Beckhoff, 엣지컴퓨팅을 얘기하다 [무인화기술 2018년 7월]
"BECKHOFF의 경쟁력은
엣지컴퓨팅이 필요로 하는 모든 툴박스를 제공한다는 것"
엣지 컴퓨팅은 클라우드 컴퓨팅 시스템이 발전함에 따라, 함께 상호 보완적으로 발전할 것으로 예상
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| 트라이텍 이명복 부장 |
Q. 엣지컴퓨팅이 왜 중요한가?
A. 엣지 컴퓨팅은 단위 설비 및 공장 라인에 연결된 시스템 및 디바이스와 연결되어 데이터를 수집하고 세분화된 패턴 모델을 적용하기 때문에, 속도가 빠르고, 상대적으로 보완적인 측면도 우수하다. 이로 인해, 산업현장에서는 대규모 클라우드 시스템을 검토하기 이전에 엣지 컴퓨팅 시스템을 먼저 도입해 현장의 상황에 맞도록 최적화시키기를 원한다. 빠르게 변화하는 현장 상황에 맞도록 시스템이 구축될 수 있도록 가벼우면서 사용하기 편하기 때문이다. 이러한 엣지컴퓨팅은 Industry4.0 과 스마트 팩토리로 대변되는 시기에 가장 기초가 되는 시스템으로, 단위 설비 및 공장 라인의 실시간 데이터 통신과 산업현장의 센서 및 디바이스를 통해 필드 데이터를 수집해 초기적인 분석과 전처리를 담당하는 시스템이기 때문에 매우 중요하다고 볼 수 있다.
한편, 엣지컴퓨팅을 클라우드 컴퓨팅의 반대나 대체되는 개념으로 생각하는 사람도 많지만, 개인적으로는 서로 보완적인 관계로 정의하고 싶다. 클라우드 컴퓨팅은 필드에서 연결된 모든 시스템 및 디바이스의 데이터를 수집해 분석하는 개념으로, 대용량의 데이터를 수집하여 거시적인 패턴 모델을 적용하고, 결과를 도출하는 방식으로 처리 속도가 느린 편이고, 인터넷 네트워크상에 연결되어 보완상의 문제도 더욱 민감할 수 밖에 없다. 그렇지만, 엣지컴퓨팅은 단위 설비 및 공장 라인에 연결된 시스템 및 디바이스와 연결되어 데이터를 수집하고 세분화된 패턴 모델을 적용하기 때문에, 속도가 빠르고, 상대적으로 보안적인 측면도 우수하다. 그래서 이 두 모델을 함께 구성하여 세분화된 데이터 수집, 분석 및 처리는 엣지컴퓨팅 시스템에서 처리하고, 이렇게 1차적으로 분석 및 처리된 데이터를 클라우드 컴퓨터로 전달해 거시적인 모델에 의한 패턴 분석의 결과를 전달받도록 구성하는 것이 전체적인 시스템의 부하 및 안정성에 기여할 것으로 생각된다.
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| 엣지컴퓨팅과 클라우드 컴퓨팅의 상호 보완적인 구성도 |
Q. BECKHOFF의 엣지컴퓨팅 제품으로는 어떤 것이 있나?
A. 엣지 컴퓨팅에 대한 개념은 BECKHOFF 시스템을 이용하면 가장 이상적인 시스템을 구축할 수 있다. EtherCAT 및 산업용 필드버스를 이용한 실시간 필드 통신과 데이터 캐싱, 버퍼링 최적화 및 데이터 분석을 위한 시각화 등이 BECKHOFF에서 제공하는 산업용 PC 및 TwinCAT 자동화 소프트웨어를 이용해 모두 구현될 수 있다.
