최근 글로벌 경제 상황이 급격하게 변화하며 신공장 설계에 대한 수요가 높아지고 있다. 급변하는 기술 트렌드에 맞는 디지털 기술 도입도 필요하지만, 무엇보다 신공장은 10년 이상 운영해야 하고 지속가능성이 중요하기 때문에 글로벌 표준에 따른 검증된 설계 방식, 즉 레퍼런스 아키텍처가 주목받고 있다.

스마트 제조는 한국을 넘어 글로벌 환경으로 확장되고 있으며, Digital Transformation을 통한 비즈니스 성과를 창출하기 위해서는 IT와 OT의 융합이 필요하다. 이를 가속하기 위한 OT 인프라 표준화와 함께 제조 기업의 눈높이에 맞는 IT와의 협업이 그 어느 때보다 필요한 상황이다.

IT와 OT 기술은 어떻게 다른가?

IT/OT 컨버전스 아키텍처를 논하기에 앞서 IT와 OT에 대한 개념을 정의하고자 한다.

불과 5년 전만 해도 고객을 만나면 “OT가 IT와 어떻게 다른지”에 대한 질문이 많았다. IT 기술과 OT 기술은 다른 시장 다른 목적에 의해 다른 속도로 발전해왔지만, 코로나19에 따른 특수성이 제조 시장에 영향을 주면서 디지털 기술 도입이 예상보다 빠르게 이뤄졌고, 이제는 2개의 다른 기술이 교차하는 시기가 성큼 다가왔다.

IT는 ‘Information Technology’의 약어로 정보 처리 기술을 의미하며, 컴퓨터, 인터넷, 모바일 디바이스, 클라우드 컴퓨팅 등의 기술들로 이루어져 있다. 반면 OT 기술은 ‘Operational Technology’의 약어로 제조업, 에너지, 교통 등과 같은 산업 분야에서 사용되는 하드웨어, 소프트웨어, 제어 시스템 등의 기술을 의미한다. OT 기술은 제조 설비, 제어 시스템, 센서, 로봇, 네트워크 등 다양한 하드웨어와 소프트웨어 기술들로 구성되며, 산업 현장에서 생산성과 효율성을 향상시키는 데 중요한 역할을 한다.

OT 조직은 어떻게 다른가?

본고에서는 OT 기술 자체보다는 OT 조직과 실제 그 기술을 사용하는 사람에 집중하고자 한다. OT 기술은 누구를 위한 기술이며, 누가 사용하고 있을까? 만약 공장에서 사용하는 기술이 OT 기술이고, 기업 전산실(보통 IT 인프라 부서로 통용됨) 또는 데이터센터에서 사용하는 것을 IT 기술이라고 분류해야 하는 것일까? 우리는 컨버전스 시대를 살아가고 있다. 반도체와 같은 하이테크 산업에서는 FAB이라고 부르는 생산 현장에서 하루에 만들어지는 데이터 크기가 수십 테라바이트를 넘어섰으며, 데이터 분석용 데이터센터까지 운영하고 있다.

지난 몇 년간 업계에서 만나온 OT 현업 담당자들은 새로운 디지털 기술에 큰 관심을 보였다. 하지만 이들이 새로운 기술을 바라보는 시점은 일반적으로 IT 조직에서 보는 시각과 약간은 차이가 있었던 것으로 보여진다. 이해를 돕기 위해 OT 산업의 몇 가지 특수성을 예시로 설명한다. 

첫째, 대부분의 공장에서는 외부망을 허용하지 않는 망폐쇄성이 있다. 이 부분이 IT 기술을 현장에 도입함에 있어 가장 큰 제약 사항으로 여겨졌다. 비단 국내만의 문제도 아니다. 하지만 국내 환경은 상대적으로 보수적인 측면이 있어 아무리 좋은 기술이 있어도 외부망 연결이 필요한 클라우드 서비스를 도입하는 과정에 어려움이 따른다.

