■ 아브히지트 바루아(Abhijit A Barua) | 지멘스 PLM 소프트웨어 인도 파트너 비즈니스 이사

지난 호에서는 산업혁명의 역사적 과정을 살펴 보았다. 이번 호에서는 제조업계의 현황과 어떻게 지멘스가 디지털화를 통해 제조 분야를 혁신하였는지에 대해 살펴보고자 한다.

제조업계는 지속적으로 제품 설계, 생산 계획 및 생산 프로세스를 최적화해 왔다. 일부 프로세스에 소프트웨어 도구를 사용하며, 제품 설계 및 검증에는 CAD와 CAE를 쓴다. 생산 계획 프로세스에서는 소프트웨어 애플리케이션을 이용하여 공장 레이아웃, 스루풋(throughput) 분석, 로봇 시뮬레이션 및 프로그래밍, 품질 분석 등의 업무를 진행한다. MES 소프트웨어 애플리케이션은 생산 프로세스를 보조하는 역할을 담당한다.

PLM 소프트웨어 애플리케이션은 기본 프로세스 스레드(thread)를 지원해왔고, 제품 설계부터 생산에 이르는 공통 디지털 스레드를 구축해 왔다. 예를 들어 BOM(Bill of Materials)을 제품 설계 시에 사용하는 개념적 BOM으로 만들어 제조 공정과 요구사항 기획(Requirements Planning)에 반영할 수 있다. 가상 스레드는 제조 산업의 물리적 스레드와 복제한 듯 똑같은 모습을 형성하도록 개발되었으며, 여러 분야에서 가상 스레드와 물리적 스레드의 융합이 이루어지고 있다.

그러나 두 스레드가 단절된 분야도 여전히 존재한다. 물리적 모델을 구축해 프로토타입을 제작하고 테스트하는 작업이 그 예이다. 이러한 단절이 발생하는 이유는 임베디드 소프트웨어 및 전자제품 사용으로 제품 설계가 복잡해졌기 때문이다. 시장 또한 다양한 소비자층이 원하는 각각 다른 요건을 충족하기 위해 다양한 제품 사양을 갖출 것을 요구하기 때문에 제품의 복잡성은 더 커진다.

따라서 가상 세계와 물리적 세계를 포괄하는 공통 디지털 플랫폼의 필요성이 대두된다. 지멘스 PLM 소프트웨어는 이러한 플랫폼을 디지털 엔터프라이즈 스위트(Digital Enterprise Suite of Software)로 구현했다. 디지털 엔터프라이즈 스위트는 제품 수명주기 관리(PLM) 소프트웨어와 통합 자동화(TIA) 포털의 자동화 기술을 융합하여 탄생시킨 플랫폼이다. PLM과 TIA을 융합하여 제품 설계와 계획부터 생산 엔지니어링, 그리고 실제 생산까지 이어지는 하나의 스레드를 형성할 수 있다.

대량의 데이터는 공통 디지털 플랫폼 전반에 걸쳐 생성된다. 이러한 데이터는 서로 연결된 IoT 기기로부터 나오는데, 사용자는 이를 활용하여 직관적인 피드백 루프를 만들 수 있다. 이 작업을 돕기 위해 지멘스는 오픈형 IoT 운영 체제인 마인드스피어(Mindsphere)를 제공하고 있다. 마인드스피어는 디지털 엔터프라이즈 스위트의 일부로서, 개방형 PaaS(Platform-as-a-Service)를 제공한다.

이렇듯 디지털 엔터프라이즈 스위트는 초기 개념 설계부터 제조 계획, 실행, 서비스까지 고객 전체 가치 사슬에 걸쳐 제품과 생산 공정 모두를 지원하는 총체적 통합 소프트웨어 솔루션이다.

디지털 엔터프라이즈 스위트 애플리케이션을 통해 얻을 수 있는 결과물은 다음과 같은 형태로 나타난다.

