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[스마트공장 이렇게 하라-③ 홍승민 포스코ICT 그룹장] 스마트 팩토리는 '사람' 같은 유기적 구조...몸에 맞는 옷을 입어야

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[첨단 헬로티]

공장에 ‘스마트’ 단어를 썼다는 것은 사람처럼 유기적인 구조로 보기 때문이다. 스마트 팩토리는 머리에서부터 발, 손끝까지 신경망으로 연결되고 신경망상으로 전달물질(데이터)이 흘러 모든 판단과 행동을 하는 사람처럼 유기적으로 운영된다. 스마트 팩토리의 성공 방안에 대해 포스코ICT 홍승민 그룹장이 ‘중소기업 CEO 대상 스마트공장 세미나’에서 발표한 강연 내용을 정리했다.


▲ 홍승민 포스코ICT 그룹장


스마트 팩토리는 유기적 구조


스마트 팩토리는 IoT, 3D 프린팅, 인공지능 VR, 빅데이터 등 요소기술을 기반으로 공장 안의 모든 요소가 유기적으로 연결되어 지능적으로 운영되는 공장을 말한다. 기존의 자동화 공장은 HMI를 통한 통합 제어로 원인을 분석하고 해결 시간을 단축했다면, 스마트 팩토리는 CPS 기반의 가상 공장과 무인화된 자동생산 체계에서 문제점 및 원인을 선제적으로 대응할 수 있게 된다.


‘스마트’를 해석하면 ‘똑똑하다’는 의미이다. 똑똑하다는 말은 주로 사람에게나 어울린다. 그것을 공장에 썼다는 것은 사람처럼 유기적이기 때문이다. 따라서 스마트 팩토리는 머리에서부터 발, 손끝까지 신경망으로 연결되고 신경망상으로 전달물질(데이터)이 흘러 모든 판단과 행동을 하는 사람처럼 유기적으로 운영된다고 볼 수 있다.


실제 공장 구조를 보면, 맨 밑단의 모터, 밸브, 센서 등으로 이루어진 레벨0에서부터 윗단의 PLC/DCS, P/C, MES, ERP까지 모두 5개 레벨로 구성돼 있으며, 이들은 정보를 센싱하고 제어하며 유기체처럼 움직인다. 그리고 이것을 가능하게 하는 요소 기술이 IoT, 빅데이터, 인공지능이다.


좀 더 스마트 팩토리의 이해를 돕기 위해 관련 분석 자료를 살펴보겠다. 최근 보스톤컨설팅그룹(BCG)에서 발표한 ‘스마트 팩토리 추진에 대한 독일과 미국기업 조사 결과’ 보고서를 보면, 독일 기업은 전체의 82%가 스마트 팩토리를 이해하거나 실행 중인 반면 미국 기업은 49%에 그쳤다.


‘독일 기업의 스마트 팩토리 추진 영역’에서는 물류, 창고관리, 설비정비 관련 분야가 가장 적극적으로 추진되고 있으며, 가상공장/증강현실/로봇 등이 그 뒤를 잇고 있는 것으로 나타났다. 또한, ‘산업 분야별 스마트 팩토리 도입 기대 효과’에 대한 분석에서는 자동차, 식음료, 기계부품 등의 분야별 평균값은 약 5~9% 정도의 생산성 증가 및 비용절감 효과가 있을 것으로 추정됐으며, 재료비를 제외한 가공비는 10~20% 절감을 예상했다.


자동차 산업에서의 미래 스마트 팩토리 적용 분야에 대한 검토 부문에서는, 1순위가 모듈러 방식의 Line Set Up 개념의 확산, 설비에 대한 예측보전, 자율 분산형 공장 운영이었으며, 2순위는 스마트 로봇, 프로덕션 시뮬레이션, Automated QC, 증강현실이 꼽혔다.


세계는 지금 스마트 팩토리 생태계 생성에 주력


제조업 경쟁력을 끌어올리기 위해 세계는 지금 인더스트리4.0에 열광하고 있다. 독일, 미국, 일본, 중국, 벨기에 등 제조업 비중이 10% 이상인 국가들의 경우 2011년부터 경쟁적으로 스마트 팩토리를 구현 중이다. 미국은 2011년부터 산업 간 네트워크화와 스마트 팩토리 생태계 생성에 주력하고 있으며, 독일은 그보다 앞선 2010년부터 생산성 향상에 집중해 QCD(Quality, Cost, Delivery)에서의 업무 효율을 높이는 방향으로 추진하고 있고, 중국 역시 Made in China 2025를 기반으로 10개 제조업 분야 디지털화를 추진 중이다.


