ISA-95 시대의 스마트 팩토리, Machbase Neo가 연결하는 데이터의 흐름

2일 전
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마크베이스는 ISA-95를 어떻게 지키고 활용하고 있을까요?

공장 문을 열고 들어가 보겠습니다.

수백 대의 설비가 쉬지 않고 가동되고, 그 안에 설치된 센서들은 온도와 진동, 압력과 전류를 초 단위로 만들어 냅니다.

라인 하나가 멈추면 담당자는 원인을 찾기 위해 PLC 로그를 확인하고, SCADA 화면을 살펴본 뒤, ERP에 기록된 생산 실적과 대조하게 됩니다.

그런데 이 과정에서 반복적으로 마주하는 문제가 있습니다.

설비가 말하는 언어와 관리 시스템이 이해하는 언어가 서로 다르다는 점입니다.

같은 ‘생산량’이라는 단어를 두고도 현장 설비와 MES, ERP가 다른 이름과 단위, 데이터 구조를 사용한다면, 공장은 센서를 아무리 많이 설치해도 하나의 목소리를 내기 어렵습니다.

이 문제를 해결하기 위해 만들어진 표준이 ISA-95입니다.

시계열 데이터베이스 전문 기업인 마크베이스(Machbase)는 이 표준의 철학을 제품과 데이터 흐름에 적용하여, 공장의 서로 다른 계층이 같은 언어로 대화할 수 있도록 지원하고 있습니다.

이번 글에서는 ISA-95가 무엇인지, 그리고 마크베이스가 이를 어떻게 지키고 활용하고 있는지 살펴보겠습니다.

ISA-95, 공장을 다섯 개의 계층으로 나누는 표준입니다

ISA-95는 국제자동화학회(ISA)가 제정하고 유지하는 국제 표준으로, IEC 62264 또는 ANSI/ISA-95라는 이름으로도 알려져 있습니다 [1].

이 표준은 1990년대에 퍼듀 기업 참조 아키텍처(PERA)를 기반으로 개발되었으며, 21세기 초 ISA-95 Part 1이 발표된 이후 여러 파트로 확장되면서 기업 시스템과 제조 제어 시스템을 통합하는 원칙을 정립해 왔습니다 [1].

공식 정의에 따르면 ISA-95는 “물류 시스템과 제조 제어 시스템을 통합하는 것을 목표로 하는 국제 표준의 집합”입니다 [1].

또한 오늘날 전 세계 제조사의 90% 이상이 자동화 개선을 위해 이 표준을 활용하고 있다고 소개되고 있습니다 [1].

ISA-95의 핵심은 단순하지만 강력합니다.

서로 다른 시스템과 소프트웨어가 같은 언어로 대화하도록 만드는 것입니다 [1].

이를 위해 ISA-95는 공장을 흔히 피라미드 형태로 표현되는 다섯 개의 계층(Level)으로 구분합니다 [1].

가장 아래인 Level 0에서 기계와 센서가 만들어 낸 원천 데이터는 Level 1의 PLC를 거치며 실시간 계측값이 됩니다.

이 데이터는 Level 2의 SCADA와 HMI에서 감시·제어되고, Level 3의 MES에서 생산 스케줄과 정비 실행 정보로 연결됩니다.

이후 Level 4의 ERP는 이를 수요 예측과 주문, 사업 계획으로 이어 줍니다 [1].

특히 MES는 ISA-95의 Level 3에 위치하며, ISA-95를 적용하면 MES와 ERP 사이의 통신 관계를 더욱 명확하게 정의할 수 있습니다 [1].

ISA-95는 다섯 개 계층 위에 세 가지 핵심 모델을 제시합니다.

역할과 활동, 상호작용을 정의하는 활동 모델(Activity Model), 설비·자재·인력의 정의를 표준화하여 공통 언어를 만드는 객체 모델(Object Model), 데이터 흐름과 보안·접근 규칙을 다루는 정보 모델(Information Model)이 그것입니다 [1]. 이 모델들은 함께 작동하며 추적성, 스케줄 정밀도, 품질 관리를 높이는 데 기여합니다 [1].

왜 지금 ISA-95가 다시 주목받고 있을까요?

한 가지 짚고 넘어갈 부분이 있습니다.

ISA-95는 새롭게 등장한 표준이 아닙니다.

