스마트 IIoT 지원 공장의 이점 활용하기

산업용 사물인터넷(IIoT)은 제4차 산업혁명, 즉 인더스트리 4.0의 잠재력을 지속적으로 확장하고 있습니다. 이 산업 시대는 임베디드 자동화 기술과 강력한 무선 센서를 특징으로 하며, 스마트 연결 공장에서 제조 및 생산을 주도합니다.

자동화 추세 가속화

스마트 공장 자율 시스템의 많은 IIoT 장치는 인공지능(AI), 모바일 에지 컴퓨팅(MEC) 인프라, 카메라, 제어 시스템, 컴퓨터 비전, 증강현실(AR), 로봇공학, 머신러닝(ML)과 결합하여 실시간 대화형 데이터 통신을 구현합니다. 이러한 혁신적인 자동화 기술은 '공상과학'에서 대규모 상용 도입으로 끊임없이 진화하고 있습니다.

이 디지털 전환의 시대가 진행됨에 따라, IoT, AI, ML 및 기타 혁신에 힘입은 로봇공학이 스마트 연결 공장에서 점점 더 많이 등장하고 있습니다. 우리는 단순 기계 간(M2M) 상호작용을 훨씬 뛰어넘는 연결성, 상호운용성, 자동화의 놀라운 시대에 살고 있습니다. 다양한 무선 센싱 솔루션 플랫폼에서 나오는 IoT 데이터는 연결된 공장 운영을 혁신할 수 있습니다.

실시간 의사결정의 시대

오늘날 연결된 공장 기계는 자체적으로 IoT-AI-ML 지원 실시간 의사결정을 내려 프로세스를 제어 및 자동화하고 생산을 원활하게 유지합니다. 동시에 본사의 관리자와 현장 작업자는 저전력 장거리 무선 센서를 통해 장비, 작업자, 기계를 원격으로 모니터링하고 데이터 기반의 신속한 의사결정을 통해 다음을 실현합니다:

• 비용 및 운영 효율성 개선
• 생산 및 제품 안전성 강화
• 기계 및 설비 유지보수 예측
• 비즈니스 프로세스 및 가치 혁신

연결된 기계에서 얻는 가치 있는 데이터 인사이트

제조업에서 가동 시간은 모든 것입니다. 한 대의 기계가 오작동하거나 고장 나면, 제품 납품과 고객 서비스에 이르기까지 시장 출시 시간 증가와 잠재적으로 치명적인 가동 중단이 연쇄적으로 발생할 수 있습니다.

IIoT의 데이터는 스마트 연결 공장의 '통화'입니다. 이는 사람이나 기계가 어떻게 그리고 언제 제어권을 잡고, 수정을 하고, 유지보수를 수행하고, 생산을 효율화하는지에 근본적으로 영향을 미쳐 반응적, 예측적, 심지어 혁신적 가치를 창출합니다. IIoT에서 얻은 실행 가능한 데이터가 연결된 공장의 주요 이점입니다.

데이터를 대시보드, 분석 도구, 운영 관리 시스템에 공급하면 조직은 더 나은 혁신, 효율성, 수익성을 달성할 수 있습니다. 무선 센서 데이터는 공장 전체에서 IIoT의 가치를 활성화합니다. 더 빠른 시정 조치부터 예측 관리, 혁신적인 비즈니스 혁신까지 말입니다.

공장 센서 데이터의 활용 극대화

이상적인 생산 성능을 조정하려면 사람과 기계가 원활하게 협업하고 정보를 공유해야 합니다. 사실상 모든 자산에 내장되거나 부착된 무선 센서는 공장을 원활하게 가동하고 프로세스를 개선하는 데 관리자에게 필요한 데이터를 제공할 수 있습니다.

제조업체는 연결된 공장에서 무선 센서 데이터로 최대 가치를 얻기 위해 다양한 전략을 사용할 수 있습니다. 다음은 세 가지 중요한 데이터 관리 접근 방식입니다.

• 제어 시스템의 자율 기능 활용. 연결된 공장에서 많은 중요 자산이 원활한 단위로 작동합니다. 하지만 가장 중요한 두 자산은 산업 제어 시스템(ICS)과 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)입니다. ICS는 공장 전체에서 데이터, 장치, 시스템, 네트워크, 제어를 종합적으로 관리하여 산업 공정을 실행하고 자동화합니다. 반면 PLC는 센서 데이터 수집 허브로 독립적으로 작동하거나 전체 시스템의 중요한 제어 구성 요소로 ICS에 통합될 수 있습니다.

예측 유지보수는 ICS와 PLC에 달려 있습니다. 이들이 수신, 처리, 실행하는 센서의 실시간 데이터는 공장 가동, 유지보수, 자동화에 필수적입니다.

