기고

공장 자동화 -스마트 팩토리 구현을 위한 IoT 솔루션
이플랜한국지사 김홍열 부장

가트너 그룹은 사물형 인터넷(IoT)이 2020년에는 260억 개 이상의 유닛에 설치될 정도로 성장하게 되리라는 전망을 제시하고 있다. PC, 태블릿, 스마트폰을 제외한 사물형 인터넷 설치대 수가 2010년 이전에는 9천만 대에 불과하였지만, 2020년에는 260억 개가 설치되어 근 10년 동안 거의 30배가 넘는 성장세를 보이게 될 것이라고 가트너 그룹은 제시한다. 또한 가트너 그룹은 IoT 제품과 서비스 공급자들이 2020년에 3천억 불이 넘는 수익을 서비스 부분을 중심으로 획득할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
이러한 가트너의 시장 전망은 사실상 가장 보수적인 전망 중 하나임을 고려할 때에 전체적으로 모든 시장 참여자가 사물형 인터넷 시장의 가파른 성장에 동의하고 있음을 알 수 있다.

Informa와 SAP에서 공동으로 수행했던 설문 조사에서는 이러한 사물형 인터넷 시장의 10% 정도가 산업 자동화 분야에서 발생할 것으로 예상하고 있으며, 이러한 시장 규모는 일본 후지 경제에서 예측하고 있는 2020년 전체 제조용 로봇 시장의 4배가 넘는 크기로의 시장 발전을 의미한다.
2020년에 IoT를 위한 컴포넌트 비용은 프로세서 단위의 비용이 1불 이하까지 하락되게 될 것으로 전망된다. 이와 같은 비용 하락은 가장 단순한 부분에서부터 매우 복잡한 부분에 이르기까지 모든 것을 연결할 수 있도록 만들게 되고, 원격 통제와 모니터링, 센싱을 보다 광범위하게 확산시킬 것으로 여겨진다. 사실 2020년을 기준으로 연결된 사물에 대한 다양한 카테고리가 존재하지는 않을지라도, 제품 설계자들이 지능형 제품에서 제공될 수 있는 탐색 가능성을 본격적으로 재공하게 된다면 매우 다양한 디바이스에서의 폭발적인 성장이 발생할 수 있을 것으로 전망된다.

2014년, IoT와 관련한 시장 변화 및 전망, 그리고 기술개발 동향
최소한 산업 자동화 분야에서 2014년도를 기준으로 IoT 기반의 서비스를 드라이브하고 있는 트렌드는 Industry 4.0이다. 독일에서 시작된 전통적인 제조업에 정보통신기술을 접목하려는 이 전략은 기본적으로 IPV6의 보급에 따라 현실화된 IoT를 기반으로 하고 있으며, 이러한 IoT위에서 CPS(Cyber Physical System)를 구축하고 이러한 CPS를 기반으로 한 서비스를 통해 제조업의 경쟁력을 유지 혹은 향상하고자 하는 것을 목적으로 한다.
IoT와 관련된 가장 중요한 기술 동향 중 하나는 국제 콘소시엄인 W3C에서 표준화가 진행중인 시맨틱 웹 서비스이다. 사람이 아닌 사물간의 상호 운영성을 위한 기술을 지향하는 시맨틱 웹 서비스는 IoT를 기반의 서비스를 정의하는 목적으로 표준화가 진행 중이며 그 중에서도 제조업 장치와 관련된 시멘틱 웹 서비스를 대상으로 독일 인공 지능 연구센터(DFKI)에서 기술 개발을 진행하고 있다.  

