5G 전환의 복잡성 해소하기

제조사가 공장을 운영하는 데 사용하는 대부분의 통신 시스템은 대충 구성된 상태로 수십 년간 이어져왔으며, 여기에 온갖 기술이 혼용되어 관리하기도 어렵습니다.

이로 인해 5G 네트워크 환경으로 전환하는 과정이 복잡 해졌습니다. 5G는 급속도로 변화하는 시장에 필요한 빠르고 유연하며 믿을 수 있는 IIoT(Industrial Internet of Things) 운영 전략을 제공하여 제조사들에게 이점을 선사합니다. 그러나 잘못된 방식으로 네트워크 연결을 해제하면 공장의 운영이 서서히 멈출 수 있습니다. 미래가 암울한 상황입니다. WSJ Custom Studio가 Emerson의 의뢰로 실시한 최근 연구조사 결과, 예기치 않은 다운타임으로 제조사들의 생산 손실액이 연간 약 500억 달러에 달하는 것으로 나타났기 때문입니다.

어떻게 하면 이러한 재앙을 막을 수 있을까요? 컨설팅 회사 액센츄어, 통신사 노키아와 같은 일부 기업들은 커버리지와 성능 시뮬레이션을 통해 5G 네트워크 계획 수립을 제공하고 있습니다. 여기에 공장 운영의 버추얼 트윈이 결합되어 고객이 5G 네트워크를 배포할 때 위험을 최소화하는 데 도움이 되고 있습니다.

액센추어는 과학적으로 정확한 예측 모델인 버추얼 트윈을 5G 구현 제안에 결합한 'IoT 패키지' 상품을 제안하고 있습니다. 컨설턴트와 공급업체는 공장에서 운영하는 기존 네트워크와 그 상호 작용 방식을 정확히 문서화함으로써 디지털 트윈이라고도 하는 버추얼 트윈을 이용해 기존 네트워크를 5G로 대체하기 위한 단계별 경로를 테스트하고 검증할 수 있습니다. 무엇보다 버추얼 트윈은 5G로의 전환 후, 한참 뒤에도 큰 이점을 지속적으로 제공합니다. 현재의 운영 환경을 관리하는 데 필요한 인사이트를 제공할 뿐 아니라 이를 활용해 버추얼 계획 수립과 테스트를 수행하여 향후 발전을 도모할 수 있기 때문입니다.

"[의사 결정권자]가 디지털 트윈에서 시뮬레이션을 수행하여 실제 환경에 미치는 영향에 대해 믿을 수 있는 증거를 확보한다면 큰 도움이 될 것입니다."

Sanjoy Paul, Accenture Labs 시스템 및 플랫폼 연구 개발 담당 전무 이사

Accenture Labs 시스템 및 플랫폼 연구 개발 담당 전무 이사인 Sanjoy Paul은 "기업의 결정권자의 경우 디지털 트윈을 구축하면 '공장의 이런 부분들을 5G로 교체하면 어떤 영향이 있을까? ROI는 얼마만큼 달성할 수 있을까?'라는 문제를 고민해 볼 수 있습니다"라고 말했습니다. "의사결정을 담당하는 사람들은 확실한 증거를 원합니다. 확신을 갖기 위해서죠. 디지털 트윈에서 시뮬레이션을 수행하여 실제 환경에 미치는 영향에 대해 믿을 수 있는 증거를 확보한다면 큰 도움이 될 것입니다."

5G가 IIOT에 제공하는 이점

최신 5G 표준은 실시간 장비 제어를 포함해 제조사들에게 다양한 이점을 약속합니다. 5G는 현재의 셀룰러 무선 통신보다 속도가 약 100배 빠르며, 평방 킬로미터당 최대 백만 개의 장치를 지원할 수 있습니다. 이는 기존 셀룰러 망의 약 10배가 넘는 양입니다. 속도와 편재성이 결합되어 유지보수와 제조 유연성, 그리고 작업자의 안정성 및 교육에 상당한 이점을 선사합니다.

노키아가 말하는 5G의 여러 가지 이점 중 대표적인 것으로는 물리적 자산을 파악 및 제어하여 효율성과 생산성 및 안전성을 개선하고, 시장의 변화 또는 환경 조건의 변화에 맞서 비즈니스 연속성을 개선하며, 특히 사람과 자동 로봇이 한 공간에서 일할 때 작업자의 안전성을 개선하는 기능을 꼽을 수 있습니다.

