자동차 산업을 둘러싼 환경은 최근 몇 년간 격변의 시기를 겪고 있으며 ‘100년에 한 번의 변혁기’라고도 불린다. 앞으로 전동화가 추진됨에 따라 내연기관 부품 생산은 계속 감소해 갈 것이며, 가까운 미래에 부품 보급이 이루어지지 않을 것으로 생각되기도 한다. 한편, IT 기술의 발전에 따라 제조업의 스마트 매뉴팩처링은 나날이 진행되고 있으며, 적층 제조(AM)의 활용은 그 좋은 예라고 할 수 있다. 이 글에서는 AM을 적용한 금형 없는 부품 제조의 한 예를 소개한다. 배경 1. 시작 탄생은 1769년, 프랑스의 군사 기술자였던 Nicolas-Joseph Cugnot씨가 발명한 증기로 움직이는 삼륜차가 세계 최초의 자동차라고 알려져 있다. 1886년에는 현대에서도 주류가 되는 가솔린 엔진을 삼륜 마차에 탑재한 자동차가 독일의 Gottlieb Wilhelm Daimler씨와 Karl Friedrich Benz씨에 의해 개발됐다. 이로 인해 기존에는 말 등이 담당하던 이동에 필요한 동력원의 역할은 서서히 내연기관으로 대체됐다. 당시의 자동차는 한 대씩 수작업으로 제작되고 있었는데, 1908년 미국의 Henry Ford씨가 저렴한 T형 포드를 발표하고 1913년에는
철강 플랜트는 여러 종류의 많은 기계 및 전기 설비와 계측·제어 시스템으로 구성되어 있으며, 원료에서 제품까지 다양한 공정이 연속적으로 이루어지는 대표적인 대규모 플랜트이다. 이 글에서는 철강 플랜트, 구체적으로는 열간 압연 라인·냉간 압연 라인 등의 압연 라인을 대상으로 스마트 매뉴팩처링에 기여하는 플랜트의 감시·진단 시스템과 적용 사례를 소개한다. 먼저, 철강 압연 라인에서 스마트 매뉴팩처링을 실현하는 시스템 개념을 설명한다. 다음으로 그곳에 배치되는 감시·진단 기능의 요건을 정의하고, 마지막으로 이러한 개념과 시스템 구성 위에 구현되는 감시·진단의 사례를 소개한다. 데이터 이활용 시스템 스마트 매뉴팩처링은 디지털 기술을 매개로 한 데이터를 활용해 제조의 전체 프로세스에서 다양한 의사 결정과 제어를 가속화하는 대응이다. 철강 플랜트는 오랜 발전 과정에서 생산 계획에서부터 제조 라인까지의 시스템 구성, 기능 배치 및 데이터․정보의 흐름이 최적화되어 왔다. 특히 철강 압연 라인은 일찍부터 감시 제어의 디지털화가 진행되어 정상 시의 제조 프로세스는 거의 자동화되어 있다. 이처럼 고도 자동화를 실현하고 있는 시스템 체계에서 스마트 매뉴팩처링을 추진하기 위해서는
이번 호에서는 5G를 통한 EtherNet/IP와 CIP 세이프티 통신에 대한 평가 내용을 3회에 걸쳐 연재하고자 한다. 5G는 초고속 데이터 전송, 초저지연(Ultra-Low Latency) 통신, 초연결성(Massive Connectivity)을 구현하며, 5G 네트워크는 실시간 데이터 전송과 대규모 연결이 필요한 분야에서 핵심 기술로 활용되고 있다. 이러한 5G 기술이 EtherNet/IP 및 CIP 세이프티 통신에 적용될 때 어떤 가능성과 성능이 전개되는지를 다음과 같이 평가해보고자 한다. 개요 공장 내 산업 네트워크에 5G 무선화를 적용하는 방안이 검토되고 있다. 공장 내 다양한 사용 사례에 대한 통신 성능 요구 사항은 파악되었으나, 실제 공장 환경에서 5G 무선 전송을 통해 달성된 통신 성능에 대한 구체적인 평가는 아직 제한적인 상황이다. 또한 로봇 셀에 대해 5G를 통해 CIP 세이프티(CIP-Safety)를 전송하고, 24시간 동안 안전 반응 시간 및 안정성을 평가함으로써 구체적인 사용 사례를 제시하고자 한다. 이러한 평가를 통해 5G 기반 공장 자동화 환경에서 기대할 수 있는 통신 성능을 명확히 할 수 있을 것이다 소개 공장 내 무선 기술은
