헬로티 임근난 기자 |
슈나이더 일렉트릭은 글로벌 기업으로서 44개 국가에 200개 공장과 98개의 배송센터를 운영하고 있다. 이 글로벌 공급망에 스마트공장과 스마트 물류센터 구축을 진행하고 있다. 최초 11개 스마트공장과 6개의 스마트 물류센터로 시작해서 현재 100여개의 스마트공장이 운영되고 있으며 스마트 물류센터도 점점 늘어나고 있다. 한국의 경우 지난해에 구축한 익산 스마트공장이 이런 일례로써 진행되고 있다.
세계경제포럼(WEF)에서 선정한 슈나이더 일렉트릭의 등대공장과, 그 등대공장에는 어떤 솔루션들이 적용됐는지를 정리했다.
등대공장 솔루션
슈나이더 일렉트릭의 공장들은 세계경제포럼이 지정하는 등대공장에도 선정되었는데, 2018년엔 프랑스의 Le Voudreuil 공장이, 2019년엔 인도네시아 BATAM 공장이, 그리고 2020년엔 미국 Lexington 공장이 등대공장으로 선정됐다.
‘등대공장’이란 세계경제포럼(WEF)이 제시한 개념으로 4차 산업혁명의 주요 기술을 기반으로 세계 제조업의 미래를 제시하는 공장을 뜻한다. 앞으로 제조업이 가야할 방향을 비춰주는 ’등대’인 것이다.
등대공장 3개소를 운영할 결과, △프랑스 공장은 OEE(설비종합효율) 5~15% 개선, 유지보수 비용 30% 절감, 에너지 비용 15% 감소, △인도네시아 공장은 유지보수비용 17% 절감, 장비 다운타임 44% 감소, △미국 공장은 유지보수 비용 20% 절감, 문서작업(종이 프로세스 작업) 90% 감소의 결과를 보였다.
그러면 등대공장에서 사용되고 있는 솔루션들은 어떤 게 있을까. 슈나이더 일렉트릭의 경우 전 세계 공장에 스마트 팩토리에 대한 다양한 요구사항을 받아들여서 구축하고 있다. 생산관리시스템을 통해서 생산을 체계화하고 직원들에 대한 직능 다양화 관리에 힘쓰고 있으며 에너지관리와 디지털 전력관리를 통해서 지속가능성에 대한 솔루션까지 구축하고 있다. 이러한 디지털 작업은 최종엔 스마트공장으로 완성되게 된다. 디지털 작업을 통해서 완성된 스마트공장 솔루션이 바로 디지털 트랜스포메이션 에코스트럭처이다.
슈나이더 일렉트릭은 전 세계 시장을 4개 분야인 빌딩, 데이터센터, 인더스트리, 인프라스트럭처로 나누고 있는데, 인더스트리에 적용되는 에코스트럭처가 바로 스마트 팩토리 솔루션이다.
구조를 살펴보면, 에코스트럭처는 맨 밑단의 커넥티드 제품과 그 윗단의 엣지 컨트롤, 그리고 최상윗단의 엡, 분석 및 서비스까지 각 단계의 솔루션들이 있는데, 커넥티드 제품에서 데이터가 만들어져서 그 상위의 엣지 컨트롤로 데이터가 올라가면 최종적으로 최상윗단의 시스템인 앱, 분석 및 서비스에서 데이터를 가공, 분석하고 체계적으로 관리하게 된다, 이러한 솔루션이 설치되는 현장에는 온프레미스 또는 클라우드 베이스의 시스템이 구축되기도 한다. 또 데이터가 핸들링이 되어야 하기 때문에 그 데이터에 대한 사이버보안까지도 함께 고려되어서 시스템이 구축되고 있다.
익산 공장은 중소기업 스마트공장의 모델
1981년에 설립된 익산 공장은 근무인원 40명 규모의 전자식모터보호계전기(EOCR)를 생산하는 작은 공장이지만, 중소기업의 스마트공장 모델이라고 볼 수 있다.
