2022년 현재 대한민국 산업계의 최대 화두는 인더스트리 4.0입니다. 산업계는 인더스트리 4.0 시대를 맞아 대대적인 디지털 전환에 박차를 가하고 있습니다. 관련해 가장 많이 들리는 키워드가 있죠. 바로 ‘스마트 팩토리’입니다. 스마트 팩토리를 이야기할 때 빠지지 않는 주제가 있죠. 네, ‘디지털 트윈’입니다.
디지털 트윈은 지멘스 등 주요 자동화 솔루션 업체들이 매우 강조하는 주제입니다. 이 개념이 처음 등장한 것은 1960년대라고 합니다. NSA에서 우주선 관련 각종 테스트를 실제 우주선을 놓고 하지 못하는 한계를 넘어서기 위해 내놓은 아이디어라고 하네요. 물리적인 우주선과 동일한 조건의 가상 우주선을 만들어 각종 연구와 테스트를 수행하고자 한 것이죠. 이 개념을 2022년 현재 자동화 업계가 매우 적극적으로 받아들이고 있는 것이죠.
공장 자동화에서 디지털 트윈은 NASA의 아이디어와 다를 바 없습니다. 각종 자동화 장치와 설비로 구축한 공정을 그대로 가상의 공간에 복제하는 것입니다. 이를 통해 각종 장비 시운전부터 공정 최적화와 품질 개선 등을 실제 현장에서 하지 않고 가상의 공간에서 안전하게 마음 편히 할 수 있게 한다는 것이 자동화 업계가 말하는 디지털 트윈입니다. 디지털 트윈의 핵심 가치는 설비 운영과 공정 개선 측면에서 제조 업체의 민첩성을 높이는 것입니다.
디지털 트윈 구현 이야기로 넘어가 볼까요. 디지털 트윈을 실제 현장에 적용하는 것은 IT 기술과 OT 기술의 융합 작업으로 볼 수 있습니다. 가상의 공간에 실제 현장을 고스란히 구현하는 작업이다 보니 IT 기술이 매우 중요한 역할을 할 수밖에 없습니다.
레드햇이 제공하는 디지털 트윈 솔루션
레드햇은 Red Hat Enterprise Linux, Red Hat OpenShfit 등의 솔루션을 통해 산업계의 디지털 트윈 구현을 돕고 있습니다. 레드햇은 제어(Control Plane, 이하 CP), 데이터(Data Plane, 이하 DP) 그리고 디지털 트윈 환경(Environment Plane, 이하 EP)으로 크게 구분해 디지털 트원 구현을 바라봅니다. 다음은 예제 아키텍처입니다.
CP는 사용자 인터페이스, API 연계, 워크로드 우선순위 지정 및 스케줄링, 각각의 디지털 트윈 환경의 수명 주기 및 상태 관리 등을 맡습니다. CP 구현을 위해 API 게이트웨이, 액세스 제어, 작업 스케줄러, 작업 컨트롤러, 임시 데이터 저장소, 메시징 프레임워크 등이 필요합니다.
DP는 디지털 트윈 환경에서 생성되는 데이터의 저장 및 검색을 담당합니다. DP는 단순히 디지털 트윈 환경을 위한 데이터 파이프라인 구축과 운영 지원, 메타 데이터 관리 역할만 하지 않습니다. 시뮬레이션을 통해 생성되는 데이터 세트를 활용해 AI 모델을 통한 예측까지 처리합니다. DT 구현을 위한 필요 기술로는 구성 요소나 환경 정의 등에 대한 데이터 저장소 구축과 데이터 스트림 처리를 위한 API 연계 등을 꼽을 수 있습니다.
다재다능한 Red Hat OpenShift
EP는 실제 물리적 장비와 설비를 디지털 트윈을 가상의 공간에 구현한 것입니다. EP는 CP, DP와 긴밀히 연계됩니다. CP와 EP는 Red Hat OpenShift를 통해 구현합니다. 네, 디지털 트윈 환경을 구현할 때 주요 구성 요소는 컨테이너를 통해 배포됩니다. Red Hat OpenShift는 ARM과 같은 비 x86 플랫폼도 지원합니다. 따라서 전자 제어 장치(ECU) 또는 원격 원격 측정 장치(RTU) 컨트롤러와 같은 비 x86 기반 아키텍처에서 실행되는 구성 요소를 디지털 트윈 환경에서 구현하는 데 있어 유리합니다. 또한, Microsoft Windows 기반 구성 요소는 Red Hat OpenShift for Windows Containers 또는 OpenShift Virtualization 기능을 사용하여 실행할 수 있습니다.
네트워크와 통신의 경우 디지털 트윈 구현에 있어 어려운 부분인데요. Red Hat OpenShift는 포드가 둘 이상의 네트워크 인터페이스를 가질 수 있는 Multus Container Network Interface(CNI) 플러그인을 지원합니다. 따라서 하나의 네트워크는 디지털 트윈 환경 CP, DP 구성 요소 및 경 통신하는 데 사용하고, 추가 인터페이스는 별도의 네트워크에 있는 Red Hat OpenShift SDN(소프트웨어 정의 네트워크)에서 호스팅 되는 구성 요소와 통신하는 구성을 할 수 있습니다. 참고로 비IP 기반 프로토콜(CanBus, DNP3, ModBus 등)을 사용하는 Red Hat OpenShift 기반 구성 요소와 외부 하드웨어 장치 간의 통신은 소프트웨어 구성 요소와 물리적 하드웨어를 연결하는 프로토콜 게이트웨이가 필요합니다.
데이터 저장의 경우 Red Hat OpenShift Data Foundation을 이용합니다. 그리고 스트리밍 데이터 처리를 해야 한다면 Red Hat AMQ Streams를 이용해 Kafka 클러스터를 동적으로 프로비저닝 하면 됩니다. 그리고 이벤트 등 임시 데이터는 Red Hat Data Grid 기술을 이용하면 좋습니다.
이외에도 디지털 트윈 환경 구현에 필요한 접근 제어는 Red Hat의 SSO 기술을, 워크로드 스케줄링은 Red Hat Decision Manager를 활용하면 됩니다.
이상으로 디지털 트윈 환경 구축에 있어 레드햇이 어떤 솔루션을 제공할 수 있는지 간단히 알아보았습니다. 개방형 표준 기술을 중심으로 IT와 OT 기술의 통합을 계획 중이라면? 언제든지 락플레이스로 문의 바랍니다.
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