5G 기술 등장으로 산업혁명 4.0과 스마트 공장에서 제품을 생산하고 유통하는 방식에 큰 영향을 미칠 것으로 보인다. 프로세스 자동화, 원격 모니터링, 유지보수 및 생산설비의 수명 주기관리 등 스마트 제조 공간에서 신기술과 그 참신한 어플리케이션을 지원하기 위해서는 저 지연 시간, 고 신뢰성과 고속의 5G 통신이 필요하다. 아래에 제조 현장에 5G환경 구축으로 혁신 효과를 쉽게 낼 수 있는 분야를 간략하게 소개한다.

자동화 설비 효율향상

산업 자동화는 IoT 센서, AI 비전 카메라, 자율 로봇 같은 새로운 기술과 함께 제어 시스템을 사용하여 생산 설비와 기계의 반복적인 작업을 관리한다. 5G 기술을 도입하면 다양한 요소의 네트워킹 능력이 강화되어 산업 자동화 설비를 더 잘 운영할 수 있게 된다. 

5G를 통해 구현된 무선통신으로 기계 설비 간의 데이터 통신 시 발생하는 지연 시간이 극소화되어 실시간 기계 모니터링 및 제어를 단순화하게 된다. 공장 관리자들에게 더 많은 통찰력을 주어 설비 관리 업무가 선진화될 것이다. 예를 들어, 공장의 조립 라인에 AI 비전 카메라를 연결하는데 5G를 채택할 수 있다. 빨라진 속도의 무선 연결로 품질관리 항목인 검사업무를 원격으로 실시할 수 있어 효율성과 생산성이 증대될 것이다.

생산 설비자산 원격 모니터링

5G로 연결된 스마트 팩토리의 또 다른 이점은 원격으로 생산 설비자산을 모니터링하고 제어할 수 있는 점이다. 오퍼레이터는 공장 현장에 있을 필요가 없고 대신 소프트웨어 시스템을 통해 실시간으로 기계 및 설비의 가동 상황을 추적할 수 있다. 오퍼레이터가 설비자산을 쉽게 찾고 관리하며 실시간으로 실행 가능한 통찰력을 얻어 안전과 효율성 그리고 품질을 최적화하도록 생산설비와 기계를 세팅할 수 있다. 

지멘스는 멕시코의 변압기 공장에 공장수락시험(FAT: Factory Acceptance Test)을 위한 최초의 라이브 원격 모니터링 시스템을 구현했다. FAT는 지멘스가 제조한 장비가 고객의 계약 사양을 따르고 있으며, 현장 설치 준비가 완료됐다는 것을 증명하는 시험이다. 일반적으로 FAT를 실시하려면 고객이 기계나 설비업체 공장에 가서 직접 확인해야 하지만, 실시간 모니터링으로 고객은 자신의 위치에서 FAT를 실시할 수 있다. 

5G 도입으로 라이브 스트리밍과 원격 모니터링이 보다 원활하고 정확해졌으며 안전하게 진행돼 제조 공장에서 응용 범위를 넓히고 문제 발생 시 문제를 해결할 수 있게 된다.

유지보수 및 장치수명 주기 관리

공장과 산업 현장의 장비가 정상적으로 작동하는지 확인하는 것은 필수적인 업무이다. 다양한 기기에 IIoT 센서를 설치해 장비 상태를 모니터링하고 문제가 감지되거나 정기적으로 정비가 필요한 경우 경보를 보내게 된다. 

5G 기술의 구현으로 필수 장비를 모니터링하는 현장 센서를 통하여 장비의 상태와 생산량에 대한 최신 정보를 제공할 수 있게 되었다. 지속적인 장비 모니터링을 가능하게 하는 IoT와 5G로 비용 절감 효과도 얻을 수 있다. 예를 들어, 6개월마다 정기적으로 기계 부품을 교체하고 있다면, 공장에서 해당 부품의 상태를 모니터링하고 필요할 때만 교체할 수 있게 된다.

