자동차 생산 부문은 고도로 자동화된 프로세스와 현대식 제조 전략 구현의 개척자로 여겨진다. 그러나 더 자세히 들여다보면 이것은 공장의 개별적인 각 부분에만 적용된다는 것을 알 수 있다. 제조사로 하여금 전반적인 생산 프로세스를 효율적으로 감시하고 제어할 수 있도록 하는 통합 네트워크가 결여되어 있는 것이다. 지금 OPC UA TSN이 변화시키고자 하는 것이 정확히 바로 그것이다.

자동차 차체는 여러 해 동안 완전 자동화된 생산라인에서 고도로 동기화된 로봇들에 의해 함께 용접되어 왔다. 인간에게 남겨진 유일한 작업은 모든 기계들이 올바로 작동하는지 여부를 감시하는 것뿐이다. “그러나 미래지향적 생산의 주요 사례로 보이는 이 분야에도 한 가지 약점이 있습니다.” B&R의 사업 개발 책임자인 Maurizio Tarozzi는 말한다. 개별 생산 단계들 사이에 통일된 통신 기술이 존재하지 않는 것이다. 대신 데이터는 특별히 프로그램된 인터페이스를 통해서만 교환될 수 있다. “통일된 생산 제어도 없고 공유된 데이터 자원도 존재하지 않습니다.”

디지털 연결
많은 경우에, 공장의 각 부분은 자체의 제어 시스템뿐 아니라 별도의 IT 하부구조도 갖추고 있다. “그러한 많은 수의 네트워크를 구성하고 관리하는 것은 비용이 많이 소요되고 시간 낭비적입니다.” B&R의 개방형 자동화 기술 부장 Stefan Bina는 말한다. 이 격리된 섬들 사이의 통신은 특별히 프로그램된 게이트웨이를 통해서만 가능하다. “여기에서 많은 자원이 낭비됩니다.” 공장의 주어진 부분 내부의 프로세스와 절차는 고도로 최적화되고 자동화된 반면에, 개별 생산 단계들 사이의 상호작용은 미미한 수준에 불과하다.
“통합 네트워크는 디지털 방식으로 연결된 제조를 향한 첫 단계입니다.” Bina는 덧붙인다. 이것을 달성하기 위해서는 제조사를 불문하고 모든 장치와 컴포넌트가 이해할 수 있는 통신 기술이 요구된다. 여기에는 모든 기계와 생산라인뿐만 아니라, 개별 센서와 구동장치 그리고 MES, SCADA 및 ERP 시스템과 같은 상위 레벨 시스템까지 포함된다.

공급자 독립적 통신
“그러한 통신 기술에 대한 수요는 높습니다.” Bina는 강조한다. 이 기술에서는 예를 들어서 실시간 축 동기화가 반드시 허용되어야 한다. 또한 반드시 공급자 중립적이어야 하고 데이터를 클라우드로 전송하는 데 있어서 통합된 보안 메커니즘을 갖추고 있어야 한다. “OPC UA TSN은 자동차 산업을 위한 거대한 전진이 될 것입니다.” Tarozzi는 이렇게 확신한다. 그것은 다양한 공장 각 부분 사이의 실시간 통신을 가능하게 하고, 또한 상위 레벨 시스템과의 통신을 보다 빠르고, 더 효율적이고, 더 일관성 있게 만들게 될 것이다. 그 결과 생산 계획은 훨씬 더 정밀해지고 실시간 병목 현상에 대응할 수 있게 될 것이다. 과거 데이터도 이용할 수 있으며, 재정 책임자나 부장들이 언제든지 데이터를 검토할 수 있게 될 것이다.

OPC UA TSN은 다수의 인터페이스를 갖는 대형의 격리된 솔루션 그룹을 모든 시스템과 레벨에서의 끊김 없는 통신을 위한 균일한 네트워크로 변화시킬 것이다.

