[Beckhoff 기자간담회] 4차산업혁명에 맞는 똑똑한 이송시스템이 필요해? XPlanar가 정답!

Beckhoff Korea, 기자간담회 개최하고 새로운 지능형 이송 시스템 소개

Beckhoff Korea가 10월 14일 자사 회의실에서 ‘XPlanar’를 주제로 한 기자간담회를 개최하고, ‘XPlanar’의 기술적 우위를 소개하는 한편, 시장 확대전략을 밝혔다.

Beckhoff Korea는 올해 7월 초 기존의 대리점에서 지사로 체제를 전환하면서, 모션 컨트롤 업계의 관심을 한몸에 받고 있는 기업이다.

이 Beckhoff Korea가 물류이송에 혁신을 가져올 이송시스템 ‘XPlanar’를 선보이면서, 또 한 번 관련업계의 주목을 모을 것으로 예상된다.

현재 획일적이고 단순한 대량 생산에서 다품종 소량 생산으로 생산설비가 변화하면서, 물류시스템의 한계를 뛰어넘을 수 있는 시도가 이루어지고 있는데, 이를 가능하게 해주는 시스템 중 하나가 바로 지능형 이송시스템이다.

최근 몇몇 자동화 업체가 리니어 모터를 이용한 지능형 이송시스템을 앞다퉈 출시하면서 시장을 확대해나가고 있는 가운데, Beckhoff 역시 이러한 트렌드에 맞춰 ‘XTS’라는 리니어 모터를 이용한 지능형 이송시스템을 내놓은데 이어, 여기서 더 나아가 리니어 모터가 아닌 평면(planar) 모터를 활용하는 한편, TwinCAT이라는 소프트웨어로 드라이브 기술을 구현하는 혁신적인 지능형 이송시스템을 발표하면서 기술적인 측면에서 경쟁사들과 격차를 벌렸다.

‘XPlanar’는 부유식 평면 무버를 기반으로, 평면 타일 바닥을 자유롭게 이동할 수 있는 새로운 차원의 이송 시스템으로, 탁월한 유연성을 통해 제조 공장 및 기계 설계를 간소화하고 성능을 높일 수 있게 해준다.

<취재 최교식 기자 cks@engnews.co.kr>

Beckhoff Korea 유기석 지사장이 환영사를 하고 있다.

Beckhoff는 EtherCAT이라는 이더넷 기반의 초고속 통신으로 모션 컨트롤 업계를 주도하고 있는 기업이다.

기자간담회를 시작하기에 앞서 Beckhoff Korea 유기석 지사장은 환영사를 통해, 코로나시대를 맞아 어려움을 겪고 있는 산업계는 생산성과 효율을 높일 수 있는 새로운 이송시스템을 요구하고 있다고 말하고, 자사의 XPlanar가 물류이송의 혁신을 가져올 수 있다고 역설했다.

이번 기자간담회에서는 Beckhoff Korea 정진원 차장이 발표를 담당하고, XPlanar 스페셜리스트인 김민섭 차장과 정 차장이 기자들의 질의에 답변했다.

Beckhoff는 차세대 기술로 eXtended 제품을 잇달아 출시하고 있는데, 과거 TwinCAT2를 TwinCAT3로 전환하면서, 단순히 TwiCAT3로의 전환이 아니라 eXtended Automation Engineering이라는 용어를 사용하고 있다.

XTS도 eXtended Transformation System이라고 부르며, XPlanar는 현재 주력하고 있는 차세대 X Motion 가운데 두 번째 제품에 해당한다.

XPlanar는 eXtended Planar Motor System으로 표현된다.

Beckhoff는 플래너 모터를 상용화한 첫 번째 업체다. 그동안 플래너 모터의 단순한 하드웨어는 구현이 가능했지만, 복잡한 제어시스템을 통합한 플랫폼을 공급한 것은 Beckhoff가 최초다.

무버가 바닥과 접촉을 하지 않는 상태에서 부양, 틸팅이 가능해 액체 이송에 이점

XPlanar는 바닥의 타일과 위쪽의 무버(Mover), 이동하는 트레이로 구성이 된다. 타일을 이용해서 플로어를 꾸미고 위에 마그넷(자석)이 포함된 무버가 떠 있는 형태다. 즉 마그넷 형태로 제작이 된 무버는 바닥과 접촉을 하지 않는 상태에서 부양을 하고, 타일에서 자기장을 형성해서 자기장이 형성된 위에 자석이 부양이 되어있는 구조다.

무버는 XY축으로 초당 최대 4미터의 속도로 이동을 한다. 무버의 사이즈에 따라서 이동시킬 수 있는 하중이 달라지는데, 현재는 최대 6Kg까지의 물체를 이동 시킬 수 있다.

