온머신 솔루션으로 리드타임과 배선비용을 절감한다

지금까지 기계장비와 제어 패널은 따로 개별적으로 만들어져서 기계와 제어 패널 사이에 많은 양의 전선을 연결하기 위해 많은 공수를 투입해야만 했다. 이에 최근에는 기계 장비 및 제조라인 속에 컨트롤러와 I/O를 부착하여 이러한 문제를 일시에 해결하는 On-Machine 솔루션이 제시되고 있다. 

글_ 오승모 기자 

"반도체 및 디스플레이 장비를 구축하면서 간과하기 쉬운 분야가 전기장치에 대한 조립 공정입니다. 단순히 기계장비의 도입이라는 개념에서 출발하여 전자적인 부분을 쉽게만 생각하고 접근하는 경우가 많습니다. 전기장치의 조립은 또한 대부분 수많은 양의 전기 배선에서 시간을 소비하게 됩니다. 이러한 하드 와이어링과 디버깅 공정을 얼마나 앞당길 수 있느냐가 저희와 같은 장비 업체의 최대 과제이기도 합니다."

지난 5월말에 만난 반도체 및 디스플레이 장비 전문업체의 한 연구책임자는 고정밀 제조 검사 장비의 개발보다 납품시의 시스템 구축, 특히 와이어링이 가장 큰 고민거리라고 토로했다. 그렇다면 무엇이 문제인가. 제조업체가 리드타임의 단축을 과도하게 요구하기 때문일 수도 있다. 그러나 제조업체의 입장에서는 당연한 요구이다. 리드타임의 단축을 통한 새로운 설비 구축 프로젝트의 성패가 기업의 생존까지 좌우할 정도로 변덕스럽게 변화하는 소비자의 욕구를 즉시 좆아야만 하기 때문이다.

제조 장비가 구축되고 나서 시험가동에서 아무런 문제 없이 정상 가동이 되었다고 해도, 본격적인 양산공정이 이루어지면서 또 다른 문제가 발생한다. 갑자기 기계 이상이 발생한 것이다. 또는 배선 교체시기가 도래한 것이다.고정밀 장비일수록 복잡한 시스템을 가지고 전체 장비와의 통합화 경향을 보이고 있어, 이상의 원인을 찾고 문제를 해결하기 위해서는 수많은 배선을 일일이 점검해야 할 경우도 발생한다. 

시스템 구축에서의 와이어링에 대한 공수에 대한 문제는 장비 업체의 입장에서 볼 때 자신들의 중요한 기술적 요소가 아니면서도 가장 큰 고민거리가 되었고, 와이어링의 점검과 교체에 대한 문제는 설비 보전과 유지 보수를 수행하는 제조 업체의 입장에서 전문 엔지니어를 통해 해결해야 하는 가장 큰 해결 과제이기도 하다. 

개방형 네트워크와 On-Machine 

이러한 엔지니어들의 고민에 대한 솔루션으로 제시되면서 최근 들어 부각되고 있는 기술로 개방형 네트워크를 들 수 있겠다. 자사의 개발 장비와 시스템에서 표준화된 개방형 네트워크 프로토콜을 채택함으로써 장비내의 네트워크 배선문제를 단순화시키고 컨트롤 룸의 크기까지 1/4~1/8까지 획기적으로 절약할 수 있도록 도와주기 때문이다. 장비 업체의 입장에서는 표준화된 프로토콜을 채택함에 따른 장비 개발에서 네트워크에 대한 고민없이 본연의 개발 업무에 전념하고, 시스템 현장 설치에서도 1/4~1/5까지 조립 공수를 절감할 수 있다는 이점을 가진다. 제조업체의 입장에서도 장비 유지보수 트러블에서 케이블의 문제를 간단하게 해결할 수 있게 되었으며, 상위의 정보 관리 레벨에 까지 실시간으로 운전 및 트러블 정보를 제공할 수 있는 통합 시스템 구축을 손쉽게 한다. 

한 소비재 제조업체의 설비 보전 담당자는 "유지 보수 과정에서 가장 많은 트러블 발생은 다른 곳이 아닌 케이블에서 발생한다. 배선을 얼마나 단순화시키고 안전하게 유지할 것이냐가 가장 큰 문제거리"라고 말했다. "때문에 최근 들어서 산업용 네트워크로 부상하고 있는 필드버스를 적극 채용해 나가고 있다"고 밝혔다. 국제 표준화된 개방형 네트워크의 채용을 통해서 이러한 문제들을 해결하는 것은 내일의 문제가 아니라, 바로 오늘 해결해야 할 임무가 된 것이다. 