오랜 기간 제조 현장의 통합 기준으로 활용되어 온 뼈대입니다. 그럼에도 지금 다시 이 표준이 주목받는 이유는 데이터의 폭증에 있습니다.

스마트 팩토리가 확산되면서 공장 안의 센서 수는 빠르게 늘어나고 있습니다.

산업용 사물인터넷(IIoT)을 기반으로 한 인더스트리 4.0의 흐름 속에서 제조 기업은 더 이상 통신과 연결의 문제를 미룰 수 없게 되었습니다 [1].

센서가 늘어나는 만큼 데이터도 쏟아지지만, 데이터가 서로 다른 이름과 형식으로 흩어져 있다면 충분한 가치를 만들기 어렵습니다.

데이터를 표준화된 언어로 정리해야만 실시간 가시성을 확보하고, 여러 공장과 지역에 걸쳐 일관된 운영을 확장할 수 있습니다 [1].

이 지점에서 시계열 데이터베이스의 역할이 중요해집니다.

센서가 만들어 내는 데이터는 본질적으로 시간 순서대로 쌓이는 시계열 데이터입니다.

Level 0과 Level 1에서 초 단위 또는 밀리초 단위로 발생하는 대량의 데이터를 손실 없이 수집하고, 압축하여 저장하며, 필요할 때 즉시 조회할 수 있어야 그 위의 MES와 ERP도 제 역할을 할 수 있습니다.

표준이 잘 정의되어 있더라도, 그 표준을 따라 흐르는 데이터 인프라가 없다면 현장의 가치를 만들기 어렵습니다.

마크베이스, 표준의 기반이 되는 데이터를 처리합니다

마크베이스는 바로 이 데이터 인프라 영역에 집중하고 있습니다.

마크베이스 공식 사이트는 TPC 벤치마크 기준 세계 1위 성능을 입증한 시계열 데이터베이스 기술을 소개하고 있으며 [2], 폭증하는 데이터를 실시간으로 처리하면서 데이터 손실 없이 최대 100배까지 압축할 수 있다고 설명합니다 [2].

또한 11년의 업력, 150곳 이상의 고객사, 하루 평균 1천억 건 이상의 데이터 처리량을 제시하고 있습니다 [2].

ISA-95 관점에서 마크베이스의 역할을 살펴보겠습니다.

ISA-95 피라미드의 하단인 Level 0부터 Level 2까지의 현장 계층에서는 원천 센서 데이터와 실시간 계측값이 지속적으로 발생합니다 [1].

이 데이터를 안정적으로 받아내고 저장하는 일이 시계열 데이터베이스의 핵심 역할입니다.

마크베이스의 IoT 데이터베이스 서버인 Machbase Neo(https://neo.machbase.com)는 IoT 센서가 데이터를 직접 전송할 수 있는 MQTT 프로토콜과, 애플리케이션이 데이터를 조회할 수 있는 HTTP 기반 SQL을 함께 지원합니다 [3].

라즈베리 파이 같은 소형 기기부터 고성능 서버까지 폭넓게 설치할 수 있어 [3], 설비 가까이의 엣지 환경부터 중앙 서버까지 일관된 데이터 계층을 구성할 수 있습니다.

외부 시스템과의 연동도 중요한 특징입니다.

Machbase Neo는 SQLite, PostgreSQL, MySQL, MS-SQL, MQTT 브로커, NATS와 연결하는 브리지 기능을 제공합니다 [3].

ISA-95가 강조하는 것은 바로 이러한 계층 간의 원활한 데이터 교환입니다 [1].

마크베이스는 현장에서 수집한 시계열 데이터를 상위 계층의 다양한 시스템으로 전달할 수 있는 통로를 표준 인터페이스로 제공하고 있습니다.

MQTT·HTTP 기반 수집, 상위 시스템과의 브리지, 표준화된 메타데이터와 전용 API를 통한 데이터 접근 [2]이라는 구성은 ISA-95가 지향하는 ‘공통의 언어’와 맞닿아 있습니다.

현장 이야기 : MES와 연결된 Machbase Neo

이제 실제 제조 현장의 사례를 살펴보겠습니다.

자동차 모터를 전문으로 생산하는 한 제조사(M사)의 사례입니다 [4].