특히 틸팅(Tilting 기울기기)이 가능한 것이 장점으로, 최대 5도 기울여서 이동을 할 수가 있다. 액체를 이송할 때 고속으로 움직이게 되면 물이 넘치게 되는데, 기울이게 되면 훨씬 용이하게 액체를 빠르게 이송할 수 있어서 액체 이송 어플리케이션에서 큰 이점을 발휘한다.

타일 종류는 두 가지로, 하나는 일반 직사각형이고 또 다른 하나는 무버를 360도 회전시킬 수 있는 타입이다. 360도 회전 타일은 현재 개발 중이다.

부상한 위치에서 최대 5mm까지 좀 더 높게 부양한다거나 낮추는 기능이 있다. 무버 위에 어떤 물체가 놓여졌을 때 이런 기능을 이용해서 충격을 완화하는 완충작용을 할 수 있는데, 현재 이런 부분에 관심을 갖는 고객사가 있다.

영구 자석을 포함하는 평면 무버는 자기장을 생성하고 무버 위치를 탐지하는 평면 타일 위에 부상한다.

타일은 벽과 천장에도 설치할 수 있어

타일은 플로어에 수평으로 깔지만 벽과 천장에도 설치할 수 있다. 따라서 공간 활용에 큰 이점을 제공한다. 실제로 공장 내의 벽면을 자유롭게 이용해보고 싶다는 국내 모 고객사의 요구사항이 있는데, 이러한 요구사항에 유연하게 대응할 수 있다.

XPlanar는 평면 자체를 스테인리스로 구성해 식품이나 제약 분야에서 유연하게 사용될 수 있다. 또 떠 있기 때문에 마찰이나 마모가 없고, 이로 인해 입자가 없기 때문에 클린환경에서 유연하게 사용할 수 있다.

현재 가반하중이 6Kg 이하기 때문에 글로벌 시장에서는 전자조립이나, 식음료, 제약 이 3가지 분야에 초점을 맞춘 사업이 진행되고 있다.

동기제어 모터로 피드백을 받아서 움직일 수 있기 때문에, 위치제어와 속도제어가 가능하다.

유저는 2개의 케이블, 즉 데이터 통신을 위한 EtherCAT 케이블과 전원 공급을 위한 케이블만 연결하면 시스템을 간단히 구동할 수 있다.

각각의 타일들을 EtherCAT 한 선을 이용해서 구성할 수 있고 타일의 전원을 두 가지 선만 있으면 시스템을 간단히 구동할 수 있다.

타일 표면은 세척에 용이한 유리나 위생적 디자인의 스테인리스 스틸, 또는 플라스틱 등 다양한 옵션이 있다.

최소의 컴포넌트로 시스템이 구성

XPlanar는 타일에서 하나의 EtherCAT 선으로 산업용 PC에 연결이 되고, 산업용 PC 위에서 TwinCAT이라는 리얼타임 소프트웨어로 XPlanar를 제어할 수 있다. 즉, 타일과 무버, EtherCAT, 산업용 PC, TwinCAT이라는 최소의 컴포넌트로 시스템이 구성된다.

TwinCAT은 경로 최적화와 충돌 회피뿐만 아니라, PLC에서 로봇, 비전, 측정 기술 및 IoT에

이르는 모든 다른 기계 기능을 중앙 플랫폼에 통합한다.

또 구조상으로 타일을 어떻게 배치하느냐에 따라서 레이아웃을 자유롭게 꾸밀 수 있다.

리니어 모터에서 가장 문제가 되는 게 병목현상으로, 앞서가고 있던 트레이에 문제가 생기면 뒷단의 트레이들이 쭉 대기를 해야 된다. 이럴 경우 모든 라인이 다운이 되기 때문에 생산성에 차질이 생기는데 XPlanar는 무버가 바닥 타일 위를 부양하며 서로를 추월할 수 있고, 버퍼 존에서 멈추거나 우회할 수 있다. 또 2차원의 움직임을 통해 생산 흐름에서 개별 무버를 방출하거나 처리 순서를 최적화하기 위해 특별 대기 존을 생성할 수 있으며, 빠른 무버가 느린 무버를 추월하게 함으로써, 하위 프로세스를 동시에 그리고 신속하게 실행할 수 있다. 각 평면 무버를 단일 축으로 개별 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 필요한 경우 다른 무버와 정교하게 동기화할 수도 있다.

XPlanar는 최소의 컴포넌트로 시스템이 구성된다.