실제 현장을 가보면 로봇이 운용되고 있지 않고 AGV 등의 최첨단 장비가 보이지도 않는다. 하지만 린 생산 방식에 의해서 U자형, C자형 생산설비들을 다년간에 걸쳐서 구성하기 시작했고 최종 단계에서 디지털 작업을 통해서 스마트 팩토리로 변신하게 되었다.
특히, 익산 공장에 구축된 에코스트럭처 구성을 보면, 장비가 모여서 라인을 이루고 라인이 모여서 전체 프로세스를 구축하는 소형 공장 개념이다. 그래서 장비에 대한 솔루션이 중요하기 때문에 머신 솔루션 위주로 구축했다. 하지만 장비에 필요한 에너지원이 바로 전기이기 때문에 △머신과 파워에 대한 솔루션을 모아서 커넥티드 제품, △IIoT를 위한 PLC·SCADA 시스템이 구축된 엣지 컨트롤, △MES와 증강현실 솔루션 등이 구축된 앱, 분석 및 서비스의 아키텍처로 구성을 했으며, 여기서 최상위 시스템이 IT 솔루션이라면 PLC와 IIoT 장비들은 OT 솔루션이다. 즉, IT와 OT의 융합을 이룬 스마트 팩토리 솔루션이라고 할 수 있다.
스마트공장에 적용된 슈나이더의 솔루션
익산 공장을 비롯한 전 세계의 슈나이더 스마트공장에는 6개의 솔루션, 즉 △MES(생산운영관리시스템), △공장자동화 및 생산설비 고도화, △운영 효율 개선, △공장에너지관리, △예방/예지보전 솔루션, △디지털화 작업이 진행됐다. 이하에 단계별 구체적으로 살펴보겠다.
먼저, MES의 대표적인 기능인 제조 컨트롤 타워이다. 공장의 상황실이라고 할 수 있는데, 대형 스크린을 통해서 공장의 전체 상황을 알 수 있다. 슈나이더 일렉트릭은 디지털 운영관리 툴을 통해 서류 없는 운영, 성과 가시화 및 평가, 디스크리트 제조의 생산 문제에 대한 신속한 대응 등을 지원한다. 그리고 직관적인 인터페이스와 사용자의 요구를 충족하는 이하의 4가지의 선택 모듈을 지원하고 있다.
첫째, E-ANDON이다. 생산라인의 시스템이 정상 가동되고 있는지 작동이 멈추거나 위험한 상황인지 등 정시 상황 보고와 신속 대응을 통해서 생산 중단을 예방하고 중단 시간을 줄인다.
둘째, E-Performance이다. 이 모듈은 생산 데이터 확인과 다양한 KPI에 대한 대시보드를 제공한다.
셋째, E-WOM(Work Order Management)이다. 디지털로 작업을 지시하고 관리하고 실행하는 시스템이다.
넷째, E-WI(Work Instruction)이다. 이 모듈은 작업자에게 제조 제품에 대한 작업 지침서 표시 및 안내이다.
이러한 MES 솔루션들을 통해 생산 중단 시간을 감소하고 전체 작업지시 추적 관리 및 운영 효율을 향상시켰다.
다음은 공장자동화 부분이다. 공장자동화의 핵심이라고 할 수 있는 PLC의 경우, 슈나이더 일렉트릭은 자동화 컨트롤러로써 Modicon M340/m580 ePAC을 적용했다.
Modicon M580은 제조업체가 3개월 이내에 ROI를 달성하고 프로젝트 투자에 대해 최대 100%의 수익을 달성하도록 지원한다. 실제로 적용한 결과 수익 도달 시간 25% 단축과 생산성 최대 5배 향상 효과가 있었다.
또한, 디지털화된 장비 운영을 위해 IIoT 기능이 내장된 PLC M262도 설치했다. 기존 시스템의 경우 PLC를 클라우드에 연결하기 위해서는 별도의 게이트웨이가 필요했지만, Modicon M262는 MQTTs, HTTPs Client 등 IT 프로토콜을 기본 내장하고 있으며, 데이터 및 통신 암호화와 IT·OT 시스템 간의 네트워크 세분화를 제공함으로써 클라우드에 연결하기 위한 추가 장치가 불필요하다.
