농촌 풍경을 상상해 보면, 아마 대부분의 사람들은 농부가 트랙터 위에서 일하고 있는 모습을 떠올릴 것이다. 그러나 세계 인구가 지속적으로 증가함에 따라 이러한 시나리오에서 적어도 한 가지 큰 변화가 예상된다. 농부들과 그들의 장비 사이의 특별한 관계는 계속되겠지만, 현장에 나온 기계장비들이 많은 일을 스스로 처리하게 될 것이다.
이러한 생산성 역설의 해답은 자율 농업용 차량이다. 이들 차량은 센티미터 수준의 정밀도로 운행하며, 몇 시간이든 계속 운전이 가능하다.
2050년에는 세계 인구가 약 90억 명에 이를 전망이다. 그리고 그들 모두가 공통적으로 가지고 있는 한 가지는 모두 먹어야 한다는 것이다. 이는 농업이 직면한 상당한 도전 과제가 되고 있다. 농부들은 숙련된 노동력을 충분히 찾기 위해 노력하는 한편, 더 적은 면적의 경작지에서 더 많은 수확량을 얻을 필요가 있다. 이에 대한 해답은 자율 장비다. 아무리 숙련된 트랙터 기사라도 지칠 줄 모르는 기계의 정밀도에는 미치지 못한다. 자율 농업 장비는 몇 시간이든 줄곧 센티미터 수준의 정확도를 제공한다 – 미래의 농장에 필요한 것이 바로 이것이다.
더 좁은 경작지에서 더 많은 수확
감자 수확의 손실은 흙더미 가운데 정확히 파종만 하면 피할 수 있다. 전체 토지에 모든 감자가 하나씩 정확하게 심어져 있는지 확인할 수 있도록 자율 기계장비를 프로그래밍할 수 있다. 기계 장비는 신속하게 작동할 뿐 아니라, 휴식을 위해 멈추지도 않는다.
자원 절약
또한, 자율 농업 장비는 매우 정밀할 뿐만 아니라, 자원 활용 측면에서도 이점이 있다. 비료와 살충제를 밭 전체에 걸쳐 도포할 필요없이 농작물을 직접 겨냥할 수 있다. “별 작물마다 필요한 용량이 정확히 공급되기 때문에 농부들은 수확량을 늘리는 동시에 비용을 절감할 수 있습니다,” B&R의 모바일 자동화 제품 매니저 슈테판 탁서(Stefan Taxer)씨의 설명이다.
환경 측면에서도 안심할 수 있다. 쟁기질이나 제초작업 같은 시간 및 노동집약적인 일도 기계가 취급할 수 있는 주된 작업 대상이다. 탁서 씨는 “자율 장비는 농업의 숙련된 노동력 부족에 대한 해결책”이라고 강조한다. 기계는 또한 작업자들의 격렬하고 단조로운 업무를 덜어준다.
데이터 수집 및 평가
농기구가 이 모든 일을 자율적으로 수행하려면 다양한 센서로부터 데이터를 수집해야 한다. 또한 해당 데이터를 처리할 수 있어야 한다. “컴퓨팅 파워는 모든 자율 기계 장비의 핵심 요건이다.” 탁서 씨의 말이다. 생산 기계 자동화에 사용되는 것과 같은 표준 제어 시스템은 충분하지 않다. 빅데이터 분석을 통해 생산성을 크게 높일 수 있다.
예를 들어, 자율주행 트랙터를 기상 관측소의 데이터에 접속하도록 하여, 주어진 임무를 수행하는 데 최적의 조건을 결정할 수 있다. 혹시 날씨 변화가 문제를 일으킬 경우, 자동적으로 작업을 멈추고 상황이 호전되면 곧바로 다시 복귀할 수 있다.
모바일 기기를 위한 PC
B&R(비앤드알산업자동화)은 분석 및 자율 공정 운영에 필요한 처리 능력을 제공하기 위해 모바일 기기를 위해 특수 설계된 PC를 제공한다. “PC는 Celeron에서 Core i7에 이르는 광범위한 확장성을 갖춘 Intel 프로세서를 탑재하고 있습니다.” 탁서씨의 말이다. Intel의 기술은 에너지 효율을 최적화하기 위해 저전력 소비에도 고도의 성능을 제공한다.
“이러한 유형의 처리 능력과 모듈방식을 컴팩트 PC 형태로 제공하는 다른 제품은 모바일 장비 시장에서 찾아볼 수 없을 것입니다.” 탁서 씨가 힘주어 말했다. B&R은 산업 제조용 자동화 및 PC 생산에서 축적한 40년의 경험에서 이러한 역작을 도출할 수 있었다.
