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예측가능한 유지보수가 4차산업 혁명에 필수적인 이유

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작성자 천여경 작성일19-02-12 07:14 조회0회 댓글0건

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모니터링 시스템은 상태 모니터링 센서, 데이터 프로세싱과 전송을 처리하는 게이트웨이와 모듈, 그리고 데이터 저장과 데이터 분석을 처리하는 보안 클라우드 서버를 포함하여 하드웨어 및 소프트웨어 구성요소를 필요로 한다.

비용, 안전, 가용성 및 신뢰성은 업계의 주요 업체들이 예측가능한 유지보수에 투자하는 주된 이유이다. 예측가능한 유지보수는 공장에서 진동, 온도, 압력, 전류와 같은 주요 파라미터를 측정해 가동 중인 장비 상태를 모니터링할 수 있게 한다. 이러한 모니터링은 고속 신호 체인과 강력한 프로세싱, 유선 또는 무선 커넥티비티를 갖춘 연결된 스마트 센서를 필요로 한다.

최근 추세는 원격지 지원이 가능하고 별도의 배선 비용이 들지 않는 무선 커텍티비티 방향으로 나아가고 있다. 무선 커텍티비티는 기존 장비를 교체하지 않고도 스마트한 장치로 바꾸어주므로, 사용자는 실제 필요에 따라 유지보수를 계획하고 생산성과 효율을 증대시킬 수 있다. 이것이 인더스트리 4.0의 궁극적인 목표이다.

왜 예측가능한 유지보수인가?

미국 국가대응센터(National Response Center)에 따르면 문제가 발생한 다음 복구할 경우 문제가 발생하기 전 대응한 경우보다 약 50% 더 높은 비용이 발생하는 것으로 나타났다.

또한 공장 환경에서 모터와 같은 장치가 예측할 수 없이 고장 나는 경우, 모터 작업자가 다칠 수 있으며, 이에 따라 시간 손실이 발생하고 벌금 또는 감사를 받을 수 있다.

마지막으로 사용할 수 없는 장치는 생산 속도 저하 또는 심지어 가동 중단으로 이어질 수 있으며, 이로 인해 수백 만 달러의 손실이 발생하거나, 일부 경우 고객을 잃게 될 수 있다.

비용, 안전, 가용성 및 신뢰성은 인더스트리 4.0에서 예측가능한 유지보수가 필수적인 주요 이유이다. 인더스트리 4.0의 목표는 공장을 더 생산적이고 효율적이면서 유연하게 만드는 것이다. 예측가능한 유지보수를 위한 핵심적인 해결책은 상태 모니터링이다.

상태 모니터링을 통해 장치의 상태를 모니터링하고 고장을 예측해 공장 작업자는 고장이 발생하기 전에 해당 부품을 교체하거나 수리할 수 있다. 이러한 사전 예방적인 접근방식은 가동 중단을 방지하고 평균고장간격(MTBF)을 향상시켜 생산 공정을 개선하고 보다 효율적으로 만든다. 그림 1에서 생산 셀의 예를 볼 수 있다.

그림. 1: 생산 셀의 예
예측가능한 유지보수란 무엇인가?

효과적인 모니터링 시스템을 개발하기 위해서는 하드웨어 및 소프트웨어 구성요소가 모두 필요하며, 여기에는 상태 모니터링 센서, 데이터 프로세싱과 전송을 처리하는 게이트웨이와 모듈, 그리고 소프트웨어 구성요소로서 동작하고 데이터 저장과 데이터 분석을 처리하는 보안 클라우드 서버가 포함된다.

센서는 전체 시스템에서 첫 번째로 가장 중요한 구성요소이다. 진동, 온도, 압력, 전류는 장비의 상태를 나타낼 수 있는 일부 파라미터일 뿐이다. 데이터가 처리될 때 기계 상태를 결정할 수 있는 신뢰할 수 있는 데이터를 얻으려면 상태 모니터링 센서로 높은 분해능의 고속 변환 특성을 갖춘 저전력, 소형 풋프린트 솔루션이 요구된다.