대부분의 BECKHOFF IPC가 해당되겠지만, 좀 더 파워풀한 서버급의 산업용 IPC C6670이 대표적이다. 예를 들어, Xeon 프로세서의 36코어까지 지원되는 C6670 선업용 서버는 매우 까다로운 자동화 작업에 대해서도 충분한 처리 성능과 병렬처리 기능을 제공한다. 이와 함께 TwinCAT 3 자동화 소프트웨어의 효과적인 멀티코어 사용으로 CPU 코어별로 제어 프로세스의 개별작업을 분산 할 수 있다. 즉, 엣지컴퓨팅에서 필요한 최상의 프로세서 효율과 부하를 세부적으로 계획할 수 있다. 또한, TwinCAT 은 필드 레벨의 다양한 신호를 분석할 수 있도록 여러 분석 패키지를 제공하고 있다. 대표적으로 ‘Condition Monitoring’ 소프트웨어 패키지를 사용하면, 산업현장의 상태를 모니터링해서 에러가 발생할 수 있는 설비의 선 조치를 통해 설비의 다운타임을 최소화할 수 있도록 도와준다. 예를 들어, 일반적인 근접센서 및 점도, 진동 센서의 데이터를 수집함은 물론, 이러한 데이터를 이용해 부하, 균열 및 비틀림 정도를 모니터링 할 수 있으며, 마찰로 인한 회전물의 손상이나 온도 상승으로 인한 비정상적인 상황들을 파악할 수 있다. 또한, TwinCAT은 필드 레벨의 다양한 신호와 설비의 상태들의 패턴을 분석할 수 있도록 TwinCAT Analytics를 제공한다. 이 소프트웨어와 ‘Condition Monitoring’ 패키지를 함께 이용한다면, 엣지 컴퓨팅에서 필요로 하는 다양한 요구조건들을 충족할 수 있다.
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| C6670 with TwinCAT3 |
Q. 엣지컴퓨팅과 관련한 BECKHOFF의 경쟁력은 무엇인가?
A. BECKHOFF 시스템의 경쟁력은 엣지컴퓨팅이 필요로 하는 모든 툴박스를 제공한다는 것이다. 디바이스 및 시스템 레벨의 다양한 통신 시스템을 제공하고 있고 있기 때문에 통합능력이 매우 뛰어나며, 설비의 분석과 전처리에 필요한 완벽한 소프트웨어 기능들을 제공하고 있어 분석 및 전처리 과정을 효율적으로 처리할 수 있다.
먼저 네트워크 통신 및 연결성에 대해 살펴 보면 필드레벨 통신과 제어기 간 통신, 엣지컴퓨팅 및 클라우드 시스템과의 통신으로 나눌 수 있다. 센서 및 필드 레벨의 디바이스 통신은 EtherCAT을 주축으로 다양한 필드버스 통신을 지원하고 있다. DeviceNet, Profibus 및 Ethernet/IP, Profinet이 대표적이다. 이러한 특징은 단일 설비 및 공장 전체 설비의 통합에 매우 중요한 요소로 인식된다. 또한 제어기 간 통신, 엣지컴퓨팅 및 클라우드 시스템과의 통신은 OPC UA, MQTT 등을 통해 다양한 시스템을 연결할 수 있도록 제품을 제공하고 있다. 더욱이 이러한 모든 기능들은 TwinCAT 자동화 프로그램의 단일 플랫폼에서 운영할 수 있기 때문에 사용자들은 보다 쉽고 빠르게 안정적으로 운영할 수 있다는 것이다.
또한, 엣지 컴퓨팅에서 가장 중요한 요소로 데이터의 분석과 전처리 기능을 제공하기 있기 때문에, 클라우드 시스템에서 처리하는 대용량의 데이터를 효율적으로 감소시키거나 줄일 수 있다. 예를 들어, 사용자가 특정 패턴의 수식을 알고 있다면, 엣지컴퓨팅 시스템에서 수집된 데이터의 집합 분석을 통해 패턴의 파라미터를 미리 알아내 클라우드 시스템을 전송하는 것이다. 전송된 패턴의 파라미터는 클라우드 시스템에서 재생산되어 좀 더 거시적 패턴을 분석하는데 사용될 수 있다. 또 다른 예로는 특정 패턴의 수식을 모를 때 통계 정보 즉, 평균값 등을 압축해 클라우드 시스템으로 전송하는 것이다. 이러한 경우 엣지컴퓨팅 시스템에서는 어떤 데이터를 압축ㆍ분석할 것이며, 어떠한 데이터를 어떤 위치에서 필요로 하는지에 대한 전처리를 엣지컴퓨팅 시스템에서 처리할 수 있다. 이러한 절차를 거친다면, 데이터 전송과 분석에 필요한 네트워크 및 클라우드 부하를 한층 줄일 수 있을 것이다.
이러한 기능들이 TwinCAT Analytics 및 Condition Monitoring으로 구현 가능하다. 필드 레벨의 센서 및 기구적인 상태들을 모니터링하여 설비의 운전상태를 파악하고 유지 보수 측면에서 미리 에러를 조치할 수 있도록 해 준다. 이는 다양한 신호의 입력 모듈을 이용할 수 있기 때문에 가능하다.