테스트 환경 구축 일반적인 EtherNet/IP 기반 모션 제어 드라이버 사용 사례를 재현하기 위한 테스트 환경의 고수준 아키텍처가 그림 1에 나타나 있다. EtherNet/IP와 프라이빗 5G 네트워크의 통합을 평가하기 위한 테스트 환경에는 EtherNet/IP 슬레이브 스택을 포함한 STM32 평가 보드와 연결된 I/O 장치가 포함되었다. 이 실험의 목표는 I/O 장치를 EtherNet/IP 마스터를 갖춘 PC 기반 호스트 시스템과 연결하는 것이었다. 이 두 시스템 간의 물리적 계층은 5G 모뎀을 통합하여 구현되었다. 이 시스템에서는 SPI(직렬 주변기기 인터페이스) 통신이 사용되었다. 해당 설정을 반영하는 OSI 아키텍처는 아래에 제시되었으며, 애플리케이션 및 세션 제어는 STM32 보드가 담당하고, 전송 계층에서는 SPI를 통한 UDP 프로토콜이 활용되었으며, 네트워크 및 물리 계층에서는 5G 모뎀이 사용되었다. 이 설정이 이더넷 표준을 준수하는지 확인하기 위해 OSI 계층과의 매핑이 그림 2에 나타나 있다. 두 하드웨어 간의 SPI 통신 설정은 다음과 같다. · 클럭 속도 : 1MHz · 모드 : 풀 듀플렉스(Full Duplex) 미래의 연결된 공
미국 라스베가스에서 매년 열리는 세계 최대 규모의 최신 테크놀로지 전시회 CES에서 각 기업이 발표한 스마트 제조에 관한 내용을 소개한다. 각 기업이 스마트 제조에서 중요한 요소로 제시하는 내용을 살펴보고, 과거 CES 강연에서 어필한 포인트의 변화를 확인한다. 또한 필자는 일본 내각부의 ‘우리나라가 전략적으로 육성해야 할 안전·안심의 확보에 관한 중요 기술 등의 검토 업무(싱크탱크 기능의 시행 사업)’에 참여한 경험을 바탕으로 CES의 배경에 있는 미국의 과학 기술 정책의 변천을 확인하고, 미국이 현재 인식하고 있는 과제와 앞으로 창출하고자 하는 신산업 분야를 소개한다. 마지막으로 신산업 분야에서 일본이 취해야 할 전략에 대한 시사점으로서, 일본의 연구 기관이 제안하는 미래의 스마트 제조에 대한 과제와 대응책을 소개한다. CES의 개요 CES는 매년 미국 라스베가스에서 열리는 세계 최대 규모의 최신 테크놀로지 전시회이다. 2024년의 참가 인원은 138,789명으로, 그중 약 40%가 해외에서 왔으며 161개의 국가·지역에서 참가했다. 필자는 2017년부터 참가하고 있으며, 이번으로 8회째가 되기 때문에 계속적인 시점에서 CES의 내용을 전하고자 한다. C
건설업에서는 고령화에 따른 숙련 작업자의 감소, 타 업종에 비해 낮은 생산성, 높은 노동 재해 발생률이 문제로 지적되고 있다. 인력 절감, 생산성 및 안전성 향상의 문제를 근본적으로 해결하기 위해 차세대 건설 생산 시스템이 요구되고 있으며, 현재 진동롤러, 불도저 및 덤프트럭 등과 같은 건설기계의 자동화가 이루어지고 있다. 또한 건설 분야의 메이커뿐만 아니라 AI, 기계학습 및 VR 등과 같은 새로운 기술을 보유한 회사들이 참여해 다양한 원격화(무인화) 및 자동화 기술의 개발이 진행되고 있다. 우리는 2009년부터 건설기계의 자동화 기술을 핵심으로 한 차세대 건설 생산 시스템(A4CSEL®; 쿼드 액셀)의 연구 개발을 진행하고 있다. 해당 시스템의 특징은 시공 상황에 따라 작업 계획을 사람이 담당하고, 시공 중에 정형화된 작업을 자동화 건설기계로 자동 시공하는 것이다(그림 1). 이 시스템에 의해 소수의 작업 감독자가 여러 대의 건설기계를 관리함으로써 건설 시공의 안전성 및 생산성 향상이 기대된다. 더욱이 자동화가 진전된 시공 시스템을 창출하기 위해서는 연구 개발의 과제를 명확히 하고, 과제를 해결하는 기술을 개발해 자동화 시공 시스템의 설계론을 확립할 필요