작업 수정 시 증강현실(AR) 활용

5G가 제공하는 짧은 지연 시간과 안정적인 연결성 기술로 증강현실(AR)을 활용하여 전자회로기판 인쇄작업을 수정할 수 있다. 스웨덴 기업 에릭슨은 에스토니아 탈린에 위치한 이 회사의 공장에서 전자회로기판 오버레이(Overlays) 작업을 하는데 증강현실(AR)을 이용하는 방법을 실험하고 있다. 이 회사는 회로 기판의 문제 해결에 소요되는 전체 소요 시간의 절반이 문서와 매뉴얼 및 설계도에서 정보를 검색하는 데 사용된다고 한다. 증강현실(AR)을 활용한 정보 검색으로 검색 시간을 15% 단축할 수 있었다고 한다. 또한, 콤포넌트 교체 횟수가 줄어들어 에너지 소비량이 절약될 뿐만 아니라 화학물질 사용과 폐기물 및 스크랩을 줄일 수 있었다.

적층 제조(3D 프린팅)

싱가포르 회사인 Singtel에 의하면 적층 제조 또는 3D 프린팅이 제조업에 상당한 영향을 미치고 있다고 한다. 특히 3D 프린팅은 스페어 부품 관리에 혁명을 일으키고 있다. 오래된 기계를 사용하고 있는 고객들을 위해 막대한 스페어 부품을 창고에 재고로 보관하고 있는데, 주문에 의해 출하되는 부품의 절반은 1회성 스페어 부품이라고 한다. 예측 분석을 통해 예비 부품의 수요를 예측하고 3D 프린터를 사용하여 주문형으로 부품을 만들 수 있다. 이를 통해 폐기물과 스페어 부품 보관 비용이 절감될 것이다.

미국 다국적 기업 가전업체 월풀의 싱가포르 서비스본부는 스페어 부품의 3D화 프로젝트에서 파트너십을 통해 3D프린팅을 채택하였다. 이 기술로 스페어 부품의 노후화를 극복하고 부품 부족 지역의 고충을 해결하였다. 

월풀은 이를 통해 회사는 비용을 절감할 수 있고 고객은 필요할 때마다 새로운 스페어 부품을 받을 수 있기 때문에 고객 관리에 미치는 영향이 무엇보다 클 것으로 믿고 있다. 

Singtel은 "5G의 등장으로 사업자는 여러 개의 독립형 3D 프린터와 연결하여 원격으로 3D 프린팅 공정을 모니터링하고 제어할 수 있게 함으로써 생산에 더 박차를 가할 수 있다"고 말했다.

무인 반송 차량(AGVs)

무인 반송 차량(AGV)은 바닥에 표시된 띠나 선을 따라 이동하거나 무선전파, 비전 카메라, 마그네틱, 레이저를 사용하여 이동하는 포터블 로봇이다. AGV는 공장이나 창고 같은 대규모 산업 시설에서 부품 운반용 차량으로 사용된다.

많은 제조 현장에서 무인 운반 차량을 운용하고 유지 보수하고 있지만, 진정한 가치를 이끌어내기 위해서는 제조 환경을 디지털화하고 차량을 연결하여 모든 정보를 수집하고 통합해야 한다. AGV 정보가 회사의 모든 시스템과 통합되면 필요한 데이터를 수집하고 통찰력을 얻어 불확실성을 줄이고 의사결정의 정확성과 신속성을 높이는데 활용할 수 있다.

제조 또는 산업 현장에서 여러 개의 AGV를 처리하는 데 있어 어려운 점은 연결성이다. Wi-Fi를 사용하여 현장에 있는 장치에 연결하고 있지만, 중장비와 자기장 및 기타 간섭물이 있는 대형 제조 공장 내부에서는 연결 상태가 지속적이지 않아 AGV 데이터를 실시간으로 가져오는 것이 쉽지 않다. 공장 시설 주변에 Wi-Fi 가 설치되어 간섭이 있고 문제가 발생될 시점에 연결이 끊길 경우 장치들이 손상될 우려가 있다. 시스템에 막대한 투자를 하여 이룬 최적화는 그 명분을 잃게 된다.

AGV가 제 기능을 발휘할 수 있는 여건을 마련하려면 5G 기술이 핵심 역할을 한다. P5G 환경으로 완전히 대체하면, 5G로 연결된 장치와 센서 및 기계의 밀도는 크게 높아지고, 데이터 스트림의 저 지연 시간과 처리량이 확대되어 산업시설에서 사용하는 AGV의 운영을 대폭적으로 개선할 수 있다.