둘째, 공장에는 제어 시스템 구현을 위해 PLC(Program mable Logic Controller)라고 명명한 PC와는 전혀 다른 형태의 산업용 컴퓨터 제어 장치가 있다. PLC는 주로 아날로그 및 디지털 입력 신호(스위치, 센서 등)를 읽어 들여 이를 분석하고, 적절한 출력 신호를 생성하여 모터 또는 밸브를 통해 물리적으로 제어한다. 대부분의 PLC는 하드웨어 모듈과 소프트웨어 모듈로 구성되어 있으며, 공장 각 지역에 분산된 설비를 연결, 통합, 제어 및 모니터링하기 위해 산업용 이더넷, RS-232, RS-485, Profi bus, Modbus 등 다양한 필드버스 통신 프로토콜을 지원한다. PLC는 OT 기술 분야에서 매우 중요한 역할을 담당하고 있으며, 산업용 네트워크에 연결되어 데이터가 생성되고 수집되는 핵심 처리 장치로 볼 수 있다.

셋째, 공장에는 OT 인프라 또는 OT 네트워크 팀을 갖추고 있는 곳이 거의 없다. 만약 이와 같은 팀을 갖추고 있다면 이 기업은 누구보다 발 빠르게 OT/IT 컨버전스를 준비하고 있다고 볼 수 있다. 공장은 각 생산 공정과 공정에 필요한 설비 중심으로 발전해왔다. 이 때문에 OT에서는 이 핵심 공정을 이해하지 못한다면 대화가 되지 않고, 대화가 되지 않으면 기술에 대한 협의가 이뤄질 수 없다. 하지만 디지털 기술이 들어오면서 많은 부분이 달라졌다. OT 조직에서는 디지털 기술을 배워가고 있고, IT 조직에서는 반대로 생산 공정과 설비 특성을 이해하기 위한 노력을 이어가고 있다. 

이처럼 “서로 다른 특성의 IT 조직과 OT 조직이 융합될 수 있을까?” 결코 피해갈 수 없는 질문이 될 것이다. 기술의 융합은 산업군 곳곳에서 일어나고 있고, 아마존·테슬라·쿠팡·배달의민족을 막론하고 각 산업군의 기술 경계를 넘어 새로운 시장을 개척했다. 피할 수 없다면 적극적으로 맞서는 게 정답이다.

IT와 OT 컨버전스, 정말 일어나고 있는가?

5년 전에 가장 많이 받은 질문이 “OT가 무엇인가”였다면, 최근 고객으로부터 많이 받는 질문은  “과연 어디까지가 OT인가?” “MES는 IT인가 OT인가?”이다. 좋은 질문이라고 생각한다. 이전에는 분명하게 정의되어 구분되어 있던 경계가 무너지면서 디지털 기술이 공장 및 플랜트에 들어오고, 설비 기계만 바라보던 고객들이 이제는 데이터를 이야기하고, 설비 데이터를 수집해가는 유관 부서와 협업해야 하는 상황을 맞이하고 있다. 시스코는 이와 같은 현상을 IT와 OT의 융합, 즉 “IT-OT 컨버전스가 도래한다”고 말한다.

과거의 설비 제작사는 OT 현업 고객의 주문을 받아 제작, 설치, 납품 그리고 이후의 계약 보증 기간을 마치면 다시 새로운 고객을 찾아 동일한 계약 과정을 반복해왔다. 하지만 설비/로봇은 그 누구보다 원천 제작사인 공급사가 잘 이해한다. 최근 많은 설비 제작사들은 디지털 사업 모델로 전환하기 위해, 고객의 설비 및 로봇 진단 데이터를 설비 제작사의 클라우드 서비스로 연계하여(고객사를 대신하여) 설비 진단, 운영 그리고 필요시 원격 진단까지 제공 가능한 형태의 디지털 상품을 제공한다. 이를 지원하기 위해선 무엇이 필요할까? 설비 공급사의 클라우드 서비스를 안전하게 공장과 연결하고, 신뢰할 수 있는 서비스만 IT 인프라와 OT 인프라를 연결하는 컨버전스 기술이다.

