호황 맞은 반도체 시장, 필수 불가결해진 원격 솔루션 통한 생산 설비 운영 효율 극대화

2021.03.19. 16:17:00

916

최근 반도체 시장은 가파른 성장세를 보이며 '슈퍼사이클' 진입 기대감이 커지고 있다. 2023년까지 전 세계 반도체 시장 규모는 약 525조 원을 달성할 것으로 예측된다. 이는 코로나 19로 인한 생활 반경 축소와 업무 환경의 변화로 4차 산업혁명의 핵심인 '초연결성'의 필요성이 대두되고 있기 때문이다. 즉, 초연결성의 필수 요소인 5G, 인공지능(AI), 빅데이터, 자율주행차 등의 신기술 발전으로 인한 데이터센터의 증가에 언택트 트렌드와 재택근무 증가로 기업의 클라우드 서버 수요 급증까지 더해져 수요가 기하급수적으로 증가한 것이다. 지난 1년간 수많은 사물의 디지털화가 이뤄지고 이제는 언택트가 '뉴노멀'이 돼, 향후에도 반도체 시장은 계속해서 확대될 것으로 전망된다.

이와 같은 수요를 맞추기 위해서는 공장 증설이나 설비 추가 등 물리적인 확장만으로는 한계가 있다. 특히, 장기적으로 봤을 때 수요 사이클이 있는 반도체 시장 특성상 운영 및 유지보수 비용 차원에서 비경제적이다. 공장 내부적으로 초연결 시대에 발맞추어 변화할 필요가 있으며, 궁극적인 목표는 '스마트팩토리'가 될 것이다. 클라우드와 데이터베이스 등의 IT 영역과 공장 내 기계나 HMI 등의 OT 영역 각각을 최적화하며 동시에 서로 긴밀하게 통합해 다양한 데이터의 분석을 기반으로 전체적인 운영 효율을 극대화하는 것이 핵심이다. 문제 해결 속도 개선과 모니터링 등을 통한 가시성 확보로 효율적인 생산 과정이 구축되면, 운영 비용이 절감되고 생산량이 증가해 최종적으로는 수익성 증대까지 이어지게 된다.

에너지관리 및 자동화 분야의 글로벌 기업인 슈나이더 일렉트릭은 반도체 생산 라인의 효율을 극대화하는 원격 솔루션을 제공하고 있다. 증강현실 기술을 활용하는 'EcoStruxure Augmented Operator Advisor', 실시간 원격 모니터링을 가능케 하는 'Pro-face Remote HMI' 애플리케이션, 데이터 관리 및 빠른 액세스를 도와주는 'Remote File Link Solution', 그리고 생산 과정의 유연성과 통찰성을 좌우하는 고성능이면서도 경제적인 'Pro-face PS6000' 산업용 PC 등을 포함한다. IT와 OT 영역 모두를 아우르는 솔루션을 통해 공장 내 모든 장치가 연결돼 가시성과 고효율성이 확보되면 향후 지속해서 성장할 수요를 충족할 수 있을 것이다.

▲ 호황을 맞은 반도체 시장은 생산성 향상을 위한 효율 극대화 전략이 필요하다. (자료제공 : 슈나이더 일렉트릭)

4차 산업혁명의 핵심기술인 증강현실(Augmented Reality, AR)은 현실의 이미지나 배경에 3차원 가상 이미지를 겹쳐서 하나의 영상으로 보여주는 것으로 현실과 디지털 세계를 융합하는 기술이다. 증강현실을 산업 현장에 접목시키면 광범위해서 한 눈에 볼 수 없던 부분부터 보이지 않는 부분까지 간편하게 확인할 수 있어 불필요한 작업 동선이나 인력 소모를 줄이고 직접적으로 생산성에 영향을 주는 작업의 비중을 늘릴 수 있게 된다. 특히, 유지보수 부문에 증강현실을 적용하고 클라우드 등의 디지털 기술들을 통합하면 공장 전체의 지식 이전 촉진 및 가시성 확보를 통해 운영 효율을 개선할 수 있다.

