Industrie 4.0은 Siemens Electronics Works Amberg(E WA, 지멘스 암베르그 생산 공장)의 많은 분야에서 현실로 나타나고 있으며, 미래 기술은 이미 디지털 변환의 다음 단계를 실현하고 있다.

디지털 엔터프라이즈를 통해 Siemens는 고객 사이트와 사내 모두에서 산업의 디지털 전환을 지속적으로 추구한다. 예를 들어, Siemens Electronics Works Amberg (EWA)를 보면, 최적화된 생산 처리량, 빠른 제품 주기와 신뢰할 수 있는 보안 대책에 대하여, 제조의 미래가 이미 EWA의 많은 분야에서 디지털 엔터프라이즈 포트폴리오의 수많은 솔루션 덕분에 현실화되고 있다.

암베르그 공장에서는 하루 350개의 생산 전환, 약 1, 200개의 서로 다른 제품들이 포함된 포트폴리오, 연간 생산되는 1,700만 개의 SIMATIC 구성 제품을 생산한다. 이를 감안할 때, 약 5000만 개의 공정 및 제품 데이터를 평가하여 생산과정에 최적화를 위해 그 산출물을 사용할 필요가 있다. 또한, 인공지능(AI), 산업용 엣지 컴퓨팅, 클라우드 솔루션과 같은 획기적인 기술은 이미 매우 유연하고 효율적이며, 안정적인 생산 시퀀스를 가능하게 하고 있다.

향상된 생산 처리량을 위한 산업용 엣지 컴퓨팅 및 AI

지멘스 암베르그 공장의 전략 디지털화 책임자인 조헨 뵈니그 박사는 “엣지 컴퓨팅을 사용하면 공장이나 기계에서 생성된 데이터를 즉시 처리하는 것이 가능합니다.”라고 이야기한다. 예를 들어 EWA의 경우, IO 구성 제품의 생산을 위해 PCB 기판을 제조하는 생산라인에서 아래와 같이 활용하고 있다.

손톱 크기의 회로 기판은 다양한 연결 핀으로 기능에 관련한 BUS 커넥터로 구성된다. 조립 전의 테스트에서 이러한 납땜 연결 이음매는 X선 검사기에서의 촬영을 통해 올바르게 작동이 될지 점검하며, 이 구간은 생산라인에서 언제나 병목이 되곤 한다.

이는 공장 가용성이나 공정 품질의 결함이 아니다. 다만, 검사 장비의 검사 속도에 관련된 문제일 뿐이다. 그렇다면, 생산량의 증가를 위해 새로운 검사 장비를 구매해야 하는 걸까? 그 대신에 EWA에서는 생각을 바꾸어 답을 찾아보았다. 검사 장비의 속도가 생산에 문제를 주는 것이라면, 선별적으로 검사 장비에 제품을 투입할 수 있으면 되지 않을까?
대안은 인공지능에서 찾을 수 있었다. 센서로부터의 데이터는 PLC 제어기와 엣지 디바이스로 구성된 TIA Portal에서의 설정 환경을 통해 클라우드로 전송된다. 전문가에 의해 프로세스 변수에 바탕을 둔 AI 알고리즘이 육성되며, 알고리즘은 엣지 어플리케이션 상에서 프로세스 데이터를 납땜이 되어야 할 회로 상의 연결 부위의 품질에 어떻게 반영해서 예측해야 할지 배우게 된다.

“이렇게 만들어진 인공지능 모델을 통해서 알고리즘은 PCB의 납땜 연결 부위에 대한 품질을 예측합니다. 다른 말로 바꿔서 이야기하자면, 공정 끝단에서 검사기에 제품을 투입해야 할지 여부를 확인할 수 있다는 것이죠. 폐루프형의 진단 절차를 거쳐 이 데이터는 생산 요소에 바로 반영됩니다.” 보니그 씨는 이야기한다.
  

조기 경보로 불편한 놀라움을 예방

폐루프 기반의 분석과 산업용 엣지 기술은 밀링 공정에서도 이용된다. SIMATIC 제품의 구성을 위해 수행되는 PCB의 분할 공정에서, 밀링 분진은 때때로 제품의 오작동을 야기하기도 한다. 자동 엑스선 검사기의 예처럼, 지멘스의 전문가는 엣지컴퓨팅과 인공지능을 활용하여 예지 보전 기능을 구현해 보기로 하였다.
 
PerformanceInsight 앱은 개방형 클라우드 기반의 IoT 운영 체제인 MindSphere의 사용자들에게 결과를 제공한다. 공장 운영자는 그 결과로 이제 잠재적인 시스템 고장 발생 12시간에서 36시간 전에 상황을 통보받고, 그에 따라 대응할 수 있다.

그러나 데이터와 이상 징후는 단순히 MindSphere에 저장만 되는 것이 아니다. 알고리즘은 점점 더 정밀해지는 결과를 전달할 수 있도록 더 잘 훈련되어야 한다. “Mind Sphere에서 정확히 그렇게 되는 겁니다. EWA의 IoT 전문가인 플로리안 마이어호퍼는 EWA의 일관된 엔드 투 엔드 디지털화 환경은 자동화, 산업용 엣지 및 클라우드 컴퓨팅 간에 필요한 원활한 상호작용을 보장한다.”고 설명했다.

디지털 트윈과 실제 검증 콘셉트

디지털 트윈의 도입으로 시마틱 제어기 구성 부품의 생산은 8초의 목표 사이클 시간 이내에 이루어지고 있다. 초기 시뮬레이션은 11초의 사이클 시간이었지만, 11초 시뮬레이션으로 운영되는 실제 장비들은 주요 사용 라인이 아닌 부분으로, 이 장비들이 전체 공정에 영향을 끼치는 부분을 해소하기 위해 지멘스 전문가들은 이 모듈들 또한 생산의 디지털 트윈에서 보다 적절한 구성요소로 대체했다. 결국 다음 시뮬레이션에서는 목표 사이클 시간이 매끄럽게 달성되어 검증 콘셉트가 확인되었다.

결국 지멘스 EWA(Electronics Works Amberg)에서는 디지털 트랜스폼에 특화된 S7-1500, 산업용 엣지 등의 하드웨어 및 TIA Portal 등과 같은 소프트웨어 솔루션, 산업 통신, 사이버 보안 및 여타의 서비스를 최적으로 조정하여 일관된 말단에서 말단까지의 수평·수직 통합을 이루어냈다. 이는 결국 원활한 생산 시퀀스로 효율적인 생산 시스템을 이루어내는데 기여했으며, 대표적인 디지털 트랜스포메이션의 사례로 유지되고 있다.

Siemens Electronics Works Amberg(EWA) 암베르그 공장은 1989년도에 설립돼 Simatic Programmable Logic Controller(PLC) 제품군 등 자동화 기기들을 생산하고 있다. 매년 1700만 개의 PLC 제품을 생산하고 있는데, 이는 1초당 한 개의 모듈이 생산되는 것을 의미한다. 1000가지 이상의 제품이 생산되고 있는 이 생산 시설에서는 제품의 생산성과 품질을 최적화하기 위해 자동화 시스템을 자체적으로 개발하여 적극적으로 활용하고 있으며, 미래형 공장의 모범이 되기 위해 인공지능, 엣지컴퓨팅, 로보틱스 등의 기술들을 끊임없이 실증 검증하여 적용하고 있다.

www.siemens.com/s7-1500
www.siemens.com/tiaportal
www.siemens.com/simatic-technology