그림 2에서 시스코는 크게 6가지의 IT/OT 컨버전스 적용 예시를 설명한다.

첫째 ‘하이브리드 네트워크’다. 공장은 보통 온프레미스(사내 서버)로만 연결된다고 하지만, 앞으로 설비 영역에서 쏟아지는 대용량 데이터를 저장하고 분석하기 위해선 공장과 데이터센터 또는 공장과 Public 클라우드 연결이 더 많이 필요하다.

둘째 ‘엔드-투-엔드 보안’이다. 이젠 공장을 더이상 완전한 폐쇄망이라고 부를 수 없다. 아무도 믿지 않는 Zero Trust 기반의 엔드-투-엔드 보안이 공장에도 반드시 적용되어야 한다.

셋째 ‘네트워크 자동화’다. 글로벌 전체적으로 전문 인력이 점점 부족해지는 상황에서 자동화 기술은 IT 및 O T 인프라 전체에서 필요로 한다. 자동화 프로세스를 통해 기업 정책을 빠르게 글로벌 공장에 배포할 수 있어야 한다.

넷째 ‘안전한 공장’이다. 인가받지 않은 외부 접근은 차단하면서도, 동시에 갑작스럽게 발생한 장애 문제 해결을 위해 외부 전문가의 원격 접속을 안전하게 제공해야 한다.

다섯째 ‘목적에 맞는 무선기술’이다. 가트너 2023년 리포트에 따르면, 60% 이상의 기업이 5개 이상의 무선기술을 사용하게 될 전망이라고 한다. 무선 요구사항은 그 어느 때보다 높아졌다. AGV, AMR과 같은 이동형 무인로봇을 위한 특수 목적 무선기술을 공장에서 수용할 수 있어야 하며, OT 인프라에서는 이를 동일한 기업 정책을 적용해서 관리할 수 있어야 한다.
여섯째 ‘글로벌 공장 표준화’다. 반도체, 배터리, 바이오제약 모두 빠른 속도록 신공장을 늘려가고 있다. 변동성이 높은 상황에서 글로벌 전역에 신공장을 구축하고, 수율을 높이며, 필요시 생산량을 높이기 위해선 공장 표준화가 IT부터 OT까지 모두 필요하다. 공장 표준화를 통해 신공장을 만들때부터 글로벌 각 지역에 있는 협력사들과 설계 협업을 빠르게 진행할 수 있으며, 무엇보다 해외에서도 국내와 동일한 수준으로 공장 운영을 할 수 있는 기반을 마련한다는 장점이 크다. 즉, 공장 표준화 모델은 숙련도가 부족한 해외 공장의 운영 및 정비를 다양한 디지털 기술을 이용해서 전문성 부족, 인력 부족에 대한 다가오는 위협을 대비할 수 있도록 지원한다.

시스코는 OT 설계에 있어서 어떤 역할을 하는가?

그림 3은 시스코(영문명 : Cisco Systems Inc.)라는 회사를 설명한다. 시스코는 스마트 팩토리에 필요한 위한 IT와 OT 융합 노하우를 가장 많이 갖고 있는 기업이다. 시스코는 인터넷을 이용할 수 있게 하는 상용 라우터를 세계 최초로 개발한 기업이며, IT 인프라, 데이터센터, 클라우드 연결뿐만 아니라 OT 네트워크 연결 분야에서도 압도적인 글로벌 IT 리더이다.

앞으로의 스마트 팩토리는 기존 내연기관 자동차가 전기차로의 전환을 위해 플랫폼을 완전히 탈바꿈한 것처럼, 공장 아키텍처의 완전한 전환을 필요로 한다. 즉 기존 운영 중인 공장 설계 방식에서 벗어나, 다양한 디지털 기술을 수용할 수 있는 OT-IT 컨버전스 아키텍처로 전환되어야 한다. 예를 들어 디지털 트윈, 증강현실, 엣지 컴퓨팅, 원격제어, 소프트웨어 기반 제어 컨트롤러 등 기업이 목표로 하는 다양한 디지털 기술은 새로운 아키텍처에서 도입이 가능하다.