B&R의 모바일 기기용 PC 제품군은 Celeron에서 Core i7에 이르기까지 광범위한 확장성을 갖춘 인텔 프로세서를 채용하고 있다.
PC는 가혹한 환경에서 작동하도록 특별히 설계되었다. IP69K 보호등급으로 -40°C ~ +85°C의 온도 범위에서 사용할 수 있다. 완전밀폐된 외장과 팬리스 설계로, 충격과 진동에 강한 내성을 제공한다. 특수 설계된 온도 관리 솔루션은 프로세서가 과열되지 않도록 보호하는 동시에 차가운 저온 환경에서도 완벽한 작동을 보장한다.
기계설비 간 데이터 공유
기계가 네트워크를 형성하고 서로 통신하려면 데이터 교환이 가능해야 한다. 예를 들어, 트랙터와 트레일러가 결합된 콤바인은 사용 가능한 적재 공간을 최적화하고 파종 시 낭비를 최소화하도록 트랙터의 속도와 조향 데이터를 추적할 수 있다. 그 기계들은 서로 통신하기 위해 특별한 프로토콜을 사용한다.
B&R은 널리 사용되고 있는 프로토콜인 MQTT와 AMQP를 제공한다. 이들 프로토콜을 사용하면 네트워크 연결의 대역폭이 낮거나 때때로 끊어지는 경우에도 데이터 패킷을 신뢰성 있게 전송할 수 있다. “하드웨어에서 소프트웨어, 일관된 형식의 개방형 통신 표준에 이르기까지 기술 파트너로 B&R과 함께 하면, 오늘날 가장 발전된 스마트 영농 모범사례를 손쉽게 접할 수 있습니다.” 탁서씨의 말이다.
고성능 사양을 탑재해 기기 간 통신 및 클라우드와의 통신을 실행하는 스마트 머신에 가장 적합하다.
필드에서 클라우드까지
자율 장비를 통해 수집된 데이터는 적절한 분석을 통해 풍부한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어 각종 수확 농기계의 수확량을 비교하는 것은 향후 작물을 파종하거나 비료를 주는 방식으로 최적화 가능성을 확인하는 데 도움이 될 수 있다. “이러한 시나리오에서 B&R PC는 기계가 클라우드에 데이터를 전송할 수 있도록 에지 컨트롤러 역할을 합니다.” 탁서 씨의 설명이다. 엣지 컨트롤러는 다양한 기계장비에서 대량의 데이터를 수집하는 데 사용되는 장치이다. 이는 데이터를 압축 및 집계하여 클라우드에 저장할 수 있도록 자료를 준비한다.
예측 유지보수
PC에서 수집한 데이터는 원격 유지보수 및 예측 정비를 위해 다른 시스템과 공유할 수도 있다. “B&R은 사전 설치된 사전 구성 패키지를 제공하므로 예측 유지보수를 구현하는 것이 그 어느 때보다 간편합니다.” 탁서 씨의 설명이다. 이로써 기계의 정비 요구사항을 예측하고 계획을 수립함으로써 가용성을 크게 높일 수 있다.
저자: 카롤라 슈방크너(Carola Schwankner), B&R 기업 커뮤니케이션 에디터
“하드웨어에서 소프트웨어, 일관된 형식의 개방형 통신 표준에 이르기까지 - 기술 파트너로 B&R과 함께 하면, 오늘날 가장 발전된 스마트 영농 모범사례를 손쉽게 접할 수 있습니다.” B&R의 모바일 자동화 제품 매니저 슈테판 탁서(Stefan Taxer) 씨의 말이다.
열악한 환경을 위한 특별한 디자인
B&R의 모바일 기기용 PC는 열악한 환경에서 작동되는 농기구나 기타 기계설비에 고성능 프로세싱을 제공한다. Windows 10 IoT 엔터프라이즈, 리눅스 등 표준 운영 체제를 지원하고 16GB RAM과 TPM 모듈도 탑재했다.
PC는 -40 ~ +85°C의 주변 온도에서 작동할 수 있으며, 진동, 충격, 염분, 자외선, 오일 등에 내성이 있다. 습기와 응축도 문제가 되지 않는다. 고어텍스 막이 있는 특수 환기구로 PC 하우징에 수분이 유입되는 것을 방지하는 동시에 응결이 쉽게 빠져나갈 수 있도록 한다. PC는 전압 변동에 민감하지 않다. 9 ~ 32V의 넓은 표준 전압 범위 외에도, 통합 부하 덤프 보호 기능도 갖추고 있다. 이것은 전자 장치를 보호하고 중단 없는 작동을 보장하기 위해 공급 전압의 피크를 보상한다.