[컴퓨터월드]

소프트웨어 정의(Software-Defined) 접근방식이 산업인터넷(Industrial IoT, IIoT)을 혁신하고 있다. 개방형 표준을 활용해 복잡한 상용 시스템을 가상화하면 하드웨어 종속성을 낮추고, 실시간 성능을 향상시키며, 새로운 비즈니스 기회를 창출할 수 있기 때문이다.

이에 따라 제조, 헬스케어, 운송 등 폭넓은 산업 시장에서 가상화 플랫폼에 대한 수요가 높아지고 있다. 가상화 플랫폼은 산업 애플리케이션 및 다양한 규모의 컨트롤 서비스에서 요구되는 수준의 가동시간(Up Time) 및 성능을 보장한다. 운영 프로세스 상에서 장애를 결코 허용할 수 없는 조직에서는 언제 어디서나, 그리고 원하는 방식으로 서비스를 제공할 수 있는 기반을 필요로 하며, 이 시장에서의 가상화 플랫폼은 이러한 요구를 반드시 충족시켜야 한다.

에너지, 제조, 헬스케어, 빌딩, 물류, 교통 등 다양한 산업 시장에서 기업들이 디지털 트랜스포메이션이라는 혁신을 이뤄가는 데 있어 당면하고 있는 과제와 산업인터넷을 적용함으로써 어떻게 이를 해결할 수 있는지 살펴보자.

에너지: 연속공정 자동화의 미래

전 세계적으로 에너지 수요에 대한 압박이 갈수록 증가하면서, 주요 생산 업체들은 시급한 딜레마에 직면하고 있다. 정유공장 및 발전소를 포함하는 대규모 산업 시스템은 현재 생산량을 유지하는 동시에 안전을 보장하고, 지속적으로 증가하는 보안 위협에 대해 경계를 늦추지 않으면서도, 동시에 효율성을 높이고 비용을 절감해야 한다는 과제에 직면하고 있다.

그러나 이를 위해 기존 전체 시스템을 업데이트하는 데 드는 비용은 천문학적이다. 예를 들어, 정유공장 한 곳의 분산 제어 시스템(DCS, The Distributed Control Systems)을 대체하는 데 1억 5천만 달러 이상의 투자비용이 들 것으로 예상되며, 에너지 시설 전체 시스템을 교체하는 데에는 45억 달러가 드는 것으로 집계된다. 게다가 이러한 업그레이드는 10년에서 15년마다 이뤄져야 하며, 최대 8억 달러에 달하는 연간 운영비용 절감(OPEX)에는 거의 도움이 되지 않는다.

정유공장 및 발전소는 연속생산공정(Continuous Process) 운영으로, 이는 24시간 내내 가동을 중단할 수 없다는 사실을 의미하며, 따라서 단편적인 업그레이드만이 가능하다. 또한 스턱스넷 바이러스(Stuxnet Virus)가 증명했듯이, 인터넷에 직접 연결되지 않은 오래된 하드웨어라고 하더라도 외부 공격에 취약할 가능성이 있다. 따라서 이러한 시스템에서는 완벽한 보안에 대한 요구가 가장 우선적이다.

가상화된 컴퓨팅 환경을 갖춘 연속 공정(Continuous Process) 제조업체는 레거시 시스템에 국한되지 않고, 운영을 완벽하게 최적화할 수 있게 된다. 개방형 표준을 적용하면 생산업체는 맞춤형 인프라를 유지·관리하는 대신 상업용(COTS) 하드웨어를 적용해 OPEX를 영구적으로 줄일 수 있다. 원활한 디바이스 페일오버(failover)를 가능하게 하는 소프트웨어를 통해 즉각적이면서도 원격으로 업데이트를 수행할 수 있으며, 보안 기능이 기본적으로 내장된 빌트온(Built-On)식 설계를 적용할 수 있다.

제조: 현장의 생산성을 혁신하는 방법

세계 경제에서 산업 제조업체들은 다각도로 치열한 경쟁에 직면하고 있다. 자동차, 항공, 하이테크, 식품/음료, 섬유 및 제약 분야의 생산 업체들은 혁신을 도입해야 한다는 부담감을 갖고는 있지만, 이를 위해 기존 인프라를 교체하는 것은 결코 쉽지 않은 일이다. 레거시 시스템과 디바이스는 수십 년 동안 그대로 유지돼 왔고 유지·보수하는 데에도 많은 비용이 투입되고 있지만, 이를 교체할 경우 생산 속도 또는 품질이 저하되는 값비싼 위험을 감수해야할 수도 있다.