기후변화 대응과 에너지 효율 향상은 글로벌 산업계의 주요 과제가 되고 있다. 특히 전력 피크 부하 관리 및 전력망 안정화를 위한 DR(Demand Response, 수요반응) 대응은 기업이 에너지 비용을 절감하고 탄소 배출을 줄이는 데 중요한 역할을 한다. 그러나 기존 DR 대응 방식은 사전 설정된 기준에 따라 수동으로 이루어지는 경우가 많아 실시간 최적화가 어렵다. 이에 따라 FEMS(Factory Energy Management System, 공장 에너지 관리 시스템)를 활용한 DR 대응 솔루션이 필수적으로 요구되고 있다. 국내 전기요금 체계는 최대수요전력에 대한 페널티를 기본요금에 반영하여 공급자의 안정성을 관리하는 방식이다. 최대수요전력은 15분 단위로 측정된 전력 사용량을 4배로 환산한 값으로, 이 값이 기본요금 산정의 기준이 된다. 또한, 최대수요전력이 동계(12월, 1월, 2월)나 하계(7월, 8월, 9월) 기간 중 최고치를 기록하면, 해당 값이 향후 1년 동안 요금 적용 전력으로 반영된다. 만약 전력량계를 설치하지 않았다면, 최대수요전력과 관계없이 계약전력을 기준으로 기본요금이 산정된다. 따라서 최대수요전력은 기업의 전력 비용에 장기적인 영향을
견고한 통신 프로토콜과 인터페이스는 산업용 모터 제어 애플리케이션에서 중요한 역할을 한다. 여러 프로세서 요소가 복잡한 작업을 수행하기 위해 지속적으로 통신해야 하는 상황에서, CANopen®은 손쉬운 통합 등 다양한 장점으로 인해 산업용 드라이브 애플리케이션 엔지니어들 사이에서 인기 있는 기술로 자리 잡았다. 이는 우수한 구성 가능성을 제공하며, 효율적이고 안정적인 실시간 데이터 교환을 가능하게 한다. 이 글에서는 CANopen을 저전력 모터 제어 애플리케이션 관점에서 깊이 있게 다룬다. CAN의 배경 정보 로버트 보쉬(Robert Bosch GmbH)에서 1983년에 개발된 제어 장치 영역 네트워크인 CAN(Controller Area Network)은 매우 견고한 통신 프로토콜과 인터페이스를 제공한다. 이 네트워크는 RS232와 같이 여러 컨트롤러 간 실시간 통신이 원활하지 않았던 기존 직렬 통신 네트워크의 한계를 극복하기 위해 설계됐다. 자동차 업계에서는 여러 센서가 연속적이면서도 동시에 데이터를 전송해야 하는 요구가 있었기 때문에 CAN을 처음 채택했다. CAN은 여러 노드가 짧은 메시지를 사용해 서로 통신할 수 있게 하므로 자동차 애플리케이션에 매
이 글은 ‘스마트 매뉴팩처링(이하 SM)’의 총론으로, 제4차 산업혁명, DX, Society5.0에 대한 대응으로서 SM에 대해 일본 국내외 동향을 설명하고, 일본의 대응, 즉 국가나 기업, 개인으로서 대응에 대해 RRI(로봇 혁명·산업 IoT 이니셔티브 협의회)에서 경험한 것을 바탕으로 개인적인 의견을 제시하고자 한다. 사물을 바라보는 관점은 여러 가지가 존재한다. 관점, 지식, 경험에 따라 인식이 달라진다. 따라서 하나의 관점을 제시하는데, 각자가 그것을 어떻게 받아들이는지는 고민해 주기를 바란다. 제4차 산업혁명, DX, Society5.0에 대한 대응, 즉 산업혁명으로서 기술에 의해 산업 사회 시스템이 크게 변혁을 일으키고 구조가 변하는 것을 수동이 아니라 능동적으로 변화시키려는 하나의 흐름으로 이해하고, 그러한 외면에서 SM을 파악해 본다. 여러분이 생각하는 계기가 되기를 바란다. 이 글에서는 먼저 SM을 다각적으로 바라본다. 그 후에 국제 동향으로서, 특히 독일이나 유럽의 동향에서 그들의 개념 형성에 대한 접근을 정리한다. 여기서 SM과의 관계를 생각해 본다. 그 후에 현재 일본의 동향을 개관하고, 앞으로 어떤 대응이 필요한지를 정리한다. 그 과