산업 자동화 시장에서의 IoT의 역할 및 기대효과
산업 자동화 시장에서 통신 기술을 제공하는 일부 사업자를 제외한다면 IoT 자체는 통신 기반 기술로서 그 자체보다는 다른 기술과의 융합, 그리고 IoT 상에서의 응응 기술 개발로 다양한 역할과 다양한 기대 효과를 가질 수 있다. 산업 자동화 분야에서 이러한 역할과 기대 효과를 가장 잘 정의한 전략 중 하나가 Industry 4.0이다.
Industry 4.0은 크게 전략 레벨, 프로세스 레벨, 그리고 시스템 레벨의 3가지 레벨의 미션을 가지고 있으며, IoT의 역할 및 기대효과는 각각의 레벨에서 판단할 수 있다.
첫째, 전략의 레벨에서 가장 중요한 것은 수평적인 가치 네트워크상에서의 표준화와 통합이다. 쉽게 예상할 수 있는 것처럼 상호 운영(interoperability)이 가능한 IoT 기술의 도움 없이 이러한 표준의 운영 및 관리, 그리고 통합 기술의 구현은 불가능하다. 수평적인 가치 네트워크상에서의 표준화와 통합은 Eco-system의 구축과 새로운 비즈니스 모델 개발을 통한 제조업의 경쟁력 향상이라는 측면에서 제조업 경영 환경에 이점을 제공할 수 있을 것으로 전망된다.
둘째, 프로세스의 레벨에서 가장 중요한 것은 설계에서 제작과 사후 관리까지 연결되는 종단 간 엔지니어링 프로세스(end-to-end engineering process) 상에서의 표준화(standardization)와 통합(integration)이다. 제조 및 설계 기지의 세계화, 그리고 제품 생산 주기 상에서 여러 협력적 활동의 증대를 감안할 때 IoT 기술은 이러한 표준의 운영 및 관리, 그리고 통합 기술의 구현에도 필수적인 요소가 된다. 종단 간 엔지니어링 프로세스 상에서의 표준화와 통합은 제조업 현장의 엔지니어링 효율성을 극대화함으로써 제조업의 경쟁력 향상에 이점을 제공할 수 있을 것으로 전망된다. 엔지니어링 효율성의 향상이란 결국 품질, 비용, 그리고 납기 측면에서의 최적화를 의미한다.
셋째, 시스템 레벨에서 제조 공정상의 장비 및 이러한 장비의 전사 시스템과의 통합과 빅 데이터의 수집 및 활용 관점에서 역시 정보 통신 기술의 역할은 필수적이다. 과거 필드버스 수준의 통합이 세계화된 기업 환경에 적합하도록 전사 수준으로 확대하는 것이 Industry 4.0의 목표 중 하나이다. 이렇게 수집된 다양한 데이터를 통해 기업 내 의사 결정은 좀 더 투명해지고(transparent), 시뮬레이션, 가상현실(virtual reality) 등과의 결합을 통해 좀 더 작업자 친화적인 제조 환경과 에너지 저소비 제조 환경을 구축할 수 있으며, 기업의 경쟁력 향상을 위한 유연 생산 환경(flexible manufacturing environment)의 구축 역시 가능해질 것으로 전망된다.    

