스위스 랑엔탈에 본사를 둔 귀델(Güdel Group AG)은 기계 부품 및 지능형 자동화 솔루션을 공급하는 글로벌 기업이다. 선형 축과 갠트리부터 로봇 구동축과 다축 갠트리까지 광범위한 제품과 함께 기어, 리니어 가이드, 랙&피니언 등 필수 부품을 다양하게 제공하고 있다. 이 기업은 로봇용 7축으로 유명한 가족 기업이다. 이 제품을 통해 로봇 팔이 선형 축을 사용하여 생산 라인을 따라 더욱 유연하게 사용될 수 있다.

귀델은 다양한 제품군으로 광범위한 산업 분야에 서비스를 제공하지만, 특히 자동차 산업에 중점을 두고 있다. 그중에서도 고속 생산 라인에서 차체 부품을 자동 생산하는 프레스 자동화에서는 축 시스템 및 갠트리가 가장 까다로운 조건들을 충족해야 한다. 귀델의 고품질 자동화 솔루션은 물류, 식품, 목재, 제약 산업 등 다양한 산업 분야에서도 사용되고 있다.

IIoT 솔루션 통합의 확대

산업 환경에서 IoT 솔루션의 도입 초기에는 다소 더디었지만, 최근 몇 년간 귀델은 혁신적인 제품과 서비스에 대한 수요가 급증하는 것을 확인했다. 특히 자동차 산업과 같이 고도로 자동화된 분야에서 공장과 구성 요소들의 IIoT 기능은 더욱 중요한 요소가 된다. 이러한 추세에 힘입어 귀델은 2019년 구체적인 자체 IIoT 제품 개발에 착수했다. 귀델은 먼저 IT와 OT 시스템 간의 인터페이스로서 수많은 게이트웨이 솔루션을 평가했으며, 이 솔루션들은 광범위한 조건을 충족해야 했다.

원하는 게이트웨이 솔루션은 통신 프로토콜 및 인터페이스 측면에서 매우 유연해야 했으며, 효율적인 하드웨어 및 소프트웨어 관리 도구를 포함해야 했다. 힐셔의 엣지 게이트웨이와 포괄적인 netFIELD 생태계는 게이트웨이의 다중 프로토콜 기능부터 net FIELD.io 클라우드 포털, 컨테이너화된 소프트웨어 패키지를 장치에 손쉽게 배포하는 기능까지 모든 기준을 완벽하게 충족했다.

모듈 상태 모니터링

귀델의 첫 번째 IoT 제품은 로봇의 구동축 및 갠트리용 롤러 상태 모니터링(RCM)이다. 모든 구성 부품 중, 축 위에서 가동되는 캐리지의 롤러는 가장 큰 하중을 지탱하기 때문에 마모가 가장 많이 발생한다. 귀델의 고객은 RCM으로 완벽한 패키지를 제공받게 된다. RCM에는 캐리지에 설치된 평가 장치가 포함되어 있으며, 이 장치는 속도 대비 진동 데이터를 평가한다. 이 평가 장치는 데이터를 제어 캐비닛에 위치한 힐셔의 netFIELD Compact 엣지 게이트웨이로 전송하는데, 이 게이트웨이는 데이터의 모든 추가 처리, 저장 및 시각화를 담당한다.

예를 들어, 클라우드 포털 myGüdel의 GUI(그래픽 사용자 인터페이스)를 통해 측정 데이터를 시각화하기 위해 netfield.io 클라우드 포털을 통해 모든 소프트웨어 컨테이너가 배포할 수 있다. 또한 다양한 매개변수들이 임곗값을 초과할 경우 이메일 알림 전송과 같은 작업이 작동된다. 귀델의 고객들은 갑작스러운 생산 중단 방지, 생산 품질 보장, 효율적인 유지 관리 계획 등 RCM으로부터 다양한 혜택을 누릴 수 있다.

귀델의 디지털 제품 담당 수석 소프트웨어 개발 엔지니어인 크리스토프 피스터(Christoph Pfister)는
“힐셔는 롤러 상태 모니터링(RCM) 개발에 있어 매우 중요한 역할을 했다”고 설명하며, “힐셔 세미나에서 설명했던 애플리케이션 개발에 대한 기본적인 접근 방식을 통해 매우 실용적인 방식으로 최소 기능 제품(MVP)을 개발할 수 있었다. 이를 통해 IoT, 도커(Docker) 기술, 클라우드에 대한 이해도를 높이고 초기 단계에서 경영진이 개발 결과를 확인할 수 있어 추가 개발을 가속할 수 있었다”고 전했다.

힐셔 스위스 지사의 현장 지원

프로젝트 시작부터 RCM이 완전히 가동되기까지 약 2년이 걸렸다. 크리스토프 피스터는 “하지만 힐셔와 함께한 개발 기간은 훨씬 짧았다”고 말하며,
“물론 신제품 개발과 관련된 수많은 표준 프로세스 때문에 이러한 작업을 수치로 표현하기는 어렵다. 힐셔의 접근 방식, 초기 MVP 개발 그리고 데브옵스(DevOps) 프로세스를 통한 지속적인 개발 덕분에 순수 개발 기간은 6개월에서 12개월 사이가 될 것이다. 힐셔의 스위스팀 또한 중요한 역할을 했으며, 많은 도움과 지원을 아끼지 않았다”고 부연했다.