2015년, Google DeepMind의 AlphaGo가 인간 프로 바둑 기사에게 핸디캡 없이 이긴 전후로 AI 기술은 다양한 분야에 많이 적용되게 됐으며, 그 결과 현재 많은 성과가 보고되고 있다. 또한 최근에는 디지털 트랜스포메이션(Digital Transformation, 이후 DX라고 한다)의 필요성이 높아짐에 따라 DX를 실현하기 위한 핵심 기술 중 하나로 AI 기술이 항상 주목받고 있으며, 진화를 계속하고 있다. 최근에는 2022년 말경부터 시작된 ChatGPT로 대표되는 생성형 AI의 출현에 의한 진화가 기억에 새롭다. 이러한 흐름 속에서 플랜트 분야에서도 AI 기술의 적용이 진행되고 있다. AI 기술의 플랜트 분야에 대한 적용은 플랜트 유지보수 분야에서 시작됐다. 설비의 이상 전조 검지를 AI 기술로 하는 것이다. 이것에는 많은 플랜트 사업자가 도전하고 있으며, 많은 성과를 내고 있다. 이 분야에서는 요꼬가와전기(横河電機) 주식회사 그룹(이하 당사라고 한다)도 많은 실적을 보유하고 있다. 그러나 플랜트 제어 분야에 AI 기술을 적용한 사례는 플랜트 유지보수 분야에 비해 상당히 적은 상태이다. 특히 강화학습을 사용한 사례나 AI가 직접 제어한
이더넷/IP와 5G 네트워크의 시너지 통합 1. 계층에 따른 통합 아키텍처 매핑 정확한 타이밍과 동기화는 네트워크의 결정론적 속성을 보장하는 핵심 요소이다. EtherNet/IP는 오랜 기간 검증된 안정적인 성능 덕분에 산업용 애플리케이션에서 결정론적 통신을 제공할 수 있다. 5G 네트워크를 EtherNet/IP의 기반으로 통합함으로써 예측 가능하고 일관된 성능을 보장하는 결정론적 네트워크를 구축할 수 있다. EtherNet/IP는 일반적으로 명시적(Explicit) 및 암시적(Implicit) 두 가지 방식의 통신을 지원한다. (1) 명시적 통신(Explicit Communication) 이 방식에서는 각 장치 간의 통신이 개별적인 ‘질의-응답’ 쌍으로 이루어진다. 즉, 한 장치가 정보를 요청하면, 수신 장치는 이를 해석하여 해당 요청에 대한 응답을 반환한다. 일반적으로 유지보수를 위한 데이터 진단 등과 같이 긴급하지 않은 메시지 교환에 사용된다. 이 글에서는 명시적 통신과 관련된 사용 사례를 탐구한다. (2) 암시적 통신(Implicit Communication) 이 방식은 실시간성이 중요한 고속·저지연 애플리케이션을 위해 설계된 통신 방식이다. 주로 컨
최근 일본은 급속한 고령화에 직면해 있으며, 65세 이상의 인구 비율이 계속 증가하고 있다. 이러한 현상은 사회 전체에 지대한 영향을 미치고, 특히 재택 고령자의 자립 지원이나 사회적 고립은 절실한 과제가 되고 있다. 재택에서 생활하는 고령자가 안심하고 건강한 생활을 영위하기 위해서는 새로운 모니터링과 커뮤니케이션 지원 기기의 도입이 급선무라고 여겨진다. ICT(Information and Communication Technology)는 그 기술 혁신과 보급에 의해 의료·개호 분야에서도 큰 역할을 하고 있다. 특히 센서 기술이나 영상 통화 시스템 등의 ICT를 활용한 지원은 고령자의 안전 확보나 삶의 질 향상에 기여할 가능성이 높다. 이러한 기술은 고령자의 건강 상태나 일상생활 모습을 원격으로 모니터링하고, 이상이 있으면 신속하게 대응할 수 있게 한다. 이 글에서는 ICT를 활용한 재택 고령자의 모니터링 및 커뮤니케이션 지원에 관한 현황과 과제에 대해 검토하고, 현장의 활용 사례를 통해 그 유효성을 찾아본다. 또한 이러한 기술이 고령자와 그 가족, 개호자에게 미치는 영향이나 미래적인 가능성에 대해서도 고찰한다. ICT를 활용한 지원의 실천은 고령사회의 새로운
