[신사업 소개] Software & Advanced Applications 사업

Software & Advanced Applications 사업

김 철 진

인벤시스코리아 SAA사업담당 상무, [email protected]

서론

공정산업으로 분류되는 에너지 및 화학산업은 원료 및 제조 비용의 증대, 온실가스 등 환경 및 안전규제 강화, 대체에너지 개발 등으로 인한 기존 에너지 소비 감소, 산유국 및 신흥개발도상국의 대규모 설비 투자 로 인한 시장 경쟁 증대로 인한 이익 감소, 금융위기 등으로 인한 시장 변동성 증대, 전문인력의 고령화, 가 상화 및 클라우팅 등의 신규 IT 기술 채택, 저급 원유 및 석탄 원료 처리 등의 여러가지 도전에 직면해 있 다. 이러한 도전을 극복하기 위해서 공정산업에서는 새로운 기술을 도입하여 사업의 최적화를 추구하고 있으며 이에 대한 산업의 요구를 만족시키기 위해서 인벤시스에는 전사적 제어 시스템(ECS : Enterprise Control System)이라는 통합 공장자동화기술을 개발 하여 제공하고 있다. ECS는 실시간 공장 제어 시스템 에서부터 사업적 의사결정 시스템을 통합하여 실시간 으로 사업의 의사결정을 지원하는 시스템으로 공장의 각종 계기에서부터 제어 및 안전(Control & Safety) 시스템, 운전감시 및 분석, 선진 제어, 공정최적화, 공 급망관리 등을 통합하는 기술을 포함하고 있다. 인벤 시스에서는 이러한 사업을 제어 및 안전(Control &

Safety) 사업, 장치(Equipment) 사업, 소프트웨어 및 선진 어플리케이션 (SAA : Software & Advanced Applications) 사업으로 구분하여 사업을 하고 있다.

인벤시스에서는 최근 공정산업의 도전들을 해결하고 원가 절감 및 이익 최대화를 통한 경쟁력강화에 도움 이 되고자 SAA 사업을 강화하고 있으며 이에 대한 최신 기술을 제공하고 있다.

인벤시스 SAA 사업은 설계 및 공정모사(Design

& Simulation), 최적화(Optimization), 자산관리 및 운영(Asset Management & Operations), HMI/

Supervisory 기술로 구성되어 있으며 이에 대한 기술 을 소개하고자 한다.

설계 및 공정모사(Design & Simulation) 기술 공정산업은 장치에 대한 대규모 투자가 이루어져야 하므로 장치산업이라고도 하며 이는 생산시설인 공장 을 어떻게 설계하고 운전하고 최적화하느냐에 따라 기 업의 경쟁력이 좌우된다. 그러므로 공정을 설계하기 위 해서는 여러가지 기초과학 및 공학기술이 필요하며 이 를 IT로 지원하는 기술이 공정모사 기술이다. 공정모사 는 정상상태를 기준으로한 정상상태 모사기(Steady- State Simulator)와 비정상상태를 기준으로 한 동적 모 사기(Dynamic Simulator)로 구분될 수 있다.

인벤시스는 1998년 공정모사기의 선두 기업인 SimSci를 인수하여 공정모사기 사업을 시작하였으며 다음해인 1999년에 전력산업 OTS(Operator Training Simulator) 전문회사인 Esscor를 인수하여 SimSci- Esscor 브랜드로 정상상태 모사기 및 동적 모사기 사 업의 통합을 이루게 되었다.

