로봇 및 산업 자동화 전기 설계의 도전과 대응

금융 위기 등을 거치며 전통적이고 한물 간 산업으로 분류되었던 제조업에 대한 활성화와 경쟁력 강화가 전세계적으로 중요한 화두가 되고 있다. 이러한 움직임은 제조업의 중요성에 대한 재인식뿐 아니라 갈수록 치열해지는 제조업체들 간의 경쟁 환경, 그리고 국경을 넘나드는 소비 시장의 다변화에 의해 앞으로도 당분간 지속될 전망이다. 대표적으로 2013년부터 독일 정부의 주도하에 추진되고 있는 Industry 4.0은 이러한 움직임의 좋은 예라고 할 수 있다. 독일 과학위원회에서는 전통 산업인 제조업에 IT 기술을 결합하여 제조업의 경쟁력 향상을 도모하고 최종적으로 스마트 공장으로 진화하자는 이러한 전략을 통해 산업 생산성이 30%까지 개선될 것으로 기대하고 있다.

글_ 김홍렬 공학박사, 이플랜한국지사 엔지니어 총괄부장

그림 1. Industry 4.0의 Smart Factory Pipeline

로봇 및 산업 자동화 분야는 이러한 제조업의 경쟁력 강화를 위한 움직임에 핵심 분야라고 할 수 있다. IT 기술과의 결합과 같이 중요한 전략이 로봇 및 산업 자동화 설계에 직접적으로 반영 되어야 하기 때문에 특히 전기/전자 분야의 로봇 및 산업 자동화의 설계는 그 어떤 산업 분야보다 빠른 기술적인 진보, 그리고 설계 환경의 최적화라는 요구에 당면해 있다. 이러한 요구에 대응하기 위해 최근 로봇 및 산업 자동화 분야의 설계 업무는 다음과 같은 기술적인 특성을 가진다.

첫째, IT 기술과의 결합 및 제조 정밀도 향상을 위해 전자 제어 기술의 도입이 보편화되고 있으며, 이러한 전자 제어 기술의 도입을 통해 PLC, 산업용 PC 혹은 마이크로프로세서 기반 제어기와 네트워크 기술의 설계 적용이 확대되고 있다. 이러한 동향으로 인해 필연적으로 전기 설계에 반영 및 관리해야 할 입출력 회로와 인터페이스 회로가 급속히 증대되고 있다.

둘째, 생산 유연화를 위해 산업 자동화 설계에 반영되는 장비가 늘어나고 있으며, 장비의 기종 역시 늘어나는 추세이다. 이렇게 장비 및 기종이 늘어 나면 설계 프로젝트 진행 시 각 장비 및 기종의 선택적인 설계 반영 방안, 그리고 식별 및 분리 방안이 필요하게 된다.

셋째, 고품질 단납기의 요구가 가속화되고 있는 업계의 특성 상 설계 정보에 대한 공유 및 재활용에 대한 요구가 증대되고 있다. 기계 기술, 유공압 기술, 그리고 전기 기술 등의 결합으로 장비가 설계되는 업계의 특성 상 서로 상이한 기술 분야의 설계 정보에 대해 효과적인 공유가 기본적으로 요구되며, 설계단과 생산단, 그리고 설계단과 구매단과의 유연한 설계 정보 공유가 필요하게 된다. 뿐만 아니라 다양하고 빠른 기술 혁신이 요구되는 추세로 인해 협력 업체와의유연하고 명확한 설계 정보 공유 역시 그 필요성이 증가하고 있다.