더구나 최근에는 이러한 표준화된 개방형 네트워크를 수용하는 경향과 함께 복잡했던 제어 패널을 생산현장에서 몰아내는 방안도 모색되고 있다. 각종 컨트롤러와 I/O 기기들로 복잡하게 구성된 제어 패널을 없애버리고 각종 드라이브 및 컨트롤러, 그리고 계측기기들을 모두 장비와 시스템 라인 안으로 집어넣고 있는 중이다. 이를 On-Machine 기술이라고 한다. 

분산 컨트롤의 구축 

단순하게 그냥 들여다 보면, 그저 편리하게 만든 것처럼 보인다. 그러나 On-Machine 기술을 자세히 살펴보면, 여러 종류의 제어 관련 기기들을 따로 떨어져 있는 중앙 제어함에 모두 설치하는 대신에 공정 가까이 또는 기계장비에 직접 설치하는 것이 더 효과적이라는 것을 쉽게 이해할 수 있다. 또한 이러한 방식을 채용하게 될 경우, 여러 방면에 있어서의 성능이 향상되고 여러 종류의 비용을 절감할 수 있다.

 

On-Machine 제어 방식은 기계 장비 개발 업체와 이를 사용하게 되는 최종 사용자 모두에게 이익이 되는 기술이라 할 수 있다. On-Machine 제어 방식의 채용을 통한 접근 방식은 공장 현장의 공간을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 모듈을 이용한 연결 방식을 통해 전체 시스템의 설계 및 설치가 빠르고 쉽게 이루어질 수 있도록 한다. 일단 각 기기에 따라 다르게 제조된 케이블 및 제어 관련 전선을 사용함으로써, 여러 종류의 전선을 올바른 기기에 연결하는 데 있어서 잘못 연결하는 실수를 범하지 않게 되어 설치 시의 문제가 줄어 들게 되고, 전선을 한데 묶어서 넣는 도관을 많이 사용할 필요도 없게 된다. 결국 문제 발생 시 고장 문제 진단이 수월하게 이루어지게 되어 기계 작동에서의 관리가 편리해 진다. 더 중요한 점으로는 On-Machine 제어 방식을 구매하여 사용하는 데 드는 전체 비용이 기존 제어 방식에 비해 현저히 줄어든다는 것에 있다. 

로크웰 오토메이션의 담당자는 이 점을 이해하는 것이 매우 중요하다고 지적했다. “시스템 관련 하드웨어가 기존 제어 방식의 하드웨어에 비해 더 비싼 경우도 있지만, 이를 설치하고 오랜 기간 동안 이를 사용 및 정비하는데 있어서 결국에는 비용을 절약하는 결과다”고 말했다. 또한 “궁극적으로 이 시스템을 사용하는 것이 전체 비용면에 있어서 더 효율적이다”고 덧붙였다. 

On-Machine 제어 방식의 성능 및 비용 면에 있어서의 이점을 이해하는 것은 이 기술을 홍보 및 확산하는데 있어서 중요한 요소라 할 수 있다. 이를 위해서는 기계 제조 업체들도 새로운 개념을 이해하고 있어야 하지만, 무엇보다도 고객을 설득하여 이를 이해할 수 있도록 해야 한다. 기계 제조 업체의 경우, 네트워크 기반 또는 공정 가까이에 설치하는 모듈 연결 방식 제어 설계를 선택하는 데 있어서의 융통성을 이해하는 데 시간이 그리 오래 걸리지 않을 것이다. 이 On-Machine 제어 방식에서의 가장 큰 이점은 레고(Lego)와 같은 설계 방식(기기들은 기계에 간단하게 설치할 수 있고, 각각에 맞는 케이블 시스템을 통해 서로 연결할 수 있다)을 통해 설치하는 데 걸리는 시간을 대폭 줄일 수 있다는 것이다. 그 결과 플러그 앤 플레이(Plug and Play) 기능과 같은 설치 방식으로 전선을 연결하는 것에 대해 거창하게 계획을 세울 필요가 없게 되었다. 

