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[로봇 활용 기술] 제조 지원 모바일 로봇 운용 효율을 높이는 5G 네트워크

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[무료등록] 25명의 전문가와 함께 2022년 대한민국 스마트제조를 전망한다 (2.15~17)

나카노 요시토모·코노 마사유키, 마키노후라이스제작소 제너럴 매니저

 

제조업에 있어 제5세대 통신(5G) 네트워크 활용의 성과에 기대하는 한편, 제조 현장에 도입하는 것은 시기상조라고 생각하는 기업이 많다. 주된 이유로는 로컬 5G의 도입 코스트가 크다는 점과 통신 규격이 표준화 도상에 있기 때문에 투자한 기기 설비의 계속성에 대한 불안이 있다는 점 등을 들 수 있다.

 

마키노후라이스제작소는 이러한 걱정을 해결하는 방법으로 통신 캐리어가 제공하는 5G(캐리어 5G)를 활용하기로 했다(자사 공장부지 내에 통신 캐리어의 기지국을 설치해 개별 망으로 사용). 동시에 선진적인 클라우드 서비스를 조합해 마키노후라이스제작소의 제조 지원 모바일 로봇 iAssist 시스템의 운용 효율을 높이는 5G 네트워크를 구축하고 있다.

 

이 글에서는 마키노후라이스제작소가 2021년 7월 21일에 공식 발표한 5G 네트워크 구축에 대해서 그 특징과 우위성, 무엇이 선진적인가, 왜 코스트 퍼포먼스가 높은가 등을 구체적으로 해설하는 동시에, 그 효율적인 운용 환경에서 iAssist 시스템의 솔루션이 어떻게 진화해 갈지를 소개한다. 우선, 마키노후라이스제작소 아쯔기 사업소에 구축하는 5G 네트워크 구성이 어떠한 것인가 설명한다.

 

5G는 방식에 따라 ‘NSA’(Non Stand Alone)과 ‘SA’(Stand Alone)의 2가지로 나뉜다. 장래 보급이 예상되는 5G 코어 네트워크(코어) 제품이 등장하기 전에 5G 네트워크 구축을 가능하게 하는 것이 NSA의 목적이다. NSA에서는 4G(LTE) 코어를 사용하고, 제어 신호는 4G 기지국을 사용한다. 데이터 통신만 5G 기지국을 사용한다.

 

 

그림 1의 구성에서는 NSA를 채용해 4G 기지국과 Sub6(3.7GHz) 5G 기지국의 페어를 17군데에 설치한다. Sub6는 6GHz 이하의 5G용 전파로, 주파수가 낮기 때문에 장해물의 영향을 잘 받지 않고 광범위하게 전파가 도달한다. iAssist는 공장 내를 넓게 이동하기 위해 Sub6을 채용했다. 밀리파는 28GHz대의 고주파수로 전파의 직진성이 강하고 커버할 수 있는 통신 범위가 좁기 때문에 채용하지 않고 있다.

 

왜 5G인가

 

공장자동화에서 무선통신이 담당하는 역할은 크다. 그중에서도 구내 자동 반송으로 무인반송차(AGV)를 사용하는 케이스가 증가하고 있는데, 그 자동 제어에는 무선통신이 필수이다. 특히 가이드리스 자율주행을 하는 iAssist와 같은 고기능 반송차에서는 상시 접속에 의한 실시간 통신이 성능 향상에 요구되고 있다.

 

 

그런데 가장 많이 보급되어 있는 무선통신인 Wi-Fi를 사용하면, 좁은 범위에서 소수의 이동체 통신에는 문제가 없지만, 이용 범위를 확대해 ‘광범위’로 ‘다수’의 이동체가 통신할 때는 통신이 안정되지 않아 일시적으로 끊길 가능성이 있다. 주된 원인은 공장 내에서 다른 단말이 사용하는 Wi-Fi와의 전파 간섭(핸디 단말, PC, 무인반송차 등), 그리고 가장 큰 과제는 이동 시에 무선 액세스 포인트를 걸칠 때의 핸드오버의 특성이다. 동작 이미지를 나타냈다(그림 2).

