▲ ETRI 연구진이 VR 장비를 이용해 국산 5G 기술기반 스마트공장 내 공정 상황을 모니터링 하는 모습.(사진제공=ETRI)

지금 세계는 갑자기 등장한 전대미문의 신종 바이러스 전염병인 코로나19와 힘겨운 싸움을 벌이고 있다. 그러나 이보다 더 치열하게 전개되고 있는 국가 간의 경쟁은 ‘경제 전쟁’이며, 그 핵심은 첨단 기술의 선점과 생산성 향상을 통한 가격 경쟁에서 다른 국가를 앞지르는 것이다.

이런 국가 간 경제 전쟁에서 가장 중요한 점은 생산성 향상을 통한 가격 인하라는 목표를 어떻게 달성할 수 있을 것인가 하는 점이다. 그 대안은 이미 나와 있다. 바로 ‘스마트공장’이다. 스마트공장의 핵심은 디지털화와 자동화, 그라고 사람이 없는 공장을 만드는 것이다.

◆G 표준 규격 IIoT  이동통신 기술 적용
이와 관련해서 한국전자통신연구원(ETRI)은 7월 28일, 자체 개발한 5G 표준 규격(Rel-15) 기반 산업용 사물인터넷(IIoT : Industrial IoT) 이동통신 기술로 경북 경산시 하양읍에 위치한 한국생산기술연구원 스마트공장(Model Factory) 제어 시연에 성공했다고 7월 29일 밝혔다. 이로써 다양한 산업 분야에서 5G 통신 기술을 융합하여 적용하는 등 5G 스마트공장 시대를 여는데 큰 도움이 될 전망이다.

스마트공장은, 공급자 중심의 대량 생산에 적합한 일반 공장과 달리, 다양한 고객맞춤형 제품을 실시간으로 제공하는 것을 목표로 한다.

즉, 특정 생산 라인에서 특정 제품만을 생산하지 않고 공정 중간에 여러 생산 라인을 이동하거나 필요에 따라 생산 라인을 재조합하는 유연한 대처가 필요한 셈이다. 따라서 이동형 로봇이 생산 라인별 다변화된 공정을 돕거나 패널, 컨트롤러를 이용해 생산 라인을 변경하는 등의 기술들이 필요하다.

기존에는 이러한 스마트공장의 요소 기술을 도입하기 위해 주로 유선 방식의 통신을 이용했다. 5G 이전 세대의 무선 이동통신은 저지연, 초연결 등에서 온전한 성능을 보장하지 못했기 때문이다.

ETRI는 KT, 한국생산기술연구원, 오픈오브젝트, 큐셀네트웍스, 클레버로직, 숭실대학교 등과 협력을 통해, 상용 하드웨어 플랫폼을 활용해서 5G 표준 규격에 따른 산업용 네트워크 테스트베드(단말, 기지국, 코어 장비, 엣지 컴퓨팅(MEC) 서버 등)를 개발하고, 스마트공장에 우선 필요한 대표적인 IIoT 서비스를 선보였다.

연구진이 시연한 서비스는 ▲이동형 로봇의 실시간 제어 ▲휴대형 터치 패널을 이용한 생산 설비의 상태 감시 및 조작 ▲HMD등 휴대형 VR 장비를 이용한 공정 상황 감시 ▲유연하게 생산 라인을 변경하는데 필요한 PLC 간 무선 통신 등이다.

◆5G 최고 성능 수준의 테스트베드를 이용
지금까지 다른 연구기관에서 스마트공장 요소를 시연하기 위해 5G를 활용한 사례는 있었다. 그러나 이번 시연은 ETRI 자체 기술로 개발한 5G 최고 성능 수준[0.5msec 이하 무선 구간 단방향 전송 지연(MAC 계층간) 및 최저 10-6의 전송 오류율 (Block Error Rate) 등]의 테스트베드를 이용했다는 점에서 의미가 있다.

ETRI는 후속으로 내년 말까지 차기 5G 표준 규격에 준용하도록 시스템을 향상시키고 대전 ETRI 연구실과 경산 스마트공장을 저지연, 고신뢰 네트워크로 연결하여 설비들을 원격에서 실시간 관리 및 제어하는 서비스를 시연할 예정이다.

나아가 2022년 초에는 핀란드 오울루(Oulu) 대학과 경산 스마트공장까지 대륙을 넘는 고성능 네트워크를 연결하여 해외에서도 원격 관리 및 제어 서비스가 가능하도록 시연을 추진 중이다.
연구진은 이미 2017년 말, 국내 최초로 협대역 사물인터넷(Narrow Band?IoT) 기술을 활용해 센서들을 무선으로 연결하고 수집된 정보로 공정 상태를 점검하는 서비스 시연에 성공하는 등 기존부터 축적한 원천기술을 바탕으로 본 기술 개발에 성공할 수 있었다고 밝혔다.

연구진의 기술을 활용하면 공장 설비들을 5G를 통해 실시간 관리하고 제어하는 스마트공장을 구현해나갈 수 있을 것으로 전망된다.

이를 위해 ETRI는 현재 핀란드 오울루(Oulu) 대학과 공동 연구를 진행하고 있으며 궁극적으로 모든 유선 연결을 대체할 수 있는 차세대 저지연, 고신뢰 무선 통신 기술을 개발하고 6G 핵심 기술 개발을 주도하기 위해 노력할 예정이다.

ETRI 김일규 미래이동통신연구본부장은“ETRI가 자체 개발한 5G IIoT 시스템은 제조 산업 전반에 걸쳐 5G 스마트공장 활성화를 위한 혁신적인 도구로 활용될 것으로 기대한다. 특히, 중소기업과 협력을 통해 관련 기술 국산화를 위한 노력을 이어갈 것이다”라고 말했다.

이 기술은 2017년 3월부터 과학기술정보통신부와 IITP의“셀룰러 기반 산업 자동화 시스템 구축을 위한 5G 성능 한계 극복 저지연, 고신뢰, 초연결 통합 핵심기술”과제의 일환으로 진행됐다.

한편, 스마트공장을 도입할 경우 기업이 얻을 수 있는 이익은 다양하다. 기업들이 가장 중요하게 생각하는 생산성 향상의 경우, 그동안의 도입 사례들을 보면 업종에 따라 최소 30~200% 정도의 생산성 향상을 기대할 수 있는 것으로 나타났다.
/박소원 기자