    
그림 4는 시스코의 OT 사업 영역을 설명한다. 시스코는 아직 공장 현업 고객분들에게 다소 생소하게 다가올 수 있다. 하지만 시스코는 산업용 제조 솔루션을 출시한지 15년이 넘었을 만큼 산업용 아키텍처 영역에서도 선도 주자이다. 시장에 잘 알려져 있는 로크웰, 지멘스, 에머슨, 슈나이더 일렉트릭, 미쯔비시전기 등 다양한 글로벌 자동화 파트너사와 협력하여 제조 산업을 포함한 다양한 사업군의 성공 사례를 만들고 있다.
좀 더 구체적으로 설명하면 공장 설비, 제어 컨트롤러, 센서에서 만들어지는 수많은 데이터는 결국 어떠한 형태로든 연결이 되어 제어 감시 시스템(SCADA) 또는 제조실행 시스템(MES)에 연결된다. 즉, 시스코는 다양한 설비를 상위 IT 시스템까지 가장 안전하게 그리고 유연하게 연결하는 일을 가장 잘한다.

시스코는 PLC를 직접 만들지도 않고, 센서·액추에이터 전문 회사도 아니다. 하지만 이와 같은 제어, 기계장치를 만드는 공장 중요 설비들을 표준화된 통신 방식으로 연결해줄 수 있고, 이에 대한 베스트 프랙티스(권장 방법론)을 보유하고 있다.

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시스코 레퍼런스 아키텍처, Cisco Validated Design는 무엇인가?
시스코는 지난 15년 동안 오랜 학습을 통해 공장 아키텍처를 개선해왔다. 전략 파트너사인 로크웰과는 2010년부터 CPwE(Converged Plantwide Ethernet)이라는 공동 레퍼런스 아키텍처를 출간해왔으며, 그 외에도 지멘스, 슈나이더 일렉트릭, 미쯔비시전기와 같은 글로벌 자동화 벤더사들이 시스템을 걱정 없이 설계할 수 있도록CVD(Cisco Validated Design)라는 검증된 설계 가이드를 고객분들에게 제공하고 있다.

그림 5는 시스코 산업 자동화를 위한 CVD이다. 이전 1세대 버전이 설비 연결에 대한 권장 설계 방식이었다면, 현재 버전은 OT 표준화를 통한 기대 효과를 제시하고 있다. 그림 하단의 셀(Cell) 및 존(Zone) 단위의 설계 방법론은 앞으로 설비 네트워크 연결뿐만 아니라 AGV, 로봇, 웨어러블 등 다양한 무선 연결 장치가 어디에서나 연결될 수 있도록 제시하고, 이와 동시에 생산라인 단위의 세그먼테이션(Segmentation) 정책을 지원할 수 있는 스마트 팩토리의 바이블이라고 할 수 있다.

이 부분에서 강조하고 싶은 것은 지속 가능한 공장 인프라 설계가 필요하다는 사실이다. 가트너 2023년 리포트에서도 모든 기술에 지속 가능한 기술이 필요하다고 강조했다. “운영 중인 공장은 연결 속도가 100 Mbps에도 못미치고 있는데, 왜 10 Gbps에 대한 고민이 필요한가”라고 반문할 수도 있다. 하지만 공장은 한 번 짓고 나면 10년이 아니라 20년 이상 지속된다. 상상할 수 없을 정도로 많은 수의 기술이 이 시장에 진입할 것이며, 표준 산업용 이더넷 기반 그리고 무선 장치와 앱(App) 서비스가 증가하면서 OT 인프라, 즉 백본 네트워크로서의 중요성은 계속 증가할 수밖에 없다.