슈나이더 일렉트릭의 EcoStruxure Augmented Operator Advisor (이하 AOA)는 증강현실 기술을 적용해 생산 라인의 유지보수 환경을 개선하고 비용과 시간을 단축해주는 솔루션이다. 특별한 기기 없이 AOA 애플리케이션을 설치한 태블릿만으로 생산 설비를 촬영하면 직접 열어보고 테스트해보지 않아도 가상 이미지로 실시간 데이터 확인이 가능해 다운 타임 감소와 최적화된 작업 과정으로 생산성을 높일 수 있다. 실제 유지보수에 드는 시간의 50%는 정보를 찾는데, 나머지 50%는 장비에 대한 실제 개입에 사용된다. AOA는 쉽고 빠른 적용이 가능하며, 전문 지식이나 현장 경험이 부족해도 활용 가능해 빠르게 변화하는 반도체 제조 과정의 효율을 극대화한다.

AOA는 증강현실 프로젝트를 생성하는 1년 갱신형 온라인 툴 빌더(Builder)와, 프로젝트를 실행하기 위한 영구 라이선스 소프트웨어 런타임(Runtime), 그리고 스토어에서 무료로 다운로드 받을 수 있는 앱(App)으로 구성돼 있다. AOA를 현장에 적용하기 위해서는 어느 정도의 구축 단계를 거쳐야 하긴 하나 전혀 복잡하지 않다. 우선, 관리하고자 하는 구간이나 장치 등의 장면(Scene) 사진 촬영 후 빌더를 통해 매핑 및 파일 준비 과정을 거쳐 프로젝트를 생성한다. 완성된 프로젝트를 런타임이 설치된 Harmony G5U2, Pro-face SP5B41, PS6000 등의 하드웨어 서버에 배포하면, 이 서버에서 3G, 4G 또는 와이파이에 연결해 IT 및 OT 영역의 모든 데이터를 수집하게 된다. 최종적으로 통신 테스트나 장면 인식 테스트 등 현장 시운전이 끝나면 AOA 앱을 설치한 태블릿이나 휴대폰을 활용해 유지보수 작업을 진행할 수 있는 것이다.

AOA 앱이 설치된 기기로 장면을 촬영하면, 프로젝트에 등록된 장면이나 AOA 태그가 자동으로 인식돼 기기 화면에 3차원의 가상 이미지인 POI(Point of Interest, 관심 포인트)가 표시된다. POI는 여러 타입의 정보를 리스트 형식으로 보여주기도 하며, 알람 등의 이미지나 변숫값을 표시하기도 하고 패널 이름과 같은 문자열을 나타내기도 한다. 유지보수 담당자는 있는 자리에서 POI를 통해 장비 이력이나 사용자 매뉴얼 등의 문서에 곧바로 액세스할 수 있다. 또한, Subscene Open 기능을 통해서는 전기 캐비닛이나 장비의 숨겨진 부분을 가상으로 열어 잠금이나 불필요한 가동 중지를 피하고 빠른 진단을 할 수 있어 생산성이 향상된다. 전체 보기 기능으로는 외관이나 광범위한 구간의 실시간 모니터링이 가능해 가시성을 확보할 수 있다.

▲ 증강현실 기술이 적용된 에코스트럭처 AOA를 활용하면 신속한 문제 해결 처리가 가능하다. (자료제공 : 슈나이더 일렉트릭)

작업 수행 중 문제를 식별 및 해결하는 데 어려움이 있는 경우에는 앱 화면의 우측 상단에 위치한 헤드셋 아이콘의 Remote Experts 기능을 사용하면 된다. 이 기능은 앱에 통합된 Microsoft Dynamics 365 Remote Assist를 사용해 양방향 미러링을 제공하는 영상 통화 같은 것이다. 전문가가 현장에 방문할 필요 없이, 간편하게 원격으로 도움을 줘 현장에서는 고장 수리 시간을 단축하고 다운 타임 비용을 감소시킬 수 있다. AOA 초기 구축 과정에서 빌더를 통해 호출할 전문가를 지정할 수 있으며, 전문가는 PC에 Microsoft Teams만 설치하면 원격으로 증강 현실 화상 통화가 가능하다. Remote Experts는 현장의 작업자와 전문가가 앱 화면뿐만 아니라 추가적으로 기록하는 가상 현실 주석까지 공유할 수 있게 해 효율적인 작업 환경을 선사한다.

반도체 공장 내에 구비된 설비 및 기계의 종류와 수는 너무나 다양해 숙련된 전문가조차도 교체나 수리 등에 필요한 매뉴얼을 헷갈리는 경우가 있다. AOA 앱은 사용자가 올바르게 작업을 수행할 수 있도록 안내 문구나 영상을 표시해 도와주는 Procedure 기능을 제공하고 있다. 증강 현실 기술을 사용하는 On-site Procedure와 사용하지 않는 Off-site Procedure로 두 가지 유형이 있다. 유지보수 레벨 1 작업 등에 주로 활용되는 On-site Procedure는 사용자가 앱을 통해 장면을 인식시키면 해당하는 단계를 안내해준다. Off-site Procedure는 주로 일상 및 정기 작업이나 교육 등에 사용되는데, 장면을 인식시킬 필요 없이 안내되는 단계별 지침을 따르기만 하면 된다. 사무실에서 실행해 올바른 도구나 전문 지식을 미리 확인할 수도 있어 효율적인 시간 관리가 가능하다.