제조업체는 센서 시스템의 데이터를 활용하여 고급 진단, 분석, 인사이트를 얻어 생산성을 높이고 비용을 절감하며 안전성을 개선할 수 있습니다. ICS는 이 노력의 핵심입니다. ICS에서 시작된 자동화 프로세스는 IT 및 운영 기술(OT) 전문가가 반응형 또는 일상적인 유지보수 작업에 신경 쓰지 않고 공장을 최적화할 수 있게 해줍니다. 공장 관리자는 기계 성능 문제를 사전에 파악하여 반복적인 계획 유지보수 대신 예측 유지보수로 전환할 수 있습니다. ICS를 통해 필터링된 센서 데이터로 기술자는 어떤 기계를 제어해야 하고 언제 유지보수가 필요한지 알 수 있습니다.

• 데이터 장벽과 사일로 제거. 데이터 세트가 개별 부서 내에 머물러서는 안 됩니다. 정보 시대가 시작될 때 데이터 사일로 제거는 필수적이었고, 기계가 서로 그리고 우리와 대화하기 시작한 이후로는 더욱 절실해졌습니다.

IIoT 데이터 마이닝에서 획기적인 아이디어와 비즈니스를 바꾸는 기회가 나올 수 있습니다. 이는 IIoT의 주요 이점 중 하나입니다. 데이터 분석은 개별 기계 성능 분석부터 연결된 공장 전체에 이르기까지 미시적에서 거시적 수준까지 원활하게 수행되어야 합니다. 생산 라인 유지보수 관리자부터 비즈니스 분석가, 임원까지 모든 사람이 IIoT 데이터에 접근하고 분석할 수 있도록 장벽을 제거하면 혁신에 가장 유리한 위치에 서게 됩니다.

• 데이터 공유에 린(Lean) 접근 방식 채택. 글로벌 산업 규모에서 IIoT는 엄청난 양의 데이터를 생성합니다. 훨씬 작은 규모에서도 공장 관리는 데이터의 속도와 양에 압도될 수 있습니다. 엣지 컴퓨팅은 최전선 공장 관리자와 기계가 신속하거나 자동화된 실시간 결정을 내릴 수 있도록 실행 가능한 센서 데이터를 제공함으로써 도움을 줍니다. 스마트 센서와 게이트웨이가 엣지 컴퓨팅(데이터가 생성되는 곳에서 효율적으로 캡처, 저장, 처리하는 방법)을 수행하면 관리자는 조치를 취하기 위해 대량의 원시 데이터를 분석할 필요가 없습니다. 또한 데이터가 클라우드로 전송되어 내보내지고, 매핑되고, 분석되어 엣지 장치가 이미 제공한 결론에 도달할 때까지 기다릴 필요도 없습니다.

데이터 접근성과 분석을 지속적으로 개선하는 것이 중요하지만, 데이터 분석가가 아닌 사람에게 과부하를 주지 않는 것이 중요합니다. 데이터 알림, 피드, 보고서를 개인의 역할에 적용되는 내용으로 유지하세요. 중요한 새로운 데이터 인사이트를 얻으면 주요 이해관계자가 이를 인지하고 특정 데이터 포인트가 다른 부서에 왜 중요한지 공유하도록 하세요.

무선 센서 플랫폼, 유지보수 및 비즈니스 최적화 지원

공장 자동화에 신중하고 체계적인 접근이 중요합니다. 기계가 과도하게 진동하고 있다는 사실을 모른다면 공장이 얼마나 자동화되었는지는 중요하지 않을 수 있습니다. 진동하는 기계는 오작동 직전일 수 있고, 이는 기계의 자동화 시스템 전체 또는 일부를 오프라인 상태로 만들어 계획에 없던 불필요한 가동 중단을 초래할 수 있습니다. 단 하나의 톱니바퀴가 느슨해져도 자동화가 무너질 수 있다는 교훈입니다.

공장 전체에 분산된 저전력 장거리 무선 센서 플랫폼이 이 문제를 해결할 수 있습니다. 이는 자동화 시스템과 독립적으로 작동하지만 이를 보완하는 기본 솔루션입니다. 이 센서 네트워크는 가속도계, 진동계, 전압 및 전류 감지 및 측정, 기울기, 수동 적외선(PIR) 모션, 온도, 공기질, 습도 등으로 구성될 수 있습니다.

주로 백그라운드에서 작동하는 네트워크 무선 센서 플랫폼은 연결된 공장의 주요 성능 및 상태 모니터링이 예측적일 뿐만 아니라 비즈니스 최적화와 혁신으로 전환되도록 보장합니다.