시스코의 CVD 문서는 cisco.com 웹페이지에서 Cisco Validated Design을 검색하면 바로 확인할 수 있으며, 제조(스마트 팩토리)뿐만 아니라 전력 유틸리티, 스마트 시티, 정유/화학 등 다양한 산업군에 걸쳐 준비되어 있다.
주소 : https://www.cisco.com/c/en/us/solutions/design-zone/industries.html

OT/IT 컨버전스의 실제 사례에는 어떤 것들이 있는가? 
 국내 사례는 구축 단계에 있기에 해외 사례를 통해 시스코의 OT/IT 컨버전스 변화를 소개한다.

첫 번째 사례는 일본 자동차 제조사로 ‘공장 Digitiza tion’이라는 큰 목표를 설정하였고, ‘불량 제로’의 품질 향상 목표를 위해 전체 공장 상황의 ‘실시간 보고 관리’를 가장 중요한 실행 목표로 두었다.

그림 6에서 보듯, 공장에는 생산설비뿐만 아니라 영상 분석, AI/ML, AGV, 자동화 물류 등 다양한 제조 어플리케이션 및 서비스가 존재한다. 일본 제조사는 이런 빠른 제조 디지털화를 위해 OT 인프라 표준화 그리고 고도화가 필수라고 생각했고, 시스코와 함께 똑똑한 공장을 만들기 위한 공장 설계 표준화 모델을 만들었다.

시스코 OT 네트워크를 통해 10기가 네트워크 백본을 구성했고, 생산라인별 세그먼테이션 보안 정책을 적용시켜 향후 빠른 네트워크 확장성 및 보안성을 대비했다. 또 이 표준을 기반으로 시스코의 산업용 무선 솔루션인 Cisco Ultra Reliable Wireless Backhaul을 도입하여 생산라인에 AGV를 연결했다. 이 사례는 시스코 CVD 레퍼런스 모델을 고객사에 맞게 적용했다.
 두 번째 사례는 미국 전통적인 자동차 제조사로서 전 세계 100개 이상의 공장을 운영하고 있는 글로벌 대기업이다. 기존 공장은 한번 구축되고 운영을 시작하면 설비를 교체할 수 있는 기회가 거의 없는 편이다. 설비 종류에 따라 다를 수 있지만, 프레스 장비의 경우는 20년 이상도 사용하는 경우가 있기 때문에 노후된 시스템은 증가하는 외부 공격에 취약할 수밖에 없다.

해당 미국 제조사의 최고경영자(CEO)는 최근 증가하는 사이버 보안 위협에 대응하기 위해 CIO(Chief Infor mation Office)에게 공장 보안 강화를 요청하였고, CIO는 IT 부서에서 해결할 있는 문제가 아니라는 것을 이해하고, 최고 공장 및 엔지니어링 책임자와의 협력을 요청하였다. 그들은 기존 운영 조직으로는 추진이 어렵다는 것을 이해했으며, 새로운 미션을 위한 Shop Floor IT 팀
(의역하면 설비 IT 팀이라고 볼 수 있음)을 구성하여 공장 OT 네트워크의 가시성과 OT 인프라 거버넌스 모델을 만들었다.
이들은 시스코의 산업용 IE 스위치와 함께 ISE(Identity Services Engine)로 명칭되는 보안 인증 솔루션을 도입하여 OT 제조 인프라 가시성과 단말 프로파일링을 적용했다. 또한 시스코 네트워크에서 각 세그먼트 별로 수집될 수 있는 넷플로우(NetFlow) 기능을 이용하여 설비 영역의 비정상 행위를 탐지하고, 관리형 스위치를 전체 설비 대상의 PLC 네트워크로 전환하였다.

첫 번째 사례(그림 6)의 일본 자동차 제조사 사례가 ‘확장성 기반의 OT 네트워크 고도화’라면, 두 번째 미국 자동차 사례는 ‘보안 중심의 설비 네트워크 표준화’라고 볼 수 있다.

