강력한 드라이브(기어 장치가 있거나 없는 컨버터 및 모터) 장치는 개별 펌프에서부터 복잡한 기계나 시스템에 이르기까지 수많은 산업 장비를 뒷받침하는 원동력이 된다. 디지털 기업으로 전환하는 과정에 필요한 기계 제작을 지원하는 데 있어, 그리고 디지털화에 있어 전기 드라이브 발명가의 역할은 무엇인가?
지멘스 AG, Erlangen의 GMC(General Motion Control) 책임자인 Achim Peltz에게 견해를 구했다.

Achim Peltz • Siemens AG, Erlangen의 GMC(General Motion Control) 책임자

먼저 배경 설명을 하겠다. GMC는 오랫동안 모든 드라이브 작업을 수행하는 강력한 하드웨어와 소프트웨어를 개발해 왔다. 펌프, 팬 또는 압축기를 위한 개별 동력 전달장치에서부터 여러 유형의 복잡한 기계 장치나 플랜트의 정교한 모션 제어 애플리케이션을 가능하게 하는 전자적으로 연결된 복수 구동축에 이르기까지 다양하다. 우리 솔루션은 모든 조건의 산업 현장에서 사용하기에 적합하다. 견고성, 안정성 및 가용성에 대한 요구는 산업 현장의 조건에 따라 다양하다.

디지털화 시대에는 자동화 환경에 드라이브 시스템을 통합하는 구체적 요구 사항까지 더해져 연결성과 통신 기능이 주목을 받고 있다. 이러한 이유로, 최신 지멘스 드라이브에는 하나 이상의 이더넷 기반 인터페이스가 있어서 자동화 시스템에 통합되거나 빠르고 편리한 구성, 시운전 및 진단을 진행하고 있다.

드라이브 솔루션의 전체 수명 주기에 걸쳐 전체 프로세스를 디지털화하려면 설계, 사이징 및 시운전을 위한 모든 소프트웨어 툴이 원활하게 상호 작용하고 수평 및 수직 방향으로 일관된 데이터 교환이 가능해야 한다. 이는 기계 제조업체와 오퍼레이터 모두가 신속성, 효율성 및 유연성을 향상해 궁극적으로 경쟁력을 높일 수 있음을 의미한다.

드라이브의 디지털화는 어디서부터 시작되나?
모든 고객 요구 사항에 부응하기 위해서는 디지털화가 기계 제조업체의 전체 부가가치를 포괄해야만 한다. 이는 설계에서 시작하여 사이징 및 시운 전을 거쳐 작동 및 서비스로 마무리된다. 우리는 ‘디지털 엔터프라이즈 제품군’ 포트폴리오에 포함된 다양한 툴로 구성된 완벽한 포트폴리오를 제공하고, 디지털 트윈을 생성할 수 있게 해서 부가가치를 개선하고 있는 유일한 공급업체이다. 그러한 툴의 예로 기구학적 시뮬레이션이 가능하고 토크 특성 등을 결정하는 Mechatronics Concept Designer 와 이러한 데이터에 필요한 전기 드라이브 값을 얻어 적당한 지멘스 제품을 결정하는 Sizer 치수 측정 툴을 들 수 있다. 그러나 다음 시운전 단계에서도 모든 관련 데이터를 지속해서 사용할 수 있다. 선택 옵션을 통해 처음부터 드라이브와 모터가 모든 적용 분야에 완벽하게 들어맞게 된다. 장치의 기술 데이터, 2D 치수 도면 및 3D 데이터 모델, 전기 엔지니어링용 매크로, 전기 설계를 위한 회로도 등과 같은 다양한 디지털 정보는 작업량을 줄이고 엔지니어링 및 기술 문서화의 속도를 높여 준다. 타사 시스템뿐 아니라, 사용자 소유 시스템에 대한 개방형 인터페이스도 반복적이고 중복된 데이 터 기록 및 비교를 방지할 수 있어서 일관성이 보장 된다. 그 결과, 제어 캐비닛의 생산이 간소화된다.

이것이 바로 기계 제조업체들이 하드웨어 및 소프트웨어 솔루션을 이용해 자사 애플리케이션의 ‘디지털 트윈’을 생성하고 이를 모델에서 가상으로 최적화할 수 있도록 지원하는 방법이다. 이 방법을 통해 초기 단계에서 결함을 감지하여 제거할 수 있고 모든 것이 미리 세밀하게 조정되어 있고 이상적 으로 구성되어 있기 때문에, 실제 시운전 시간과 비용이 절약된다.

디지털 트윈은 어떻게 실제 제품이 되나?
무슨 일이 있어도 이것은 중단 없이 이루어져야 한다. 이론적으로, 드라이브 솔루션은 시뮬레이션 에서 1:1로 TIA Portal 엔지니어링 프레임워크에 적용해서 가동할 수 있다. 이를 위해 필요한 Sinamics Startdrive 툴은 Sinamics S120이 적용된 고급 애플리케이션에 이르기까지 드라이브 를 프로젝트에 쉽게 통합하고 사용할 수 있도록 했다. 이처럼 쉬운 이유는 엔드-투-엔드 데이터 저장소 및 통합 시스템 진단을 통해 그래픽으로 지원되기 때문이다. 컨트롤러, HMI 및 드라이브의 통합으로 더욱 효율적이고 생산적이며 한층 더 세밀한 설계가 가능해졌다.