■ 제조 프로세스 및 생산 방법

■ 플랜트, 생산 및 조립 라인에 대한 정보를 담고 있는 생산 설비 모델

■ 자동화 시스템(SCADA, PLC, HMI 등)이 생산을 지원하는 방식을 보여주는 생산 설비 자동화 모델

사용자는 디지털 엔터프라이즈 스위트를 통해 스마트 가상 모델인 디지털 트윈을 구축한다. 제품 디지털 트윈은 생산에 필요한 모든 정보를 담고 있다. 지멘스는 독일 암베르그(Amberg)에 자체 스마트 팩토리를 설립해 디지털 트윈 역량을 시연했다.

지멘스 PLM의 디지털 엔터프라이즈 스위트는 전체적으로 3단계에 걸쳐 제조 과정의 디지털화를 진행한다.

아이디어(Ideation) 단계에서는 제품 설계의 개념화가 이뤄진다. 제품의 모든 설계 요소를 포함한 디지털 제품 트윈이 형성된다.

■ 커넥티드 엔터프라이즈

■ 스마트 팩토리 디지털화

■ 사물인터넷(IoT)

■ 빅데이터, 지능형 시스템(Intelligent systems)

■ 적층 제조

■ 증강 현실(AR)

■ 사이버 물리 시스템 (CPS)

■ 로봇 및 자동화

이러한 디지털 제품 트윈은 완전한 가상 제품 설계 및 검증을 지원하여 실제 프로토타입을 구축할 필요성을 덜어준다.

실현(Realization) 단계에서는 제품을 어떻게 기획하고 생산할지 정한다. 이 단계에서 제품과 관련된 모든 정보를 담고 있는 디지털 제품 트윈을 사용한다.

■ 3D 모델(CAD 시스템 사용)

■ 시스템 모델(시스템 엔지니어링 제품 개발 사용)

■ BOM

■ 1D, 2D, 및 3D 해석 모델(CAE 시스템 사용)

■ 디지털 소프트웨어 설계 및 테스트(ALM 시스템 사용)

■ 전자 설계(Electronic design)

디지털 제품 트윈은 처리량 분석, 자산 및 품질 기준의 최적화를 지원한다. 더 나아가 가상 커미셔닝에 대해 시뮬레이션을 돌려볼 수도 있다.

활용(Utilization) 단계는 제품 사용 시작 후 성능을 모니터링하는 단계로, 디지털 성능 트윈이 실제 성능에 대한 피드백 루프를 형성한다. 이 단계에서 생성되는 성능 데이터는 디지털 제품 트윈과 전체 프로세스를 최적화하는 디지털 제품 트윈으로 분석할 수 있다. 또한 이 과정에서 혁신으로 이어지는 새로운 인사이트를 발견하기도 한다.

지멘스 PLM 소프트웨어의 디지털 엔터프라이즈 스위트는 고객이 디지털화를 활용해 출시 시간 단축, 생산 유연성 확대, 비용 절감 및 품질 개선 등의 이점을 누릴 수 있도록 해 준다.

지멘스가 전 세계에 설치한 기기는 자동화 시스템 3000만 대, 컨트랙티드 스마트 미터(contracted smart meters) 7000만 대, 커넥티드 제품 80만 대 등 수천만 대가 넘는다. 이는 지멘스가 전세계 약 14만 고객과 1500만 개 이상의 라이선스를 보유한 제품 수명주기 관리(PLM) 및 제조 운영 관리(MOM) 소프트웨어와 시스템, 서비스를 제공하는 글로벌 업체이기에 가능한 일이었다. 이런 업적을 바탕으로 지멘스는 제품, 생산 및 성능 디지털 트윈을 통해 디지털 엔터프라이즈 스위트 상에서 폐순환(closed-loop) 혁신을 추진하는 IoT 서비스 업체로 자리매김할 수 있었다. 즉 제조업을 디지털화한 것이다.