FactoryTalkⓇ InnovationSuite 산업용 IoT 플랫폼은
OT와 IT 데이터를 연결하고 가시성, 투명성 및 협업을 지원한다. 

Challenge

140년 역사의 자동차 산업에 큰 변화가 다가오고 있다. 배터리 기술과 충전 인프라는 계속 발전하고 있으며, 전통적인 자동차 제조업체들은 전기자동차 시장에 진입해야 한다는 압박을 받고 있다. 동시에 소비자들은 점점 더 자신의 필요에 가장 잘 맞게 차량을 맞춤화할 수 있는 능력을 기대하고 있다. 산업 내 경쟁은 치열하다.
자동차 제조업체들은 과제에 대응하여 새로운 모델을 더 빠르게 출시하고 있으며, 시장 출시 시간을 단축하고, 제조 비용을 엄격하게 통제하며, 맞춤 제작할 수 있는 능력을 추가하고 있다. 이러한 변화는 더 발전된 자동차 제조 기술을 필요로 하며, 경쟁우위로 나타났다.

중국의 선두적 제조업체 체리자동차(Chery Auto mobile)는 지난 몇 년간 중국 안후이에 지능적이고 연결된 두 개의 슈퍼팩토리를 설립하여 ‘디지털 체리’ 전략에 활기를 불어넣었다. Chery의 제품들이 점점 더 스마트해짐에 따라, 제조 운영도 더욱 스마트해졌다.

Solution

1) 변화의 시대, 제조 기술이 경쟁력
Chery Automobile은 전통적으로 고립된 비즈니스 영역의 데이터를 집계하였고, 상황에 맞게 조정하는 것이 연결성과 운영 가시성을 달성하는 열쇠임을 알고 있었다. OT 측면에서는 장비, 제어 및 모니터링 데이터에 대한 가시성이 필요했다. IT 측면에서는 MES 및 ERP 정보에 대한 가시성이 필요했다.
자동차 제조에는 수만 개의 부품이 사용된다. 조립 및 생산 공정이 복잡하고, 로봇이 여러 곳에 사용되며, 자동화 생산을 위해서는 맞춤형 특수 장비가 필요하다. 모든 소스에서 데이터를 수집하고 집계하는 것은 어려울 수 있다. Chery는 Kepware 산업 연결 소프트웨어가 포함된 플랫폼을 원했다. 플랫폼에는 장치에 대한 연결을 간단하게 만들기 위해 드라이버가 내장되어 있어야 한다. 또한 OPC UA, MQTT, REST, EFM, ODBC 또는 SNMP와 같은 일반적인 프로토콜을 지원해야 한다.
Cherry Automobile은 많은 연구 끝에 로크웰 오토메이션의 FactoryTalkⓇ Innovation Suite IoT 플랫폼을 선택했다.

2) FactoryTalk Innovation Suite를 통해 지능적이고 연결된 슈퍼 팩토리 구현
오늘날 FactoryTalk InnovationSuite는 Chery의 슈퍼 팩토리 전반에 걸쳐 다른 장치, 애플리케이션 및 데이터 소스의 데이터를 통합하고 상황에 맞게 조정한다. 이는 유지보수 기술자가 플랜트 현장 장치의 데이터에 안전하게 액세스할 수 있고, 운영자가 생산라인의 데이터에 액세스할 수 있는 단일 정보 소스를 제공한다.
Chery에게는 FactoryTalk InnovationSuite가 Andon에 연결할 수 있다는 점도 중요했다. Andon은 작업이 예상 매개변수를 벗어날 때 경고를 발행하였고, 이벤트를 트리거하는데 사용하는 시각적 디스플레이 관리 도구이다.
FactoryTalk InnovationSuite를 공장의 에너지 관리 시스템에 연결할 수 있다는 점도 Chery에게는 중요하다. 이러한 연결을 구축함으로써 Chery는 각 생산 장비의 에너지 소비를 추적하고, 데이터 분석을 실행하여 향후 운영을 최적화할 수 있다.
생산과 운영을 더 잘 연결하기 위해 Chery는 공장의 원래 MES 시스템 기능을 향상시키는 FactoryTalkⓇ ProductionCentreⓇ를 구현하기로 결정했다.