동시에 보안 위협도 갈수록 심각해지고, 복잡한 프로세스를 자동화해야할 필요성이 더욱 높아지고 있다. 뿐만 아니라 엄격한 요구사항에 맞춰 안전성을 보장하고, 실시간으로 작동하며, 완벽하게 보안이 갖춰져 있는, 고도의 신뢰성과 가용성을 보장하는 시스템이 필요하다. 로봇 팔(Robot Arms), 조립 라인, 패키징 메커니즘과 같은 많은 이동 부품에 대해 원격 애플리케이션은 디바이스 배치, 업데이트, 페일오버 및 해체 문제를 완벽하게 처리할 수 있어야 한다.

또한 모든 차세대 시스템은 산업 시설에서 생성된 엄청난 양의 데이터를 수집하고, 분석해 신속하게 조치를 취할 수 있어야 한다. 결국 생존하기 위해서, 제조 산업은 최적화돼야 하며 이는 이제 선택사항이 아니다.

산업 제조업체의 엄격한 실시간 요구를 해결하기 위해서는 임베디드 시스템의 전문성이 요구된다. 가장 높은 수준의 안정성과 성능을 보장하는 실시간 운영체제를 통해 극한 환경에서의 미션 크리티컬(Mission-critical), 세이프티 크리티컬(Safety-critical) 시스템의 작동을 보장해야 한다.

엔터프라이즈 아키텍처 레벨 1~3의 분산 제어 시스템(DCS, Distributed Control System), PLC(Programmable Logic Controller) 등에서 운영되는 하드웨어를 이제 100% 디지털 표현화(Digital Representations)해 신속한 페일오버가 가능해지고, 운영비용(OPEX)을 획기적으로 절감할 수 있게 된다. 또한 개방형 표준을 기반으로 하므로, 특정 공급업체에 종속되지 않고 유연성과 확장성을 극대화할 수 있다.

이와 함께 강력한 온프레미스(On-premise) 클라우드 기반 산업 인터넷 플랫폼을 통해, 원격으로 수천 개의 단말 디바이스를 배포하고 관리 및 업데이트할 수 있는 방안을 마련하는 것 또한 제조 산업 혁신을 위해 필수적인 접근 방법이다.

데이터 수집 및 분석에 대한 편의성이 탁월하게 향상되고, 시설 업그레이드 및 최적화가 신속하고 즉각적으로 이뤄질 수 있기 때문이다. 단일 중앙집중식의 고도로 신뢰할 수 있는 제어 시스템을 구축함으로써 막대한 비용이 지출되는 전면적인 교체를 피할 수 있다.

헬스케어: 예측 의료 시대의 시작

헬스케어 분야는 최첨단 기술에 대한 요구사항은 높지만, 변화에 대한 위험부담이 크기 때문에 다른 산업에 비해 채택 속도가 느린 경향이 있다. 삶과 죽음의 문제 기로에서, 새로운 의료기기는 여러 환경에서 세심한 테스트를 거쳐 FDA의 승인을 받아야 하며, 광범위한 적용을 결정하기 전에 고도의 신뢰성에 대한 검증된 실적을 증명해 보여야 한다.

침대 옆 모니터링 스테이션이 오랫동안 큰 변화 없이 그 모습, 그대로 남아있는 이유가 바로 여기에 있다. 여러 대의 장비, 깜박이는 불빛 및 꼬인 선이 늘 뒤죽박죽으로 얽혀 있다. 그리고 이러한 모니터링 장치의 대부분은 각각 독립적으로 작동하며, 병원 직원이 수동으로 확인해야 한다. 그것도, 의사나 간호사가 뭔가 잘못됐다는 경보를 듣게 될 때에만 해당된다.

이제 환자들에게는 더 나은 진료 방식이 필요한 상황이다. 단순히 스테이션을 모니터링하는 것만이 아니라, 전체 병원 네트워크의 실시간 데이터 또는 새로운 임상 시험의 결과를 통해 전체 의료 시스템을 확보할 수 있으며, 환자를 더 잘 모니터링하기 위해 모든 정보를 중앙에서 수집하고, 결과적으로 진정한 예측 의료(Predictive Medicine)를 실현할 수 있다면 어떻게 될까?

환자가 심전도 검사(EKG)에서 혈당 수치에 이르기까지 모든 정보를 중앙으로 전달할 수 있도록 신중하게 배치된 블루투스 센서들에 연결돼 있다고 상상해보자. 데이터를 분석해 즉각적인 조치를 취할 수 있으며, 신뢰할 수 있는 의사 또는 가족의 태블릿으로 정보를 보낼 수도 있다. 또 전체 의료기관 또는 전체 병원 네트워크의 데이터를 통합해 새로운 치료법에 대한 통찰력을 제공하고, 예방 조치를 제안할 수도 있다.

