장동철 이사가 스마트 공정플랜트 PlantSight를 주제로 발표를 하고 있다.

이번 발표에서는 확장성과 가용성을 주제로 다뤄졌다.

디지털 솔루션에서 확장성이라는 주제는 다른 디지털 시스템에서도 솔루션을 좀 더 다양한 최신기술의 소프트웨어 솔루션으로 확장하여 사용하는 것을 말할 수 있다. 가용성이라는 주제는 새로운 디지털 솔루션을 사용함으로써, 장소와 시간에 구애받지 않고 언제 어디서든 사용할 수 있는 시스템을 적용할 수 있고 액세스할수 있 기술이다.

지멘스는 디지털 세상에 걸 맞는 새로운 솔루션을 개발하기 위해, 소프트웨어 전문회사인 벤틀리(Bentley Systems)와 협력하고 있다. 이를 통해 공정산업에 적용하기 위한 새로운 획기적인 솔루션을 만들었다. 지멘스와 벤틀리는 강력한 파트너십을 통해 플랜트와 인프라를 위한 새로운 개방형 커넥티드 디지털 트윈 솔루션을 개발하고, 고객의 수익증대와 성장을 돕기 위한 시도를 계속 하고 있다. PlantSight 디지털 트윈 클라우드 서비스가 그 첫 결실이다,

지멘스와 벤틀리는 플랜트의 모든 1D/2D/3D 데이터를 통합하며, 공장데이터를 시각화하고, 데이터에 일관성을 제공하며, 하나의 직관적인 웹포탈을 통해 고객이 원하는 모든 정보와 데이터를 표시하고, 언제 어디서나 안전하게 접속할 수 있는 웹기반 솔루션을 개발했다.

디지털 소프트웨어 플랫폼이 필요로 하는 마켓의 상황은 어떨까?

품질, 환경, 건강, 안전, 보안 그리고 공정산업의 요구에 필요한 내용들은 어떠한 형태로 제공될 수 있을 까? 이런 공정산업 요구에 시장은 직관적인 비즈니스 니즈를 보이고 있다. 제품의 출시시간 단축, 다양한 제품에 대응하는 최고의 유연성, 가장 적은 리소스로 가장 높은 생산성을 보여주는 최대의 생산성이 바로 그것이다.

프로세스 자동화와 사용자 인터페이스가 2025년까지 약 30% 정도 사용자에게 새로운 화면기반의 사용자환경을 제시할 것이라는 보고가 있다. 2025년까지 전 세계 디지털 볼륨은 175 제타와이트로 급증할 것으로 예상되고 있다. 또한 420억 개의 장치가 서로 연결성을 가지게 될 것이라는 관측이다. 이는 디지털화가 공정산업에도 이미 눈앞에 와 있다는 신호다.

디지털화와 디지털 트윈이 키워드인 상황에서 고객의 과제는 무엇일까?

다양한 과제가 있지만 첫 번째로는 데이터의 복잡성을 들 수 있다. 플랜트에서 데이터가 만들어지거나 관리되는 다양한 소스 그리고 형식이 복잡한 데이터들은 데이터 격리, 신뢰성, 일관성, 지속유지, 액세스에 대한 제한, 데이터에 대한 가시성에 대해 누구도 정확한 방향성을 제시하기 어렵다.

두 번째는 다크 데이터 문제다. 숨겨진 데이터, 드러나지 않은 데이터의 문제다. 실제 플랜트에 사용하는, 보이는 데이터는 전체 데이터의 약 20% 정도로 대부분 구조화되어 있는 정체라고 한다. 나머지 80% 다크 데이터는 구조화되지 않았거나 구조화가 불가능한 데이터를 말하고, 복잡한 관리문제로 예외처리되어있던 데이터를 말한다. 따라서 이러한 다크 데이터를 사용 가능하고 가치있는 데이터로 만들고, 관리가 힘든 복잡한 데이터들을 쉽게 관리할 수 있는 디지털 솔루션이 필요하다.

지멘스가 제안하는 디지털 소프트웨어 솔루션 PlantSight를 살펴본다.