Result

이 프로젝트를 위해 로크웰 오토메이션은 Chery에게 컨설팅, 프로젝트 연구, 시스템 청사진 설계, 대상 시스템 기능 설계는 물론 프로젝트 구현, 시스템 개발, 온라인 시운전 및 승인과 같은 전체 수명주기 서비스를 제공했다.

또 FactoryTalk InnovationSuite 및 FactoryTalk ProductionCentre의 듀얼 플랫폼 아키텍처를 구현한지 3개월도 되지 않아 슈퍼 팩토리의 생산 속도가 30% 증가했으며, 매분 새 차량이 조립 라인에서 출고되었다. 내연기관차와 전기자동차는 같은 라인에서 생산된다. 이를 통해 생산 능력이 10% 증가하고, 제품 맞춤화에 민첩성이 향상된다.

완전 자동 생산을 통해 Chery는 제품 이상 징후 제로, 작업 중 재고 제로, 에너지 소비 절감, 배출 제로라는 공격적인 목표를 달성할 수가 있다. 생산 상의 이점 외에도 종이를 사용하지 않고, 운영상의 가시성을 높임으로써 체리의 인건비가 30% 이상 절감되었다.

이 공장에서 디지털화는 대량 커스터마이징을 실현했다. FactoryTalk InnovationSuite는 산업 인터넷을 통해 자동차 산업이 고품질의 개발을 향해 나아가고 진정으로 힘을 실어주도록 중심적인 역할을 했다. FactoryTalk InnovationSuite를 기반으로 만들어진 Chery의 지능형 슈퍼 팩토리는 전체 자동차 산업에서 스마트 제조를 위한 벤치마크를 만들었다.

Chery Automobile Co., Ltd.는 중국에 본사를 둔 글로벌 자동차 브랜드이다. 1997년에 설립된 Chery는 전 세계에 R&D 센터를 보유하고 있으며, 혁신에 전념하는 5,500명 이상의 직원을 보유하고 있다. 전 세계적으로 1,100만 명 이상의 소비자가 Chery 차량을 소유하고 있다.

한국형 발사체 추진기관시스템
시험설비 성공적 구축
               
한국항공우주연구원은 로크웰 오토메이션 코리아와의 협업을 통해
엔진 연소시험 설비뿐만 아니라 추진기관시스템까지 제어 분야를 구축하여
연소시험 및 검증을 수행하였고, 그 결과 누리호를 성공적으로
발사할 수 있는 기반을 다지게 되었다. 

