅니다.

새로운 비즈니스 모델과 제조 방식도 등장할 것입니다. 예를 들어 제조업체는 과거에 자동차를 만들었습니다. 검은 차, 포드. 검은 포드면 끝이었습니다. 이제 사람들은 온라인으로 주문을 개인화하려 합니다: 파란 차, 흰색 점, 이런 옵션 저런 옵션.

이런 새로운 고객 수요를 충족하려면 인프라 관점에서 상호 연결이 필요합니다. 물류, 자산, 제조 환경의 다른 시스템이 모두 연결되어야 합니다. 5G가 그 모든 것을 연결하는 접착제가 될 것입니다. 저에게 5G는 모든 것을 바꿉니다. 시간이 걸릴 겁니다. 향후 5~10년에 걸쳐 이 롤아웃을 보게 될 것입니다. 빠른 전환은 아닙니다. 하지만 일단 속도가 붙으면 제조업의 거의 모든 것에 혁명을 가져올 것이라 생각합니다.

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