프로세싱 부분은 잠재적 장치 고장을 예측하기 위해 효율적이고 확장 가능한 고속 푸리에 변환(FFT) 계산을 필요로 할 수 있으며, 이는 센서 레벨에서 발생하거나 게이트웨이, 모듈 또는 클라우드로 보내 처리할 수 있다. 이때 염두에 두어야 할 점은 현장에서 직접 수행하는 에지 프로세싱은 프로세싱 기능의 일부를 제어 또는 운영자 레벨(“코어”)에서 필드 레벨(“에지”)로 옮김으로써 시스템 전력을 절약하고 네트워크 대역폭을 낮출 수 있다는 것이다.

센서로부터 데이터는 기존 네트워크를 활용하여 와이어에서 4–20mA, HART(Highway Addressable Remote Transducer), IO-Link, 산업용 인터넷 같은 표준 인터페이스를 통하거나 또는 압전 측정 원리를 기반으로 하는 가속도계를 위한 IEPE(Integrated Electronics Piezo-Electric)와 같은 다른 인터페이스를 사용하여 게이트웨이나 모듈로 전송된다.

상태 모니터링 게이트웨이는 여러 유선 또는 무선 센서 노드 간의 데이터 통신을 중앙 상태 모니터링 시스템에 전달할 수 있게 하며, 상태 모니터링 모듈은 게이트웨이와 같은 기능에 프로세싱 기능을 추가로 갖고 있다.

무선 메시 네트워크(무선 HART), 무선 포인트-투-포인트 네트워크(IO-Link 무선) 또는 스타 네트워크(sub-1GHz 등)와 같은 무선 네트워크는 장치가 원격지에 있거나 기존의 유선 네트워크를 사용할 수 없거나 사용하기 불편한 경우 데이터를 전송하는 가장 좋은 방법이 될 수 있다.

메시 네트워크는 무선 시스템에서 메시지를 다른 무선 시스템으로 전달할 수 있게 하므로 시스템을 보다 신뢰할 수 있게 만든다. 예를 들어 한 노드가 메시지를 다른 노드에 직접 전송할 수 없는 경우, 메시 네트워크는 하나 이상의 중간 노드를 통해 메시지를 전달할 수 있다.

와이파이나 블루투스와 같은 다른 프로토콜을 구성을 위해 사용할 수 있으며, 이를 통해 작업자는 표준 터치 패널 대신 무선으로 장치와 상호작용할 수 있다.

게이트웨이에서 데이터는 상태 모니터링 모듈이나 공장 제어 시스템 데이터 모니터 또는 보안 클라우드 서버로 전송된다. 이는 마지막 체인 링크로, 여기에서 모니터링된 데이터에 기초해 장비의 유지보수가 필요한지 결정이 내려진다. 그러나 시스템 신뢰성을 확보하려면 딥러닝 알고리즘을 사용하여 이러한 데이터를 정확하게 해석하고 전달할 수 있는 능력이 필수적이다. 실제로 딥러닝을 사용한 상태 모니터링 솔루션은 사람의 실수를 줄이고 예측가능한 유지보수 솔루션을 더 스마트하고 더 효과적으로 만들어준다.

예측가능한 유지보수는 어떻게 구현하는가?

TI는 자체적인 공장의 한 곳에서 여러 진공 펌프에 TI에서 개발한 센서 노드, 레퍼런스 디자인을 설치해 예측가능한 유지보수를 구현했다. 센서 노드는 펌프에서 온도, 모터 전류, 질소 유량, 물 유량과 같은 데이터를 측정하고 수집하여 게이트웨이를 통해 인터넷에 전송한다(그림 2 참조).