복잡한 시스템을 위한
유지보수 매니저 시스템

개별 모듈을 위한 최초의 성공적인 프로젝트를 기반으로, 귀델은 표준을 높여서 스마트 프레스 자동화를 위한 유지보수 매니저 시스템(Maintenance Manager)을 개발했다. 자동차 산업용의 특수 애플리케이션은 산업 자동화 부분에서 매우 높은 수준의 자동화에 통합되고 있다. 생산 라인은 다양한 공급업체의 수많은 축과 부품으로 구성되어 있으며, 사용 빈도와 속도로 인해 과부하를 받는다. 따라서 자동차 제조업체는 다양한 제조업체의 기계와 부품 데이터를 수집하여 자체 디지털 트윈에 병합해야 하는 과제에 직면했다.

RCM에서 유지보수 매니저 시스템으로의 전환은 데이터의 양이 많이 증가했음을 의미하며, 다양한 통신 프로토콜을 통해 데이터에 액세스하고 고객 맞춤형의 유연한 인터페이스를 통해 데이터를 제공해야 하는 과제를 안게 되었다. 그래서 귀델은 고사양을 충족하기 위해 강력한 netFIELD 온프레미스(On Premise) 게이트웨이를 활용했다. 이 게이트웨이는 제어 장치를 통해 다양한 축에서 데이터를 수집하여 최종 고객에게 제공할 수 있도록 했다. 표준화된 인터페이스 덕분에 귀델의 모듈은 유지보수 매니저 시스템을 사용하여 모든 생산 공장 및 기존 IIoT 시스템에 쉽게 통합될 수 있다. 유지보수 매니저 시스템은 프레스 자동화뿐만 아니라 향후 물류나 생산 분야의 자동화 솔루션에도 사용될 예정이다.

통합 네임스페이스(UNS)
: 통합 데이터 백본

귀델은 유지보수 매니저 시스템을 기반으로 통합 네임스페이스를 개발하고 있다. 생산 현장 특성을 갖춘 혁신적인 인더스트리 4.0(Industry 4.0) 솔루션으로 생산 공장의 모든 데이터는 결국 모든 소스에서 중앙 포털로 수렴될 것이다. 이러한 아키텍처 방식은 기존의 자동화 피라미드 구조를 탈피하고 모든 레벨에서 100% 데이터 호환성을 갖춘 통합 데이터 백본을 제공한다. 연결된 시스템에는 IIoT 장치, 전사적 자원 관리 솔루션, 창고 관리, 생산 대시보드 및 분석 시스템이 포함된다.

또한 통합 네임스페이스는 모든 필수 시스템을 중앙 MQTT 브로커에 연결하고, 브로커는 모든 데이터를 수신하여 포괄적인 디지털 트윈을 생성한다. 이렇게 생성된 디지털 트윈은 다른 클라우드 서비스에 연결되어 전체 생산 현장에서 효율적이면서도 고도로 자동화된 통신 프로세스를 보장한다. 귀델은 UNS의 구축을 위해 IIoT 장치 연결용 netFIELD 온프레미스 엣지 게이트웨이를 사용하는데, 이는 이전에 귀델의 유지보수 매니저 시스템에도 사용되었던 제품이다.

귀델은 최단 시간 내 IIoT 연결을 위해 제품 구상 이후 4년 만에 개별 모듈 및 전체 생산 라인부터 통합 네임스페이스에 이르기까지 IIoT 연결을 위한 확장 가능한 포트폴리오를 구성했다. 크리스토프 피스터는 “힐셔의 엣지 게이트웨이와 전체 netFIELD 생태계 덕분에 우리의 기대에 완벽하게 부합하는 맞춤형 IIoT 솔루션을 최단 시간 내에 개발할 수 있었다”고 말하며, “netFIELD 구성 요소의 놀라운 유연성과 개별적인 문제까지도 도움을 준 힐셔 팀 의 지원이 우리에게 변화를 불러왔다”고 덧붙였다.

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상태 모니터링 작동 방식
: 데이터 수집
 ① 데이터 수집
•진동 및 속도 측정
•가속도 센서에서 진동 감지
② 데이터 평가
•축 속도 대비 진동 신호 분석
•평가 장치에서 CM 컴퓨터로 데이터 전송
③ CM 컴퓨터
•대시보드에서 상태 계산
•수집된 데이터 저장
•이전 운용 데이터에 대한 인사이트 확보

IIoT 애플리케이션 개발 지원

IIoT 애플리케이션 개발을 위해, 힐셔는 세미나 및 개별 워크숍을 통해 자사 파트너사들에 세 가지 일반 오픈소스 구성 요소를 활용한 기본적인 접근 방식을 교육한다. 이를 통해 고객은 힐셔의 구성 요소와 고객의 개별 사양을 손쉽게 테스트할 수 있다. Node-RED는 자바(Java) 기반 개발 도구로, 모듈식 원리를 통해 IIoT 애플리케이션을 쉽게 구현할 수 있다. Node-RED는 하드웨어 장치, API 및 온라인 서비스를 유연하게 연결하는 데 사용할 수 있는데, 이는 데이터 흐름의 기본 아키텍처 제공을 의미한다.

InfluxDB 시계열 데이터베이스 시스템은 타임스탬프를 포함한 머신 데이터를 저장하고 검색하여 실시간 분석이나 기타 IIoT 애플리케이션에 사용할 수 있다. 마지막으로, 그라파나(Grafana)는 수집된 원시 데이터를 여러 플랫폼에서 그래픽으로 보여주는 데 사용할 수 있다. 기업은 이러한 방식으로 다양한 소스의 정보를 활용하고, 의미 있는 대시보드를 구축할 수 있다.