기업들 움직임도 활발해지고 있다. 기존 설비의 제어장치 및 소프트웨어 중심의 사업을 하던 기업들은 PLM, ERP, MES 등 상위 시스템과 연계한 토털 솔루션을 제시하고 있다. 예를 들어, 전통적으로 제어장치에 강한 면모를 보였던 지멘스의 경우 디자인에서 생산까지 일관성을 유지하는 통합 플랫폼(PLM, MES, Automation)에 집중하는 모습이다.


반면, 기존 상위 시스템 중심의 소프트웨어기업은 자동화 벤더와 연합하거나 스마트 팩토리 구현을 지원하는 신규 서비스 모델을 생성하는 등 비즈니스의 수직·수평 확대 중이다. 대표적인 기업으로, SAP는 산업자동화 및 센싱 벤더와 연합하여 자동화 설비에서 발생되는 센서 데이터를 고속 수집하거나 실시간 시각화를 통해 설비운전 상황을 모니터링하며, 운전 프로세스와 품질 상태 질의 이상 여부를 판단, 경고 알림 서비스를 제공하고 있다.


또한, 전통적인 제조회사들도 본연의 사업영역에 소프트웨어 기술을 접목하여 새로운 비즈니스 영역 진출로 매출 확대함으로써 산업의 경계를 허물고 있다. GE는 GE Brilliant Factory 구축 시 얻은 산업용 IoT 설계 노하우와 협력 기업을 연계하여 솔루션화 했으며, 미쓰비시 등 e-F@ctory 연합체는 뛰어난 역량을 보이는 291개 기업을 연합군으로 연계하여 스마트 팩토리를 제시했다.


스마트 팩토리 성공하려면


다음으로는 스마트 팩토리 구축사례를 소개하겠다. 포스코는 2013년 제조, 품질, 보안, 구매, 설비 등 총 20개의 PoC 과제를 도출하고 다양한 해결 방법에 도전했다. 먼저, 제조 품질 역량을 진단하고 빅데이터를 추진했다. 당시 컨설팅했을 때에 쓸모 있는 데이터는 고작 4%였지만, 나머지 96%를 잘 활용하면 자산이 될 수 있겠다는 판단 아래 부족한 부분에 대해서는 센서를 더 보강하고 분석능력을 개선하기 위한 알고리즘 개발을 강화했다.


2015년에는 IoT 기반 조업 상황 예측/진단 및 최적 제어되는 지능형 제조공장으로서 포스코 스마트 팩토리 개념을 정의하고 광양후판 34건, 포항2열연 과제 36건 등 추가 과제를 정의했다. 그리고 2016년 2월에는 스마트 세이프티, M&S, 파워 플랜트로 범위를 확대하고 6월에는 세계 최초의 철강 연속공정 특화 스마트 팩토리 플랫폼인 ‘PosFrame’을 오픈했다.


현대중공업은 2012년부터 생산시스템과 사람 간의 양방향 실시간 정보교환 및 다양한 분석기법을 통한 의사결정 등을 통해 생산의 효율화와 최적화를 이루기 위해 스마트 팩토리를 추진했다. 그 후 Connected Smart Ship, OCEAN Link를 개발하여 서비스를 제공하고 있다. 특히, Smart Ship에는 다양한 기술이 적용되어 있으며 선박 수리 등 사전 예지를 통한 고객 Lock-In 전략을 운영 중이다.


BMW는 ‘왜 스마트 팩토리 구현이 필요한가?’라는 물음에서 출발했다. 이 회사는 업종의 특성상 가장 큰 비용과 가장 긴 기간이 소요되는 단계 대상 구현에 우선 집중했다. 그리고 최종 제품 관점의 지표 달성 여부를 매일 측정 및 분석했다. 또한, 원가자재부터 완성차 제조 및 출하까지의 밸류체인 복잡도는 점점 더 커져, 원가는 절감하고 수익성은 향상하기 위해 내/외부의 연계성은 반드시 고려해야 했다. 결국, BMW가 정의하는 스마트 팩토리는 ‘Connection of All’이었다. 즉, Digital과 Real-World, 제품과 시스템, 사람과 로봇, 사람과 생산라인, 제품과 제품, 시스템과 시스템, 앞뒤 공정 간의 연결이다.


결론적으로 스마트 팩토리를 성공하려면 목표를 정하고 성과가 있는 것부터 구현해야 한다. 또한, 데이터를 스마트하게 제어하고 식별할 수 있어야 한다. 










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