M사의 목표는 생산 설비 데이터를 실시간으로 수집하여 설비 상태 모니터링 시스템을 구축하는 것이었습니다 [4].

이를 위해 각 생산 라인에서 다수의 PLC 데이터를 수집하고, 라인별 상태를 모니터링해야 했습니다.

PLC는 앞서 살펴본 ISA-95의 Level 1, 즉 감지와 조작을 담당하는 계층에 해당합니다 [1].

또한 수집된 알람과 공정 진척 데이터를 기존 MES와 인터페이스로 연결하여, MES 화면에서 확인할 수 있어야 했습니다 [4].

ISA-95의 관점에서 보면 Level 1의 현장 데이터를 Level 3의 MES로 정확하게 올려보내야 하는 과제였습니다.

이러한 엣지 환경에서의 데이터 수집·저장·전송 역할은 Machbase Neo를 중심으로 설명할 수 있습니다.

Machbase Neo는 MQTT와 HTTP 기반 SQL을 지원하고, 소형 엣지 장치부터 고성능 서버까지 설치할 수 있는 초고속 시계열 데이터베이스 서버입니다 [3].

M사 사례에서는 생산 라인별로 총 7대의 엣지 디바이스에 마크베이스 시계열 데이터베이스를 내장하여 엣지 컴퓨팅 환경을 구축했습니다 [4].

엣지 장치에서 1차로 수집·저장한 데이터는 실시간으로 중앙 서버에 자동 전송되도록 구성되었습니다 [4].

이러한 구조는 네트워크가 일시적으로 단절되더라도 현장 데이터 유실을 줄이는 데 도움이 됩니다 [4].

또한 MES에 필요한 알람과 공정 진척 데이터는 MS-SQL 인터페이스를 통해 엣지 디바이스에서 전송되도록 구성되었습니다 [4].

그 결과 MES 시스템에서 알람과 진척 데이터를 확인하며 공정 상태를 실시간으로 모니터링할 수 있게 되었습니다 [4].

축적된 설비 데이터는 품질 분석과 설비 예지보전의 기반으로도 활용될 수 있었습니다 [4].

이 사례를 ISA-95의 다섯 개 계층에 다시 배치해 보면 흐름이 더욱 선명해집니다.

Level 1의 PLC에서 생성된 데이터가 Machbase Neo 기반의 엣지 데이터 계층에 저장되고, MS-SQL 인터페이스를 통해 Level 3의 MES로 전달됩니다.

이후 데이터는 사람이 이해하고 활용할 수 있는 공정 상태 정보와 예지보전 정보로 이어집니다. 이는 ISA-95가 정의한 계층 간 데이터 흐름을 실제 공장에서 구현하는 방식이라고 볼 수 있습니다.

표준을 지키는 것을 넘어, 활용하는 단계로 나아갑니다

마크베이스가 ISA-95와 만나는 지점은 크게 두 가지로 정리할 수 있습니다.

첫째, 표준을 지키는 역할입니다.

마크베이스는 현장 계층의 시계열 데이터를 MQTT와 HTTP 같은 표준 프로토콜로 받아들이고, 상위 시스템과 브리지 및 인터페이스로 연결합니다 [3]. 이를 통해 현장 설비, 데이터 플랫폼, MES와 같은 서로 다른 계층이 같은 언어로 대화할 수 있는 기반을 마련합니다. 이는 ISA-95가 요구하는 상호운용성을 데이터 인프라 차원에서 지원하는 방식입니다.

둘째, 표준을 활용하는 역할입니다.

마크베이스는 단순 저장을 넘어 분석과 응용, 조작까지 한 번에 처리하는 데이터 원천 구조를 지향하고 있으며 [2], 데이터 수집부터 전송·저장·분석·시각화에 이르기까지 통합 솔루션 스택을 제공하고 있습니다 [2]. Machbase Neo에는 데이터 변환·시각화 언어인 TQL과 실시간 대시보드 기능이 기본으로 포함되어 있습니다 [3]. 따라서 표준화된 계층 구조 위에 쌓인 데이터를 곧바로 현장 인사이트로 연결할 수 있습니다. M사 사례에서 확보한 품질 분석 및 예지보전 기반 [4]은 이러한 활용 단계의 가치를 보여 줍니다. 표준을 지키는 일은 끝이 아니라, 표준 위에서 새로운 가치를 만드는 출발점입니다.