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미래형 제조산업에 기여하는 가상현실(VR)-증강현실(AR) 기술

기사승인 2019.03.18  11:10:16

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상용의약품·맞춤형의약품에 대한 수요가 증가하면서 생명공학기업은 유연한 제조시스템에 주목하고 있다. 모듈형 설계 개념과 모바일 기술의 발전으로 많은 기업들은 대규모 생산공장에서 여러 제품을 생산할 수 있는 민첩한 미래형 설비·제조시스템의 전환을 고려하고 있다.

기술은 놀라운 진전을 이룬 반면, 도전과제와 위험에 직면하게 되었고 업계의 높은 규제 환경에도 대응에 나서야 하는 상황이다.

일회용 설비, 모듈형 장비와 운반 장치는 스위트 주변을 이동하거나 한 스위트에서 다른 스위트로 끊임없이 이동하게 된다. 작업자는 보다 다양한 작업을 완수하고, 프로세스에 정기적으로 개입하며, 제한된 제품 생산에 따른 압축 배치 사이클 시간에 대응해야 한다. 이와 같은 급변하는 환경 속에서 제조업체는 다음과 같은 복잡한 문제에 직면하게 된다.

- 각 스위트에 올바른 장비가 적시에 위치하려면 어떻게 해야 하는가?
- 설비 전체에서 돌아다니는 수 십 개의 운반 장치를 효율적인 방식으로 추적하고 있는가?
- 작업자의 오류를 최소화할 수 있는 방법은 무엇인가?

장비 검증 방법을 개선하고 오류 가능성을 줄이기 위해서는 자동화 시스템이 다양한 방식으로 활용되어야 한다. 그리고 이와 같은 내재된 위험을 줄일 수 있는 새로운 기술이 등장하고 있다.

제조산업계에 도입되는 가상현실(VR)과 증강현실(AR)
가상현실(VR)과 증강현실(AR)은 카메라, 스캐너, 검증된 제어 전략과 함께 사용하면서 전혀 새로운 차원의 위험 완화를 실행할 수 있는 기술로 떠오르고 있다. 특히 관련 기술들은 작업자의 수행 능력을 높이고 자산관리 최적화를 지원하고 있다.

가상현실은 수정할 시간이 아직 있는 설비 계획 시 작업자의 오류를 줄일 수 있도록 지원한다. 새로운 기술은 건물정보모델링(BIM)을 가상현실 경험으로 변환할 수도 있다. 예를 들어 10피트 표준 출입구가 있는 방에 대해 12피트 스키드가 적용되어 있는 것과 같은, 작업자의 단순한 실수도 찾아낼 수 있다.

운영 관점에서 새로운 기술로의 전환은 결코 쉬운 작업이 아니다. 그간 운영되어온 전통적인 설비에서는 자동화 수준이 높으므로 작업자는 일회용 기술 도입으로 인해 발생할 수 있는 위험에 대해 명확하게 이해하지 못할 수도 있다. 그만큼 실수가 발생될 확률도 커진다.

운영 지식의 개선은 중요하다. 그러나 이에 대한 교육 프로그램이 부족한 경우가 많다. 표준에 입각한 교육 프로그램에서 실제의 생산 현장 시나리오를 그대로 반영하기는 어렵다.

가상현실과 증강현실 기술을 함께 사용하면 설비 가동이 시작되기 이전에 작업자는 미리 생산 환경과 제조 프로세스를 점검해볼 수 있다. 그리고 이러한 기술은 프로세스 운영이 시작되면 장비 간 상호작용을 단순화 하는 데에도 도움이 된다.

최신 기술은 어떠한 방식으로 운영을 개선하고 있을까? 간단하게 말하자면, 가상현실과 증강현실로 인해 작업자는 직접 수행하고, 직접 보여줌으로써 커뮤니케이션을 높일 수 있으며, 위험을 최소화할 수 있다.

가상현실을 통해 작업자는 교육 과정에서 실제 방식과 유사하게 생산 환경과 프로세스를 경험하고 익숙해질 수 있다. 작업자는 가상현실 속에서 실제 같은 생산 스위트를 둘러보고 프로세스 스키드, 튜브 용접 시스템 및 기타 장비가 어디에 위치하는지 정확히 확인한 후 프로세스에 대해 단계 별로 배울 수 있다.

가상현실은 실제 세계의 경험을 재현함으로써 작업자가 효율적으로 운영을 준비할 수 있도록 지원하면서 향후 잠재적인 문제의 조기 식별에도 도움을 준다.

생산이 시작된 이후, 증강현실은 매우 중요한 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어 업스트림 프로세스에서 바이오리액터가 50개의 연결을 관리해야 하며 각 연결에는 여러 단계가 필요하다고 가정해 보자. 일반적으로 작업자는 관리운용절차(SOP)를 통해 단계별로 작업한 다음 전자 서명을 통해 각 단계가 수행되었음을 확인한다.

일부 절차 및 방법에는 제품 전환을 안내하는 시각적 도구가 포함되어 있지만 방대한 데이터가 연결되고 빠르게 진행되면서 오류 발생 가능성이 높아진다.

증강현실 프로세스를 안내하는 시나리오를 상상해보자. 작업자는 증강현실 디바이스, 혹은 태블릿을 사용해 실제 장비에 가상으로 겹쳐서 보여지는 연결 지침을 동시에 확인해볼 수 있다. 지침과 시각적 단서 간의 상관관계를 파악하는 대신 연결이 되어야 하는 곳이 동시에 ‘보여짐’으로써, 이를 보고 작업자는 직접 연결을 ‘수행’하면서 작업 효율성을 비약적으로 높일 수 있다.

카메라, 바코드 스캐너 또는 RFID 기술을 통해 수동 연결에 대한 확인은 물론, 장비와 운반 장치 선택에 대한 확인도 가능해진다. 전자서명을 자동으로 배치 기록에 추가해 규정 준수를 도모할 수도 있다.

이와 같은 기술들은 기존의 휴먼머신인터페이스(HMI) 단말기가 없는 스위트에서 모바일 장비의 오류 탐지 기능을 개선하는 데에도 사용될 수 있다. 

증강현실 단말을 착용한 유지보수 기술자가 장비의 한 부분을 단순히 보기만 함으로써 알람이 발생한 곳을 찾을 수 있다고 상상해 보자. 그리고 이와 같은 예시는, 우리가 생각하는 것보다 훨씬 가깝게 다양한 제조환경에 적용되어 있다.

글 : 트레버 밴더미어(Trevor Vandermeer) / 컨트롤러 엔지니어 / 로크웰오토메이션

최태우 기자 desk@theinterface.kr

<저작권자 © 인터페이스뉴스 무단전재 및 재배포금지>
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