보다 스마트한 공장

제조업의 새로운 시대를 여는 5G 네트워크

Alex Smith
15 June 2021

5G 네트워크는 전례 없이 빠른 속도와 높은 안정성을 무선 커넥티비티에 제공합니다. 덕분에 향후 5G 서비스가 확대돼 산업용 사물인터넷(IIoT) 구현되면 연결된 기기들이 공장을 보다 스마트하게 만들고 첨단 애플리케이션을 지원하는 네트워크 인프라를 구축하게 됩니다. 결과, 보다 역동적이고 자동화된 제조 프로세스가 가능해집니다.

제조사들이 디지털화된 미래를 향해 나아가면서 산업용 사물인터넷(IIoT)이 중요한 구성 요소로 점차 부상하고 있습니다. 제조업의 새로운 시대, 즉 4차 산업혁명의 핵심은 신뢰할 수 있는 실시간 인사이트입니다. 이러한 인사이트는 디지털 기술을 통해 생산 라인을 실시간 분석 및 제어할 수 있어야만 얻을 수 있습니다.

통신 및 컨슈머 전자장치를 제조하는 대형기업 노키아(Nokia)의 제조 및 물류 에코시스템 파트너를 이끄는 길레미 피자토(Guilherme Pizzato)는 말합니다. “4차 산업혁명의 첫 단계는 모든 자산을 연결하는 것입니다. 연결이 완료되면 제조사들은 사용 가능한 모든 데이터를 수집 및 분석하여 더 나은 의사 결정을 내리는 데 이용할 수 있습니다. 이를 통해 자산 모니터링, 예측적 유지관리 및 고급 로봇 공학과 같은 역량을 확보할 수 있습니다.”

그러나 디지털 전환을 위한 IIoT의 잠재력은 2G, 3G, 심지어 4G 등 이전 세대 무선 통신 네트워크의 제한된 역량으로 인해 현재까지도 실현되지 못하고 있습니다. IIoT의 주요 적용 분야 대부분에 필요한 짧은 지연시간(전송 지연)이나 보안 능력을 제공하기에 한계가 있습니다. 이전 세대 무선 기술은 스마트 공장을 운영하는 데 필요한 방대한 양의 기기들을 지원하기에도 역부족입니다.

따라서, 제조의 일부가 디지털화되었더라도 대부분의 제조사들은 여전히 케이블을 연결해 현장 계획 및 운영에 관한 데이터를 수집해야 하며, 그렇게 되면 요구사항이 달라져도 네트워크를 재구성할 수 없습니다. 그 결과, 제조사들은 운영 최적화에 IIoT의 잠재력을 충분히 활용할 수 없었습니다. 하지만 조만간 이러한 상황을 5G가 영원히 바꿔 놓을지 모릅니다.

혁명의 시작

5G는 훨씬 더 빠른 속도, 더 짧은 지연시간, 더 안정적인 연결, 그리고 다수의 연결된 기기를 지원할 수 있는 용량으로 소비자와 산업을 위해 광범위한 분야에 적용이 가능하게 될 것입니다.

소비자들 사이에서는 5G의 고품질 스트리밍과 빠른 다운로드가 주된 화제지만, 산업 분야에서 5G는 그 의미가 훨씬 더 큽니다.

독일 산업협회 5G-ACIA의 회장인 안드레 뮬러(Andreas Mueller)는 5G에 대해 다음과 같이 말합니다. “5G는 진화일뿐만 아니라 혁명에 더 가깝습니다. 개발의 초점이 전화 연결에 맞춰져 있던 이전 세대와 달리, 5G는 온갖 종류의 IIoT 기기를 연결해 다양한 산업에 새로운 역량을 제공하는 데 주력합니다. 5G는 데이터 전송 속도가 더 빠를 뿐만 아니라 매우 짧은 지연시간, 높은 안정성, 높은 효율성을 제공해 이전 세대 무선 시스템에 비해 여러 이점을 제공합니다.”

“매우 높은 밀도의 기기들을 지원할 수 있는 5G를 통해 기업들은 매우 다양한 요건의 여러 사용사례를 동일한 장소에서 동시에 실현할 수 있습니다.”