세 번째 사례는 빠르게 공장을 확장하고 있는 유럽의 신생 배터리 제조사이다. Digital Native라는 말로 표현되는 지금 젊은 세대들은 디지털 기기를 태어날 때부터 접했기 때문에 새로운 기술 도입에 보다 적극적이다. 유럽 스타트업 제조사의 신공장 설계 방식은 혁신적이라는 말로는 설명이 부족할 정도다. 전기차 EV 시장의 향후 수요는 매우 높기 때문에 이 제조사는 특히 유럽 내 전기차 생산 거점에 많은 수의 공장을 빨리 짓는 게 무엇보다 중요했다. 따라서 많은 공장을 짓기 위해 처음부터 빠른 공장 구축이 가능한 표준화된 아키텍처를 원했고, 시스코의 검증된 설계 모델인 Cisco Validated Design(CVD) 레퍼런스 아키텍처 기반으로 신공장 표준 설계에 반영하였다.

주목할 부분은 이 공장에는 전통적인 조직인 IT와 OT 부서의 구분이 없다는 점이다. 이런 배경 때문에 공장 설비에는 처음부터 다양한 센서와 IoT data가 실시간으로 수집되고, 모니터링 가능한 엣지 컴퓨팅 기능이 포함된 인프라 설계가 요구되었으며, IT와 OT같은 구분이 없었기 때문에 IT에 사용되는 관리 운영 도구, 보안 정책, 성능 모니터링 도구가 그대로 공장 전체에 적용되었으며, 클라우드 기반에서 자동화가 이뤄질 수 있도록 서비스 연결성이 반영되었다.

결론 : OT/IT 컨버전스 도입을 가속화하기 위해서는?

많은 글로벌 기업들이 빠르게 공장 OT/IT 통합 아키텍처를 도입하기 시작했다. 이는 OT 표준화 모델을 통해 신공장을 안정적으로 그리고 빠르게 확장하기 위한 목적으로 볼 수 있다. 하지만 이를 추진하기 위한 전략은 모두 다를 수밖에 없다. 각 기업의 DNA도 다르며, 처해 있는 환경이나 출발선도 다르기 때문에 시스코가 말하는 OT/IT 컨버전스 아키텍처는 각 제조 기업에 맞게 적절히 도입해야 한다.

국내 제조 기업은 IT와 OT모두 높은 수준의 경쟁력을 갖추고 있다. 하지만 오랫동안 독립적으로 발전하다 보니 두 개의 다른 기술이 융합되어야 하고, 두 조직 간의 협업 과정에서 어려움이 종종 발견된다. 이는 자연스러운 현상이다. 이와 같은 어려움은 국내뿐만이 아니라 해외 기업에서도 동일하게 일어난다.

일반적으로 기업 규모가 클수록 협업은 어렵다. 업계에선 디지털 트랜스포메이션을 하려면 차라리 새로운 회사를 만드는 것이 낫다는 말이 있을 정도다. OT/IT 컨버전스는 작은 성공에서 시작해야 한다. 또 작은 성공을 만들어 내기 위해서는 긴밀히 협력해야 한다. 아주 작은 성공을 이뤄내기 위해선 협력이 필수고, 경영진의 적극적인 지원 없이는 불가능하다.

마지막으로, 국내 산업군의 발전을 위해 기술이 아닌 그 동안의 경험과 교훈을 끝으로 글을 맺고자 한다. 그 동안 디지털 트랜스포메이션이라는 프로젝트를 위해 많은 기업의 임원, 현업, IT 부서, OT 부서를 모두 만났다. 만남을 통해 깨달은 것은 결국 혁신은 기술이 아닌 사람에서부터 시작된다는 것이다. 기술이 아닌 사람이 그리고 조직이 컨버전스 할 수 있도록 지원하는 제조업의 협업 문화가 더욱 많아지길 고대한다.

jounlee@cisco.com