에코스트럭처 AOA의 모든 기능을 완벽하게 활용할 수 있도록 하는 것이 슈나이더 일렉트릭의 Remote File Link Solution 시스템 아키텍처이다. 중앙에 파일 서버를 구축하고 유지보수에 관련된 매뉴얼이나 동영상 등의 파일들을 관리하며, 각 장비의 HMI에서 알람 발생시 관련 정보를 서버에서 불러와 현장에서 바로 열어 볼 수 있도록 하는 아키텍처다. 현재 공장에서 쓰이는 시스템은 HMI에 알람 발생시 “Alarm 7”, “Drilling Error” 등 단문 메시지만 표시돼, 장애를 해결하기에는 정보가 부족하다. 또한 해외 공장 현장에서는 현지인들에 대한 교육이 원활하지 않아 알람을 조치하는데 시간이 오래 걸리기도 한다. Remote File Link Solution은 알람 조치 방법을 동영상이나 엑셀, PPT 등의 작업지시서로 설명이 가능하여 초보자도 쉽게 따라할 수 있어 다운타임을 줄이고생산성이 증가된다.

▲ Remote File Link Solution은 데이터를 관리하고 접근성을 높여 사람과 기계 간의 격차를 줄여준다. (자료제공 : 슈나이더 일렉트릭)

공장 내 각각의 주요 장비에는 상태나 데이터를 관리하기 위한 터치패널인 HMI(Human-Machine Interface)가 탑재돼 있다. 반도체 생산 라인의 전체적인 운영 효율을 높이기 위해서는 AOA와 Remote File Link Solution 등을 활용해 예측불허한 장애를 빠르게 처리하는 것뿐만 아니라, 수많은 HMI를 원격으로 신속하게 관리하며 가시성과 지속가능성을 향상하는 것 또한 중요하다. 슈나이더 일렉트릭의 Pro-face Remote HMI는 스마트폰, 태블릿 등 스마트기기 또는 PC에서 언제 어디서나 현장 장비의 HMI를 모니터링 및 조작할 수 있는 원격 솔루션이다. 화면 작성 소프트웨어인 GP-Pro EX를 사용하는 GP400, PS6000 시리즈 등의 HMI에 사용 가능하다. 사용 방법으로 스마트기기는 앱 스토어에서 애플리케이션을 다운로드하면 되고, PC는 소프트웨어를 설치하면 된다.

Pro-face Remote HMI는 공장 내부에서만 사용 가능한 로컬 구성과 공간 제약 없이 모니터링 및 조작이 가능한 인터넷 구성을 제공해 사용자의 니즈에 맞게 설정하면 된다. 로컬 구성은 HMI를 유무선 라우터에 연결 후, 스마트기기나 PC에서 라우터의 와이파이에 접속하는 방식이다. 인터넷 구성은 HMI를 인터넷 서비스 업체에서 제공하는 공유기에 직접 연결 후 해당 공유기의 포트 포워딩을 설정하는 방식으로 언제 어디서든 3G/LTE 또는 와이파이에 연결된 스마트기기나 PC에서 Pro-face Remote HMI 사용이 가능하다. 24시 가동되는 공장 특성상 비상시 작업자가 현장에 없거나 전문가의 도움이 필요할 경우가 생기는데, 공장 밖에서도 앱을 통해 조작이 가능해 작업 효율이 개선되고 출장 비용 감소 및 장비 다운타임 감소로 인한 비용 절감을 가져온다.

반도체 클린룸은 산업용 클린룸 중에서도 가장 높은 수준의 청정도가 요구되기 때문에, Pro-face Remote HMI를 적용하면 작업자가 방진복을 착용할 필요 없이 클린룸 밖에서도 장비 모니터링 및 조작이 가능해 신속성과 신뢰성을 동시에 확보할 수 있다. 이 외에도, Pro-face Remote HMI는 스마트기기나 PC를 통한 작동과 현장 HMI에서의 중복 작동으로 인한 예기치 못한 작동 오용을 방지하기 위한 독점 터치 조작 기능과, 조작 화면을 공유하거나 독립적으로 사용하는 동기/비동기식 모드, 최대 6개의 HMI 화면을 표시할 수 있는 멀티 모니터 모드, 알람 상태를 확인하고 즉각적인 대처를 가능케하는 알람 모니터 기능 등 다양한 특장점을 보유하고 있다. 이처럼 Pro-face Remote HMI는 작업 동선을 최소화하고 빠르게 문제를 해결해 생산 라인의 운영 효율을 극대화한다.