Accenture 전무 이사 Paul은 "생산 현장에 설치된 장비는 작동 지연 시간이 짧은데, 이는 제어장치와 장비 사이에 신호가 매우 빠르게 전송된다는 것을 의미합니다"라며 "이와 같은 장비는 시간을 마이크로초와 밀리초 단위로 측정하죠. 한편에는 생산 현장에 있는 장비로부터 운영 데이터를 수집하여 이를 취합한 후 운영에 대한 고수준의 성능 지표를 30분 내지 한 시간마다 대시보드 뷰 형식으로 제공하는 IT 시스템이 있습니다. 이 두 시스템이 서로 효율적으로 통신하기 위해서는 작업 현장에 있는 장비의 정보를 IT 시스템이 정확히 이해하고 해석할 수 있는 형태로 변환하는 게이트웨이가 필요합니다." 라고 말했습니다.

"실시간 데이터와 증강 현실을 통해 연결된 작업자를 지원하고 싶을 것입니다. 공장 작업자들에게 작업 방식을 실시간으로 제공하려면 ... 초저지연의 고대역폭을 제공하는 5G가 필요합니다."

Guilherme Pizzato, Nokia 에코시스템 파트너 총책임자

제조 작업이 매시간 또는 교대 시간마다 일어나는 "사후" 보고 방식에서 벗어나 최신 장비가 수집하는 방대한 양의 실시간 데이터를 활용하는 실시간 최적화 방식으로 진화함에 따라, 5G는 매력적인 선택지가 될 것입니다. 또한 모바일 장비가 지속적으로 움직이는 재구성 가능한 공장으로 전환되는 추세에 힘입어 5G가 필수적인 요소로 거듭나고 있습니다.

2019년 노키아는 핀란드 오울루에 있는 자사 공장에서 운영하는 제조 프로세스의 버추얼 트윈을 구축했습니다. 이 공장은 무선 시스템용 신규 기지국을 포함해 노키아의 시제품을 제조하고 있습니다. 하지만 제조하는 품목들이 계속 바뀌는 탓에 관리자 역시 제조 라인을 주기적으로 재구성해야 하는 상황이었습니다. 장비 통신에 고정 케이블 선을 사용하면 재구성하는 데 여러 날이 걸릴 수 있기 때문에 적합한 방법이 아니었습니다.

노키아는 처음에 와이파이를 연결하려고 시도했지만, 노키아 에코시스템 파트너 총책임자인 Guilherme Pizzato에 따르면 "공장의 배치를 변경하기 시작했을 때 사각지대가 있었고", "모바일 로봇들이 멈추기 시작했습니다." 이후 노키아는 공장의 네트워크를 4.9G로 업그레이드한 후 다시 5G로 업그레이드했습니다. 그러자 이제 "문제가 해결되었습니다."

여러 단계를 거친 진화

Paul의 소속회사인 액센추어와 Pizzato의 소속회사인 노키아는 공장을 운영하는 고객사가 5G 전환 전략을 계획 및 실행할 수 있도록 지원하고 있습니다. Paul과 Pizzato는 모바일 로봇이 제조 및 창고 관리 현장에서 5G로 전환하는 데 필요한 첫 번째 제조 장비가 될 것이라고 입을 모읍니다.

Paul은 "그런 다음 작업 현장에 설치된 카메라가 장비의 사진을 촬영하여 결함이나 안전 문제를 찾아냅니다. 이 카메라도 비교적 쉽게 5G로 변환할 수 있습니다"라며, "작업 현장에서 착용하는 스마트 헬멧이 5G와 통신하게 될 것입니다. 작업 현장에 들어오는 새 장비도 아마 5G가 [사전 설치된 상태로] 제공될 것입니다. 하지만 기존에 사용하던 장비들은 가동 중단의 위험이 있기 때문에 5G를 적용하기에는 무리가 있습니다. 5G로 전환하면 이점을 얻을 수 있다는 것을 작업자들이 확신할 수 있어야 합니다." 라고 말했습니다.

Paul과 Pizzato는 5G를 성공적으로 도입하는 기업은 다음과 같이 막대한 이점을 얻을 수 있다고 말합니다.