그림 2. 로봇 및 산업 자동화 분야의 경쟁력 확보를 위한 기술적인 특성

전통적으로 한국에서는 전기 설계에 범용 CAD를 사용함으로써 데이터 기반의 설계가 이루어지지 않았다. 이로 인해 수작업을 통한 넘버링 작업, 각종 프로젝트에서 요구되는 문서들과 다이어그램 작성, 그리고 고객의 요청 사항들에 대한 개별적인 수정 작업 등으로 인해 정작 엔지니어링이나 설계에 필요한 시간 보다 많은 시간들을 단순하고 반복적인 작업에 허비해왔다. 이러한 비효율적인 수작업으로 인해 작업 시간도 증가하지만, 더 큰 문제는 그렇게 이루어진 설계 결과조차 항상 오류 가능성이 내포되어 있다는 점이다. 앞서 언급한 바와 같이 입출력 및 인터페이스 관계의 증가와 장비 및 기종의 증가는 로봇 및 산업 자동화 전기 설계 환경을 이러한 문제점에 더 취약하게 만드는 원인이 된다.

데이터 기반의 설계와 표준화 기반 설계를 지원하는 EPLAN의 솔루션은 이러한 설계 업무의 기술적인 특성을 대응하기 위한 최적의 환경을 제공한다. EPLAN에서는 모든 전기 설계 정보가 데이터로 관리 및 운영되기 때문에 기존에 수작업에 의존했던 업무가 혁신적으로 줄어들게 되고, 넘버링 작업 및 각종 프로젝트에서 요구되는 문서들과 다이어그램의 생성이 회로 설계에 사용된 데이터를 재활용하여 많은 부분 자동화된다. 또한 이러한 데이터 기반 설계 기법의 도입을 통해 자동 검도 기능과 같이 수작업을 추가적으로 줄일 수 있는 기능을 제공한다.

EPLAN의 기본 솔루션인 P8에서는 PLC 및 제어기에 대한 I/O 리스트 및 개요도, 그리고 PLC 회로도 등을 자동 생성으로 손쉽게 작업 할 수 있도록 PLC & BUS Extension Module을 지원하고 있다. 또한 생성된 데이터의 재활용(주소 형식 변경 및 자동 재 할당)과 PLC 프로그램과의 연동성을 통해 PLC와 도면의 정확성 및 문서의 품질 향상 역시 보장할 수 있으며, 손쉬운 검색 기능을 제공함으로써 수많은 입출력과 인터페이스가 공존해 있는 설계 도면상에서 원하는 정보의 용이한 확인이 가능하다.

특별히 EPLAN의 설계 자동화를 지원하는 솔루션인 EEC-one은 설계자라면 누구나 익숙한 사무용 프로그램인 Excel에 설계자가 설계 정보를 기입하는 것만으로 I/O 회로 설계를 자동으로 수행함으로써 복합한 I/O 설계에 탁월한 효율성을 제공한다. 설계 정보의 사전 모듈화를 통해 순수하게 엔지니어링을 통한 설계에서 벗어나 설정 및 조합을 통한 설계를 지원함으로써 설계 정보의 재활용성이 극대화되게 되고, 따라서 설계 시간 및 품질 등의 향상을 기대할 수 있게 된다. 또한 기존에 별도의 설계 가이드라인 혹은 설계자 개인적인 노하우로 활용되던 엔지니어링 기법 역시 정형화되어 설계 지식으로 정보화됨으로 인해 탄력적인 인력 운영 등 전사적인 효율성의 향상에 기여하게 된다.

또한 EPLAN의 기본 솔루션인 P8에서는 체계화되고 구조화된 프로젝트 관리 기능을 통해 다양한 장비 및 기종이 반영된 설계의 효율적인 관리 및 운영이 가능하다. 기존 CAD 기반 설계의 경우에는 개별 도면 파일간의 연계성 확보 및 관리가 용이하지 않기 때문에 장비 및 기종이 변경될 때에 이를 수작업으로 일일이 관리해야 하는 문제점을 가지고 있다. 하지만 EPLAN 솔루션의 경우에는 전체 도면이 프로젝트 단위로 관리되고, 프로젝트 별 유형 관리를 통해 장비 및 기종의 변화에 산속하고 정확하게 대처할 수 있다. 추가적으로 Multi-user Module 등을 통해 다중 사용자 설게 환경을 지원하는 솔루션의 특징 상 프로젝트의 영역 별로 권한관리를 함으로써 협업을 통한 설계 시간 단축을 지원하고 이에 대한 관리 역시 가능하다.