Track Management로 복수의 트랙을 만들거나 충돌을 회피할 수 있어

XPlanar는 제품을 운반할 수 있는 능력이 단일 트랙에만 한정되어 있지 않다. 추가 트랙을 정의할 수 있으며 무버를 이 사이에서 전환할 수 있다. 여러 트랙을 사용할 때에도 사용자의 편의를 위해 TwinCAT은 동일한 트랙에서 느린 무버를 추월하거나 무버를 대기 영역에 쌓아 놓을 수 있는 기능을 포함해 복잡한 모션 시퀀스를 지원하도록 설계된 사용자 중심의 툴인 트랙 매니지먼트(Track Management)를 제공한다. 이를 통해 사용자는 XPlanar 바닥에서 병렬 노선을 정의하거나 다른 플랜트 영역으로 우회하거나 이동할 수 있다. 트랙 매니지먼트를 이용해 무버는 짧은 병렬 영역을 통과해 트랙 사이를 원활하게 전환할 수 있다. 이러한 모든 움직임은 ‘스위치 트랙’이라는 명령으로 가능하며, 사용자는 특정 흐름의 통합이나 분리 또는 충돌 방지를 걱정할 필요가 없다. 무버는 또한 사전 설정된 트랙을 따르지 않고 완전히 자유롭게 위치될 수 있다. 트랙 매니지먼트를 이용해 무버는 지정된 XPlanar 바닥 공간 내에서 다른 무버와의 충돌 위험 없이 특정 좌표로 전송된다.

XPlanar는 두 가지의 스타터 키트가 제공이 된다. APS9001은 타일 6개 무버 4개, APS9001은 타일 12개 무버 4개로 구성이 된다. 현재 국내 고객사 중에 도입을 검토하고 있는 업체가 있다.

XPlanar는 플로어 및 트랙의 레이아웃이 매우 자유롭다.

평면 무버는 XPlanar 바닥에서 다양한 트랙을 따를 수 있다. 또한 트랙을 전환할 수도 있다.

무버가 회전을 할 수 있는 타일도 제공

타일은 APS1003-0000과 APS2003-0000의 두 가지 종류가 있는데, 이 가운데 APS2003-0000 위에서는 무버가 회전을 할 수 있다.

무버는 4가지 사이즈가 있어서 다양한 하중에 적합하게 선택할 수 있으며, 평면 타일에서 서로 다른 무버 유형을 동시에 움직일 수 있다.

Beckkhoff는 앞으로 가반하중이 더 큰 무버를 개발할 계획이다. 위치 해상도는 1㎛, 반복위치정밀도는 <50㎛(X, Y, Z축)다.

특히, 6개 방향의 움직임이 가능한 자유도로 물류의 자유로운 이송이 가능하다는 것이 XPlanar의 장점 가운데 하나다. x, y, z 이동과 α, ß, γ 방향의 이동이 가능하다.

XPlanar는 6 자유도로 물류의 자유로운 이송이 가능하다.

Q&A sith Beckhoff Korea

“AI, 빅데이터, 로봇 등은 결국 물류시스템과 결합돼”

Q. XPlanar는 4차산업혁명으로 인한 물류시스템의 패러다임 변화에 어떻게 대응할 수 있나?

A. 시대 변화에 따라 소비자의 욕구들이 변화한다. 소비자의 욕구가 변함에 따라 자연스럽게 기술이 발전하게 되는데, 4차 산업혁명은 최근 다양한 소비자의 요구 사항들을 해결할 수 있는 자연스러운 접근이라고 할 수 있다. 획일적이고 단순한 대량 생산에서 다품종 소량 생산으로 생산설비가 변화하면서, 물류시스템의 한계를 뛰어넘을 수 있도록 많은 시도가 이루어지고 있다. 그 중에서도 생산성 증대 및 유지보수의 편리성, 시스템 구성의 유연성을 제공해 주기 때문에, 4차 산업혁명과 함께 생산제품에 대해 단계별 공정 설비에 이송만 담당하던 물류시스템이 공정/가공 설비와 물류 이송시스템을 하나의 플랫폼에서 가공할 수 있도록 변화하고 있는데, 이를 가능하게 해주는 제품들이 지능형 이송시스템이라 할 수 있다.

이 외에도 물류시스템의 한계 및 작업자의 노하우를 기반으로 하는 생산 시스템, 기구적인 변경이 필요함으로써, 다운타임 증가, 예측 가능한 생산 물류 시스템 구축 필요라는 이유로 인해 인더스트리 4.0과 함께 지능형 이송시스템이 부상을 하고 있다. 이러한 트렌드를 대표하는 이송시스템이 바로 XPlanar다.