• 원격 자산 모니터링 및 예측 유지보수. 이는, 단언컨대, 제조사들에게 가장 큰 이점이라고 할 수 있습니다. 현재 제조사들은 각기 다른 장비와 시스템을 일반 일정에 따라 유지관리해야 하는 시기와 횟수를 기본적으로 추측에 의존해 결정하고 있습니다. 실제 운영 데이터를 수집 및 분석하고 구성부품의 발열량 증가와 같은 경고의 징후를 알아차릴 수 있다면 정비할 대상과 시기를 보다 효과적으로 예측하여 일정을 수립할 수 있을 것입니다. 작업 현장에 설치된 장비에서 데이터를 수집하고 AI와 머신러닝 알고리즘을 사용해 유지보수 시기를 예측하는 데에는 5G가 필요하지 않지만, 진동 센서나 온도, 습도 센서, 카메라, 기타 5G 연결 장치에서 수집되는 환경 데이터로 운영 데이터를 보강할 수 있다면 예측 유지보수 알고리즘을 보다 정확하게 만들 수 있을 것입니다.
• 생산 및 운송 최적화. 각종 프로세스가 서로 연동하는 방식을 관리자가 파악할 수 있다면 투입량 대비 생산량을 늘릴 수 있습니다. 또한 창고에 있는 AMR(Automated Mobile Robot)과 AGV(Automated Guided Vehicle)가 주행 중인 트럭 및 운송 차량과 보다 효과적으로 조율된다면 수송 관리를 획기적으로 개선할 수 있을 것입니다.
• 작업자 안전성 향상 공장에 고해상도 카메라를 설치하여 현장의 운영 상황을 실시간으로 감시하고 이를 컴퓨팅 시스템에 연결하여 사고 발생 위험을 탐지하면 장비의 작동을 자동으로 중지시켜 사고 발생을 방지할 수 있습니다. Paul은 "크레인이 용해된 무쇠 드럼통이나 기타 위험 물질을 들어올리고 있고 그 밑에 작업자가 있는 경우, 크레인 조작자와 아래에 있는 작업자 모두에게 상황이 보고됩니다"라며, "혹은 작업자가 드릴 프레스에서 손을 위험하게 움직인다면 센서가 5G 네트워크를 통해 해당 정보를 전송하고, 분석을 거쳐 응답이 수신되면 드릴 프레스의 가동이 중지됩니다." 라고 말했습니다. 현재 사용되고 있는 무선 통신 시스템은 이러한 시스템을 실현할 만큼 속도가 빠르지 않고 안정적이지도 않습니다.
• 보다 효과적인 작업자 교육 베이비붐 세대들이 은퇴한 후, 젊은 세대가 제조 기술을 낮은 수준의 직업으로 인식하고 기피함에 따라 제조 분야는 막대한 지식 고갈 현상을 겪고 있습니다. Pizzato는 "생산 현장에는 아직도 작업자들이 작업 방식을 확인하기 위해 작업 지시 서류를 들고 돌아다니고 있습니다"라며, "작업 지시서를 종이 서류 대신 태블릿에 저장하고 실시간 데이터와 증강 현실을 통해 연결된 작업자를 지원해야 합니다. 엑셀과 이메일을 사용해 제조 운영 현황을 평가하고 보고하는 방식은 효과적이지 않습니다. 작업자 교육에 AR(Augmented Reality)과 VR(Virtual Reality)을 사용하고 유지보수 및 장비 가동 중 공장의 작업자에게 작업 지침을 실시간으로 제공하려면 초저지연의 대기시간과 고대역폭을 제공하는 5G가 필요합니다." 라고 말했습니다.

공장과 부수적인 운영을 5G로 연결하면 경험이 적은 작업자가 작동 중단이나 기타 문제에 처했을 때 태블릿 컴퓨터(적절한 보안 장치를 탑재한)를 사용해 증강 현실로 문제해결 지침서를 읽어보거나, 5G를 통해 관리자와 소통하거나, 혹은 현장에 없는 숙련된 작업자와 소통할 수 있게 됩니다. 또한 높은 연령대의 관리자들은 버추얼 트윈을 통해 상황을 파악하여 문제를 진단한 후 현장의 작업자들에게 보수 절차를 안내할 수 있게 됩니다.

버추얼 트윈의 장기적인 이점

공장이 업데이트와 업그레이드를 시행함에 따라 각 현대화 단계를 실현해온 버추얼 트윈 역시 업데이트 되어 경영진에게 시스템과 과거 및 현재에 대한 영구적인 창을 제공하고 미래의 각종 운영 시나리오를 시뮬레이션할 수 있도록 지원할 것입니다.

"5G를 통해 제조 프로세스의 모든 자산을 연결할 수 있습니다"라고 Pizzato는 말합니다. "현실 세계에 있는 것을 가상 세계에서도 보게 될 것입니다"

5G, IIoT, 그리고 버추얼 트윈에 대해 자세히 알아보세요.