로봇 시스템에 필수적인 안전과 보안

제조 환경에서는 케이지나 안전문을 사용해서 사람을 기계로부터 보호합니다. 이렇게 하면 사람은 안전하게 기계와 협력해서 일할 수 있습니다. 하지만 좀더 효과적이기 위해서는 안전문이나 케이지없이 사람과 기계가 함께 일할 수 있어야 합니다. 사람과 능동형 로봇이 함께 일할 수 있도록 기계를 안전하게 만들려면 어떻게 해야 할까요?

작업자의 안전을 위한 공장을 어떻게 만들 수 있을까요?

혹시 공장에 가 보셨다면 각종 경고 문구들이 부착되어 있는 것을 보셨을 것입니다. 지정된 작업복과 안전 장구를 착용해야 한다거나, 숙련된 직원들만 기계에 가까이 접근 및 작동할 수 있다고 하는 문구 같은 것들입니다. 이렇게 시각적으로 표시하여 사람들에게 도처에 위험이 도사리고 있다는 경각심을 갖도록 할 수 있습니다.

사람들은 무슨 일이 일어나면 자기가 어떻게 해보려는 경향이 있습니다. 예를 들어서 어떤 기계가 고장 났을 때 담당자를 부르려면 시간이 걸리기 때문에 자기가 직접 고쳐보려고 합니다. 하지만 전문가가 필요한 데에는 다 이유가 있습니다. 전문가들은 기계가 어떻게 만들어졌고 구조가 어떻게 생겼는지 속속들이 알고 있으며, 따라서 안전하게 수리하는 방법도 알고 있습니다.

물리적 안전 조치

작업자의 손, 손가락, 팔을 안전하게 보호하기 위해서 로봇 같은 첨단 제조 장비를 일종의 케이지 안에 두고 가동합니다. 접근이 필요한 일이 발생되면 보호 문을 열고 수리 기사가 들어가서 기계를 수리합니다. 기계가 작동하고 있을 때는 잠금 장치로 인해서 사람이 문을 열고 들어갈 수 없습니다. 안전문이 이유없이 열려 있으면 내부 스위치 또는 센서가 이 상황이 감지합니다. 이러한 상황이 감지되면, 문을 완전히 닫고 잠금 장치가 고정되기 전까지는 기계가 작동되지 않습니다.

작업자는 기계가 작동하고 있을 때는 지켜보기만 할 수 있고, 기계를 수리하려면 기계를 멈추어야 합니다. 둘의 상호작용이 안전하지만 효율적이지는 않습니다. 서로 공존하면서 같이 일하지만 협업은 아닙니다.

자동화가 미치는 영향

대부분의 공장은 여전히 컨베이어 벨트 방식을 따르고 있습니다. 이것은 헨리 포드가 자동차 제조를 혁신적으로 변화시킬 수 있었던 방식입니다. 그는 도축장의 컨베이어 벨트에서 영감을 받아서, 직원 개개인이 자동차 제조의 전체 과정 중에서 일부만을 맡아서 처리하도록 했습니다. 컨베이어 벨트를 따라서 차체가 지나가는 동안에 각기 작업자들이 자기가 맡은 임무에 따라서 볼트를 조이고 부품을 끼웠습니다.

각 작업자들이 자기가 맡은 작업에만 집중함으로써 그 부분에 대해서만은 전문가가 되었습니다. 이에 포드 자동차는 자동차 한 대를 조립하는 데 걸리는 시간을 12시간 이상에서 90분 수준으로 단축하게 되었습니다. 모든 자동차를 똑같이 제조함으로써 이 제조 방식은 높은 효율을 달성할 수 있었습니다.

소비자들의 맞춤화 요구

하지만 오늘날 소비자들은 그 이상의 것을 바라게 되었습니다. 맞춤화되고 독특하며 개성이 반영된 상품을 원하게 된 것입니다. 그러기 위해서는 컨베이어 벨트 방식에 변화가 필요합니다. 어떤 제품은 모든 공정을 다 거쳐야 하는 반면에, 어떤 제품은 필요 없는 공정에서 마냥 기다려야 하는 일이 발생되기 때문입니다.

모든 생산 공정을 순서대로 다 거치도록 하는 것이 아니라, 공정 별로 작업 단계를 분리하는 것이 더 합리적입니다. 그러면 소비자가 요청한 특정 제품 버전에 따라서 필요한 공정만 거치면 됩니다. 일부 공정을 여러 번 처리할 수도 있습니다.

로봇에 대한 감시

자동화된 공장에서는 배터리로 작동되는 무인 운반차(AGV)가 제품과 자재를 운반할 것입니다. 기본형 제품은 기본적인 공정만 거칠 것이고, 고급형 제품은 모든 공정을 다 거칠 수도 있습니다.

이 과정에서 안전과 보안이 필수적입니다. 두 용어는 비슷해 보이지만 명확히 구분됩니다.

안전: 사람을 기계로부터 보호

안전: 사람을 기계로부터 보호

아무리 첨단 공장이라 하더라도 여전히 많은 공정에 사람이 필요할 것입니다. AGV들이 무겁고 위험한 물건을 싣고서 사람 작업자 가까이에서 움직이면서 사람에게 위험을 가하지 않아야 합니다. 그러기 위해서 AGV의 컴퓨터는 다양한 센서를 사용해서 변화하는 주변 환경을 계속해서 감지할 수 있어야 합니다.

