4차 산업혁명 시대의 Next-Gen HMI (월간계장기술 2016년 5월호 기고문)

4차 산업혁명과 인텔리전트 머신

<그림1> 산업혁명의 흐름 *출처: Wikipedia

올해 스위스에서 개최된 ‘다보스포럼’의 주제는 “4차 산업혁명의 이해 (Mastering the Fourth Industrial Revolution)” 였다. 바야흐로 4차 산업혁명이 전 세계 리더들과 실질적인 논의가 진행되는 시점이 된 것이다. 이는 최근 있었던 비약적인 정보통신 기술의 발전에서 기인한다. 증기기관을 통해 기계 생산 체제를 시작한 1차 산업혁명, 컨베이어 벨트 및 표준화를 통한 2차 산업혁명, 산업용 로봇을 이용한 공장자동화를 통한 3차 산업혁명은 이전과는 다른 차원의 생산성 향상을 가져다 주었다. 앞으로 전개될 4차 산업혁명은 최첨단 정보통신(ICT) 기술들이 생산현장에 도입되게 된다.

더욱 똑똑해진 기계들이 서로 소통하고 외부 비즈니스 환경의 변화에 유기적으로 반응하며, 빅데이터 분석으로 도출한 최적화된 생산프로세스를 실행하여 생산성 및 효율성을 극대화 한다. 이를 위해 인공지능 로봇, 3D 프린터, 나노·바이오 기술 등 다양한 신 제조기술들도 적용된다. 이는 기존의 생산 방식에 큰 혁신을 가져올 뿐 아니라, 새로운 비즈니스 모델도 창출할 수 있게 된다.

<그림2> GE 가스터빈의 디지털트윈(Digital Twin)

일례로 GE(제너럴 일렉트릭)는 가스터빈과 항공기 제트엔진에 부착한 센서에서 수집되는 빅데이터를 분석하여 예측정비서비스, 원료효율 최적 제안과 새로운 비즈니스를 고객에게 제공하고 있다. 또한 GE의 풍력발전 터빈은 센서로 감지되는 풍향 및 풍속 데이터를 분석한 후, 최적의 블레이드 각도를 조정하여 에너지 생산효율을 극대화한다.

이는 주요 기계설비 데이터를 활용하여 가상의 디지털트윈(Digital Twin)을 생성하고, 다양한 시뮬레이션과 분석기법을 활용하여 최적의 조건을 실제 설비에 적용한다. 이외에도 GE는 제조, 운송, 의료, 발전, 유전, 항공 등 다양한 산업 군 설비에 최첨단 정보기술 접목하고 있으며, 4차 산업혁명을 선도하는 세계 최초이자 1위의 디지털 산업기업이 되기 위해 연구개발에 1조원 이상 투자하고 있으며, GE Digital이라는 전담 조직을 신설하여 고객사의 Digital Transformation을 돕고 있다.

산업기계를 연결하는 산업인터넷

4차 산업혁명은 산업용 사물인터넷 기술의 발전과도 큰 연관성이 있다. 조사에 의하면 2020년 까지 약 500억개의 산업설비가 인터넷에 연결될 것으로 예측되고 있다. 사람과 사람 사이의 정보 교류를 원활하게 해주었던 인터넷은 금융, 통신, 상거래, 문화, 물류 등 다양한 분야에 적용되어 이전에는 상상할 수 없었던 정보혁명을 가져왔다. 이제 인텔리젼트 머신들이 이 인터넷 통신망에 접속되어 서로 연결되며, 센서에서 수집된 데이터들은 다양한 빅데이터 분석기법에 적용되어 사람에게 새로운 통찰력과 정보를 제공할 것이다. 인터넷이 제조현장에 까지 광범위하게 적용이 시도된 바는 이제까지 없었다.

