독일·미국·일본 등 선진국 중심으로 공장자동화 물결(1)
상태바
독일·미국·일본 등 선진국 중심으로 공장자동화 물결(1)
  • 이나리 기자
  • 승인 2016.12.06 10:31
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

신흥 제조국에 위기의식 느낀 선진국, 스마트 제조 시스템이 ‘답이다!’

최근 사물인터넷(IoT), 센서, 빅데이터, 인공지능 기술이 여러 산업에 접목되면서 ‘스마트(Smart)’라는 명칭이 많이 쓰이기 시작했다. 제조 산업에서도 첨단 ICT 기술이 적용된 스마트 팩토리의 필요성이 대두되면서 대대적인 산업 변화를 예고하고 있다.

스마트 팩토리는 18세기 후반 증기기관으로 대표되는 1차 산업혁명, 20세기 초반 대량생산의 2차 산업혁명, 1970년 이후 IT(정보기술)에 의한 3차 산업혁명에 이어 2020년 이후 다가올 4차 산업 혁명을 뜻한다. 제조업에서 3차 산업까지는 사람이 직접 생산을 통제하는 방식이었지만 4차 산업인 스마트 팩토리는 시뮬레이션을 통한 자동 생산 시스템을 구축한다는 면에서 지금까지의 산업과 확연히 다르다. 즉, 우리가 그동안 영화 속에서 봐왔던 인공지능이 결함된 최첨단 제조시설이 실현되는 것이다.

독일, 미국, 일본은 일치감치 정부와 민간기업 주도아래 스마트 팩토리 구축을 적극적인 구축에 나섰다. 이에 비해 한국은 ICT 강국이라는 타이틀이 다소 민망할 만큼 일부 대기업을 제외한 대다수의 중소기업들은 공장 자동화면에서 미흡한 제조 환경이다. 정부는 이를 개선시키기 위해 ‘제조업 혁신 3.0 전략’을 발표하면서 국내 중소·중견 제조업의 스마트 팩토리 구축 지원에 나섰다.

전세계적으로 스마트 팩토리가 주목받고 있는 이유는 무엇일까? 스마트 팩토리로 인해 생산량 및 인간의 노동력에 어떤 변화가 있을까?

맞춤형 대량생산 시대…IoT 기반 공장 자동화 ‘스마트 팩토리’

기존의 제조시설은 공장 네트워크와 행정 업무 관련 네트워크가 분리 돼 있었다. 공장에서는 물품 재고 관리와 시스템 운영관리를 수기로 적었고 추후에 액셀로 정리하며 공장 운영 사항을 관리하곤 했다.

공장의 기계에 오류가 생기거나 불량품이 나오는 원인을 파악하는 것에 어려움을 겪기도 했고 정보 전달이 원활하지 않아 즉각적인 대응이 이루어 지지 않기도 했다. 이를 개선시키기 위해 등장한 스마트 팩토리는 공장이 스스로 판단하고 이에 따라 작업을 수행할 수 있는 지능화된 공장을 의미한다. 즉, 인터넷을 바탕으로 서로 정보를 공유하는 사물인터넷(IoT)이 산업현장에서 진행되는 것이다.

스마트 팩토리는 단순히 사람의 노동력을 대체하는 공장자동화에서 한발 더 나아가 공장의 센서와 기기들로부터 축적된 정보, 빅데이터를 바탕으로 공장 스스로 공정 최적화나 생산 스케줄 수립 등과 관련된 최적의 의사결정을 내리는 것을 최종 목적으로 두고 있다. 다만 아직까지 현실적으로 스스로 정보를 판단하는 인공지능 수준의 시스템 구축은 쉽지 않은 상황이며 대부분 기계의 가동상태, 기계의 파손 및 제품의 하자 발생 가능성 판단 및 예측, 원격 관리 등을 통한 장비의 효율 및 안정성 확대, 생산성 향상, 비용절감에 초점을 두고 있다.