더불어 온프레미스(On-Premises) 클라우드 기반 IoT 플랫폼을 적용하게 되면 새로운 디바이스를 쉽고 안전하게 원격으로 테스트하고, 검증해 업데이트할 수 있으며, 시스템 업그레이드를 즉각적으로 수행해 환자 진료에 최신 기술을 즉각적으로 적용할 수 있다. FDA 클래스(Class) I, II 및 III 디바이스를 포함해 수십억 대의 임베디드 시스템에 적용된 OS를 기반으로, 광범위한 의학적 요구에 맞춰 차세대 인공 기관 및 관절 또는 스마트 스텐트 및 판막과 같은 혁신적인 새로운 의료기기가 기존의 플랫폼과 원활하게 운영되는 것도 가능해진다.

빌딩: 스마트 빌딩의 끊임없는 진화

스마트 빌딩으로 인한 변화가 눈부신 성과를 가져오면서, 새로운 비즈니스 모델에 대한 기회가 생겨나고 있다. 중계업체 및 건물 운영자는 중앙 대시보드에 정보를 전달하는 다중 시스템과 체계를 통한 대규모의 연결 가능성에 대해 연구하고 있다.

그러나 실제 진전 속도는 다소 느린 상황이다. 고층 빌딩에서 쇼핑몰에 이르는 건물들에는 HVAC 장치, 조명 및 온도 제어장치, 발전기, 엘리베이터 및 에스컬레이터, 보안 시스템과 같은 다양한 기계 및 전기 디바이스가 있다. 이러한 각 품목에는 각각 다른 전원 요구 사항, 각기 다른 인증 수준 및 안전성에 대한 요구 사항이 있다. 이들을 연결하려면 종종 고가의 다루기 어려운 맞춤형 시스템이 필요하다.

한편, 설계자들과 건설업자는 LEED 인증과 최종적인 에너지 소비량이 ‘0’이 되는 ‘넷-제로(Net-zero)’ 에너지 소비를 달성하는 건물이 늘어나고, 더 많은 고객으로부터 환경 친화적인 사무실과 주택에 대한 요구사항이 높아짐에 따라 새로운 전기를 맞이하고 있다. 이들은 전반적인 전력 소비를 줄이고, 시장 수요에 부합하고, 운영에 대한 더 나은 통찰력을 얻기 위해 빌딩 관련 비즈니스를 위한 포괄적인 차세대 솔루션을 찾고 있다.

수천 개의 에지(edge) 디바이스를 단일 시스템에 연결할 수 있는 방안이 있다면 이러한 문제에 대한 해답을 찾을 수 있다. 디바이스 관리 플랫폼을 기반으로 중앙 대시보드에서 빌딩 내의 다양한 시스템을 함께 연결하고 관리하고, 안전하게 원격으로 업데이트할 수 있게 된다. 이로써 문제를 즉시 감지하고, 즉각적으로 업그레이드를 진행할 수 있다.

온프레미스 클라우드의 역할을 하는 플랫폼을 도입하게 되면, 전체 건물 또는 심지어 건물 네트워크의 데이터를 실시간으로 집계, 분석 및 처리할 수 있다. 조명 스위치, 에어컨 유닛, 엘리베이터 패널, 온도 감지기 및 모션 센서에서 오는 데이터를 통합해 물리적 자산을 최적화하는 운영이 가능해지고, 주주의 가치를 높이면서 고객 서비스를 개선할 수 있다.

물류: 첨단 선적과 운송을 통한 비즈니스 가속화

오늘날의 비즈니스 속도는 그 어느 때보다 빨라지고 있다. 제조업체와 공급업체는 화물의 효율적인 처리를 원하고 있으며, 고객은 신속한 물품 인도를, 물류 회사는 작업을 간소화할 수 있는 더 많은 방법을 마련해야 한다. 선적 및 운송을 구성하는 다양한 요소인 ‘공장 서비스 체인’을 최적화하는 것이 그 어느 때보다도 중요하다.

그러나 이는 쉽지 않은 일이다. 물류 회사는 기상과 교통 등 끊임없이 변화하는 요소뿐만 아니라, 움직이고 있는 많은 부분들(공장, 창고, 해양 선박, 컨테이너 운반선, 화물 차량 및 철도)을 따라잡기에 급급하다. 선적 및 운송은 주와 국경을 넘어 이뤄지는 경우가 많으므로 안전성이 반드시 보장돼야 한다.