EPLAN과IoT 솔루션
EPLAN은 전기 설계를 중심으로 한 설계 솔루션 전문회사로 IoT 자체를 구현하는 사업 분야와는 연관성이 적지만 앞서 언급한 바와 같이 산업 자동화 분야에서 IoT 기술이 그 자체로서 보다는 다른 기술과의 융합, 그리고 IoT 상에서의 응응 기술 개발로 다양한 역할 부여가 가능함을 고려할 때, 다양한 연관 솔루션을 제공할 수 있는 기반 기술이 준비되어 있으며, 또한 관련 기술 개발 역시 꾸준히 진행 중에 있다. EPLAN의 IoT 관련 솔루션 역시 앞서 언급한 3가지 레벨의 미션 관점에서 정의할 수 있다.
첫째, 전략의 레벨에서 EPLAN은 그동안 디자인 단계에서의 설계 데이터의 표준화와 통합을 위해 Siemens, Schneider, ABB 등의 60개 이상의 부품 기업과의 협력을 통해 390,000 개 이상의 데이터를 보유하고 있는 Data Portal을 운영해 왔다. 이러한 EPLAN의 Data Portal 기술은 IoT기술과의 결합을 통해 Data Portal과 설계 환경의 자동화된 상호 운영 기술로 발전을 준비하고 있다. 즉, 그동안 Data Portal이 설계자가 필요한 설계 Data를 직접 다운로드하여 사용할 수 있는 Portal로의 역할을 해왔다면, 향후에는 설계자의 편의를 극대화하기 위해 사용하는 설계 환경의 부품 데이터와 Data Portal의 부품 데이터를 자동으로 동기화하는 서비스 제공을 위한 IoT기술과의 결합 기술을 개발하고 있다.
둘째, 프로세스 상에서 EPLAN의 설계 산출물은 정형화된 설계 데이터로 ERP/PLM 등의 전사 시스템 등과의 연계, 제조 장비와의 온라인 연계 등에 활발히 활용되어 왔다. 이러한 설계 산출물의 데이터 기술 역시 IoT 기술과의 결합을 통해 다양한 부가 가치를 창출 할 수 있을 것으로 믿고 있으며, 이러한 서비스를 구체화하기 위해 다양한 Pilot Project를 수행할 예정이다.
셋째, EPLAN은 시스템 레벨에서 IoT 기술과 결합이 불가피한 모듈화 기술, 그리고 고기능 컴퓨팅 기술에 관한 설계 기술을 제공하고 있다. 독일의 SmartFactoryKM 프로젝트에서 시사하는 바와 같이 IoT 기술은 모듈화 기술과의 결합을 통해 저소비 제조 환경이나 유연 생산 시스템을 가능하게 하는 기술 기반으로 발전할 것이 예상된다. EPLAN에서는 이러한 모듈화 기반 설계 기술을 제공하고 있으며, 인터페이스 표준화 및 기능의 표준화와 더불어 설계 변동성을 수용할 수 있는 설정 기능을 제공함으로써 재사용성을 극대화할 수 있다는 장점을 가지고 있으며, 궁극적으로는 설계 자동화의 기반 기술로 활용이 되고 있다.
또한 IoT 기술 도입 시 빅 데이터 수집, 및 인터넷 보안 기술 등의 문제로 고기능 컴퓨팅 기술의 도입이 불가피하게 되므로 최근 컴퓨터 기반 제어기가 하나의 트렌드로 자리 잡고 있다. 이러한 트렌드에서 기존의 PLC 등의 제어 환경에 익숙한 설계자를 위해 CodeSys라는 소프트웨어 플랫폼을 가지는 컴퓨터 기반 제어기가 속속 출시되고 있으며, EPLAN의 PLC 설계 인터페이스 기술은 최근에 CodeSys와의 인터페이스 기술로 확장이 되었다. 
EPLAN은 전기 설계 분야의 CAE(Computer Aided Engineering) 제품 중에 65% 이상의 시장 점유율을 가지고 있으며, 모든 동종 업계 제품 중 아마도 가장 잘 정형화된 형태로 설계 산출물을 데이터화할 수 있기 때문에 설계 데이터의 표준화에 이미 사실 상의 표준으로서 지위를 가지고 있다고 믿는다. 따라서 향후 IoT 기술의 발전에 따른 여러 서비스에 정형화되고 표준화된 설계 데이터의 필요성에 대해 앞장서서 대응해 나갈 예정이다. 실제로 IoT 기반의 기술로 언급이 수시로 되고 있는 환경 인식(Context Sensitive) 기술이나, 가상현실 기술(Virtual Reality) 기술 등은 설계 데이터를 기반으로 하지 않고는 구현이 불가능한 기술이기 때문에 이러한 기술 발전에 일조하면서 관련된 기술을 지속적으로 선도해날 수 있을 것으로 믿는다.

IoT 시장 확장 과정에서의 문제점과 해결 방안
아직은 많은 국내 기업들이 관련된 기반 기술이나 요소 기술의 확보 보다는 자사에 적합한 구체적인 응용 사례나 응용 방안에 대해 더 많은 관심을 가지고 있다고 생각한다. 앞서 언급한 바와 같이 대부분의 시장 참여자는 IoT 자체가 가지는 의미보다 IoT와 제조 기술과의 결합, 그리고 IoT 기반의 응용 기술의 개발에 더 관심이 많기 때문이라고 생각한다. 하지만 앞서 기술 개발을 수행한 외국에서 이러한 응용 사례를 무분별하게 도입하게 되면 국내 실정과 맞지 않는 부분이 많이 발생하기 때문에 많은 국내 기업들이 기술의 효용성에 대해 아직 체감하지 못하는 경우가 많다. 결국 이러한 효용성 문제가 향후 국내 IoT 시장의 확대를 결정하는 가장 중요한 요인이 될 것으로 전망한다.
Industry 4.0에서는 정부 지원 하에 산업계 및 학계 전문가들로 구성된 Working Group 차원에서 Top-down 방식, 그리고 Bottom-up 방식을 잘 조합하여 실제 시장 참여자가 원하는 융합 기술, 그리고 응용 기술의 발굴을 수행하고 여기에 해당하는 기술 개발을 추진하고 있다. 국내에서도 시장 참여자의 적극적인 활동을 통해 이러한 원활한 전략 수립이 이루어진다면 향후 IoT 시장 확장 과정에 기여할 수 있을 것으로 믿는다.