그림 3. EPLAN의 EEC-one 설계 자동화 Solution

로봇 및 산업 자동화 전기 설계의 국내 EPLAN 적용 사례

(1) Hyundai Elevator

최적의 EPLAN 솔루션 적용으로 전장 부문 표준화 설계 기반을 마련하고, 품질, 생산성, 원가 경쟁력을 확보하여 표준화된 전기 설계 프로세스를 구축하였다. 기존에 설계를 수행할 경우에는 프로젝트의 표준구조가 없었으나, EPLAN 도입을 통해 도면구조에 대한 표준을 사전에 정의하여 설계자는 필요한 구조를 선택적으로 사용할 수 있도록 하고, 도면에 대한 조합이 용이하도록 구조화하였다. 종전에는 모든 PLC I/O회로를 개별적으로 수작업으로 배치해야 했어 오류와 설계시간이 증가했으나, PLC CONFIG 도면 작성 후 자동으로 PLC I/O 회로 페이지를 생성하고 설계시간 단축 및 설계 휴먼 오류를 줄이게 되었다. 센서와 관련된 모든 정보 역시 그 동안에는 수작업으로 표시하였으나 EPLAN 도입 후 I/O 회로 데이터를 이용하여 해당 부분에 주소 및 설명을 자동으로 기입하도록 개선하였다.

(2) Hyundai WIA

기존 프로젝트를 검토하여 EPLAN 도면으로 변환하였고 자주 사용하는 회로도의 유형별 매크로를 등록하였으며, Robot Controller의 I/O 회로 도를 Excel 에서 수정 가능 하도록 구축하였다. 기존 설계에서는 Robot Controller I/O 리스트 및 회로 등을 범용 CAD에서 수작업으로 작업하였지만, 도입 후 Excel 파일과 연동하여 손쉽게 설계 가능 하도록 하였으며 보고서들(도면 리스트, 구조, 개요도, BOM 리스트 등)을 일일이 Excel을 통해 수작업으로 작성하던 것을 개선하기 위해 동사 표현 형식에 따른 보고서 자동 생성 기능을 추가하였다. 현재는 부품 DB 생성과 관리 및 부품에 대한 사양 관리 역시 EPLAN 기반으로 운영되고 있으며, 추가적으로 표준화 도면 보완 작업과 기종 별 분리 관리 방법, 다양한 설계 및 관리 Tool과의 인터페이스, PLC I/O 및 Sensor List 등의 템플릿 정의, 그리고 현대 자동차와 GM 등 고객사와의 데이터 호환 등에 대한 업무 지원을 수행할 계획이다.

(3) Hyundai ROTEM

향후 도래할 로봇 및 산업 자동화 기술혁신을 준비하기 위해 동사는 단계적으로 EPLAN 솔루션 적용을 추진하고 있다. 미래 지향적인 산업에 발맞추어 단계 별 EPLAN 적용 프로세스 진행 첫 단계로 전기설계 표준화 – Electric P8 적용(2013년), 2단계 설계 자동화 및 패널 3D설계 – Pro panel & EEC One 적용(2014년), 3단계 재고 자동관리, PDM 기반 도면관리 – PDM 및 ERP Interface 적용(2015년) 등으로 설계 표준화와 자동화 단계를 거쳐 자동 견적 및 재고의 자동관리까지 수행할 수 있는 통합 설계 인터페이스 관리를 구상 중이다. 도면 외주 작업 시 항상 다른 도면 양식과 각기 다른 심볼, 부품 양식 등이 문제였으나 1단계 EPLAN 도입으로 도면의 표준화 기준을 확립하였다. 또한 프로젝트 진행 시 파트 별로 분업은 하지만, 비효율적으로 서로 중첩되는 작업이 수행되는 환경을 EPLAN 도입을 통해 프로젝트 협업 면에서 확실히 분할되어 체계적이며 효율적으로 진행 가능한 환경으로 개선하였다. 추후에는 설계 자동화를 통해 설계의 편리성과 도면의 품질을 향상시킬 예정이며, PDM 및 ERP 등과 연동을 통해 모든 프로세스와 데이터를 통합하여 관리를 수행할 계획이다.