이는 덜 복잡한 솔루션에도 적용되나?
주요 자동화 프로젝트가 없는 간단한 드라이브 솔루션의 경우, 웹 서버를 통해 접근하는 간단한 옵션이 있다. 이에 대한 한 예로 Sinamics S210 미드레인지 서보 드라이브를 들 수 있다. 이 드라이브는 웹 브라우저 및 네트워크 연결만을 사용해 엔지니어링 도구 없이 구성할 수 있으며, 단 한 번의 버튼 터치만으로 최적화 및 진단을 할 수 있다. 원격 위치에서도 진단할 수 있다.

TIA Portal에서는 프로세스를 어떻게 진행하나?
TIA Portal의 필수 요소인 Sinamics Startdrive는 범용으로 사용되므로, 시운전과 작동 사이의 교량 역할을 한다. 이러한 두 단계 사이의 전환을 통해 디지털 트윈이 실제 형태를 취하면서 솔루션이 구축된다. 이 시점부터 기계와 드라이 브는 제조업체와 오퍼레이터 모두에게 근본적으로 긴요한 작동 데이터를 지속해서 생성한다. 첫째, 자동화 레벨에서 프로세스 모니터링 및 최적화를 위해 데이터를 직접 사용할 수 있다. 또는 이미 실행된 바와 같이 상위 레벨 MOM(Manufacturing Operations Management) 시스템으로 이전해 관리 레벨에서 생산 이벤트에 대한 통찰력을 얻을 수도 있다.

디지털화는 수직 통합의 완전히 새로운 국면을 열어주며 현재로서는 추정하기 어려운 다양한 적용 분야도 열어준다. 이는 다양한 데이터를 클라우드 기반의 개방형 IoT 운영 체제인 MindSphere에 통합하고 이전하는 방식으로 이루어진다.

수직 데이터 통합에 대한 이 접근 방식이 드라이브 기술에 어떤 혜택을 가져다주나?

이 방식은 인식을 높이도록, 다시 말해 더 다양한 지식을 생산해 내도록 데이터를 축적하는 것이다. 이러한 데이터는 기계 제조업체와 오퍼레이 터가 모두 원하는 목적을 위해 사용할 수 있다.

기계 제조업체에 있어 가장 중요한 것은 모터의 현재 ‘상태’를 파악하는 것이다. 포괄적인 상태 모니터링을 통하면 예방적 유지관리가 가능하다. 예를 들어, 작동 시간, 온도 및 전류 소비값을 지속해서 기록해 두면, 전처리 여부에 관계없이 직접 혹은 간접적으 로 모터 베이링 교체 시기 등을 이 정보에서 유추해낼 수 있다. 이러한 시기를 예측할 수 있으면 불가피한 가동 중단 시간을 보다 효율 적으로 스케줄링 하거나 작동 모드를 적절히 조정해 예정된 유지보수 시간 내에 작업을 안전하게 끝낼 수 있다.

디지털화 ‘해머’. 드라이브 기술의 디지털화: 수평 및 수직적으로 일관된 정보 흐름은 기계 제작의 엔지니어링, 작동 및 최적화에 있어 효율성을 높이기 위한 열쇠와도 같다(사진. 지멘스).

이렇게 하려면 많은 경험이 필요한가?
드라이브 전문가로서 우리는 다양한 산업 에 속한 기계 제조업체들과 다년간 협력한 덕분에 다양한 경험을 보유하고 있고, 이를 ‘MindApps’를 통해 제공하고 있다. 이는 MindSphere에서 수집된 데이터에 기반을 둔 특별한 애플리케이션 프로그램이다. 이러한 프로그램은 기계 제조업체들이 높은 품질의 디지털 서비스를 제공할 수 있게 해준다.

드라이브 분야의 디지털화가 오퍼레이터에게 제공하는 또 다른 혜택은 무엇인가?
오퍼레이터가 우리의 클라우드 기반 MindSphere 개방형 IoT 운영 체제를 사용하고 있는지에 따라 다르다. 사용하고 있다면, MindApp Drive System Analyzer를 통해 매우 쉽게 전체 기계 풀의 현재 상태에 대한 개요를 생성하고, 내외적으로 이 개요 정보를 다양한 방식으로 전달할 수 있는 등 많은 이점을 누릴 수 있다. 이렇게 되면 최고의 가용성을 유지하고 실행 가능성을 즉석에서 판단할 수 있다. 이는 디지털화 없는 상태 에서라면 상당한 비용을 들여야만 가능하다.

그렇다면 개인적으로 어떤 결론을 내리겠는가?
드라이브 기술의 디지털화는 일관된 디지털 엔지니어링 및 시운전에서 지속적 작동에 이르기까지 기계 제조업체와 오퍼레이터 모두에게 분명한 혜택을 가져다준다. 이를 통한 부가가치에 따라 모든 프로세스를 보다 투명하고 효율적으로 설계할 수 있다. 우리의 관점에서 볼 때, 드라이브 기술의 디지털화는 경쟁력을 높이기 위해 매우 효과적인 수단 이며 우리는 그 효과를 높이기 위해 계속해서 연구하고 있다.