<그림3> GE의 융합연구 센터, GE Store

GE는 2011년 미국 실리콘밸리에 위치한 샌라몬에 소프트웨어 전문가 1,400여명 규모의 GE Software 연구센터를 설립하고, 산업설비에 적용하는 산업인터넷 기술을 연구하고 있다. Cisco, IBM, Intel, AT&T와 함께 “산업인터넷 컨서시엄”을 설립하고, 산업인터넷과 관련된 테스트베드 및 표준연구에 현재까지 200여개의 회원사 들과 함께 협력하고 있다. 또한 세계 최초로 산업인터넷을 지원하는 클라우드 플랫폼인 Predix를 개발하고, 올해 2월 상용화 하였다.

산업인터넷 기술에 있어 GE의 강점은 GE Store 라는 융합 연구센터에서 찾을 수 있다. GE는 다른 IT업체와는 다르게 주요 산업설비를 제조하는 사업부와 관련 엔지니어들을 보유하고 있다. GE Store에서는 여러 사업부의 연구진들이 융합 기술을 연구하므로, 기계 역학을 이해하는 엔지니어와 SW전문가가 함께 기술을 연구하고 검증된 최고의 산업인터넷 솔루션을 출시하고 있다.

4차 산업혁명 시대의 Next-Gen HMI

산업기계들의 역할이 중요해지는 4차 산업혁명에는 전통적인 HMI/SCADA 의 변화 또한 강조된다. 기존에는 수집하지 않았던 기계 데이터들도 실제 현장업무에 반영되며, 인텔리젼트 머신들의 다양한 분석결과가 작업자에게 실시간으로 제시된다. 일전에 수동적으로 설비 작동현황을 HMI로 모니터링하고 특정 값에 대한 단순 알람을 받던 작업자에게 실질적인 의사결정에 도움이 되는 양질의 정보가 다양하게 제공된다. 결국 생산설비와 작업자의 능동적인 협업과 활발한 소통이 더욱 강조되는 것이다.

<그림4> 실시간 의사결정을 지원하는 Next-Gen HMI

GE는 4차 산업혁명 시대에 기계와 사람이 더욱 원활하게 협업하고, 의사결정과 현장업무에 도움이 될 수 있는 Next Generation HMI 는 다음과 같은 특징을 가진다.

첫 번째, 수집되는 데이터와 분석정보가 많아질수록 사용자에게는 역할에 따라 차별화된 정보를 직관성 있고 간결하게 제공할 수 있어야 한다. 이는 작업자가 더 신속하게 현장의 문제를 파악하고 조취를 취할 수 있도록 도와준다.

두 번째, 언제 어디서나 쉽고 빠르게 분석 정보를 제공받을 수 있도록 모바일 환경이 지원되어야 한다. 이는 작업자가 데스크탑, 태블릿, 모바일을 통해 언제 어디서나 원활하게 정보를 확인하고 업무에 임할 수 있도록 한다.

세 번째, 문제 해결에 필요한 업무프로세스 매뉴얼들을 HMI와 연동되어 제공해야 한다. 이는 작업자들이 디지털 매뉴얼에 따라 규정된 작업절차에 따라 업무 수행함으로써, 작업자 실수에 의한 사고를 미연에 방지할 수 있도록 한다.

네 번째, 빅데이터 분석을 통한 설비 예측정보를 HMI/SCADA를 통해 제공되어야 한다. 이는 작업자가 예측정보를 기반으로 계획정비를 실시하여, 생산설비에 큰 결함이 발생하기 전 간단한 조취로 자산 및 인명 피해를 예방할 수 있다.

<그림5> GE의 Next Gen HMI 예시

인텔리전트 머신과 사람의 협업이 더욱 강화되는 4차 산업혁명 시대에 HMI/SCADA의 변화는 필수적이다. 기술의 발전과 변화의 궁극적인 방향은 결국 사람에게 도움이 되고 가치를 제공할 수 있어야 한다. 이에 따라 산업설비 데이터 분석과 연동을 통해 얻어지는 이점들을 어떻게 하면 작업자에게 효율적이고 효과적으로 전달할 수 있는가는 4차 산업혁명 시대에 지속적으로 논의되고 개선되는 중요 영역이 될 것이다.