인벤시스 정상상태 모사기로 널리 알려진 PRO/II

는 방대한 열역학 방정식과 물성자료를 포함하고 있

으며 사용자가 추가로 필요한 물질을 쉽게 추가 및 관

리가 가능하며 대부분의 화학 및 유틸러티 공정에 대

한 공정모델을 포함하여 제공하고 있다. 또한 MS

Excel을 활용하여 쉽게 공정모델을 구성할 수 있으며

모사 결과를 Excel 보고서로 자동생성할 수 있는 기

능을 제공한다. 그리고 Internet Portal로 결과를 보낼

수 있으며 HTRI, OLI 및 Koch-Glitsch와 같은 산업

표준 모사기와 쉽게 연결하여 사용할 수 있다. 이와 같은 기능을 활용하여 Green 공정, 정유 공정, 오일 및 가스 공정, 석유화학, 화학, 폴리머, 제약 공정 등에 대한 새로운 공정에 대한 설계 및 평가, 기존공정의 개선 및 처리량 증대, 환경규제에 따른 공정 평가, 공 정의 문제점 해결 및 제약조건 해소, 공정의 수율 및 수익성을 감시하고 최적화하고 향상하는 데에 널리 사용되고 있다.

인벤시스에서는 최근 Sand 오일 등 초중질 원유 소 비가 늘어남에 따라 이에 대한 물성예측의 정확성을 높이기 위해서 Shell, ConocoPhillips, Suncor, Syncrude, Petrobras, Chevron, TOTAL, Petro-Canada, PDVSA, KBR, Toyo Engineering, Fluor, BP, StatOil 등과 중 질원유협회를 구성하여 원유특성, 점도, 열전도성, 수 은 용해도, 수소 용해도 등에 대한 더욱 정확한 예측 식을 개발하여 PRO/II 사용자들에게 제공하고 있으 며 또한 CCS, Bio Fuel 및 IGCC 등에 대한 Green 공 정에 대한 기술도 개발하여 제공하고 있다.

PRO/II 이외에 열교환기 모사기인 HEXTRAN, Flare 및 압력 안전 네트워크 모사기인 VISUAL FLOW, 다상 유체 흐름 모사기인 INPLANT, 오일 및 가스에 대한 다상 흐름 모사기인 PIPEPHASE 등의 기술을 제공하고 있다.

인벤시스의 동적모사기인 DYNSIM은 최신 기술로 개발된 산업에서 검증된 동적모사기로서 ExxonMobil

기가 아니라 공정설계를 위한 정밀한 동적모사 기능 을 제공하며 제어 시스템을 검증하기 위한 정밀 제어 모델을 구성할 수 있으며 공장 운전자를 위한 OTS를 실제공장과 동일하게 구성할 수 있고 또한 공장의 성 능 및 운전 향상을 지원하기 때문에 설계에서부터 운 전최적화까지 모든 공장 라이프 사이클을 지원한다.

이와 같은 동적모사기를 활용하여 정확하게 여러가

지 상황에 대한 Flare 용량을 정확하게 계산할 수 있

으며 압축기 Surge Study를 통해 주요 장치에 대한

손상을 최소화할 수 있고 보일러의 드레프트 Study를

통해 폭발의 위험을 줄일 수 있고 공장의 스팀 시스템

분석을 통해 공장 안정성을 높일 수 있다. 또한 동적

모사기를 이용하여 OTS를 구성할 수 있으며 OTS를

구성하기 위해서는 동적모사기, 제어시스템 모사기,

안전시스템 모사기등이 필요하며 인벤시스 OTS 기

술은 이에 필요한 모든 요소를 포함하여 포괄적으로

제공한다. 또한 지금까지 OTS는 공장 제어실에서 운

전하는 Panel 운전자만을 위주로 교육하였으나 인벤

시스에서 가상현실 모사기인 EYESIM을 개발하여

현장 운전자도 공장의 3차원 모델을 활용하여 실제와

동일한 가상 공장에서 운전을 하는 것처럼 위험한 상

황에서 신속하고 효과적으로 대처할 수 있도록 훈련

을 시킬 수 있는 기술을 제공한다. 이 기술은 미국

DOE(Department of Energy)에서 CCS를 포함한

IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle)공정

에 적용하여 활용하고 있다.

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최적화(Optimization) 기술

인벤시스에서는 최적화를 공정최적화와 Offsite 최 적화로 구분하고 있으며 공정최적화는 선진공정제어 (APC : Advanced Process Control)와 공정 모사 기술을 활용한다. 선진공정제어 기술은 DCS의 한계 를 극복하기 위해 다양한 기술을 적용하여 최적 제어 를 할 수 있도록 하며 인벤시스 Connoisseur는 MPC (Model Predictive Control), 최적화, 소프트 센서, 퍼 지 로직, 모델의 Adaptive 및 학습, 모사기능 등 다양 한 기능을 제공한다.

