스마트 팩토리 구축의 핵심 요소는 주어진 환경을 분석하여 자율적으로 움직이는 기계, 즉 스마트 머신이다. 그 모습은 제어 자동화와 디지털 식별이 결합된 IoT형 자동화로 구현된다.

아모레퍼시픽은 인더스트리 4.0이라는 제조 패러다임 시대에 산업혁명 3차와 4차의 과도기적 단계에 있다. K-smartfactory.org 세미나에서 아모레퍼시픽 신태홍 부장이 발표한 ‘지능화된 스마트머신’에 대한 강연 내용을 정리했다.

▲ 아모레퍼시픽 신태홍 부장

스마트 팩토리 하면 ICT, IoT, 빅데이터 등 다양한 혁신 툴을 얘기한다. 하지만 아모레퍼시픽은 그러한 툴을 가지고 어떻게 스마트 팩토리와 연계시킬까를 고민했다. 결국, 스마트 팩토리가 되기 위해서는 기계가 이들과 소통할 수 있는 디지털화와 지능화가 되어야 한다.

아모레퍼시픽에는 글로벌 생산기지가 크게 5개가 있다. 프랑스(향수), 상해(화장품), 진천(녹차), 대전(생활용품), 그리고 메인 공장인 오산(화장품)으로, 스마트 팩토리는 이들 위주로 진행되고 있다. 여기서는 기술적 요소보다는 아모레퍼시픽 사업장에 적용하여 시너지가 발생된 사례들 위주로 소개한다.

지능화된 스마트머신의 도래

인더스트리 4.0이란 제조산업의 진화전략이다. 제조산업과 같은 전통산업에 ICT 시스템을 결합하여 지능형 공장인 스마트 팩토리로 진화하자는 것이다. 또한, IoT를 통해 생산기기와 생산제품 간 상호 소통 체계를 구축하고 생산 과정을 최적화하는 것을 의미한다. 

1차 산업혁명이 물과 증기로 가동되는 제조설비였다면, 2차 산업혁명은 전력 발전으로 대량생산 체제가 가능한 시대였다. 3차 산업혁명은 전자제품과 IT 사용을 통한 제조업의 자동화가 확산된 시기였으나 IT를 통해 유연성 있는 자동화를 구현하는 데에는 한계가 있었다. PLC 위주의 다양한 시스템들이 나왔지만, 항상 1% 부족한 점들이 있었다. 이 부분을 해결하기 위해 나온 것이 CPS(사이버 물리 시스템) 기반의 4차 산업혁명이다. 이 시기에는 ICT와 제조업이 융합되고 시뮬레이션 자동 생산방식이 특징이다.

▲ 스마트머신 도래와 생산방식의 변화

아모레퍼시픽은 산업혁명 3차와 4차의 과도기적 단계에 있다. 먼저 산업혁명 3차를 보겠다. 아모레퍼시픽은 시퀀스를 해결해준 중앙컴퓨터를 중점으로 자동화 설비를 이뤘다. 그러나 완전한 무인화를 이루지 못했다. 공정 상태를 모르는 채로 넘어가기 때문이다. 그리고 공차를 읽어내는 데에 센서 기술의 한계가 있었다. 따라서 다품종 생산을 이룰 수 없었다. 또한, 정밀도가 떨어져 투자 대비 생산성이 낮음을 느꼈다.

아모레퍼시픽은 공정별로 어떤 자동화가 바람직하고 이상적인지를 고민하게 되었고, 결국 스마트 팩토리의 출발점을 공정 안정성 확보에 두었다. 공정 안정화를 이루지 못하면 센서를 바꾸고 빅데이터를 가진들 유연적인 데이터를 얻을 수 없기 때문이다.