실시간 비디오 분석

5G 기술이 카메라 기반 실시간 비디오 분석 산하에 있는 모든 솔루션에 영향을 미치기 때문에 제조 기업들의 5G활용에 큰 기대를 걸고 있다.

제조 공장이 효율성을 높이고 폐기물을 삭감하는 개선을 지속적으로 우선시 해야 하는데, 생산 라인의 퍼퍼먼스를 모니터링하는 보다 효율적인 시스템을 갖추면 목표를 달성하는 데 도움이 된다. 구체적으로 예측 유지 보수와 프로세스의 결합을 통해 생산설비의 다운타임을 크게 줄이고 생산성을 향상시킬 수 있다.

5G의 특징인 짧은 지연 시간으로 생산 활동을 거의 실시간으로 데이터를 분석하고 통찰력을 얻을 수 있다는 점은 잘 알려진 사실이다. 5G 기술은 제조 현장에서 다양한 공정의 수많은 연결 장치를 모니터링하는 데 거의 실시간으로 지원한다.

5G 실시간 비디오 분석 활용 가능한 분야로 시각적 품질 검사, COVID 프로토콜 준수, 작업장 안전 준수, 화재 위험 경고, 주변 감시 및 침입 알림 등에 이용할 수 있다.

5 G 협업 로봇

제조 현장에는 다양한 로봇들이 활약하고 있다. 창고의 한 장소에서 다른 장소로 부품을 운반하는 로봇과 사람과 함께 작업을 할 수 있도록 설계된 로봇도 있다. 대부분의 산업 로봇은 전력을 공급하는 유선으로 연결되어 있는데 필요한 데이터를 무선으로 주고 받기에는 현재의 무선 속도로 뒷받침될 수 없기 때문에 산업용 로봇은 대부분 유선 시스템을 사용하여 연결되어 있다. 

따라서, 협업 로봇 개념을 확산시키기 위해서는 5G 기술 구현이 중요한 관건이다.

5G 협업 로봇을 활용하는 회사로 영국에 기반을 둔 Ocado라는 기업이 있는데 온라인 식료품 시장을 타켓으로 사업을 하고 있다. 영국 앤도버의 스마트 공장에는 1,100대 이상의 로봇이 선반의 상자에서 물건들을 피킹하여 포장 작업장으로 운반하여 포장 작업을 하는데, 매주 수천 개의 식료품 주문에 대한 포장과 운반을 처리하고 있다.  항공 교통 관제 시스템을 사용하여 그리드를 따라 이동하기 때문에 서로 충돌하지 않고 하루에 37마일까지 이동 가능 하다. 이 로봇들은 5분 당 50개 품목을 포장하는 것으로 알려져 있으며, 일주일에 고객이 주문한 처리 물량은 6만5000개에 이른다고 한다.

공급망 최적화

5G 기술의 실시간 정보 흐름을 공급망에서 창고 운영 최적화 등 다양한 방도로 활용할 수 있다. 

외주품 입고 정보의 동기화가 필요한 공급망에 5G 기반 트랙 & 트레이스 기술을 도입하면 공급망의 효율이 매우 높아질 것이다. 예를 들어, 외주부품 납품정보를 동기화하고 있는 자동차 조립공장에서는 외주부품 출하 현황을 보고 그 데이터를 추적하여, 실시간 도착 정보에 최적화된 방식으로 어셈블리, 서브어셈블리를 생산하도록 각 생산라인의 생산계획을 조정할 수 있다. 5G로 차량 간 통신을 가능하게 해 자율주행 트럭과 로봇에 의해 운영되면 공급망은 최적화된다.

5G의 실시간 데이터로 정확한 제품 위치를 제공받을 수 있을 뿐만 아니라 모니터링으로 공급망을 개선하여 재고를 저감할 수 있다.

5G의 짧은 지연 시간과 고속은 제품 추적 업무 효율을 높이는 등, 제조에서 유통에 이르기까지 공급망 전반에 걸쳐 실시간에 가까운 데이터를 수집하여 수요 동향에 대한 민첩성과 대응력을 높이는 데 도움이 된다.

출처 : enterpriseiotinsights​