[01] 스마트팩토리의 수직적 구조

스마트팩토리, 수직적 구조로 깊이 이해하기: ANSI / ISA-95 모델 완벽 분석

지난번에는 스마트팩토리의 Horizontal 및 Vertical 관점에 대한 이야기를 나누며 저의 메타버스 팩토리 건설 계획을 밝혔습니다. 오늘은 그 두 번째 여정으로, 스마트팩토리의 핵심 구조를 이해하는 데 필수적인 ANSI / ISA-95 모델에 대해 심층적으로 알아보려고 합니다. 마치 건물의 뼈대를 세우는 것처럼, 이 표준 모델을 통해 스마트팩토리의 각 계층을 명확히 이해하고, 앞으로 만들어갈 저만의 메타버스팩토리의 기반을 다질 것입니다.

 

제조업의 복잡성과 시스템 통합의 중요성

오늘날 제조업은 그 복잡성이 날로 증가하고 있습니다. 다양한 시스템들이 유기적으로 연결되어 제품 개발부터 생산, 출하까지 이루어지죠. 이러한 복잡성 속에서 각 시스템 간의 표준화된 커뮤니케이션은 효율적인 공장 운영의 핵심입니다. 하지만 현실에서는 비즈니스 활동을 총괄하는 ERP 시스템과 실제 생산을 관리하는 MES, 그리고 현장의 제어 시스템 간의 통합에 어려움이 많습니다. 이는 업무 비효율성과 데이터 불일치라는 고질적인 문제로 이어지공 했습니다.

 

ANSI / ISA-95 모델, 스마트팩토리 구조의 국제 표준

이러한 문제점을 해결하고 제조 산업의 혁신을 이끌기 위해, 자동화 표준 분야의 선두적인 글로벌 비영리 기구인 '국제 자동화 협회(International Society of Automation)는 ANSI / ISA-95 모델을 개발했습니다. 이 표준은 제조 운영의 효율성을 높이고, 데이터의 일관성을 확보하며, 더 나아가 정확하고 신속한 의사결정 프로세스를 지원하는 데 중요한 역할을 수행하고 있습니다. 마치 건축 설계의 청사진과 같이, 스마트팩토리 구축의 가이드라인을 제시하는 것이죠.

 

ANSI / ISA-95 모델, 5개의 레벨로 이루어진 스마트팩토리 뼈대

아래 그림에서 볼 수 있듯이, ANSI / ISA-95모델은 Level 0부터 Level 4까지 총 5개의 레벨로 구성됩니다.

 

ISA-95 모델: (출처) https://www.mesengineer.com/2023/08/20/isa-95-explained/

 

제조시스템 운영 모델: (출처) Deloitte Analysis

 
 OT와 IT의 만남, MES를 중심으로

일반적으로 OT(Operation Technology) 영역은 실제 생산 현장을 제어하고 관리하는 Level 0부터 Level 2까지를 포함합니다. 반면, IT(Information Technology) 영역은 비즈니스 운영 및 정보 관리를 담당하는 Level 3부터 Level 4까지로 볼 수 있습니다. 흥미로운 점은 MES가 바로 이 OT와 IT 영역의 경계에서 중요한 역할을 수행하며, 두 영역을 연결하는 핵심 고리라는 것입니다. 마치 인체의 신경망처럼, 현장의 데이터를 상위 시스템으로 전달하고, 상위 시스템의 지시를 현장에 반영하는 역할을 합니다.

 

현실의 벽, OT와 IT 엔지니어의 간극

하지만 현실에서는 OT영역의 엔지니어와 IT영역의 엔지니어는 서로 다른 전문성을 가지고 있으며, 관련된 기업들 또한 분리되어 있는 경우가 많습니다. 따라서 스마트팩토리의 전체 그림을 폭넓게 이해하는 것이 쉽지 않은 것이 현실입니다. 시스템을 전문으로 다루는 사람은 현장의 설비나 기구 작동원리에 어려움을 느끼고, 반대로 설비나 기구를 오랫동안 다뤄온 사람은 시스템의 복잡한 영역에 진입하기 쉽지 않습니다.

 

메타버스팩토리 건설을 위한 Level별 탐구 계획

그럼에도 불구하고, 저의 머릿 속에 완벽한 메타버스팩토리를 건설하기 위해서는 각 레벨별 깊이 있는 이해가 필수적입니다. 앞으로 ANSI / ISA-95 모델의 각 레벨을 다음과 같은 목표를 가지고 자세히 탐구해 나갈 계획입니다. 마치 건물의 각 층을 설계하고 내부를 체워가는 과정과 같을 것입니다.

• Level 0 - 공정(Processes): 어떤 종류의 센서들이 현장에서 데이터를 감지하는지, 액추에이터는 어떤 방식으로 물리적인 움직임을 만들어내는지, 모터, 실린더 등 실제 물리적인 요소들의 작동 원리를 이해합니다.
• Level 1 - 제어(Controlling): PLC(Programmable Logic Controller)가 어떻게 작동하는지, PLC Address Map은 무엇을 의미하는지, PLC와 DCS(Distributed Control System)의 차이점은 무엇인지, PLC I/O(Input/Output)는 어떻게 활용되는지 학습합니다.
• Level 2 - 감독 제어(Supervisory Control): SCADA(Supervisory Control and Data Acqusition) 시스템의 개념을 명확히 이해하고, HMI(Human Machine Interface)와 PLC는 어떻게 연동되어 작업자와 설비 간의 소통을 가능하게 하는지 살펴봅니다.
• Level 3 - 제조 실행 시스템(Manufacturing Execution System): MES 내에는 어떤 시스템과 모듈들이 존재하는지, 각 모듈은 어떤 기능을 수행하며 생산 현장의 효율성을 어떻게 높이는지 상세히 알아봅니다.
• Level 4 - 전사적 자원 관리(Enterprise Resource Planning): ERP 시스템의 다양한 세부 모듈들을 이해하고, ERP가 PLM(Product Lifecycle Management), SCM(Supply Chain Management), MES 등 다른 기간 시스템들과 어떤 관계를 맺고 정보를 주고 받는지 분석합니다.

표준을 기반으로 나만의 스마트팩토리 설계

저의 메타버스팩토리는 ANSI / ISA-95 모델이라는 튼튼한 기반 위에 건설될 것입니다. 각 레벨별 학습을 진행하면서 관련된 산업 표준들을 찾아보고, 때로는 저만의 기준을 정립하여 스마트팩토리 지식을 체계적으로 정리해 나갈 계획입니다. 이 과정을 통해 머릿 속에 그려질 저만의 스마트팩토리는 단순한 가상 공간이 아닌, 실제 산업 현장의 작동 원리를 깊이 이해하는 데 도움이 되는 살아있는 지식의 보고가 될 것이라고 확신합니다.

 

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[00] 스마트팩토리를 한 번 그려보자.
[01] 스마트팩토리의 수직적 구조
[02] 스마트팩토리(Level 0) - 센서 및 액추에이터
[03] 스마트팩토리(Level 1)- PLC 중심
[04] 스마트팩토리(Level 1)- DCS 중심
[05] 스마트팩토리(Level 2)- HMI 중심
[06] 스마트팩토리(Level 2/3)- RTDB 중심