PlantSight의 실시간 데이터와 가상 데이터의 연결

실제 공장을 가상의 디지털 트윈으로 만드는 것은 매우 어렵고 많은 노력이 필요하다. 실제 플랜트에서 가지고 있는 데이터뿐만 아니라 필요에 따라서 소프트웨어로 만들어진 데이터까지 하나의 데이터 모델을 통해 구현하고, 실제 플랜트의 상태를 가상 플랜트에 실시간으로 제공하는 형태, 그리고 그걸 연결하는 통신까지 모두 준비가 되어 있어야 한다. 플랜트를 설계하고, 설치시운전을 통해 생산 운영하는 모든 과정에 이를 가능하게 하는 디지털 소프트웨어 플랫폼이 필요한 까닭이다. PlantSight는 정보기반 데이터 모델을 통해 실제 플랜트의 알람, 상태 등 실시간 데이터를 가상플랜트에 1D/2D/3D데이터, 설계데이터, 시뮬레이션 데이터 등 가상데이터와 직접 연결하여 관리한다. PlantSight는 이러한 데이터를 연결하는 것뿐만 아니라 플랜트에서 실제로 필요로 하는 공정 최적화 데이터, 실제 설비자산정보 데이터, 그리고 설비가동에 대한 모든 기록을 관리하고 프로세스 모델과 자산정보 등을 분석하고 생산에 필요한 중요정보 등을 예지 가능한 형태로 만들어 제공할 수 있다. 이것이 바로 디지털화로 가는 기본적인 과정이라고 볼 수 있다.

PlantSight의 디지털 트윈을 위한 확장 가능한 개념

플랜트에 오랫동안 누적되어온 해당 플랜트만의 전문지식이나 노하우는 때로는 문서화되지 않고 누군가의 경험에 묻어있을 수 있다. PlantSight는 실제현장이나 ERP시스템에 연결하여 필요한 정보를 디지털 트윈 플랜트에서 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 전문가의 지식을 전문가의 시각으로 바라볼 수 있는 데이터뱅크 또느 데이터 시각화 역할도 할 수 있다.

플랜트 디지털 트윈을 통해 구현하고자 하는 몇 가지 기능과 사용사례가 소개됐다.

최신상태의 디지털 트윈, 디지털 자산 포털, 자산성능관리, 그리고 프로세스 성능 관리, 운영성능 관리, 건강·안전·환경(HSE) & 품질관리가 그 대상이 될 수 있다.

최신상태의 디지털 트윈을 위해, 플랜트 데이터를 실시간으로 연결하고 획득 집계하여, 디지털 자산포털을 통해 상호작용하는 형태로 데이터를 결합하고 분석하여 제공할 수 있다. 플랜트 성능을 좌우하는 특정자산의 나쁜 요소와, 자산성능 예측 관리 데이터, 그리고 고급분석을 실시간으로 제공하고, 이를 통해 실시간으로 생산의 KPI를 적용하여 프로세스 성능을 최적화하는 기능을 제공할 수 있으며, KPI를 좀 더 사용자 관점에서 맞춰 제공하고, 생산에 대한 결과라든지 실제 운영에 대한 통찰력을 제공하며, 플랜트 헬스, 환경안전, 품질을 보장하는, 그래서 예기치 못한 사고를 방지하는데 사용예제가 제공된다.

이를 통해 고객이 얻을 수 있는 이득은 무엇이 있을까? 높은 데이터 무결성을 바탕으로 최신의 디지털 트윈 플랜트라는 새로운 자산관리가 가능해진다. 언제 어디서나 사용 가능한 디지털 자산 포털을 통해 물리적인 접근 제약성이 사라진다. 정확한 자산관리를 통해 신뢰할 수 있는 데이터를 사용할 수 있고, 하나의 단일포털에서 서로 다른소스의 서로 다른 데이터의 시각적 통합이 가능하다. 그리고 필요한 경우에 예측을 통해 필요한 정보를 결정할 수 있다. 프로세스 성능이 향상되고, 생산성과 가용성이 확장되며, 플랜트 운영에 필요한 정확한 목표와 결과를 직관적으로 제공하고 관리하며, HSEQ 즉 건강, 안전, 환경, 품질을 중심으로 안전하게 플랜트를 관리할 수 있게 된다.

디지털 트윈 솔루션은 플랜트의 자산을 지속적으로 관리하고 모니터링하여 항상 최신의 상태로 운전 가능하게 하는, 언제 어디서나 원클릭으로 원하는 정보를 얻을 수 있는 시각적으로 명확한 디지털 트윈을 의미한다.

요약하여 고객은 플랜트 사이트를 통해 세 가지 의미 있는 가치를 획득할 수 있다.

첫 번째는 콘솔리데이트(Consolidate)이다. 흩어진 데이터를 통합하고 연결하여 상황에 맞는 정보를 제공하는 에버그린 디지털 트윈을 구축한다. 두 번째로 콜라보레이트다. 콜라보레이트는 내장된 VR기능을 통해 모든 관련 데이터 소스를 연결하여 콘텍스트화하고, 이를 통해 필요한 데이터에 액세스할 수 있는 자산 웹 포탈을 제공한다. 세 번째는 가장 중요한 개인 인사이트(통찰력)다. 플랜트의 설비 및 자산은 가능한 세분화하고, 불량행위자를 식별하며, 이와 설정들을 정확하게 필요한 시점에 할 수 있도록 도와준다. 이를 통해 고객은 생산을 최적화하고 플랜트의 안전을 제공받으며, 필요한 경우에는 좀 더 나은 플랜트 환경을 만드는데 따라서 생산성 향상이나 수익극대화 같은, 고객들이 원하는 부분을 달성할 수 있도록 도와준다.