이러한 기술은 주로 화력발전소에 많이 적용되고 있으며 보일러의 효율 최적화, 온실가스 NO

, SO

및 CO

방출 감소 및 발전량 신속 변경 등에 대한 많은 효과를 얻고 있다.

APC 상위에서 공정의 최적화를 추구하는 실시간 공 정 최적화 기술은 공정을 순차적으로 푸는 Sequential Modular 기능을 가진 PRO/II로는 어려움이 있어 Equation Oriented로 공정 모사를 하는 ROMeo (Rigorous Online Modeling with Equation-based Optimization) 기술을 활용한다. ROMeo는 정유, 석 유화학, NGL/LNG 및 유틸러티 공정 최적화에 널리 사용되고 있으며 ExxonMobil, Shell 등 주요 석유회 사에서 최적화 표준 기술로 채택하여 활용하고 있다.

인벤시스 최적화 기술은 공정최적화뿐만 아니라 공정 의 실시간 물질 수지, 공정의 성능 감사, 생산계획 및 스케쥴링 시스템에 대한 공정 모델 제공, 수소 최적화,

유틸러티 최적화 및 원유/가스 생산 최적화 등에 널 리 활용되고 있다.

공정최적화외에 Offsite 운영에도 최적화 기술이 적 용되고 있으며 주로 정유공장에서 제품 브랜딩 최적화 에 주로 활용된다. 정유공장에서 생산되는 제품은 여러 반제품을 혼합하여 생산을 하며 최소의 비용으로 제품 의 여러가지 성상규격을 맞추어야 마진을 최대화할 수 있으므로 반제품 활용에 대한 최적화가 필요하다. 여러 가지 반제품을 활용하여 생산규격을 맞추기 위해서 여 러가지 기술이 적용되며 DCS시스템인 BRC(Blending Ratio Control)과 그 상위에서 실시간으로 제품의 품질 을 온라인 분석기로 측정하여 제품의 성상을 더욱 정교 하게 제어하고 혼합비율(Blending Recipe)을 최적화 하는 BOSS(Blend Optimization & Supervisory System)와 반제품의 재고 및 제품의 재고를 고려하여 원유 및 제품의 혼합 스케쥴을 최적화하는 BPO(Blend Plan Optimization) 기술 등이 활용된다.

이와 같은 최적화 기술이외에 온라인 분석기를 검증 하고 관리하는 AMADAS(Analyzer Maintenance And Data Acquisition System), 저장탱크의 재고를 측정하고 관리하는 TIS(Tank Inventory System), 공정 및 이동(Process & Movement) 오더를 자동으 로 생성하고 관리하는 OMM(Order & Movement

그림 4. 인벤시스 공정최적화 적용 분야.

그림 3. 인벤시스 APC 기술 구성 요소.

Automation System), 탱크에서 증발손실 등 배출량 을 감시하는 EMS(Emission Monitoring System), Offsite 지역의 전체 물량의 입고 및 출고를 기준으로 물질수지를 계산하는 MAB(Material Balance), 배관 이 큰 경우 배관속에 물질을 추적하여 반영하는 BTM (Pipeline Batch Tracking Manager) 등이 있다.

자산관리 및 운영(Asset Management &

Operations) 기술

설비관리시스템인 CMMS(Computerized Maintenance Management System)로 알려진 인벤시스 자산 관 리시스템인 Avantis는 설비 정비관리, 재고관리, 설비 조달, 업무절차관리, 정비 스케쥴링, 의사결정지원 및 설비상태관리 등의 기능을 제공한다. 한국에서는 많 이 알려져 있지는 않지만 전세계 700여 회사들이 1,800여개의 공장에 적용하여 생산성 향상, 재고 감축, 설비정지시간 감축, 설비 고장 절감 및 설비 가용성 증대, 정비 비용 감축, 설비 수명 증대 등 많은 효과를 얻고 있다. 인벤시스의 Avantis 기술은 실시간 설비 상태 감시를 통해서 실시간으로 설비관리에 대한 의 사결정을 지원함으로써 설비의 신뢰성 및 성능을 향 상하는 자산 성능 관리 기능을 수행한다.

