임원 라운드테이블: 스마트 센서와 IIoT로 인더스트리 4.0 발전시키기

제조 산업은 COVID-19 팬데믹으로 가속화되어 전 세계적으로 디지털 전환을 겪고 있으며, 이는 인더스트리 4.0 채택을 가속화하고 있습니다. 이 디지털 전환은 센싱 데이터를 캡처할 뿐만 아니라 그 데이터를 산업용 사물인터넷(IIoT) 공간의 다양한 애플리케이션을 위한 실행 가능한 인사이트로 해석하는 스마트 센서 발전을 촉진하고 있습니다.

Market Research Future에 따르면 스마트 센서 시장은 예측 기간(2021-2026) 동안 19% CAGR로 성장할 것으로 예상됩니다. 스마트 센서에 대한 수요 급증을 이끄는 것은 무엇이며, 향후 몇 년간 센서 기술에 가장 큰 수요를 보일 산업은 어디일까요? Tech Briefs가 4명의 업계 전문가에게 스마트 센서와 IIoT의 미래 전망에 대한 견해를 물었습니다.

라운드테이블 참가자는 Dean Bartles(Manufacturing Technology Deployment Group CEO), Jeffrey Case(PCB Piezotronics 설계 엔지니어링 및 NPD 이사), Brad Walters(Monnit 설립자 겸 CEO), Aric Prost(Stratus Technologies 수석 글로벌 디렉터, OEM)입니다.

Tech Briefs: IIoT와 인더스트리 4.0이 제조업에서 더 일반화됨에 따라 '스마트' 센서 사용이 더 보편화되고 있습니다. 스마트 센서는 어떻게 제조업을 개선하는 데 사용되고 있습니까?

Dean Bartles: 스마트 센서가 제조업을 개선하는 데 어떻게 사용되는지 보여주는 좋은 예는 우리 회사가 국방부와 함께 프로토타입 적층 제조 공급망을 구축하는 프로그램입니다. 항공우주 및 방위 시장에서 금속 적층 제조 부품 채택에 대한 엄청난 욕구가 있습니다. 장점에는 설계 복잡성, 생산 속도, 경량화 등이 있습니다. 하지만 기계 간, 심지어 부품 간에도 현재 금속 적층 생산 부품에서 발견되는 변동성은 여전히 채택의 주요 걸림돌입니다. 센서와 IoT 엣지 장치를 사용하여 프린팅 과정 중 레이저 에너지, 스캔 속도, 해치 간격, 챔버 습도 등 실시간 공정 데이터를 수집한 다음 생산된 부품과 함께 이 데이터를 고객에게 제공합니다. 고객은 데이터 파일을 조사하여 빌드 과정 전체에서 모든 매개변수가 지정된 범위 내에 유지되었는지 확인할 수 있어 부품 무결성에 대한 더 높은 신뢰도를 제공합니다.

Jeffrey Case: 스마트 센서는 올바른 분석으로 중요한 정보를 수집하여 모든 산업의 제조 시설에 배치되어 비계획 다운타임(부품 교체 비용, 인력, 기회 비용)을 줄이거나 제거하는 솔루션을 만들 수 있습니다; 영구 장착 센서로 인간 개입이 필요한 측정을 대체하여 안전성 증대; 생산 공정 변동 모니터링과 정밀 피드백 제어로 제조 안정성 보장 및 생산성 향상.

Brad Walters: 스마트 센서 플랫폼을 제조 환경에 통합하는 것의 최우선 이점은 더 큰 효율성 추구입니다. 스마트 센서는 실시간 데이터 기반 인사이트로 운영의 거의 모든 측면을 모니터링, 제어, 개선할 수 있는 더 스마트한 공장을 만듭니다. 설비 유지보수 예측 및 고장 전 신속한 프로토콜 트리거, 규정 준수를 위한 간소화된 트렌드 분석, 기록 보관을 위한 데이터 로깅 자동화, 환경 및 설비 문제 알림. 사람, 기계, 설비, 재고를 IIoT의 강화 기능에 연결하는 센서는 제조업체가 더 큰 투명성, 효율성, 전반적 품질로 생산할 수 있게 합니다.