로크웰 오토메이션은 "이 새로운 On-Machine 제어 방식으로 장비 시스템에 대한 개발 구축 시간을 절약할 수 있게 되었고, 설치시 발생할 수 있는 오류를 30% 가량 줄일 수 있게 되었다"고 말한다. 때문에 대부분의 OEM 업체들은 On-Machine 제어 방식의 이점을 반가워 할 것이다. 그러나 이 새로운 시스템의 이점을 제조업체 고객들에게 전달하고 설득하는 과정이 남아 있다. 고객들은 새로운 것이 기존의 방식과 단순히 다르다는 이유로 새로운 설계 방식을 꺼려하는 경향이 있다. 이미 굳어버린 생각을 바꾸도록 하는 것은 뛰어 넘어야 할 커다란 장애물과도 같다. 

그럼에도 국내 제조 산업 시장에서는 새로운 기술과 솔루션에 대해 상당히 개방적인 분위기도 존재한다. 이는 전통적인 소비재 제조업체에 비해 LCD 디스플레이 제조업체들이 더욱 개방적이고 새로운 기술을 받아들일 준비가 되어 있다는 평이다. 이는 다른 업종과는 달리 과거에 증명되지 않은 영원한 새로운 장비와 기술을 도입하여 제품 대형화 추세에 대응한 생산성을 확보해 나가야 하는 산업적 특성에 기인하는 요인이 크다 할 것이다. 또한 다른 분야에 비해 젊은 엔지니어들이 다수 포진하고 있는 것도 새로운 기술과 방식에 대한 개방성과 욕구가 더욱 큰 이유가 될 것이다.

제품 기술의 진보 

On-Machine 기술은 이제 막 유럽 시장에서 인기를 끌게 되었다. 그러나, 머지 않아 전세계에 있는 기계제조 업체들은 On-Machine 기술의 채용을 통해 많은 비용을 절약하게 되어 즐거움을 누리게 될 것이다. On-Machine 제어 방식 솔루션에 적합한 제품들은 플러그 앤 플레이 기능을 이용한 모듈 형식으로 설계되어 있을 뿐만 아니라, 각 환경의 특성에 맞도록 설계되어 있다. 이를 통해 설치하는 데 드는 시간을 절약할 수 있고 제어 공정이 단순화된다. 

문제는 얼마나 개방된 기술을 통해 모듈화된 제어기와 표준화된 I/O를 시장에 제시하느냐에 달려있다고 보여진다. 컨트롤 엔지니어링 능력의 독점화를 개방함으로써 컨트롤러 개발 업체로서는 기술 지원 인력의 낭비를 막고, 사용자 입장에서는 누구나 제품을 구매하여 원하는 장비와 시스템을 구성할 수 있을 것이다. 

한미반도체의 컨트롤러 개발 담당자는 "개방화되고 안정화된 네트워크 제품의 개발을 통해 누구나 손쉽게 제품을 구매하여 장착할 수 있는 분위기를 만들어 가는 것이 필요하다"고 말했다. 이어서 그는 제품 개발 및 출시와 관련하여 "먼저 자사의 고정밀 반도체 장비에서 컨트롤러와 개방화된 (디바이스넷) I/O에 대한 검증과정을 마쳤으며, 반도체와 디스플레이 장비 뿐만 아니라 일반 기계에서도 손쉽게 적용할 수 있는 제품의 라인 업을 적극 추진중이다"고 덧붙였다. 

또한 국내 유일의 대기업 계열의 한 자동화기기 전문업체는 "고속 고정밀을 요구하는 모션 컨트롤 분야 시장의 잠재력을 충분히 인지하고 있다. 그러나 장비 개발과 시스템 구성에서의 전문 엔지니어에 대한 전국적인 지원 망 구축이 필요하다는 현실적인 문제가 가로막고 있어 쉽게 시장 접근을 추진하지 못하고 있다"고 밝히기도 했다. 이러한 고민의 해결책으로 국내시장에서는 아직 더 많은 시간이 필요할지도 모른다. 그러나 On-Machine 솔루션에서의 접근을 통한 해결방안 모색도 고려해 볼 가치가 있을 것이다. 

공장의 생산성을 높이고, 장기적인 안목에서 비용을 절감할 수 있게 됨에 따라, 기계 장비 전문 개발업체들의 입장에서 뿐만 아니라 이 장비의 수요자인 제조업체의 입장에서도 On-Machine 제어 방식이 간편함 외에도 많은 이익을 얻을 수 있다는 것은 고려해 볼 만 하다. 장기적으로 봤을 때, On-Machine 솔루션은 개방형 네트워크와 함께 와이어링의 영원한 숙제를 해결하는 실마리를 제공하는 제품 기술의 진보로까지 기록될 지도 모른다.

2005년 기사 작성