길레미 피자토(Guilherme Pizzato) 노키아 제조 및 물류 에코시스템 파트너 책임자

5G의 향상된 속도와 대역폭 때문에 제조사들은 첨단 센서망으로부터 더 많은 데이터 처리가 가능해 수많은 센서가 설치된 작업 현장에서 밀려들어오는 방대한 양의 생산 데이터를 보다 쉽고 정확하고 안전하게 수집 및 분석할 수 있습니다. 이렇게 추가된 정보를 이용해 제조사들은 더 많은 정보를 기반으로 의사결정을 수행함으로써 운영 효율을 증대하게 됩니다.

노키아의 피자토는 설명합니다. “매우 높은 밀도의 기기들을 지원할 수 있는 5G를 통해 기업들은 매우 다양한 요건의 여러 사용사례를 동일한 장소에서 동시에 실현할 수 있습니다. AR과 VR 분야의 경우, 5G의 잠재력이 매우 높습니다. 생산 모니터링, 교육, 원격 지원 등 즉시 이점을 제공할 수 있는 여러 기능에 활용이 가능합니다. 5G를 이용하면 무선 연결로 자산과 생산 라인으로부터 실시간 정보를 얻을 수 있고 자유로운 이동을 방해하는 케이블을 없앨 수 있습니다.”

실시간 커넥티비티

5G는 제조사들이 자사 스마트 공장의 내부 활동을 물류 회사나 공급업체로부터의 생산 관련 데이터, 사용 중인 제품으로부터의 데이터, 유지보수 데이터를 포함한 외부 요소들과 결합할 수 있도록 지원합니다. 공급망을 시뮬레이션하고 전체 비즈니스 라이프사이클에 걸쳐 엔드-투-엔드 추적성을 확보함으로써 제조사들은 변화하는 환경에 더 빨리 대응하여 가동 중단을 관리하고 납기 위반을 줄이게 됩니다. 5G를 통해 자사 공급망에 대한 더 많은 인사이트를 얻기 때문에 제조사들은 낭비되는 부분을 찾아내고 수요를 보다 정확하게 예측하며 동시에 과도한 재고비용이나 예상치 못한 생산량 변동을 줄일 수 있습니다.

보더폰(Vodafone)은 전 세계에 5G 네트워크를 구축한 통신사 중 하나입니다. 보더폰의 5G 네트워크를 통해 제조사들은 자사 공장에서 전례없이 우수한 무선 역량을 얻을 수 있습니다. (Image © Vodafone)

보더폰 비즈니스(Vodafone Business)의 IoT 디렉터인 에릭 브레나이스(Erik Brenneis)는 IIoT 적용 분야를 작업 현장 너머까지 구현하는 5G의 잠재력을 이해하려면 자율주행 지게차 또는 트럭을 떠올리면 된다고 합니다.

“운영 현황을 지속적으로 확인하려면 실시간 커넥티비티가 필요합니다. 5G로 실현되는 IoT를 통해 통제 센터와 차량을 외부 물류 체인에 모두 연결해 공장의 여러 요소들을 감독하고 효율적으로 관리할 수 있습니다. 물건이 언제 입고되는가? 자동화된 차량들은 현재 공장 어디에 있는가? 장비들은 현재 어떤 상태인가? 이러한 정보를 실시간으로 모니터링하고 제어하게 됩니다. 이전 네트워크 기술이 제공하던 기능을 고려할 때 엄청나게 획기적인 기술입니다.”

가상 트윈 생성

5G를 IIoT와 성공적으로 결합해 지능형 공장 에코시스템을 조성한 첨단 기술 제조사들은 그 다음 단계에 직면하게 됩니다. 바로 이 에코시스템들로부터 얻는 인사이트를 이용해 운영을 개선하는 과제입니다. 스마트 공장이 기존 생산 방식보다 훨씬 더 효율적이긴 하지만, 제조사들은 방대한 양의 데이터로부터 인사이트를 신속하게 추출하여 자사의 경쟁 우위를 유지 및 확장하는 데 주력해야 합니다. 공급망과 물리적 자산을 모델링하고 시뮬레이션하면 비즈니스 모델과 생산 프로세스를 변경하여 효율, 생산량 및 품질을 개선하는 데 도움이 됩니다.