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로크웰 오토메이션 코리아는 지난 2012년부터 한국형 발사체 누리호의 연소기, 터보 펌프, 3단 엔진, 엔진 지상 및 엔진 고공 연소시험 설비의 전반적인 제어시스템 구축에 참여해 왔다. 그 동안 쌓인 경험을 바탕으로 한국형 발사체의 각 단별 추진기관시스템에 대한 성능을 검증하기 위한 추진기관시스템(PSTC) 시험설비의 구축, 수류 및 연소시험을 수행하게 되었다.
제어시스템은 추진기관시스템의 운용 및 시험을 수행하기 위한 지상 설비 및 LV제어를 위한 전반적인 제어 장치들로 구성되었고, 추진기관시스템을 운용하기 위해 필요한 부가적인 기계/안전/후류 설비 및 타 시험 설비와 연동하여 제어 및 감시한다. 결과적으로 한국항공우주연구원(KARI)은 로크웰 오토메이션 코리아와의 협업을 통해 엔진연소시험설비뿐만 아니라 추진기관시스템까지 제어 분야를 구축하여 연소시험 및 검증을 수행하였고, 그 결과 누리호를 성공적으로 발사할 수 있는 기반을 다지게 되었다.
프로젝트 착수 당시 한국항공우주연구원은 엔진의 연소시험을 성공적으로 수행하는 데 모든 역량을 투입하였다. 그 후 각각의 엔진을 여러 개 묶어 안정적인 추력을 발생하는데 두 번째의 목표가 있었다. 75톤 엑체 엔진 4기를 묶어 300톤의 추력을 내는 클러스터링 방식이다. 한 개의 엔진 제어도 사실상 많은 어려움이 있으며, 여러 개의 엔진을 결합하는 것은 또 다른 차원의 어려움이 따른다. 연료와 산화제를 모든 엔진에 똑같은 요구 조건으로 공급해야 하고, 동일한 온도·압력·유량을 유지해야 4기의 엔진이 하나의 엔진처럼 동일한 성능을 발휘할 수 있다.
모든 것이 추진기관시스템을 기반으로 제어될 수 있고, 안정적인 시험을 위한 원격 제어, 엔진 제어 요구 조건의 신속한 대응 및 비상 상황에서 고난도 기술의 제어 솔루션이 필요했다. 또 예상치 못한 비상 상황과 다양한 연소 시험 상황을 시뮬레이션하여 안정적으로 제어시스템을 구축했다.
이에 한국항공우주연구원은 로크웰 오토메이션 코리아와의 협업을 하게 돠었다. 로크웰 오토메이션 코리아는 엔지니어링 역량을 충족하고 신뢰할 수 있는 제어 솔루션을 제공한다.
로크웰 오토메이션 코리아가 한국형 발사체 시험설비 프로젝트에 공급한 제어시스템은 다름 아닌 이중화 ControlLogix PAC, DLR 모듈이 있는 Stratix 네트워크 스위치, FactoryTalk Server & Client, Historian, AssetCentre, Processbook 보고 기능 및 시간 동기화 모듈(1756HP-Time) 등으로 구성된 DCS(분산 제어 시스템)이다.
또한 멀티플 시뮬레이션이 가능하도록 고속 데이터 분석, 데이터 저장 관리 및 용량의 최적화, 프로그램 운용 및 관리 등을 위해 로크웰 오토메이션의 Process control, HMI(Human Machine Interface), Data 저장(HistorianSE & HistorianME), Asset 자산관리(Assetcentre), Production monitoring and control, Quality management 시스템을 도입했다.
이 외에도 상황실 모니터링 시스템 및 안전 시스템 등의 솔루션 제공자 및 엔지니어링 파트너로 참여했다. 로크웰 오토메이션 코리아의 숙련된 엔지니어들은 제어시스템을 설계 및 구축하고, 신뢰성이 높은 엔진 시험 및 추진기관시스템을 위한 프로그램을 개발하였다.
각 시험 설비들은 제어 통제동과 멀리 떨어져 있기 때문에 원격으로 연소시험 수행 및 모니터링하기 위한 제어계측실을 구축하였고, 예상치 못한 비상 상황과 다양한 연소시험 상황을 시뮬레이션하여 안정적으로 제어시스템을 운용할 수 있도록 비상 정지 시스템 도입 및 유지/보수 관리 서비스를 제공했다.
또한 여러 모드의 시뮬레이션 프로그램을 통해 시험 전 운용자들을 교육하였고, 예기치 않게 발생하는 휴먼 에러들을 방지할 수 있었다. 로크웰 오토메이션 코리아는 고난도의 제어 설비 구축 및 운용을 통해 멀티 모드 고속 제어, 원격 제어 운용과 비상 상황 발생에서의 신속하고 정확하게 문제 해결을 하는 엔지니어링 기술을 제공하였다.
모든 역량들이 하나가 되어 한국형 발사체 누리호를 안전하게 발사하는 데 기여하게 되었고, 발사체 및 시험설비 자동제어 분야의 기술력을 확보하게 되었다.

본고는 로크웰 오토메이션 2023년 12월호 고객뉴스레터(Video Case Study)의 내용이다.