작성일 : 19-02-12 19:01
예측가능한 유지보수가 4차산업 혁명에 필수적인 이유
 글쓴이 : mn8823
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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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[앵커]
한국당 일부 의원들이 5·18 관련 공청회를 열고 5·18 민주화운동과 유가족을 폄훼한 일에 대해 비판이 끊이지 않고 있습니다.

더불어민주당 등 여야 4당은 해당 의원에 대해 국회 윤리특위 제소와 함께 의원직 제명까지 추진하겠다는 방침이고, 한국당도 자체 윤리위를 통해 징계를 검토할 예정입니다.

취재기자 연결해보겠습니다. 김주영 기자!

한국당 의원들의 5·18 망언과 관련해서 파문이 쉽사리 잦아들지 않고 있는데요. 여야 4당이 강경한 태도를 보이고 있군요.

[기자]
일단 자유한국당을 제외한 여야 4당은 문제가 된 한국당 김진태, 이종명, 김순례 의원을 국회 윤리특별위원회에 제소했습니다.

여야 4당은 근본적으로 이들 의원들이 국민 우롱하는 범죄적 망언을 했다고 보고 의원직 제명을 추진하겠다는 방침입니다.

또 한국당에는 이들 의원을 자체 출당 시켜야 한다며 강하게 압박하고 있습니다.

더불어민주당 홍영표 원내대표의 말 들어보게습니다.

[홍영표 / 더불어민주당 원내대표 : 자유한국당이 납득할 만한 조치를 취하지 않는다면 우리 당은 야 3당과 공조해서 범국민적인 망언 의원 퇴출 운동에 나서겠습니다.]

이와 함께 더불어민주당은 5·18민주화운동 등에 관한 특별법 개정 작업에도 힘을 쏟고 있습니다.

이번 개정 작업은 5·18 민주화운동 관련 허위사실을 유포하거나 비방하면 형사처벌할 수 있도록 하는 내용을 골자로 합니다.

특히 5·18 민주화운동을 비방, 왜곡, 날조한 사람을 형사처벌할 수 있도록 규정했고, 토론회 등 행사에서 한 발언도 처벌할 수 있도록 한 것이 특징입니다.

민주당은 조만간 바른미래당, 민주평화당, 정의당 등 야 3당과의 협의를 통해 공동 발의한다는 방침입니다.

[앵커]
지금 한국당은 무척 곤혹스러울 것 같은데요. 어떻게 대응하고 있습니까?

[기자]
이번 사건에 대한 비판이 정치권 안팎으로 거세지면서 한국당은 적극적으로 사태 진정을 위해 노력하고 있습니다.

일단 김병준 비상대책위원장은 오늘 오전 긴급 기자간담회를 열고 5·18 유가족과 광주 시민들께 사과의 말을 남겼습니다.

김 비대위원장의 말 들어보겠습니다.

[김병준 / 자유한국당 비상대책위원장 : 지난주 우리 당 일부 의원들이 주최한 5·18 진상 규명 공청회 문제로 깊은 마음의 상처를 입은 5·18 희생자 유가족과 광주 시민들께 당을 대표해서 진심으로 사과의 말씀 드립니다.]

이어 앞서 진행된 518 공청회의 발제 내용은 물론 참석한 의원들의 발언 모두 부적절했다고 비판했습니다.

이에 김 비대위원장은 김진태, 이종명, 김순례 의원을 당 윤리위에 제소하기로 했습니다.

사안에 심각성에 따라 제명이나 탈당 권유, 당원권 정지 등의 조치를 내려지게 되는데요.

당 윤리위는 내일 오전 11시 회의를 열고 이번 건에 대한 심사를 한 뒤 가능한 내일 안에 결론을 내릴 예정입니다.

특히 전당대회에 당 대표 후보로 출마한 김진태 의원의 경우 피선거권이 박탈되는 결과가 나온다면 경선에 나설 수 없게 될 수도 있습니다.

[앵커]
한국당 당권 주자들도 결정이 됐는데요. 이번 사태에 대해서는 어떤 입장입니까?

[기자]
이번 한국당 당 대표 선거는 황교안 전 총리와 오세훈 전 시장, 김진태 의원의 3파전으로 치러진 예정입니다.

일단 황교안 전 총리는 이번 사태를 두고 구체적인 비판을 하지는 않았습니다.

하지만 국민들의 마음에 각인된 518의 의미에 걸맞게 당이 대처해야 한다며 엄중한 처리가 불가피하다는 뜻을 내비쳤습니다.

[황교안 / 前 국무총리 : 5·18의 의미가 우리 국민의 마음에 깊이 각인돼있습니다. 그런 뜻에 맞는 대처가 필요하다고 생각합니다.]

오세훈 전 서울시장 역시 진정성 있는 입장 표명이 필요하다는 입장입니다.

역사적으로 이미 정립된 사건에 대해 국민적 오해 일으키고 518의 정체성에 부정적 영향 준 부분을 사과해야 한다고 강조했습니다.

[오세훈 / 前 서울시장 : 우리당에서 광주에 내려가서 최고위를 비상대책위원회를 열어서 진정성을 담아서 사과의 마음 전하고….]

[앵커]
이 모든 사태를 만든 한국당 의원들도 입장을 내고 있죠?

[기자]
지난 8일 518 진상규명 공청회를 주최한 김진태 의원과 이종명 의원, 그리고 행사에 참석해 발언한 김순례 의원인데요.

김진태 의원은 오늘 광주 지역을 찾은 자리에서 자신은 5·18 민주화운동을 폄훼할 의도가 아니었다고 해명했습니다.

하지만 유공자 명단을 공개해야 한다는 입장을 거듭 내세웠고, 당이 윤리위에 제소한 부분에 대해서는 전당대회 당원이 아닌 윤리위원이 자신을 심판할 수 없다고 강조했습니다.

이종명 의원도 입장을 냈는데요.

이번 행사로 상처를 받으신 분들께는 매우 송구하지만 자신은 북한군 침투설을 검증할 국회의원으로서의 역할을 했을 뿐이라고 밝혔습니다.

이어 명단을 공개해야 한다고 강조하며 명단이 공개될 경우 자신은 의원직을 사퇴하겠다고 공언했습니다.

김순례 의원 역시 사과를 했지만 자신은 허위 유공자들을 가려내 진짜 유공자들을 더 예우하자는 취지였다고 밝혔습니다.

지금까지 국회에서 YTN 김주영[kimjy0810@ytn.co.kr]입니다.

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