서론 1. 저출산 고령의 시대 저출산 고령의 시대를 맞이한 일본은 2014년에 ‘국민의 건강 수명이 연장되는 사회’를 제창하고, 2025년 완성을 목표로 ‘고령자의 개호 예방’, ‘현역 세대에서부터 건강 조성 대책’, ‘의료 자원의 유효 활용을 위한 대처’에 관한 시책을 추진해 왔다. 또한 같은 시기의 여러 나라에서도 사람들의 심신 기능, 영양 상태, 사회 참여를 개선함으로써 건강 수명을 연장시키려는 노력이 폭넓게 이루어져 왔다. 일본 내각부의 평균 수명과 건강 수명의 추이에 관한 통계에 의하면 2016년과 2019년의 비교에서는 평균 수명과 건강 수명이 남녀 모두 연장되고, 동시에 이들의 차이는 남녀 모두에서 감소하고 있기 때문에 건강 수명의 연장에 관한 지금까지의 시책에는 일정한 효과가 있었다고 생각된다. 한편, 최근 10년 동안 ‘자기긍정감’이나 ‘자기효력감’ 등의 개념이 사회적으로 주목받아 건강하게 살아가기 위한 의욕을 유지하는 방법론에 대해 논의되어 왔는데, 생활자의 자기긍정감이나 자기효력감을 효과적으로 높이는 기술은 확립되어 있지 않다. 당사자의 건강 상태에 대한 의식이나 인지가 높아지고, 건강에 이르는 행동이나 의욕이 자연스럽게 생겨나는 방법은
설계는 모든 가치의 시작을 알리는 중요한 과정이다. 다양한 분야 중 특히 제조업에서 강조되는 공정이다. 1월 초 개막한 ‘제58회 국제전자제품박람회(CES 2025)’ 현장에도 다양한 제조 설계 솔루션이 등장해 다음 세대의 혁신을 예고했다. 이러한 설계 기술은 오래전에는 수작업으로 진행됐으나, 컴퓨팅 기술의 발전으로 컴퓨터지원설계(CAD), 컴퓨터 지원제조(CAM), 컴퓨터응용해석(CAE) 등 다양한 기법이 등장했다. 이를 기반으로 현재는 고도화된 설계 솔루션이 시장을 형성하고 있다. 특히 ‘설계의 시작점’으로 알려진 CAD는 2D 도면 및 3D모델링 데이터를 다루는 기술로, 컴퓨터 소프트웨어를 통해 대상물을 설계·엔지니어링하는 방법론이다. CAD 시장이 점차 거대화됨에 따라 프로세스의 직관성과 간소화, 설계 품질 향상 등의 과제에 직면했다. 또한 ‘제품 출시 기간 단축’이라는 요구사항도 충족해야 하는 상황이다. 설계·모델링 역사의 ‘산증인’ 솔리드웍스…CAD 대표 모델로 자리매김 프랑스의 버추얼 트윈 기술 업체인 다쏘시스템은 ‘3D익스피리언스(3DEXPERIENCE)’ 플랫폼을 선보이고 있다. 이 플랫폼에는 12가지 산업 분야에서 활용 가능한 다양한 기술
모터의 고장이나 이상으로 인한 모터 효율 저하는 장기간 지속될 수 있고 이는 상당한 경제적 손실로 이어질 수 있기 때문에 점점 더 많은 기업들이 이 부분에 주목하고 있다. 이 글에서는 일반적인 모터 고장이 모터의 작동 효율에 미치는 영향과, 예측 진단 유지관리 솔루션인 아나로그디바이스(Analog Devices Inc., ADI)의 OtoSense™ 스마트 모터 센서(SMS)가 모터의 작동 효율을 얼마나 높일 수 있는지에 대해 살펴본다. 이와 함께 OtoSense™ SMS 애플리케이션이 이산화탄소 배출과 전기 에너지 비용을 얼마나 줄일 수 있는지를 보여주는 두 가지 사례도 소개한다. 인더스트리4.0은 기술, 로보틱스, 인공 지능(AI), 자동화를 결합함으로써 보다 효율적이고 효과적인 제조 공정을 구현하는 4차 산업혁명이라고 평가된다. 산업 분야는 전 세계 에너지 사용량의 37%를 차지하는데, 이 가운데 70%의 에너지가 모터에 의해 소비된다. 따라서 모터를 최대 효율로 작동시킬 수 있다면 전 세계 전력 소모의 10%를 줄일 수 있을 것이다. 달리 말해, 이는 상태 기반 모니터링(condition-based monitoring, CbM)과 예방 정비(predi
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