안전: 사람을 기계로부터 보호

세이프티 케이지가 없어지면, 광학적 안전 장벽이나 ToF(time-of-flight) 카메라 같은 센싱 솔루션을 사용해서 로봇 시스템 주변 환경을 감지할 수 있습니다. 사람이 근접한 것으로 감지되면 로봇 팔의 속도와 동작을 낮추고 제한할 수 있습니다. 사람이 광학적 안전 장벽을 통과하면 로봇 팔은 사람과 멀리 떨어진 공간으로 동작을 제한합니다. 그럼으로써 로봇을 완전히 멈출 필요 없이 작업 트레이를 내려놓거나 완성 제품을 들어올릴 수 있습니다.

안전: 사람을 기계로부터 보호

하지만 잠시라도 센서의 감지없이 움직인다면 자칫 심각한 사고로 이어질 수 있습니다. 따라서 이러한 기계에는 특수한 컴퓨팅 장치가 필요합니다.

안전: 사람을 기계로부터 보호

AURIX™ 마이크로컨트롤러 제품군 같은 TriCore 컴퓨터 프로세서는 각각의 프로그램 명령을 중복적으로 실행할 수 있습니다. 프로세서가 명령을 실행하고 그에 따른 조치를 취합니다. 그리고 똑같은 명령을 다시 실행합니다. 이 결과값이 일치하면 그 다음 할 일을 계속합니다. 하지만 결과값이 다르면, 문제를 해결하기 위해서 비상상황 소프트웨어가 실행됩니다. 따라서 만약 결함이 발생되었을 때 AGV를 즉시 안전하게 정지시킬 수 있습니다.

안전: 사람을 기계로부터 보호

이것은 많은 안전 기능 중의 하나이며 이런 능력을 갖추는 것은 결코 쉬운 일이 아닙니다. AURIX™ 마이크로컨트롤러의 안전 기능은 모든 가능한 작업 중 오류에 대해 수년간 축적된 경험과 연구에서 얻어진 것입니다. 이 마이크로컨트롤러를 사용함으로써 안전한 로봇과 AGV를 설계할 수 있습니다.

보안: 기계를 사람으로부터 보호

보안: 기계를 사람으로부터 보호

로봇 시스템들은 서로 연결되어야 합니다. 로봇 시스템들이 공장 안을 돌아다니면서 자신의 위치를 관리 시스템과 무선으로 공유합니다. 그러면 시간이 지나면서 전체 공장에 대한 가상의 지도가 완성될 것입니다. 장애물이나 새로운 경로 같은 것들을 다른 AGV와 신속하게 공유할 수 있습니다. 이런 방식으로 어떤 경로가 비어 있는지 그리고 언제 어떻게 다음 공정으로 가야 할지 알 수 있습니다.

보안: 기계를 사람으로부터 보호

가정용 컴퓨터나 스마트폰과 마찬가지로, 네트워크로 연결된 로봇들 역시 해커, 바이러스, 여타 멀웨어로부터 보호해야 합니다. 기밀 정보가 누출되지 않도록 해야 하며 허가된 부품이나 소모품만 사용되도록 해야 합니다. 이것은 안전과도 직결된 문제입니다.

보안: 기계를 사람으로부터 보호

수리가 필요할 때는 AGV나 로봇의 핵심 부품을 메인 컴퓨터에 등록하도록 해야할 것입니다. 이렇게 함으로써 소프트웨어나 고가 제품의 홀로그램 스티커로 정품 인증을 할 때처럼 부품을 인증할 수 있습니다.

보안: 기계를 사람으로부터 보호

이러한 인증은 오늘날 이메일이나 암호화 메시징 앱의 보안 통신에 사용되는 것과 기본적으로 동일합니다. 각각의 로봇은 특정한 저장소에 일련의 키들을 저장합니다. 이러한 저장소는 하드웨어에 내장된 칩을 말합니다. 부품이나 액세서리를 사용하려면 이 비밀키를 안다는 것을 증명해야 합니다.

보안: 기계를 사람으로부터 보호

로봇 시스템을 설계할 때부터 이러한 보안을 고려해야 하며 사후적인 문제로 다루지 않아야 합니다. 보안은 안전과 상호 보완적인 관계라고 할 수 있습니다. 기능적으로 안전한 로봇이라고 하더라도 해킹이나 원격 조정이 가능하다면 더 이상 안전하다고 할 수 없기 때문입니다. 정품 부품을 사용해야 하는 것도 이런 이유입니다.

보안: 기계를 사람으로부터 보호

인피니언의 OPTIGA™ 제품군은 바로 이러한 요구를 충족하는 보안 솔루션입니다. 이들 제품을 사용함으로써 인터넷 연결이 보안적으로 안전한지, 허가된 소프트웨어 업데이트만 로드되고 있는지 확인할 수 있습니다. 또한 소모품의 정품 인증을 구현하여 소모품이 인증된 경로를 통해 유통되었는지 확인할 수도 있습니다. 이러한 소모품으로는 오일이나 접착제 같은 것들도 포함될 수 있습니다.

결론

사람과 기계가 협력하여 조화롭게 일하려면 서로에 대한 신뢰가 필수적입니다. 기존에는 사람과 기계가 따로 떨어져서 일을 했으나, 이제는 갈수록 더 협력하여 일하고 있습니다. 그러기 위해서는 서로 가까이에서 안전하게 일할 수 있어야 합니다.

업계는 안전을 구현하는 방법을 잘 이해하고 있으며, 인피니언은 이를 위해서 필요한 솔루션을 제공합니다. 기계들이 연결되고 소프트웨어 업데이트와 고객 맞춤화가 가능하게 되면서, 보안 구현과 인증이 전체적인 안전 구현을 위한 또 다른 핵심 요소가 되었습니다. 이러한 것들을 잘 구현하면 사람과 기계가 서로를 신뢰하면서 협력하여 일할 수 있을 것입니다.

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