주요 센서 플랫폼 구성 요소

인더스트리 4.0의 진화에 발맞추기 위해 연결된 공장은 다음을 구현하기 위해 노력합니다.

• 실시간 데이터 전송, 예측 유지보수, 가동 시간 향상에 초점을 맞춘 산업용 무선 저전력 센서 플랫폼에서 운영. 무선 센서 네트워크는 다음과 같이 설계될 수 있습니다:
  • 센서가 통신할 때만 전력을 소비하여 에너지를 절약하고 배터리 수명 연장
  • 사전 설정된 매개변수 초과 시 문자, 이메일, 음성 통화로 즉각적인 알림 전송
  • 일반적인 인사이트와 규정 준수 데이터를 위한 트렌드 데이터 및 데이터 로그 제공
  • 사전 구성된 알고리즘과 센서 및 엣지 게이트웨이를 사용한 온디맨드 처리로 데이터 수집, 전송, 분석을 간소화하여 기계 수동 모니터링 및 클립보드 체크리스트 데이터 수집 대체. 그런 다음 API, 시리얼 모드버스 게이트웨이, PLC를 사용하여 제어 시스템을 통해 데이터를 필터링. 이렇게 하면 실행 가능한 데이터와 센서 알림만 실시간으로 흐르고 원시 데이터는 나중에 분석하기 위해 로깅되거나 데이터베이스에 저장될 수 있습니다.
  • BACnet™ 데이터 통신 프로토콜 또는 Modbus TCP/IP를 통해 빌딩 관리 시스템(BMS)과 통합
• 공장 전체의 센서 네트워크에 엔드투엔드 데이터 보안 플랫폼을 추가하여 위험 관리 강화.
  • 디피-헬만 키 교환 알고리즘과 128비트 AES(Advanced Encryption Standard) CBC(Cipher Block Chaining) 대칭 키 암호화를 사용하는 센서 시스템을 채택하여 데이터 유출로부터 보호.
  • 센서 네트워크에 연결된 웹 서버와 브라우저를 TLS(Transport Layer Security) 암호화로 보호.
  • 데이터 생성부터 소비까지 보호하기 위해 256비트 SHA-3(Secure Hash Algorithm 3) 인증 추가. 보안 데이터 토큰이 센서별 고유 비밀 키에 대해 암호화 해시 함수를 통해 평가됩니다.
• 무선 주파수 도약 확산 스펙트럼(FHSS)으로 장거리 무선 센서 통신 신뢰성 증폭. 이 신뢰할 수 있는 장거리 강건한 스펙트럼에서 신호는 빠르게 변하는 무선 주파수 사이에 퍼지고 도약합니다. 이 통신 스펙트럼은 간섭에 강하고, 신호가 매우 짧은 간격으로만 전송되기 때문에 가로채기가 어렵습니다. 이는 FHSS를 본질적으로 사이버 보안적으로 만듭니다. FHSS를 사용하면 무선 센서의 데이터 통신에 다음이 있습니다:
• 물리적 장애물, 외부 무선 주파수 시스템, 전자기 간섭(EMI)으로부터 강력한 손상 면역
• 제조 환경에서 최대 1200피트 이상의 연결성
• 연결된 공장 관리자는 통합 무선 시스템을 사용하여 공장 운영의 모든 측면을 최적화할 수 있습니다. 예를 들어 자동화 시스템을 유지보수 및 생산 프로세스 최적화와 병행하여 구현할 수 있습니다.
  • 자율 주행 차량을 추가하여 재고 피킹 및 포장, 자재 처리, 배치, 배송 수행.
  • 산업용 로봇을 사용하여 아크 및 스팟 용접, 기계 텐딩, 제품 도장, 리프팅 및 조립, 접착 및 부품 연결 등 수행.
  • 조립 라인과 로봇 팔에 가속도계 부착, 기계 모터에 진동계, 안전한 기계 작동 감지를 위한 기울기 센서, 전력 소비 모니터링을 위한 전류계 부착.
  • HVAC 시스템, 생산 구역, 모터에 온도 및 습도 센서 설치, 제한 구역 및 생산 제어 구역에 PIR 모션 센서 설치.

핵심 요약

제조업체는 기계 가동 중단을 예측하고, 운영 효율성을 높이고, 수익을 개선하며, 최신 산업 혁명의 이점을 누릴 수 있도록 실시간 실행 가능한 데이터를 제공하는 IIoT 센서 플랫폼을 구현해야 합니다.

이 기사는 Monnit(유타주 사우스 솔트레이크)의 설립자이자 CEO인 Brad Walters가 작성했습니다. 자세한 정보는 Walters 씨에게 이메일(자바스크립트 필요) 또는 여기를 방문해 문의하세요.