는 현재 HMI(Human Machine Interface)에서 전세 계적으로 시장점유율이 1위이다.

Operations 기술에는 작업지시서 관리 및 실행, 생 산 절차 추적, BOM(Bill of Materials) 관리, 자료 수 집 및 분석, 재고 관리, 장치 효율성 관리 및 보증관리 등을 수행하는 MES(Manufacturing Execution System)이 있으며 그리고 Batch 생산을 관리하는 InBatch, 실시간으로 생산의 정보를 수집하여 KPI (Key Performance Indicator)를 Web으로 나타내어 실시간 의사결정이 가능하게 하는 EMI(Enterprise Manufacturing Intelligence), 현장 작업자와 조정실 작업자의 정보를 동기화하고 업무절차 및 현장확인을 효율적으로 지원해 주는 모바일 기술인 Intela Trac, 그 리고 업무 절차를 관리하여 서로간의 협력을 통해 일을 효율적으로 할 수 있게 하고 업무 프로세스의 통합을 가능하게 하는 BPM(Business Process Management) 기술 기반의 ArchestrA Workflow 등이 있다.

HMI/Supervisory 기술

앞에서 언급하였듯이 인벤시스의 Wonderware

InTouch는 HMI 부문에서 전세계 시장점유율이 1위

이며 1987년 Window 기반으로 최초로 개발된 HMI

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기술이다. 인벤시스에서는 산업용 컴퓨터에 HMI를 탑재하여 제공하기도 하며 별도로 Software만 제공하 기도 한다. 한국에서 HMI 공급은 주로 인벤시스의 에 코시스템 파트너를 통해서 이루어지고 있으며 현재 4 개의 인증 파트너를 두고 있다. 원더웨어 제품은 독자 적인 ArchestrA 기술을 사용하고 있으며, 이는 Microsoft사의 .Net Framework 기반을 두고 있으며 구성 요소로는 개체저장소, 구성, 런타임, 실행, 통신, 배포, 진단, 스크립팅, 확장성, 시각화, 연결성 등이 있 다. 또한 여러가지 산업용 어플리케이션을 통합하기 위해서 ArchestrA 아키텍처를 기반으로 하는 산업용 어플리케이션 서버인 System Platform를 통하여 인 벤시스의 기술뿐만 아니라 다른 회사의 모든 소프트 웨어적/하드웨어적인 기술들을 쉽게 통합하여 Enterprise Control System (ECS) 기술을 개발하여 InFusion이 라는 제품으로 제공하고 있다.

결론

공정산업은 대규모 설비로 구성되어 있으므로 이를 효율적으로 설계하고 자산을 효율적으로 관리하며 설 비를 안정적으로 최적 운전하여 이익을 극대화하기 위해서는 여러가지 기술이 필요하다. 인벤시스는 이 에 대한 산업의 요구를 만족시키기 위해서 항상 최신 기술을 제공하려고 투자하고 있으며 또한 여러기술을 통합하고 여러사람이 쉽게 협력하여 의사결정을 내릴 수 있도록 정보의 통합 및 업무 프로세스의 통합을 추 구하고 있다. 이번 4월부터 사업부제를 도입하여 사업 의 독립성을 강화할 예정이며 기술중에서도 최고급기 술을 제공하는 Software & Advanced Applications 사업 강화를 위해 R&D 투자 및 고급 인력 확보에 노 력하고 있다. 또한 한국에서 한국 CCS 협회 정회원으 로 가입하여 대학교 및 국내 연구소들과 공동으로 기 술 개발을 추진하고 있으며 한국화학공학회 등 많은 학술기관 및 단체들과도 협력을 추진하고 있다.

그림 7. 인벤시스 Operations 관련 기술.

그림 8. 인벤시스 HMI/Supervisory 관련 기술.