Aric Prost: 센서와 송신기 비용의 상당한 감소와 무선 기술 개선으로 OEM, 기계 제작자, 운영 팀이 이전에는 접근할 수 없었던 센서 설치와 데이터 수집이 가능해졌습니다. 이것이 데이터가 생성되는 산업용 엣지이며, 더 많은 공정 변수를 더 정확하게 측정할 수 있는 능력은 더 나은 통찰력을 부여하고 IIoT와 인더스트리 4.0의 약속을 실현합니다. 모니터링과 제어의 도약으로 더 높은 품질 제품, 덜 다운타임, 수율 향상 같은 원하는 결과를 이끌어내는 기회입니다.

Tech Briefs: 센서 데이터 융합은 한 애플리케이션에서 다른 센서 기술을 결합하는 능력을 제공합니다. 제조업체가 수집된 데이터 양 증가 관리와 효과적 활용에서 직면하는 과제는 무엇입니까?

Dean Bartles: 제조업에서 센서 확산은 인더스트리 4.0이 약속하는 효율성을 최대한 활용하는 데 필수적입니다. 그러나 센서 기술이 모든 제조 현장에서 보편화됨에 따라, 다양한 센서에서 생성된 데이터가 공통 언어 형식으로 조화되지 않으면 데이터 최적 활용 능력이 심각하게 저해될 수 있습니다. 표준이 그런 조화를 가능하게 하는 열쇠가 될 것입니다. 이미 널리 채택된 표준 중 하나는 MTConnect입니다. 균일한 데이터로 개발자와 통합자는 번역보다는 유용하고 생산적인 제조 애플리케이션에 집중할 수 있으며, 이는 향후 성공적인 센서 데이터 융합의 열쇠가 될 것입니다.

Jeffrey Case: 센서 융합의 과제에는 시간 의존성이 있을 때 특히 다른 센서 유형과 센서 시스템 동기화, 호환 가능한 통신 네트워크 보장이 포함됩니다. 또한 엣지 컴퓨팅이 센서 수준에서 수집되고 분석되는 데이터 양을 최소화하여 처리 능력과 데이터 스토리지 요구사항 모두에 영향을 미치므로 점점 더 중요해지고 있습니다.

Brad Walters: 센서 데이터 융합은 여러 데이터 포인트에서 내려진 결정이 더 높은 가치의 결정이기 때문에 IIoT의 핵심 이점입니다. 하지만 제조업체가 다양한 공급업체로부터 다른 센서 시스템을 조달하고 모든 데이터를 스스로 집계할 때는 과제가 될 수 있습니다. 단일 센서 플랫폼으로 센서 유형을 데이터 집계, 필터링, 융합 알고리즘, 엣지에서의 중복 데이터 중복 제거와 결합하면 데이터 볼륨을 효과적으로 관리할 수 있습니다. 가장 가치 있는 데이터 볼륨 감소기는 센서 수준에서 게이트웨이를 통한 엣지 처리와 필터링입니다. 사전 구성된 조건을 감지하면 사소한 데이터를 빈번한 간격으로 지속적으로 보고하는 대신 즉시 이벤트와 임계값 위반을 보고하는 것이 이상적입니다. 이렇게 하면 엣지 게이트웨이가 있는 센서 시스템이 모든 센서 유형에서 관련 데이터를 신속하게 융합하고 강력한 API 세트를 사용하여 다른 분석 시스템의 데이터를 동시에 혼합하고 매칭할 수 있습니다.