 

액세스 포인트 1에 접속해 있던 이동체가 액세스 포인트 2의 근처로 이동해도 이동체는 액세스 포인트 1과의 접속을 가급적 유지하고, 액세스 포인트 2에 핸드오버하지 않는다. 결과적으로 이동체와 액세스 포인트 1과의 거리가 떨어져도 계속 접속하려고 하기 때문에 전파는 약해지고 통신이 불안정해진다.

 

마키노후라이스제작소의 자동 창고에서 화물의 반송에 이용하고 있는 iAssist의 운행 제어에서도 도입 초기에는 무선통신으로 Wi-Fi를 사용하고 있었기 때문에 이 과제에 대응이 필요했다. 1대가 좁은 범위를 움직이는 경우에는 문제없지만, 창고 내를 광범위하게 이동할 때나 iAssist의 대수를 늘렸을 때에 통신의 안정성 저하가 발생해 Wi-Fi 액세스 포인트의 배치를 재고했다.

 

무선통신의 안정성, 고속화와 저지연을 더욱 추진해 광범위 운행이나 다수 대 운행 관리 등 iAssist 시스템의 솔루션을 진화시키기 위한 통신 수단의 선택지를 늘리기 위해 5G를 자사의 공장(아쯔기 사업소)에 도입하기로 결정했다. 이때 로컬 5G가 아니라, 통신 캐리어가 제공하는 캐리어 5G를 채용했다.

 

캐리어 5G의 우위성

 

5G 네트워크를 도입하기 위해 SIer(IT 벤더)가 제안하는 로컬 5G와 통신 캐리어가 제안하는 캐리어 5G를 비교 검토했다. 이때 통신 규격이 표준화 도중이었고 5G의 통신 기기도 개발 중에 있었기 때문에 각사의 제안 메뉴도 확립되어 있지 않은 상황이었으므로 제안원과 마키노후라이스제작소에서 몇 번이나 의논을 거듭, 당시 시점에서 도입할 가치가 있다고 판단할 수 있는 상태까지 계속했다.

 

그 결과, 마키노후라이스제작소는 로컬 5G가 아니라 통신 캐리어가 제공하는 ‘캐리어 5G’를 채용했다. 채용 이유는 다음과 같다.

 

(1) 로컬 5G와 비교해 대폭적인 저코스트

· 로컬 5G는 기업이 자기 부담으로 기기·설비를 구입하기 때문에 코스트가 매우 높다(보급되어 있지 않기 때문에 저렴한 기기가 없다).

· 캐리어 5G는 기기·설비는 캐리어의 자산으로 제공되고 기업은 그것을 사용할 뿐으로, 공중용 기기는 기업측의 비용 부담이 적다.

 

(2) 5G의 전문 지식, 운용에 정통한 인재가 불필요

· 로컬 5G는 기업 자체의 면허 취득이 필요하고, 통신 설비의 운용도 직접 하기 때문에 기술 취득도 운용도 수고가 든다.

· 캐리어 5G는 캐리어가 제공하는 서비스를 사용할 뿐으로, 면허도 운용도 필요 없다.

 

(3) 5G의 기술이 진화해도 통신 캐리어가 서비스 레벨업으로 대응하기 때문에 진부화되지 않는다

· 로컬 5G는 지금 구입할 수 있는 기기의 사양이 메이커마다 다르고, 고액으로 도입한 기기를 규격의 표준 사양이 확정된 후에 사용할 수 없게 될 위험이 있다.

· 캐리어 5G는 기기의 업그레이드를 서비스 제공자인 통신 캐리어가 한다.

 

이러한 이유로, 높은 코스트 퍼포먼스와 낮은 리스크로 5G를 도입할 수 있다.

 

또한, 로컬 5G에서는 iPhone을 비롯한 스마트폰을 접속할 수 없지만, 통신 캐리어 5G는 여러 종류의 5G 대응 스마트폰을 이용할 수 있기 때문에 이 점도 로컬 5G에 비해 캐리어 5G가 우위인 점이 된다. 또한, Wi-Fi, 로컬 4G, 로컬 5G, 캐리어 5G는 적재적소에 사용하면 좋다고 생각하며, 각각의 비교표를 나타냈다(표 1).