플랜트 사이트는 공정산업을 위한 디지털 트윈 솔루션이다. 플랜트 오너는 플랜트를 관리하는데 매우 다양하고 적합한 솔루션들을 이미 사용하고 있다. 이러한 다양한 소프트웨어 플랫폼은 플랜트의 설계와 시공을 제공하는 엔지니어링사, 건설사에서 설계단계에서부터 만들어지고 관리되는 많은 데이터가 실제 운영에서 사용하는 소프트웨어에 연계되고, 또 연계되지 않음으로써, 설계와 운영의 사용 데이터가 서로 간에 갭이 발생하고 있다. 그렇다면 이런 데이터 갭을 어떻게 메울 수 있을까? 플랜트 설계단계에서 만들어진 설계 및 시뮬레이션 데이터를 플랜트 운영에 적극적으로 사용할 수 있는 방법은 없을까?

다양한 방법이 있겠지만, 가장 핫하게 떠오르는 디지털 솔루션인 디지털 트윈을 만드는 방법에 대해서 알아 보겠다.

디지털 트윈을 구축하기 위해서는 먼저 설비모델링를 캡처하는 것에서부터 시작한다. 실제 부품이나 무선을 연결하는 장치를 디지털에 필요한 형태로 모형화하고, 모델링하고, 이런 성능 데이터를 실제 부품정보와 연결하여 재구성하게 된다. 그럼으로써 실제 피지컬한 모델이 완성이 된다. 이러한 작업이 끝나면 가상의 디지털 트윈 모델을 디지털 엔지니어링 모델로 다시 작성할 수 있다. 와이어링 다이어그램이나 P&ID 그리고 가상의 부품들과 데이터 시트를 결합하게 된다. 이렇게 만들어진 실제와 가상의 데이터를 통해서 디지털 트윈이 완성된다.

이렇게 만들어진 디지털 트윈 솔루션은 데이터를 결합하고 가시화하여, 필요한 의사결정을 빠르게 하는 데 도움이 될 수 있다.

플랜트 사이트는 3D 데이터를 통해서 좀 더 직관적으로 설계를 가시화할 수 있게 도와 준다.

이에 연결된 엔지니어링 데이터를 설비 운영에 필요한 정보와 결합하고 전환하여, 운전이나 유지보수에 적극적으로 사용할 수 있도록 도움을 준다. 클라우드 환경에서 사용되면 플랜트 사이트는 자산정보 대시보드로 사용할 수 있다. 현재 자산건전성과 유지보수 타스크를 통해서 플랜트 성능을 확인할 수 있다. 플랜트 운영자는 이렇게 구축된 데이터의 플랜트 솔루션을 직접 사용하여, 플랜트 헬스 체크와 성능을 직접 확인할 수 있다.

디지털 트윈 플랜트는 플랜트의 정보를 가상으로 구축하고 가시화하는 목적으로만 사용되지 않는다. 플랜트의 운영정보를 예측 가능한 데이터 형태로 제공하여 사용자에게 플랜트에 대한 통찰력을 제공하고, 미래의 필요한 결정을 쉽게 할 수 있도록 도와주고 있다.

지멘스 공장자동화 본사인 칼스루히(Karlsruhe)에 프로세스 오토메이션 월드에 전시되어 있는 케미컬 데모와 모델을 플랜트 사이트로 디지털 트윈화하여 사용한 예제가 동영상으로 소개됐다.

플랜트 사이트 레퍼런스가 소개됐다.

미국의 오일 & 가스 회사인 Dresser-Rand사는 미드스트림 가스 압축설비에 PlantSight와 COMOS, Walkinside, XHQ를 적용했다. 가스를 압축해서 관리하고 저장하는 설비인데, 이 장비에서는 장비 데이터를 콘텍스트화하고 어플리케이션 데이터로 변환해서 통합하고 시각화하는 작업을 했다. 이를 통해서 사용자가 상주하는 어느 곳에서나 설비의 주요 운영정보라든지 안전상태, 필요한 KPI들을 직관적으로 원하는 웹포탈을 통해 액세스할 수 있도록 도움을 주고, 고객들은 현장에 찾아가지 않고 헤드쿼터에서 해당되는 플랜트사이트를 통해서 해당 플랜트에 대한 인사이트를 제공받게 됐다. 

플랜트 사이트는 공정산업에서 공정이 플랜트의 자산무결성과 가시성, 직관성를 제시하여, 플랜트를 정확하게 이해할 수 있고, 통찰력을 제공받을 수 있다. 플랜트 사이트는 생산자산의 성능을 분석적으로 계산하고 비용을 줄이는 역할을 하게 될 것으로 기대되고 있다.