TI는 인터넷을 통해 데이터에 쉽게 접근해 지속적인 모니터링과 분석을 수행하고 펌프 작업자에게 동작 상태에 대한 직관적 정보를 제공할 수 있다. 일례로 일상적인 유지보수 스케줄과 독립적으로 작업자는 시스템 셧다운을 초래할 수 있는 결함이 있는 장치를 발견해 피해가 발생하기 전에 이를 교체할 수 있었다.

그림 2. 예측가능한 유지보수를 위한 무선 메시 네트워크의 예
이와 같은 실제 사례에서 TI는 가동 중인 장치의 상태를 모니터링해 예측가능한 유지보수를 구현하는 스마트 공장으로 자체적인 공장을 업그레이드할 수 있었다.

실제로 예측가능한 유지보수는 4차 산업혁명을 이끄는 핵심 요소의 하나로서 공장의 효율과 생산성을 증대시키고 예기치 않은 다운타임을 줄이면서 신뢰성을 높이고 유지보수 비용을 절감시켜 준다.

4차산업 현장에 사용되는 기기는 바로 이러한 공정마다 예측이 가능하도록 개발되어야 한다. 전자신문 allshowTV는 오는 3월 5일 오후 2시부터 3시 20분까지 '4차산업용 기기 개발에 딱 맞는 고성능 저비용 고정밀 데이터 컨버터와 증폭기 120% 활용기'를 통해 시스템 정확도를 높이고 비용을 줄일 수 있는 방법을 소개한다. 이 웨비나를 통해 요즘 뜨는 4차산업용 기기 개발에 도전하고 싶은 개발자들에게 실질적인 정보를 얻을 수 있을 것이다. 웨비나 신청 및 자세한 내용은 전자신문 allshowTV 웨비나 홈페이지에서 확인할 수 있다.

지오반니 캠퍼넬라(Giovanni Campanella) 텍사스 인스트루먼트 공장자동화 시스템 엔지니어
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'보이콧' 당권주자 일일이 찾아가 양해 구해
'전당대회 파행만은 안 된다' 무거운 책임감


오세훈 자유한국당 미래비전위원장(사진)이 2·27 전당대회 당권 경쟁에 대승적 차원에서 복귀한다. 오 위원장은 11일 함께 '전당대회 보이콧'을 했던 동료 당권주자들을 일일이 직접 찾아가 복귀에 대한 고민을 밝힌 것으로 전해졌다. ⓒ데일리안 홍금표 기자
오세훈 자유한국당 미래비전위원장이 2·27 전당대회 당권 경쟁에 복귀한다. 오 위원장의 복귀 결단으로 한국당 전당대회는 최악의 파국을 피하게 됐다.

오세훈 위원장은 11일 오후 함께 '전당대회 보이콧' 입장을 취했던 동료 당권주자들을 일일이 직접 찾아가 복귀에 대한 고민을 밝히고 정중한 양해와 함께 의견을 구한 것으로 알려졌다.

이날 오 위원장을 만난 한국당 당권주자는 "(당권 경쟁에 다시) 들어갈 뜻을 굳힌 것 같더라"며 "'보이콧'이 깨졌기 때문에 나도 주변의 의견을 들으며 고민하는 중"이라고 전했다.

당사자와 관계자들의 설명을 종합하면, 오 위원장은 중앙당 선거관리위원회 등의 이해할 수 없는 행태에 대한 불만은 여전하지만, 전당대회 파행은 호기를 맞이했던 한국당의 추락으로 직결되는 만큼 깊은 무게감을 느끼고 있다고 토로한 것으로 전해졌다.

또, 최근 당 일각의 5·18 광주 민주화운동 관련 돌출 발언 사태 등으로 당이 요동치는 모습을 지켜보면서, 누군가는 전당대회에 나아가 합리적이고 상식적인 개혁보수·중도보수의 목소리를 대변해야 한다는 의무감을 갖게 된 것으로 알려졌다.

앞서 홍준표 전 대표는 이날 오전 "끝까지 함께 하지 못해 유감"이라며 전당대회 불출마를 먼저 공식화했다. 이러한 상황에서 오 위원장마저 불출마 입장을 확정할 경우, 전당대회의 파행은 불가피했다.