 

 

선진적인 MEC의 채용

 

마키노후라이스제작소가 구축하는 5G 네트워크의 또 다른 하나의 큰 특징으로서 선진적인 MEC(Multi-Access Edge Computing) 서비스인 ‘AWS Wavelength’를 채용하고 있는 것을 들 수 있다. MEC란 서버를 단말 근처에 두어 통신 지연을 줄이는 구조이다(‘AWS Wavelength’는 Amazon Web Services가 제공하는 서비스로, 이번에는 MEC로서 이용하고 있으며 세계에서 4사의 통신 캐리어만 제공하고 있다).

 

주된 특징은 2가지이다.

 

· 세계적 주류의 클라우드 서비스인 AWS의 인프라를 통신 캐리어 망내에 설치함으로써 AWS와 동일한 클라우드 서비스를 저지연으로 이용할 수 있다.

· 통신 캐리어 망내이기 때문에 인터넷을 통하지 않고 안정적으로 시큐어하게 AWS의 클라우드 서비스를 이용할 수 있다.

 

 

AWS Wavelength의 구조를 이하에 나타냈다(그림 3). iAssist의 관리나 인증을 하는 서버는 ‘AWS Wavelength’ 상에 구축한다. AWS Wavelength와 AWS, ‘마키노후라이스 네트워크’는 동일한 IP 어드레스 체계를 사용하는 하나의 인트라넷으로 했다.

 

이번에 구축한 5G 네트워크에서 현장의 무선통신이 5G에 의해 고속으로 안정되게 AWS의 클라우드 서비스와 저지연으로 통신함으로써 지금까지 현장에 설치한 컴퓨터로 하고 있던 연산처리를 AWS의 강력한 컴퓨팅 파워로 할 수 있게 된다. 또한, AWS가 가진 AI나 IoT의 여러 가지 기능을 iAssist 이용의 고도화에 활용할 수 있다.

 

앞으로의 전망

 

5G 네트워크를 이용해 클라우드 상에 iAssist의 운용 환경을 AWS Wavelength 상에 구축해 개발하는 솔루션으로서 이하의 3가지부터 시작한다.

 

(1) 머시닝센터의 연속 가동을 실현하는 iAssist에 의한 ‘공구 반송 자동화’

(2) 유닛 자동 조립 로봇에 대한 부품 입고, 완성품 반출을 iAssist로 자동화한 ‘유닛 조립 자동 시스템’

(3) iAssist의 가동 상황을 5G 대응의 iPhone으로 모니터하는 ‘iAssist 운용 관리 시스템’

 

캐리어 5G에 대응함으로써 창고 내를 광범위하게 이동할 때나 iAssist의 대수를 늘렸을 때에 발생하는 통신의 안정성 저하에 대해, 유저에게도 저렴하게 제공할 수 있는 솔루션으로서 검토해 공장 전체의 연속 가동을 실현하는 대량의 iAssist에 의한 자동화 솔루션으로 발전시켜 간다(그림 4).

 

 

또한, iAssist의 운용 환경을 클라우드 상에 구축하는 장점은 많으며, iAssist의 구입 후 설정 작업의 간소화, 원격 리모트 서포트, iAssist 가동 상황의 확인 등 새로운 솔루션 검토의 기반이 될 것으로 기대하고 있다.

 

자사 내에서 5G 네트워크, 클라우드를 활용한 iAssist의 운용 실적을 쌓은 후, 유저의 iAssist의 운용에 적용하는 계획을 하고 있다. 저렴하고 선진적인 서비스를 유저에게 제공할 수 있도록 더욱 솔루션의 충실과 운용 효율화를 도모해 갈 것이다.

 

현재 급속하게 도입 영역이 확대되고 있는 5G에 대해, 마키노후라이스제작소는 모바일 로보틱스화에 관해 우선 유효 활용해볼 계획이다. 이 사례의 소개가, 많은 제조업이 5G 네트워크를 도입하게 되는 계기가 되어 업계 전체의 발전에 기여할 수 있기를 바란다.

 

 




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