최근 고객의 요구가 작업자의 노하우를 의존하는 방식에서, 데이터를 기반으로 하는 예측 가능한 물류시스템을 구축하는 방향으로 변화하고 있다. 생산 제품을 이송하기 위해 컨베이어 시스템을 없앨 수는 없겠지만, 이마저도 다양한 센서와 결합하여 설비 모니터링 시스템을 구축하고 있다. 이는 작업자의 노하우에 의존하여 설비를 유지 보수하는 것이 아니라 데이터 즉, 온도, 진동, 에너지 소모율 등에 대한 다양한 데이터를 수집하여 설비 운영 시 일정한 패턴을 파악할 수 있도록 한다. 이러한 정보는 설비의 보수 및 개조에 필요한 적적한 시기 및 방식들을 결정할 수 있도록 사용자에게 제공함으로써, 보다 효율적으로 설비를 운영할 수 있도록 한다. 즉, 4차 산업혁명으로 인한, 물류시스템의 패러다임이 변화하고 있다.

이러한 변화에 Beckhoff는 두 가지 측면으로 대응을 해나가고 있다.

첫 번째는 기구적인 요소와 제어 자동화 영역의 통합/융합이다. XTS 및 XPlanar는 생산품 및 생산 공정의 변경으로 인한 기구적인 변경요소를 최소화하고, 자동화된 소프트웨어로 생산품 및 생산 공정의 변화에 대응할 수 있도록 도와준다.

두 번째는 전체 물류시스템의 통합 관리를 위한 데이터 연결성의 극대화다. XTS 및 XPlanar는 그 자체적으로 다양한 데이터를 제공하고 있다. 사용되는 전류를 비롯해 온도 및 통신 상태 등을 제공해 줄 수 있으며, 이러한 데이터를 전체 물류 시스템으로 안전하고 신뢰성 있도록 제공할 수 있는 통신 시스템을 제공하고 있다. OPC UA 및 MQTT 등 다양한 연결성을 제공하고 있어, 전체 물류시스템의 통합 관리를 할 수 있도록 도와 준다.

Q. 새로운 지능형 이송시스템들이 스테이지(Stage)를 대체해 나가고 있는 것이 현재의 트렌드다. XPlanar는 기존의 스테이지를 대체할 수 있을 만한 분해능을 갖추고 있나?

A. XPlanar도 스테이지를 대체하고자 하는 것이 목적이다. 반도체 웨이퍼 쪽은 분해능이 2㎛ 이내라 분해능은 되는데, 정밀도가 1㎛ 이내라 아쉬운 면이 있다. 그러나 이건 우리 Beckhoff뿐만 아니라 모든 트랙시스템이 동일하다. 1㎛의 해상도로 제어를 구현하는 업체는 없는 걸로 알고 있다.

해상도가 되면 기존의 리니어나 이송시스템들을 대체할 수 있어서, 장비 자체를 간소화할 수 있다.

XPlanar의 방향은 장기적으로 두 가지로 볼 수 있다. 현재는 정밀도를 위한 물류이송이 아닌, 식품이나 음료, 제약, 이차전지, 반도체 등의 일반물류가 일차 목표 시장이지만, 향후에는 일반물류, 고정밀 이송 모두에 적용이 될 것이다.

Q. XPlanar는 트랙 자체에서 분기가 되나?

A. XPlanar는 리니어 모터를 뒤집어 놓은 형태로, 밑에 코일을 설치하고 안에 무버 안에 마그네틱이 들어가 있으며, 개별이송도 되고, 그룹이송도 되고, 분기제어도 된다.

트랙을 두는데 플로어 자체에서 분기가 된다. 1차원이 아니라, 3차원으로 움직이기 때문에, 무버 자체를 움직이는 게 더 쉽다. XTS는 1차원의 이송이고, XPlanar는 3차원의 이송이 가능하다.

Q. 타사 산업용 PC를 써도 되나?

A. 쓸 수는 있다. 그러나 다른 트랙시스템은 드라이버가 설치가 되지만, XPlanar는 드라이버가 아예 없다. 이 자체가 모터다. 모터를 TwinCAT이라는 소프트웨어로 구동하기 때문에, 하드웨어적인 드라이버가 없다. 소프트웨어적인 드라이버 제어를 하기 위해서는, TwinCAT의 역할이 아주 중요한데, 타사 PC로 실시간성을 보장할 수 있는지는 장담하기가 어렵다.