하지만 오 위원장의 '대승적 결단'으로 전당대회를 정상적으로 치러낼 수 있게 됐다는 점에서, 무상급식 관련 주민투표의 개함(開函) 실패로 서울시장에서 사퇴하면서 당에 부담을 끼쳤던 과거의 이미지를 어느 정도 씻어내는 효과를 기대할 수 있게 됐다.

황교안 전 국무총리는 이날 부산 자갈치시장을 방문한 자리에서 "모두가 함께 하는 전당대회가 되길 바랐는데 안타깝다"면서도 "(전당대회 일정과 관련해서는) 당의 방침을 따르겠다"고, 예정대로 12일 후보에 등록할 의사를 재확인했다.

제주를 찾아 원희룡 지사를 예방하는 등 선거 운동을 이어간 김진태 의원도 이날 데일리안과 통화에서 "내일(12일) 대리인이 후보등록을 할 것"이라며, 정상적인 후보등록을 거쳐 당권 경쟁을 이어갈 뜻을 내비쳤다.

이에 따라 오 위원장의 당권 경쟁 복귀로 3~4명의 당대표 후보가 최종적으로 맞대결을 벌일 것으로 전망된다. 이 경우, 컷오프 없이 진행된다.

5·18 돌출 발언 사태도 의무감 계기된 듯
주호영 복귀 숙고…컷오프 없이 3~4자 대결


오세훈 미래비전위원장의 2·27 자유한국당 전당대회 복귀로, 당권 경쟁은 김진태 의원, 오세훈 위원장, 황교안 전 국무총리 간의 3자 대결이나, 여기에 주호영 의원이 포함된 4자 대결 구도로 치러질 것으로 전망된다. ⓒ데일리안
홍 전 대표의 불출마에 따라 주호영 의원이 마지막까지 고심을 이어가고 있는 것으로 알려졌다. 주 의원은 홍 전 대표와 사법시험·사법연수원 동기로 정치입문 이전부터 막역한 관계다. 정치권에 들어온 뒤에도 홍 전 대표가 원내대표를 할 때, 주 의원이 원내수석부대표를 맡는 등 깊은 인연을 이어갔다.

주 의원은 이날 통화에서 "주변의 의견을 두루 들으면서 고민하고 있다"며, 막판까지 출마 여부를 신중히 저울질할 뜻을 나타냈다.

오 위원장이 보이콧을 접고 당권 경쟁에 복귀하는 명분을 '위기의 당을 구하기 위함'에서 찾고 있는 만큼, 그 과정에서는 깨끗하게 아무런 조건 없는 복귀를 천명할 것으로 관측된다.

다만 그간 물밑에서 복귀를 설득해온 비상대책위원회에서는, 오 위원장의 결단을 평가하는 측면에서 상응하는 조치를 취할 것으로 점쳐진다.

그간의 관례와 달리 당권주자 간의 '룰 미팅'이 부재했으며, 유연하지 못한 자세로 다소 독단적으로 회의를 주재하는 등 박관용 중앙당 선관위원장의 위원회 운영을 놓고서는 잡음이 있었다.

당권주자 일부가 중앙당 선관위를 이미 황 전 총리 측에 '기울어진 운동장'에 가까운 것으로 의구심을 품고 있는 상황에서, 이달 27일까지 '박관용 선관위 체제'를 계속해서 유지하는 것은 비대위나 후보에게나 부담이 된다는 분석이다.

한국당 당권주자 측의 핵심 관계자는 "비대위 핵심 인사도 선관위원장 '해촉'을 거론했으나, 전원책 조강위원 때와는 달리 (박관용 위원장이) 당의 큰 어른이라는 점에서 부담을 느끼는 것 같다"며 "박 위원장이 스스로 명예롭게 용퇴하는 형식으로 물러날 가능성이 있다"고 점쳤다.

데일리안 정도원 기자 (united97@dailian.co.kr)

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