Aric Prost: 제조업체는 생성되는 엣지 데이터 볼륨 때문에 몇 가지 과제에 직면합니다. 첫째, 일반적인 플랜트나 시설의 데이터는 서로 다른 통신 프로토콜을 사용하는 여러 공급업체 제조 센서에서 나옵니다. 그 데이터는 수집되고 통합되어야 합니다. 둘째, 엣지 위치(심지어 공장 바닥)도 제어실로 전송될 때 대역폭과 지연 문제에 직면하며, 클라우드로 전송되면 더욱 그렇습니다. 이 엣지 데이터를 분석하고 인사이트로 변환하는 능력은 가용성과 신뢰성에 달려 있습니다. 예측 분석이나 AI 애플리케이션은 이러한 전체 데이터셋에 의존합니다. 데이터나 장비 다운타임의 통신 격차는 그런 고급 모델을 방해할 수 있습니다. 센서 데이터 융합을 포함한 이러한 과제를 해결하기 위해 조직은 장비 가까이에서 정보를 수집하고, 다운타임과 데이터 손실을 피하기 위해 처리와 이력화를 제공하는 엣지 컴퓨팅을 배포합니다.

Tech Briefs: 시설이 여러 연결된 센서와 시스템을 활용한다면, 원치 않는 외부 접근을 막기 위해 적절하게 보안이 확보되었는지 어떻게 확인합니까?

Dean Bartles: 원치 않는 외부 접근을 막는 가장 안전한 방법은 모든 것을 '에어갭(airgap)'하는 것입니다. 즉, Wi-Fi 센서 사용을 피하고 대신 유선 센서와 유선 IoT 엣지 장치를 배치하고 모든 데이터가 시설을 떠날 때 암호화하고 토큰화하는 사이버보안 어플라이언스를 통해 라우팅되게 합니다. OEM이 공급업체 제조 운영에 '투명성'을 계속 추구함에 따라 기술 솔루션이 최우선이 될 것입니다.

Jeffrey Case: 산업 사이버 보안에 은탄환은 없지만, 네트워크 분할은 잠재적 취약점에서 사설 네트워크를 보호하는 초석입니다. 센서 시스템은 내부 시스템과 격리된 네트워크에 구성되어야 하며, 센서 시스템 네트워크 접근은 최소한으로 제한되어야 합니다. 우리는 모든 IIoT 고객이 내부 센서 시스템 네트워크와/또는 우리 센서 시스템에서 사이버 보안 모범 사례를 따르고 업계 표준 기술을 활용할 것을 권장합니다.

Brad Walters: 보안은 센서, 게이트웨이, 네트워크, 네트워크 컨트롤러, 클라우드 간 모든 통신 지점에서 유지되어야 합니다. 강력한 IoT 장치 및 데이터 보안 거버넌스 이니셔티브로 정책을 시행하면 회사의 센서 네트워크와 데이터를 보호할 수 있습니다. 로비 수족관 온도 센서를 취약하게 둔 채 방화벽 같은 요새에만 모든 보호 장치를 둘 수는 없습니다. 단일 센서 관리 시스템을 사용하면 외부 진입점을 제한할 수 있습니다. 어쨌든 모든 시스템은 개별적으로, 그리고 전체 시스템으로서 보안 검증을 받아야 합니다.

Aric Prost: 사이버보안은 운영 기술의 최전선에 있으며, 더 많은 장비가 연결됨에 따라 에어갭 자산 개념은 점점 덜 현실적이 되고 있습니다. 내장 가상화가 있는 엣지 컴퓨팅 플랫폼을 배포함으로써 OT와 IT 팀은 다른 산업 소프트웨어 애플리케이션과 함께 중요한 장비 가까이에서 사이버보안 소프트웨어를 실행할 수단을 갖게 됩니다. 이 경우 보안 소프트웨어를 실행하는 엣지 컴퓨팅 플랫폼이 센서나 PLC와 나머지 네트워크 사이에 위치합니다.

Tech Briefs: 향후 5년간 어느 산업에서 센서 기술 수요가 가장 클 것으로 예상하십니까?