그 외에 공장자동화를 위한 필수 장치로 HMI가 있다. 슈나이더 일렉트릭은 HMI 원격 모니터링 솔루션인 Proface Remote HMI를 공장에 적용하여 운영하고 있다. 이 솔루션은 스마트폰, 태블릿, PC에서 원격지 장비의 HMI를 모니터링 하거나 조작할 수 있어 언택트 시대에 적합한 솔루션이다.
다음은 운용 효율 개선 부분이다. 대표적인 솔루션이 증강현실이다. 증강현실 솔루션은 가동되고 있는 장비를 열어보지 않고도 스마트폰이나 태블릿을 가지고 장비상태를 알 수 있다. 이 솔루션은 운영자에게 권한을 부여함으로써 운영자가 필요할 때 관련정보에 접속할 수 있다. 따라서 운영 및 유지보수 시간과 비용을 감소할 수 있으며 유지보수 중 오류를 최소화할 수 있다. 또한, 작업 현장에서 효과적인 결정을 지원한다. 슈나이더 일렉트릭은 이러한 증강현실 솔루션을 각 스마트공장에 적용해서 운영하고 있다. 장비 모니터링 솔루션 또한 클라우드 기반으로 함께 구축되어서 체계적으로 장비를 관리하고 있다.
다음은 공장 에너지 관리 시스템(FEMS) 부분이다. 대기업의 공장에서는 FEMS를 많이 구축했겠지만, 중소 규모의 작은 공장에서는 에너지 사용량이 적다는 이유로 구축을 미룬다. 하지만 지속가능성에 대한 솔루션은 작은 공장이라고 예외는 아니다. 슈나이더 일렉트릭은 익산 스마트공장처럼 크고 작은 공장을 가리지 않고 FEMS를 구축하고 있다. 이 시스템은 대시보드를 통해서 에너지 사용량, 이산화탄소 배출량을 즉각적으로 보고 관리할 수 있으며, 히트맵(HeatMap)을 통한 에너지 사용 패턴도 분석이 가능하다.
그 외에도 통합 전력 관리 솔루션은 익산 공장의 사례에서 볼 수 있듯이, 한전에서 전기가 들어와 어떻게 배전이 되고 현장 개소마다 전기를 얼마나 사용하고 있는지 시스템으로 구축되어 운영되고 있다. 또한, 배전반 안에 들어가는 전기 장치들이 IIoT라 보니 배전반도 스마트해지고 있다. 여기에 슈나이더 일렉트릭은 한 단계 더 업그레이드하여 증강현실 솔루션 AOA를 적용함으로써 스마트폰이나 태블릿으로 스마트 패널 내부 정보를 확인하고 전기도면과 매뉴얼도 열람할 수 있다.
이제는 예방/예지보전 시대가 열렸다. 슈나이더 일렉트릭은 전문가 팀의 24/7(24시간/7일) 모니터링을 통해 설비에 대한 예방과 예지보전을 진행할 수 있도록 지원하고 있다. 이것 역시 클라우드를 기반으로 구축되어 있다.
마지막으로 디지털화 부분이다. 모든 기기와 작업 환경이 디지털화가 되면서 사이버 보안이 화두가 되고 있다.
최근 미국 정유 기업이 해킹으로 송유관 시설 운영이 중단되면서 휘발유 대란을 겪었듯이 인프라스트럭처 기업뿐만 아니라 작은 규모의 스마트공장 조차도 데이터 관리에 관심을 갖지 않는다면 해킹을 당할 수 있다. 그 이유는 PLC, SCADA, DCS 등 OT 제어 시스템들의 보안이 취약하기 때문이다. 슈나이더 일렉트릭은 산업제어시스템 보안 기술과 함께 사이버 보안 솔루션들을 국제표준에 맞춰서 구축, 운영하고 있다.