그림 4. EPLAN의 엔지니어링 프레임워크 기반 Industry 4.0 Solution

로봇 및 산업 자동화 전기 설계의 미래

서두에 언급한 바와 같이 회사의 설계 조직 안에서 제한적으로 사용되던 설계 정보는 수직적으로는 구매 및 생간 조직과의 공유, 그리고 수평적으로는 상이한 기술 분야를 다루는 동일한 설계 조직 간의 공유를 통해 전사적인 효율성 확대에 기여해야 하는 필요성이 갈수록 증가하고 있다. 물론 이러한 요구에 대응하기 위해 설계 정보의 데이터화 및 표준화는 반드시 수반되어야 하는 기본적인 요건이라고 할 수 있다. 이러한 설계 정보의 공유 및 운영을 통한 재활용이 가능하게끔 하기 위해 필요한 필수적인 기반 기술이 엔지니어링 프레임워크라고 할 수 있다. 프레임워크는 동일한 데이터 및 기술 관리 환경에서 다양한 활동을 지원하는 기반 기술을 의미한다.

사실 상 EPLAN 솔루션은 그 동안 데이터 기반의 전기 설계 도구에서 시작하여 꾸준하게 프레임워크 기술로 발전해왔다. 전기분야와 유공압 분야 등 상이한 기술 분야의 연동 및 통합 데이터 운영을 위한 Fluid, PPE 등의 솔루션, 생산 조직과의 설계 정보 공유를 위한 Pro-panel, Pro-Harness 등의 솔루션, 그리고 전사 ERP 및 PLM/PDM 시스템과의 통합을 위한 Integration Suite 등이 대표적인 예라고 할 수 있다.

상기의 솔루션을 포함한 EPLAN의 엔지니어링 프레임워크 운영 기술은 향후 로봇 및 산업 자동화 분야의 경쟁력 향상에 커다란 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다. 실제로 특정 기술 분야에 국한되지 않은 설계 구성 요소들에 대해 상이한 기술 조직간 원활한 설계 정보 공유가 꾸준히 요구되어 왔으며, 엔지니어링 프레임워크 상에서 이러한 설계 정보 공유를 통해 엔지니어링의 동시 수행 및 적시에 정확한 설계 정보를 기준으로 설계가 수행될 수 있는 환경을 제공할 수 있다. 또한 선진 제조 업체의 사례에서 보는 바와 같이 설계 정보를 생산 정보로 바로 활용할 수 있는 엔지니어링 프레임워크 기술은 설계 정보를 생산 기기에 수동으로 입력할 때에 발생하는 시간적인 손실과 부정확성을 개선할 수 있는 방안을 제시해준다. 향후 이러한 설계 정보는 설계 및 제조 공정뿐 아니라 전사 관점에서 구매 시스템과의 연계, 그리고 전사 관점에서 설계 정보화를 통한 의사 결정의 합리화와 지적 재산 관리에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

EPLAN은 지난 30년 동안 엔지니어링 개발과 문제점 해결을 위해 노력해왔다. 로봇 및 산업 자동화 산업에 종사하는 여러 기업 고객과 다년간 협업하면서 일반적인 작업 방식, 프로세스, 문제 발생 가능성, 그리고 시장의 특정 요구사항을 해결할 수 있는 다양한 기술을 공급해왔으며, 이것을 고객에게 적합한 최적의 솔루션으로 공급하는 전문화된 컨설턴트를 보유하고 있다. EPLAN은 로봇 및 산업 자동화 산업이 직면한 도전과 과제에 이상적인 동반자가 되어 대한민국 제조기업이 세계적인 경쟁력을 가지도록 준비되어 있다.© [글_  김홍렬 공학박사, 이플랜한국지사 엔지니어 총괄부장 www.eplan.co.kr ]

아이씨엔 2014년 10월호. news@icnweb.co.kr