센서를 통해 위험을 감지하면 기계의 작동을 스스로 멈춰 작업장의 사고를 예방하고 이상 징후가 발생하면 즉각 대응할 수 있어 불량품의 수를 줄일 수도 있다. 또 각 생산시설 간 네트워크를 통해 재고 및 수량 정보를 자동으로 전송시켜 효율성 있는 물류 관리를 할 수 있고 에너지 및 원료 사용실적과 패턴을 분석해서 자동화 처리하게 때문에 에너지를 절약할 수 있게 한다.

이러한 지능화된 생산설비를 위해서는 필요한 기술인 생산관리시스템(MES)과 전사적 자원관리시스템(ERP)이 서로 IoT로 연동돼 중앙정보처리장치의 일방적 명령이 아닌 작업장 내 모든 설비가 상호간, 또는 중앙정보시스템과 실시간 공유돼야 한다.

또 고객 니즈 저장, 설비부문과 생산방식간의 통신, 생산정보를 고객사와 공유하기 위해서는 무선주파수인식장치(RFID) 기술 개발과 시스템 구축도 중요하다. 보쉬는 디젤엔진 핵심부품인 연료 인젝터를 생산시에 RFID 기술을 적용시켜 수십만 가지 제품사양과 실시간 생산정보를 고객사와 공유할 수 있게 됐고 국내 기업 포스코도 RFID 체제를 구축해 창고에서부터 유통기지, 고객사에 도착까지 효율적인 재고 및 유통관리가 가능해졌다.

스마트 팩토리는 고객의 니즈에 따라 맞춤형 소량생산을 목표로 한다. 생산 라인을 모듈로 구성해 제품 생산에 필요한 모듈을 그때그때 조립식으로 붙이고 필요 없는 모듈은 즉각 이동시켜 라인에서 제외시키는 방식. 즉 고객 개개인의 주문 사항에 따라 즉각적으로 공정 라인이 바뀌는 ‘모듈화 시스템’을 구현한다.

여기에 필요한 기술은 CPS(Cyber Physical Systems)라고 불리는 가상 물리 시스템이다. CPS는 맞춤형 생산을 위해 공장의 라인을 교체할 때 물리적으로 바로 수정하면서 시행착오를 겪기보다는 가상에서 먼저 변화를 시뮬레이션한 후 이를 실제 제품 생산에 반영할 수 있다. CPS의 지능화가 한층 고도화될수록 자율적 의사 결정이 가능해지고, 고객 니즈 변화에 따라 공정 역시 즉각적으로 변화시키기가 훨씬 수월하다는 장점이 따른다.

CPS를 구축한 성공 사례로 BMW는 신차 출시에 따라 수시로 변하는 부품형상을 3D 프린트로 제조함에 따라 비용절감 및 생산성 제고는 물론 고객니즈에 즉각 대응할 수 있게 됐고 GM도 신속 프로토타입(Rapid Prototyping) 프로그램을 통해 차량 부품의 사전 조립 시뮬레이션과 성능 검증 등을 하며 생산력을 향상에 도움이 됐다.

이러한 모든 기술을 적용시킨 스마트 팩토리 사례로는 독일 지멘스 암베르크(Amberg) 디지털 공장이 대표적이다. 암베르크 공장은 평범한 공장으로 1989년만 하더래도 불량률은 500dpm(100만개당 불량품이 500개)에 달했지만 현재는 약10dpm에 불과하다. 99.9989%라는 세계적인 수율을 달성했고 창립 이후 인력은 그대로 유지하면서, 생산량을 8배 끌어올렸다.

신흥 제조국에 위기의식 느낀 선진국, 스마트 제조 시스템이 '답이다!'

전체 기사를 보시려면 로그인 필요

로그인 또는 회원가입을 해주세요. (회원만 열람가능)

로그인 회원가입


댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
0 / 400
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.