생산 라인의 가상 트윈을 이용해 제조사들은 해당 상황에서 데이터가 의미하는 바를 이해하고 빠르게 대처할 수 있습니다. 물리적 객체나 프로세스의 요소 및 운영에 대한 동적 다중물리 디지털 모델은 데이터를 빠르게 해석할 수 있는 시각 자료로 바뀝니다. 따라서 가상 트윈은 제조사들이 생산 라인, 제조 장비, 사람 및 생산 계획에서 발생하는 데이터를 집계하여 다양한 시나리오 및 생산 기회를 평가, 공유, 검증하도록 해주며, 이를 통해 제품 전문가들은 ‘what if’ 시나리오를 실행하고 개선 사항을 식별, 테스트, 실행할 수 있습니다.

“5G는 데이터 전송 속도가 더 빠를 뿐만 아니라 매우 짧은 지연시간, 높은 안정성, 높은 효율성을 제공해 이전 세대 무선 시스템에 비해 여러 이점을 제공합니다.”

안드레 뮬러(Andreas Mueller) 5G-ACIA 회장

AI와 머신러닝을 통합한 가상 트윈은 사전 설정된 파라미터의 맥락에 따라 5G-IIoT 에코시스템으로 중계되는 실시간 데이터로부터 학습하고 이에 반응합니다. 이로써 작업 현장의 활동을 동적으로 조정하거나 인간 파트너에게 물질 및 제품 흐름에 대한 개선 사항을 추천할 수 있습니다. 또한 성능, 품질, 유지보수 이슈를 표시해 생산 중단이 발생하기 전에 신속하게 해결될 수 있도록 지원합니다. 뿐만 아니라 조직 내 누구나 공유된 3D 시각 자료에 액세스할 수 있게 해 새로운 협업 경로를 제공하기도 합니다.

노키아는 핀란드 오울루에 위치한 5G 지원 스마트 공장을 통해 생산성을 30% 높이고, 제품 출시 소요 기간을 50% 단축하며, 연간 비용을 수백만 유로나 절감할 수 있었습니다. (Image © Nokia)

뮬러는 강조합니다. “5G-IIoT는 생산 방식을 바꿔 지금의 매우 정적인 생산 라인에서 변화할 수 있도록 지원합니다. 생산 라인을 빠르게 재구성하는 매우 유연한 생산 유형으로 바꿀 수 있습니다. 최악의 경우, 문제 해결을 위해 생산 라인을 하루에도 몇 번씩 재구성해야 할 상황이 발생하기도 하는데, 5G-IIoT로 이러한 상황에 쉽게 대처할 수 있습니다.”

신뢰 구축

5G-IIoT의 공장 도입을 막는 주요 기술 장벽들이 거의 사라졌음에도 이 기술을 수용하지 않는 제조사들이 대부분입니다. 실제 환경에서 테스트된 사례도 여전히 적습니다. 산업 환경에서의 5G와 IIoT의 신뢰성을 입증하고 산업 전반에 신뢰를 구축하기 위해 제조사, 장비 공급업체, 플랫폼 제공업체, 무선 커넥티비티 인프라 공급업체가 해야 할 일이 여전히 많습니다.

5G-ACIA의 뮬러는 이렇게 설명합니다. “이는 여정입니다. 목적지는 있지만 도달하기 위해서는 여전히 많은 일들을 해야 합니다. 실제 환경에서의 광범위한 5G 성능 검증이 아직은 부족합니다. 생산 라인에 5G를 도입하려면 이 기술에 대한 일정 수준의 신뢰가 필요합니다. 우리는 이러한 신뢰를 구축해야 하며, 그렇기 때문에 대규모 테스트 베드와 실환경 시험이 필요합니다.”

그럼에도 뮬러는 보다 유연한 생산 모델을 앞장서서 채택하는 기업이 가장 큰 이점을 얻게 된다고 확신합니다.

“개인적으로는 2022년부터 이 시장이 도약하기 시작할 것으로 예상합니다. 그러나 기업들은 이보다 먼저 5G 전략을 개발하는 것이 중요합니다. 그 때가 되면 너무 늦을 수도 있기 때문이죠. 모두가 5G가 가져올 발전을 초기에 이해하고 이를 이용할 효과적인 전략을 채택하는 것이 중요합니다. 이 트렌드의 추종자가 아닌 선구자가 되십시오.”

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