그렇다면 선적 기업이 경쟁력을 확보하기 위해서는 어떻게 해야 할까? 단순히 운송 시간을 개선하는 문제가 아니라, 미래의 수요를 예측하고 준비해야 한다. 운송 회사가 운송 경로를 실시간으로 최적화할 수 있다면 어떨까? 철도 운송이 운영비용을 줄이고, 분당 배송을 달성하면서 열차제어 시스템(Positive Train Control, PTC)을 적용할 수 있다면 어떨까?

수천 개의 에지 디바이스를 중앙 시스템에 연결하면 즉각적인 모니터링 및 업데이트가 가능해진다. 수천 개의 센서로 덮여있는 1마일 길이의 기차를 상상해 보자. 모든 것이 실시간으로 클라우드 기반 플랫폼에 보고된다. 또는 트럭 회사가 수백 대의 차량 위치를 모니터링해 각 차량의 경로를 시시각각 최적화할 수 있게 된다.

이러한 각 데이터 포인트를 종합하고, 포괄적인 비즈니스 통찰력을 확보해 분석하고, 디바이스의 위치와 운영 현황에 대한 정보뿐만 아니라 미래에 필요한 리소스를 결정하는 예측 분석에 대한 정보를 확보할 수 있다. 운송업체를 위해 고도의 가용성과 신뢰성을 보장하고 완벽한 기능을 갖춘, 특별히 설계된 IoT(Internet of Things) 플랫폼을 활용하면 그 어느 때보다 높은 수준의 효율성을 달성할 수 있다.

교통: 산업인터넷과 함께 진화하는 이동성의 혁신

오늘날의 교통 인프라스트럭처는 중요한 전환점에 와 있다. 도로에 자동차가 더 많아지고 있으며, 공항에는 갈수록 여행자들이 늘어나고 있다. 전례 없는 숫자의 사람들이 경전철 및 기타 대중교통 수단을 이용하고 있다.

이에 따라, 보안 및 효율성이 그 어느 때보다 중요해졌다. 항공사는 비용 절감에 대한 압박을 받고 있다. 공항은 긴 보안 검색대의 줄과, 잘못된 수하물로 인해 비난을 받고 있다. 대중교통기관은 고령화된 인프라로 인해 급증하는 문제를 해결하기 위해 고심하고 있으며, 운전자는 꽉 막힌 고속도로와 늘어나는 출퇴근 시간으로 인해 스트레스에 시달리고 있다.

세계 인구가 기하급수적으로 늘어나면서, 이러한 과제의 긴급성은 계속 심화될 것이다. 그리고 이러한 시스템은 인간의 이동성에 필수적이기 때문에, 업그레이드가 진행되는 동안에도 운영이 중단돼서는 안 된다. 즉 ‘전면적인 교체’는 옵션에서 제외돼야 하는 것이다. 스마트카는 시작이지만, 계속 지속되기 위해서는 교통 시스템 자체가 더욱 스마트해져야 한다.

이를 위해서는 산업인터넷 플랫폼을 도입해 공항 시스템의 발권, 수하물 확인, 보안 심사, 출입국 관리 등을 단일 승객 관리 시스템으로 통합해 근본적으로 자동화해야 한다. 항공사, 철도 회사 및 대중교통기관은 엔진, 바퀴 및 트랙으로부터 엄청난 양의 데이터를 집계해 운영을 최적화하고 제어 시스템을 가상화할 수 있게 되기 때문이다.

도시 계획자는 트래픽 패턴을 보다 정확히 예측하고, 계량 및 신호 시스템을 보다 쉽게 구축할 수 있게 된다. 또한 유연한 아키텍처를 통해 기업 및 기관들은 저렴한 상용 기성(Off-the-shelf) 하드웨어를 적용할 수 있으며, 오픈 아키텍처를 적용하면 혁신적인 새로운 디바이스를 쉽게 추가할 수 있다.

현재 산업 시장에서의 새로운 산업인터넷 기술의 유입은 지난 수십 년간 비교적 안정적으로 유지돼 온 기존 사업 모델에 큰 파괴적 변화를 가져올 잠재력을 갖고 있다. 새로운 국면을 맞이하는 이 시점에서 시장의 요구와 과제를 파악하고 발 빠르게 대처할 수 있는 기업만이 새로운 기회를 놓치지 않고 장기적인 측면에서의 경쟁력을 확보할 수 있을 것이다.