Q. 엣지컴퓨팅과 관련한 보안 부분에서 BECKHOFF의 타사와 차별화되는 경쟁력은 무엇인가?
A. 엣지컴퓨팅 시스템 뿐만 아니라, 네트워크에 연결된 모든 디바이스들은 모든 보안 문제에 직면하게 된다. 보안 문제에 대응하기 위해 여러 기관들이 보안에 대한 대비책을 준비하기도 하고 가이드라인을 제공하기도 한다. 예를 들어, VDMA(he Mechanical Engineering Industry Association) 는 산업안전 가이드 라인을 제공하고 있다.
BECKHOFF 보안 문제에 대해 빠르게 대응하기 위해 여러 기관의 멤버로 활동 중에 있다. VDE CERT의 회원사이며, DKE 913.1(IEC62443), VDMA AK 'Industrial Security', OPC UA Security Subgroup, DKE TBINK Safety & Security 등에 참석자로 활동하고 있다. 이러한 활동을 통해 얻은 정보를 이용하여 BECKHOFF 제품군에 보안 문제를 선제적으로 해결할 수 있도록 설계단계부터 적용하고 있으며, 사용자가 쉽게 편하게 보안 설정을 사용할 수 있도록 다양한 정보를 웹사이트나 매뉴얼을 통해 제공하고 있다. 따라서 사용자들은 BECKHOFF에서 제공되는 정보를 통해 엣지컴퓨팅 시스템 및 제품들을 안전하게 사용할 수 있다.
Q. 엣지컴퓨팅과 관련한 BECKHOFF의 향후 기술 포트폴리오는 어떻게 되나?
A. 엣지컴퓨팅은 필드레벨에서 생산되는 다양한 데이터를 빠른 시간 내에 수집하고 처리해야 한다. 이를 위해서는 필드 신호의 실시간 수집 능력과 수집된 데이터를 프로세싱할 수 있는 하드웨어 플랫폼과 소트트웨어가 필요하며, 생산된 데이터를 클라우드 시스템과 연결할 수 있는 다양한 통신 인터페이스가 필요하게 된다.
이를 위해 BECKHOFF는 최신의 제어 기술들을 산업 현장에 도입할 수 있도록 다양한 제품들을 출시하고 있는데, 그 중 하나는 강력한 프로세싱 성능을 가진 멀티 코어 CPU를 IPC에 적용하고 있다는 것이다. 현재 출시되어 있는 산업용 서버 IPC C6670을 더욱 발전시켜 엣지컴퓨팅에서 요구하는 성능을 갖출 수 있도록 할 것이다. 또한, TwinCAT 소프트웨어는 멀티 코어 CPU 활용은 물론, 엣지 컴퓨팅에 필요한 다양한 분석 요소 및 상태 모니터링 기능을 최적화하고 업데이트 할 뿐만 아니라, 클라우드 시스템과의 통신과 인터페이스를 위한 다양한 통신 기능을 추가해 나갈 예정이다.
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| 엣지 컴퓨팅의 전체적인 구조 |
Q. 엣지컴퓨팅 기술이 앞으로 어떻게 발전해 나갈 것으로 예상하나?
A. 혹자는 클라우드 컴퓨팅이 머지않아 엣지컴퓨팅으로 대체될 것이라고 얘기하기도 한다. 엣지 컴퓨팅과 클라우드 컴퓨팅을 상반된 개념으로 정의한다면 누군가는 승리할 수 밖에 없는 것이지만, 나의 생각은 조금 다르다.
클라우드 컴퓨팅과 엣지 컴퓨팅 시스템은 적용 범위에 따라 적용되는 개념으로 이해될 수 있다고 본다. 클라우드 컴퓨팅은 전 세계적인 네트워크를 통해 연결되고 수집되는 디바이스와 데이터가 매우 광범위하기 때문에 시스템의 규모가 커지고, 유지 보수에 필요한 비용이 높아지는 것이며, 보안 이슈도 많이 발생한다. 그러나 엣지 컴퓨팅은 로컬 네트워크를 기반으로 둔 시스템으로 좀 더 한정적인 공간에서 시스템을 운영하기 때문에, 클라우드 컴퓨팅에 비해 유지 보수에 필요한 비용이 낮아지고, 상태적으로 보안의 문제도 줄어들 수 밖에 없는 것이다. 이는 조금 상의한 듯 하지만, 함께 한다면 더욱 시너지 효과가 나타날 수 있을 것으로 본다. 따라서, 엣지컴퓨팅은 클라우드 컴퓨팅 시스템이 발전함에 따라 함께 상호 보완적으로 발전할 것으로 예상되며, 어느 시스템을 선택하느냐의 선택의 문제라기보다는 서로 협력하고 융합될 것으로 생각된다.
[출처] 월간 무인화기술 / 2018. 07
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