현재 우리는 물리적 세계와 가상 세계가 공존하는 4차 산업혁명 시대에 살고 있다. 특히 코로나 시기를 거치며 원격 근로, 원격 수업을 이미 충분히 경험한 세대에게 ‘메타버스’라는 가상 세계는 물리적 세계 못지않게 중요한 일상이 되어가고 있다.
한편, 제조 및 물류 산업에서는 ‘디지털 트윈’이라 불리는 또 다른 가상 세계가 구축되고 있다. 공장이나 물류창고처럼 실제 존재하는 물리적 시스템이 ‘디지털라이제이션’이라는 가상화 과정을 거쳐서 실시간으로 동기화된 가상 세계가 구축되면 시스템을 실시간으로 모니터링하고 제어할 수 있으므로 더 효율적인 생산 관리를 할 수 있다는 개념이다.
효율적인 생산 관리와 더불어 기업의 경쟁력을 높이는 중요한 요소는 얼마나 유연한 생산 시스템을 갖추었는지이다. 원하는 것은 어떤 것도 즉시 소유가 가능한 ‘메타버스’에 사는 소비자들은 이전보다 더욱 개인화되고 다양한 제품을 기대하고 이에 따라 소비자 트렌드의 변화 주기도 빨라지고 있다.
예를 들어, 한 가전회사가 올 한 해 생산하는 냉장고의 모델 종류는 40종이 넘고, 전기차로 대변되는 새로운 모빌리티 제품을 생산하는 기업이나 그 종류는 점점 다양해지고 경쟁이 치열해지고 있다.
변화하는 소비자 수요에 맞추어 효율적으로 생산 및 재고 관리를 하기 위하여 어떤 모델이 얼마나 판매될 것인지를 예측하고 이에 맞추어 탄력적으로 생산 계획을 수립해야 한다. 하지만 문제는 이렇게 가변적인 생산 계획에 대응할 수 있는 자동화된 공장을 구축할 수 있느냐이다.
만약에 40종의 모델에 따라 각기 다른 40개의 생산 라인을 만들어 놓고 각 라인을 온/오프 할 수 있다면 좋겠지만, 이건 가장 비효율적인 생산 방식일 테다. 따라서 가장 효율적인 방법은 하나의 생산 라인에서 다종의 모델을 생산할 수 있는 유연한 생산 시스템을 갖춰야 한다. 즉, 진짜 효율적인 생산 관리는 시스템을 디지털화해서 실시간으로 모니터링하는 것에 그치지 않고, 유연하고 자동화된 생산 시스템을 갖추고 운영할 때 달성할 수 있는 것이다.
자동화와 유연성은 구분해서 생각해야 한다. 자동화는 컨베이어 벨트와 함께 소품종대량생산 시스템을 갖추기 위해 도입되었다. 컨베이어 시스템은 분업화된 반복적인 작업으로 공정을 나누었고, 이는 사람보다는 로봇이나 기계가 하기에 더 적합하고 효율적이었다. 하지만 자동화가 추진되면서 생산 효율성은 높아졌지만, 유연성은 떨어지게 되었다.
그 결과 유연성이 필요한 공정, 즉 제품별로 차이가 있거나 정위치 시키기 어려운 공정은 자동화가 불가능해 사람이 하는 공정으로 남겨졌다. 특히 다품종소량생산이 필요한 공정은 오히려 자동화로 인해 생산 효율성이 떨어지게 된 것이다.
생산 효율성을 높이기 위해서는 자동화와 유연성 두 마리 토끼를 다 잡아야 한다. 당연한 사실이지만, 사람은 가장 유연한 시스템이다. 그 이유는 눈으로 변화되는 환경을 보고 상황을 판단하며 거기에 맞게 작업 경로를 스스로 수정할 수 있기 때문이다.
이에 반해 공장에서 사용하는 기존의 로봇 시스템은 설치할 때 프로그램한 대로만 반복적으로 작업을 수행하는 기계에 불과하다. 다른 기계장비에 비해서는 재프로그램(티칭)이 수월하지만, 제품 모델이 바뀔 때마다 엔지니어가 일일이 티칭 수정을 해야 하므로 시스템의 다운타임이 불가피하다. 또한, 각 제품의 크기나 위치가 변하는 경우에는 그때마다 프로그램을 수정할 수도 없다.
이러한 기존의 로봇 시스템에 유연성을 더하기 위해 로봇의 눈의 역할을 하는 ‘3D 비전’, 머리의 역할을 하는 ‘인공지능’ 기술이 필요하다. 이는 먼 미래의 이야기가 아니다. 이미 수많은 국내외 스마트 팩토리에서 ‘눈으로 보고 머리로 생각하는’ 산업용 로봇들이 설치되어 유연하고 자동화된 생산 시스템을 구축하고 있다. 앞서 예로 든 하나의 생산라인에서 40종의 냉장고 모델을 가변하는 생산계획에 맞추어 유연하게 생산해내는 공장도 우리나라에 실제 존재하는 공장이다.
필자는 지난 3년간 3D 비전을 이용한 로봇 시스템을 현장에 적용해왔다. 실제 설치된 사례와 경험을 바탕으로 여러 편에 걸쳐서 ‘3D 비전과 인공지능’을 갖춘 산업용 로봇 시스템을 중심으로 ‘유연하고 자동화된 스마트 팩토리’에 대한 기술적 개념을 소개하고자 한다.
이어지는 두 번째 편에서는 ‘눈을 가진 로봇을 구현하는 로봇 비전’에 대해, 세 번째 편에서는 ‘2D 비전과 3D 비전의 기술적 차이’에 대해, 네 번째 편에서는 ‘인공지능 로봇과 앞으로의 시장 전망’에 대해 소개한다. 스마트 팩토리 도입을 추진하는 분들께 많은 도움이 되길 바란다.