▲ 원격 모니터링 및 조작 솔루션 Pro-face Remote HMI은 다양한 기능과 함께 뛰어난 연결성으로 작업 동선을 최소화한다. (자료제공 : 슈나이더 일렉트릭)

높은 운영 효율을 갖춘 반도체 제조 공장을 구현하기 위해서는 AOA, Remote File Link, Pro-face Remote HMI 등 IT 부문에서의 역량 극대화와 가시성 확보로 인한 생산성 향상도 중요하지만, 설비나 기계 등 OT 부문도 그에 상응하는 수준으로 업데이트해줄 필요가 있다. 슈나이더 일렉트릭의 Pro-face PS6000 Series (이하 PS6000 시리즈)는 개방적인 맞춤화 솔루션과 뛰어난 시각화 및 데이터 관리 성능을 갖춰 비용 효율적이면서도 유연성과 신뢰성을 제공하는 산업용 패널 PC다. 하이엔드 HMI에 최신 쿼드코어 8세대 인텔 CPU를 탑재한 고성능의 PC 기반 오픈 아키텍처를 제공하면서 자동화 엔지니어, 운영자와 생산 관리자, 유지보수 전문가 등 모든 고객이 필요한 정보에 접근할 수 있도록 사람과 기계를 연결해 준다.

PS6000 시리즈는 다양한 요구사항에 따라 선택 및 변경 가능한 모듈형 조합이 특징이다. 현재 각각 4가지의 박스 모듈과 디스플레이 모듈이 제공되며, 올해 하반기에 10” 와이드, 12인치 와이드, 22인치 와이드 디스플레이가 추가로 출시돼 선택의 폭을 넓힐 예정이다. 또한, 프로페이스 산업용 컴퓨터만의 특장점인 와이드 디스플레이 터치 모드는 까다로운 현장 사용에 알맞게 기본 모드, 글로브 모드, 워터캔슬 모드 등 유연한 옵션을 제공한다. 고객이 제품 선택 툴을 통해 원하는 제품의 스펙을 디테일하게 선택하면 AVEVA InTouch HMI 등 최신 소프트웨어와 운영체제 등이 구성된 번들 솔루션이 사전 설치된 후 테스트까지 마친 상태로 배송되기 때문에, 번들 구매로 인한 경제적인 이점뿐만 아니라 배송 후 검증과 검수를 위한 시간 및 리소스 절감까지 가능하다.

전 세계 100여 개 국가에 진출한 슈나이더 일렉트릭은 글로벌 지원이 가능하다는 차별점이 있다. 높은 호환성으로 산업용 PC 제품 포트폴리오 전반에서 장기간의 가용성을 보장하고, 제품 자체 수명 주기에 걸쳐 전 세계의 전문 엔지니어를 통한 상시 모니터링을 지원한다. 장기간 안정적인 사용을 보장하기 위해 PS6000 시리즈는 용이한 필터 청소 및 고장 방지를 위한 팬리스 타입이며 강한 진동 및 충격에 저항성을 가지고 있고, Achilles/ISA/IEC-62443 보안 기준을 준수해 사이버 보안을 강화했다. 이 외에도, 다양한 아키텍처에 대한 플랫폼과 소프트웨어가 이미 설치돼 광범위한 장치 및 네트워크에 연결할 수 있고, Pro-face Connect를 통해 원격에서 안전하게 접속해 유지보수를 진행할 수 있다.

PS6000 시리즈는 앞서 소개된 에코스트럭처 AOA의 런타임 서버, Remote File Link Solution의 파일 서버로 사용할 수 있으며, GP-Pro Ex 소프트웨어 또한 설치돼 있기 때문에 Pro-face Remote HMI에도 적용 가능하다. 슈나이더 일렉트릭의 반도체 공장 생산 라인을 위한 토탈 원격 솔루션은 IT와 OT 영역을 긴밀하게 통합해 운영 효율을 극대화함으로써 향후 시장 수요 증가에 대한 최선의 방안을 제공한다.