또한, 유연성을 강조한 FMS(Flexi-ble Manufacturing System)로 다품종 생산설비를 마련했다. 예를 들어, 300~400개로 세팅해야 하는 복잡성을 극복하기 위해 용기 자체가 아닌 홀더를 설치했다. 화장품 공정 유연성의 첫 출발이었다. 홀더에 서버를 연결해 용기의 크기를 조절했다. 세팅 간격을 자동 조절하는 기능이다. 

그러나 한계점 있었다. 입체형 CIM (Computer Integrated Manu-facturing) 단계도 등장하지만, 모니터링 수준이었다. 데이터를 올리는 건 중요했지만, POP 데이터, MS 데이터 등이 올라가더라도 단절돼 있어 결국 판단은 사람이 할 수밖에 없었다.

산업혁명 4차에서는 기계 스스로 판단·제어하는 수준에 이른다. 즉, 스스로 주어진 환경을 분석하고 자율적으로 움직이는 스마트머신이 도래한 것이다. 실제 생산 활동에서 인간과 협업하여 조화롭게 작업하는 스마트한 기계(자율형 로봇)가 사용되고 있다. 스마트머신은 스마트 팩토리 구현을 위한 핵심요소라고 볼 수 있다.

스마트 팩토리에는 미적용, 기초, 중간1·2, 고도화의 4단계가 있다. 그중 아모레퍼시픽은 중간 1단계이다.

CMS(Cloud-based Manufacturing System) 및 RMS(Reconfigurable Manufacturing System)가 진행되고 있으며, 모듈형 상태다. 이제는 고도화로 나아가야 하는데, 그 모습은 제어 자동화 및 디지털 식별이 결합된 IoT형 자동화다. 설비를 개발한다면 무선 기반의 ICT와 제조업 융합, 프로토콜 통일, 그리고 현장 자동화 부분과 공장운영/관리 부분, 비즈니스 부분으로 나눠 스마트 팩토리를 구축할 필요가 있다.

글로벌 사례로 지멘스 암베르크 공장을 들 수 있다. 지멘스 암베르크 공장은 고성능 자동화 설비와 관리 시스템 간 실시간 연동으로 다품종 고수율 생산을 구현했다. 이를 통해 8배 생산성이 향상됐다.

참고로 스마트머신의 판단 중심에는 센서가 있다. 스마트 센서는 인간의 감각을 대신해 공정에 필요한 정보를 획득한다. 센서는 크게 물리센서, 역학센서, 화학센서 3가지로 분류된다. 인간의 감각 중 후각과 미각이 화학센서에 해당한다. 

아모레퍼시픽은 화장품의 향을 측정하는 센서 개발을 1년 정도 해오고 있다. 기존 개발된 센서가 있지만, 데이터 부족으로 제대로 작동하지 않았다. 전압 파동이 달라지면서 2년간 쌓인 간단한 데이터만 파악한다.

스마트 기술 활용 사례

아모레퍼시픽의 스마트 기술 활용 사례이다. 먼저, 지능형 무인 공급 셀에 머신비전과 스파이더 로봇 기반 자동 Align 기능을 구현했다. 그 결과 부품 혼입 방지와 다품종 포장재 혼류 생산 기반을 확보해 투입 속도가 사람의 2.5배로 향상했다. 또한, 분산 자율 제어 실행으로 유연성 극대화를 실현했다.

또 하나는 IoT/ICT 기반 스마트 기술 활용이다. 아모레퍼시픽은 IoT 기반 설비 예전보전으로 가동 상태를 실시간 분석하는 한편, ICT 기반의 디지털 자동 세팅 시스템도 구현했다. 그 결과 2~3일 또는 1~2시간 걸리던 세팅을 5~15분으로 단축할 수 있었다.

그 외 고효율 디지털 이송 모듈로 단위 면적당 절대 캐파 향상과 다품종 유연화 생산 기반을 마련했으며, IoT 실시간 데이터와 빅데이터 분석을 통해 체결력 품질 예측 및 공정 품질을 보증할 수 있었다.

정리 : 추경미 기자 (ckm@hellot.net)