대량 데이터 분석
“OPC UA TSN은 많은 양의 데이터를, 예를 들어 엣지 컨트롤러나 클라우드에서, 수집하고 분석하는 것을 가능하게 합니다.” Bina는 말한다. 준비된 데이터는 제조 프로세스를 최적화하는 데 이용될 수 있다. 이것은 모두 OPC UA의 정보 모델에 의해 가능해진다. “프로토콜은 단지 무차원의 데이터를 전달만 하는 것이 아닙니다.” Bina는 설명한다. 그 대신에 각 변수에는 단위, 한도 및 내역과 같은 추가적인 정보가 수반될 수 있다. “이것은 다중 공급자 시스템 전체를 통한 통신과 데이터 처리를 훨씬 더 용이하게 합니다.” Bina는 강조한다. 상이한 제조사들로부터의 장치가 게이트웨이나 인터페이스를 프로그래밍할 필요 없이 한 시스템 내의 다른 장치와 통신할 수 있다.
단 하나의 네트워크만을 관리하고 구성하기 때문에 비용은 극적으로 절감된다. “더 이상 열 가지의 상이한 프로토콜을 다루기 위해 10명의 다른 전문가들을 확보할 필요가 없습니다.” Bina는 강조한다. “우리는 현재 다른 수많은 자동화와 IT 기업들과 함께 그들 자신이 곧 OPC UA TSN 네트워크를 설정하는 것이 가능하게 될 메커니즘을 만들기 위해 노력하고 있습니다. 오늘날의 네트워크와 비교하면 진단 또한 훨씬 더 용이해질 것입니다.”

연결된 가치 사슬
“OPC UA TSN의 편익은 생산 현장에서 끝나지 않습니다.” Bina는 힘주어 말한다. 전체 가치 사슬이 더 우수한 네트워크로 구성될 수 있다. 실시간으로 생산 데이터를 평가할 수 있게 되면, 보다 높은 정밀도와 고도의 자동화를 갖추고 공급자들과의 협력 일정을 조정할 수 있다. 판매 후 서비스 분야 또한 보다 밀접하게 통합될 수 있다.
“OPC UA TSN는 자동차 업계의 거대한 기회입니다.” Tarozzi는 요약한다. 자동차 제조사들은 균일한 통신 기술을 갖추고 그들의 생산라인을 과거 어느 때보다 더 효율적으로 만들 수 있게 될 것이다. 생산성과 수익성도 함께 상승하게 될 것이다.

OPC UA TSN을 이용하면 전체 가치 사슬을 보다 용이하게 네트워크로 구성할 수 있다.

OPC UA TSN의 진화
OPC UA TSN이 업계 요건을 충족시키려면 수년 이내에 기존 표준에 세 가지 중요한 확장이 추가되어야 한다.
1. 출판/가입(publish/subscribe) 모델의 추가 : 지금까지 OPC UA는 클라이언트/서버(client/server) 메커니즘을 이용해왔으며, 이것은 클라이언트가 정보를 요청하고 서버로부터 응답을 받는 방식이다. 이 시스템은 네트워크에 많은 노드가 있는 경우에 한계가 있다. 출판-가입 모델은 이와 대조적으로 1:다수와 다수:1 통신을 허용한다. 서버는 데이터를 네트워크에 전송하고(출판), 모든 클라이언트는 이 데이터를 수신한다(가입).
2. 시간 민감형 네트워킹(Time-Sensitive Networking: TSN)이라고 알려진 이더넷 통신에 대한 확장 : TSN은 IEEE 802.1 이더넷 표준군 하의 하위 표준의 집합을 가리킨다. 이것은 표준 이더넷을 통해 데이터 전송에 실시간 기능을 추가한다.
3. OPC UA TSN에 대한 자동 설정 메커니즘 확립 : OPC UA TSN을 갖춘 대형의 동적 네트워크조차도 머지않아 자동적으로 스스로를 설정하게 될 것이다. 현재 필요한 개발의 많은 부분에 대한 규격 작업이 완료되었다. 기술들 사이의 상호작용은 현재 다중 공급자 테스트 베드에서 최적화되고 있고 최초의 활성화된 OPC UA TSN 프로토타입이 시험되고 있다. 

모든 시스템 및 레벨 간의 원활한 통신을 위한 단일 네트워크
 

Uwe Siebert
B&R 핵심 고객 부장
“OPC UA TSN은 자동차 산업을 위한 거대한 전진이 될 것입니다.”

Stefan Bina
B&R 개방형 자동화 기술 부장
“OPC UA TSN은 많은 양의 데이터를, 예를 들어 엣지 컨트롤러나 클라우드에서,

수집하고 분석하는 것을 가능하게 합니다.”