Dean Bartles: 항공우주, 방위, 자동차, 식품, 의료, 화학 처리 등에서 대기업들이 이미 상당한 진전을 이뤘습니다. 그래서 질문은 '어떤 산업'이 아니라 다양한 산업 내 '누가' 가장 큰 수요를 보일지입니다. 분명히 중소 제조업체('SMM')가 제조 운영에 센서 기술을 채택함으로써 가장 많은 이득을 얻을 것입니다. 미국 제조업협회 산하 제조리더십위원회 최근 설문조사에서 '엔드투엔드 공급망 가시성, 투명성, 예측 가능성을 다음 단계로 끌어올리기'가 2022년 두 번째로 중요한 것으로 꼽혔습니다. OEM이 공급망에서 원하는 투명성, 가시성, 예측 가능성을 제공하기 위해 SMM은 지금까지보다 훨씬 더 많은 센서 기술을 배치해야 할 것입니다.

Jeffrey Case: 센서 기술 개선, 엣지 컴퓨팅, 인공지능, 인더스트리 4.0 통신 네트워크 확산으로 센서가 더 주류가 됨에 따라, 거의 모든 시장/산업의 모든 제조 운영에서 센서 기술 수요가 가장 클 것입니다. 예방 유지보수와 공정 자동화 애플리케이션 양쪽이 산업 제조에서 이 전례 없는 수요를 주도하고 있습니다. 다양한 센서 기술이 제조 공정 통제를 더 엄격하게 하기 위해 공정 자동화 시장에 배치되고 있습니다. 센서가 전통적으로 이런 애플리케이션에 배치되었지만, 인더스트리 4.0은 인터넷 연결 센서를 제공하여 최소한의 인간 개입으로 기존 디지털 고속도로를 통해 데이터를 수집, 전송, 표시할 수 있게 합니다. 이 인프라는 기업 ROI를 쉽게 충족시키고 향후 5년 이상 센서 판매를 크게 견인할 것입니다.

Brad Walters: 예측 유지보수, 원격 모니터링 및 제어, 거의 모든 산업의 자율 시스템이 스마트 센서 기술 발전에 계속 크게 의존할 것임은 분명합니다. 예를 들어 석유가스, 농업, 에너지 및 전력 생산, 화학 및 광업, 운송 혁신자들은 장거리, 저전력, 긴 배터리 수명을 제공하는 무선 센서의 광범위한 역량에 의존합니다. 제조업, 의료, 스마트 시티가 더 효율적이 되려고 함에 따라 4G LTE와 5G 기능 가속화, 주파수 간섭 제거, 멀티액세스 엣지 컴퓨팅을 가능하게 하는 센싱 솔루션이 높은 가치를 가질 것입니다. 스마트 센서를 효과적으로 통합하는 산업이 IIoT 진화를 다음 산업 혁명으로 이끌 것입니다.

Aric Prost: 우리는 센서 기술에 대한 가장 큰 수요가 특정 산업이 아니라 자산과 프로세스가 원격이거나 접근 불가능하고, 측정이 중요하고, 고속이며, 안전이 중요한 요소인 산업 내 특정 사용 사례에서 올 것으로 봅니다. 센서 기술은 이런 경우 자동화와 원격 관리를 확장하는 데 필수적입니다. 이산 제조(복잡한 포장 기계, 로봇, 금속 가공), 상하수도(원격 무인 펌핑 스테이션, 유량계), 발전(태양광 어레이, 풍력 단지, 변전소), 석유가스(펌핑 스테이션, 유량 측정 스테이션, 생산 플랫폼) 등 다양한 예가 있습니다. 이런 자산과 사용 사례에 대해 센서 기술 풍부함과 제한된 연결성은 현장에서 데이터를 처리하고 저장하며, 가동시간 가용성 보장, 사이버보안 에이전트 실행, 잠재적으로 인간 개입 없이 모니터링 및 제어 제공하는 '두뇌'를 필요로 합니다. 엣지 컴퓨팅 플랫폼이 이런 역량을 제공하여 센서 데이터를 활용해 인더스트리 4.0 역량을 실현하는 수단이 됩니다.

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