Beckhoff는 하드웨어와 소프트웨어를 동시에 만드는 회사인데, TwinCAT 자체가 윈도우 위에 설치되는 소프트웨어로 리얼타임성을 가진다. 신뢰성을 가진 하드웨어와 소프트웨어가 결합되는 것이 가장 이상적인데, Beckhoff는 그걸 구현하려고 하는 거다. Beckhoff가 만든 신뢰성을 갖는 하드웨어 내에서 실시간성을 소프트웨어적으로 구현한다는 것이 우리 Beckhoff의 기본적인 목표다.

타사 PC도 충분히 적용이 가능하다. TwinCAT은 서드파티 적용이 가능하다. 그러나 다른 문제가 생겼을 경우가 조심스럽기 때문에, 기본적으로 Beckhoff의 신뢰성 있는 하드웨어를 사용하는 걸 권장한다. Beckhoff는 서드파티 제품의 하드웨어에서는 실시간성을 보장하지 않는다.

Q. 무버는 마그넷 2개를 사용하는 텐덤 형태도 가능한가?

A. 현재 출시된 제품은 하나의 무버 하중이 6Kg이다. 마그넷이 커지면 더 높은 하중을 견디기 때문에, 국내에서는 6Kg 짜리 무버 4개를 합치는 어플리케이션을 검토 중이다. Beckhoff에서는 향후에 10Kg 이상을 견디는 큰 무버가 출시될 계획이다.

해외에서는 제약이나 식음료 이런 분야에 초점을 맞춘 사업을 전개하고 있지만, 국내에서는 반도체나 디스플레이, 이차전지 분야가 주요 시장이다. 이런 산업군에서 요구하는 하중은 10kg 이내다.

Q. 현재 가장 핫한 산업분야 가운데 하나가 이차전지 시장이다. XPlanar는 이차전지 고객에게 어떤 이점을 제공할 수 있나?

A. 이차전지는 고속으로 양산해 내는 것이 가장 중요하다. 중간에 문제가 생겨서 라인이 서버리면 큰 손실이 발생한다. XPlanar가 제공할 수 있는 가장 큰 장점은 자유도다. XPlanar는 병목현상을 해결할 수 있고, 충돌을 피해 갈 수도 있다.

Q. 병목현상이나 충돌회피 기능은 다른 트랙시스템에서도 가능한 걸로 알고 있는데?

A. 타사 시스템은 엔지니어가 프로그램을 한 거고, 우리는 라이브러리 자체를 제공한다. 충돌 방지 라이브러리 기능이 없으면 사용자가 프로그램을 잘못할 위험성이 충분히 있고, 이건 제품 파손으로 이어질 수 있다. 또 파손된 제품을 드러내기 위해 라인을 세운다거나 하는 손실이 있다. 그러나 우리는 사용자가 프로그램을 잘못해서 오류를 낸다고 하더라도 제품이 파손될 염려가 없다. 타사는 개발하는 사람의 실력이 충돌방지를 결정한다. 그러나 우리는 아예 충돌방지 기능을 제품으로 제공을 한다.

Q. XPlanar는 배선작업에서 어떤 이점이 있나?

A. XPlanar는 밑면에 배선작업이 되어있다. 타사는 모터를 체결하고 드라이버를 놓고 드라이버 케이블을 다 따고, 케이블을 다 모아서 PC로 보낸다. 그러나 XPlanar는 타일에 설치하고 전원은 분기해서 넣어주기 때문에 체결이 쉽다. 타사는 드라이버를 놓기 위한 캐비닛이 있지만 우리는 없다. 모터만 있고 드라이버는 TwinCAT에서 구현을 한다. XPlanar의 하드웨어는 PC 하나에 모터 하나만 있으면 된다.

Q. 지능형 이송시스템의 시장 전망을 어떻게 하나?

A. 생산 설비의 새로운 요구조건(다품종 소량 생산)으로 인한 지능형 이송시스템은 더욱 발전할 여지가 많다.

4차 산업혁명이라는 개념이 소개되고 다양한 기술적 발전이 이루어지고 있다. AI, 빅데이터, 로봇 등이 있는데, 이는 결국 물류시스템과 결합된다. 물류시스템이 발전하지 않고서는 4차산업혁명이 완성될 수 없다는 것이다. XPlanar와 같은 이송시스템이 로봇 및 공작 기계 등과 결합되어 효율적이며 유연한 생산설비로 탈바꿈되며, 생산 도중 발생하는 다양한 데이터를 수집하여 빅데이터를 형성해 일정한 패턴을 분석하고, 패턴을 이용하여 AI에 활용하는 거대한 순환구조에서 지능형 이송시스템은 가장 기초적이면서 기본적인 요소다. 이러한 면을 보았을 때, 지능형 이송시스템은 앞으로 더욱 발전하고 성장할 것으로 보인다.