ICT기술의 집합체, 스마트 팩토리

안녕하세요! 특파룡 11기 심현수기자입니다. 혹시 4차 산업혁명이라는 말 들어보셨나요? 4차 산업혁명은 기업들이 제조업과 정보통신기술(ICT)을 융합해 작업 경쟁력을 제고하는 차세대 산업혁명을 가리키는 말입니다. 3차 산업혁명이 컴퓨터를 통한 자동화 생산체제를 이끌었다면, 4차 산업혁명은 사물인터넷과 ICT 등 소프트파워를 통한 공장과 제품의 지능화라고 할 수 있습니다. 이는 독일이 국가산업전략으로 채택한 industry 4.0 개념에서 출발하였는데요, 중국 등이 내세우는 저비용의 평준화된 제조기술력에 맞서고 제조업 강국들이 경쟁력을 되찾기 위해 나타난 것이죠! 우리나라 경제구조 또한 제조업이 중심축을 형성하고 있기 때문에 이러한 변화와 트렌드에 좀더 관심을 가져야 하지 않을까요? 오늘은 4차 산업혁명의 중심에 있는 ‘스마트팩토리’에 대해 알아보도록 하겠습니다.

- 소통하고 생각하는 공장

스마트팩토리(Smart Factory)는 기획부터 설계, 물류, 유통에 이르기까지의 전 과정을 ICT기술과 생산설비를 융합시켜 실시간으로 데이터를 수집, 분석하여 스스로 작업을 수행하도록 지능화된 공장을 말합니다. 공장 설비에 설치된 사물인터넷(IoT; Internet of Things) 센서를 통해 다른 설비들과 작업자와 실시간으로 커뮤니케이션하고, 기기의 불량이나 제조 과정상의 비효율적인 부분을 예측하여 미리 개선할 수 있죠.  

예를 들어 어떤 설비가 진동으로 인해 품질 불량을 일으킬 때, 그 상황이 모니터링되어 상관관계를 파악해 진동이 원인임을 알아냅니다. 그 정보를 빅데이터 플랫폼에 수집해놓고, 진동을 발생하면 부품교체를 알려 불량률을 줄이고 비숙련자도 효율적으로 대처할 수 있게 됩니다. 

스마트 공장은 ICT를 통해 생산기기와 생산품이 서로 소통하고 연결되어 생산성을 높이는 데에 의의가 있습니다. 제품의 라이프사이클이 단축되었고 시장의 수요 또한 급변하기 때문에 더욱 유연한 생산방식이 필요했던 것입니다. 공장 모듈화 생산 방식과 로봇을 결합하여 활용하는 방식도 이뤄지고 있습니다. 이는 급변하는 시장의 니즈를 반영하여 실시간 생산라인을 변경해 최신 트렌드에 대응하기 위해서입니다. 즉 개인의 욕구를 충족하는 “개인화된 제품 (Personalized Product)”을 효율적으로 제조할 수 있도록 지원하는 것이죠.

스마트팩토리는 기존의 ‘공장자동화‘의 연장선상에 있습니다. 생산설비를 무인화하고 관리를 자동화한다는 공통점이 있죠. 그러나 단순히 생산성을 높이고 자원 효율성을 향상시키는 것이 목적은 아닙니다. 공장자동화는 단위 공정별로만 자동화, 최적화되어 현재의 운영 효율성에 초점을 두기 때문에 데이터 활용률도 떨어집니다. 반면 스마트팩토리는 현시점 뿐만 아니라 미래 상황을 예측하고 대응할 수 있도록 발전된 모델입니다. 또한 단계별 데이터를 유기적으로 연계하여 활용할 수 있습니다.

 

- 스마트 팩토리 핵심 기술은? 

스마트팩토리는 CPS(Cyber-Physical system)을 기반으로 가동됩니다. CPS는 IoT로 연결되어 사이버(cyber)시스템과 물리(physical)시스템의 통합된 형태로 컴퓨팅 및 제어기능이 물리세계의 사물과 연결되는 형태를 말합니다. 즉 제어를 목적으로 기계안에 내장된 컴퓨팅 시스템인 임베디드 시스템을 통해 개별 설비들이 주소를 갖고 서로 정보를 교환하는 시스템입니다. 

이렇게 설비가 스스로 통신이 가능하도록 한 뒤 제품과 기계·설비에 권한을 위임하여 자율적으로 작동하는 제조 환경을 구축합니다. 공장 내부에서 발생하는 이러한 데이터가 MES(생산관리시스템), ERP(전사적자원관리) 등과 같은 생산, 경영분야의 기간 시스템과 연동되고 주문이나 어떠한 경영상 판단에 따라 공장은 상황에 맞추어 최적의 생산체제를 가동하는 것입니다. 

반면 RFID는 공급망을 통해 광범위한 빅데이터를 생성하여 고객맞춤형 제품을 유연하고 효율적으로 제조합니다. 데이터 및 시스템 기반의 생산라인 컨트롤이 가능해지는 것이죠. 공장 내 배치된 각종 센서는 위험을 감지하고 기계가 스스로 작동을 멈춰 사고를 예방합니다. 다른 이상 징후가 발생해도 축적된 데이터를 통해 즉각 대응할 수 있습니다. 또한 에너지 및 원료 사용실적과 패턴을 분석해서 최적화하기 때문에 에너지까지 절약할 수 있게 하죠.

- 스마트팩토리 선도기업들

선진국들은 이미 제조업 시장을 선도하고 있습니다. 대표적인 스마트팩토리 적용사례로는 독일의 지멘스(Siemens), 미국의 GE(General Electric)를 들 수 있습니다. 

지멘스 공장의 자동화 수준은 75%로, 1000여종의 제품을 연간 1200만개 생산합니다. 이 공장은 24시간 안에 설치된 기계장비를 변경해 다른 제품을 생산할 수 있습니다. 또한 실시간으로 5,000만 건의 정보를 매일 수집하여 제조 공정마다 의사결정을 내립니다. 카메라는 광학 장비 시스템으로 옮겨진 부품의 이상 여부를 점검하며, 동시에 X-레이가 부품끼리 연결된 부위를 점검합니다. 1,000개 이상의 스캐너들이 모든 공정 단계를 실시간 점검하며 온도와 위치정보와 같은 제품 상세 정보를 기록합니다. 동시에 공정에 대한 정보는 IT 제조실행 시스템에 저장됩니다.

GE는 2015년 8월 클라우드 기반의 개방형 소프트웨어 플랫폼인 프레딕스를 출시했습니다. 프레딕스는 모든 설비에 센서를 장착하여 데이터를 실시간으로 수집, 분석하는 모듈입니다. 모든 자산을 데이터화하여 가상공간에 디지털 공장을 구현한 ‘디지털 트윈’ 또한 적용했습니다. 이를 바탕으로 인도 공장은 빅데이터를 기반으로 제조설비의 돌발적인 정지를 예방하고, 제품의 생산량과 품종을 자동으로 조절할 수 있습니다. GE는 세계 400여개의 공장 중 50개를 스마트팩토리로 전환할 계획입니다. 

- 한국이 나아가야 할 방향

우리 정부도 '제조업 혁신 3.0' 전략을 내놓고 스마트팩토리 보급에 나섰습니다. 창조경제혁신센터는 지난 2015년부터 국내 현실에 맞는 스마트팩토리 도입을 위한 ‘ICT융합 스마트공장 보급·확산 지원사업’을 시작했습니다. 또한 산업통상자원부 산하 스마트공장추진단을 설립했습니다. 이 프로젝트는 2017년까지 2년간 전국 1000개 기업에 스마트 팩토리 확산을 목표로 하고 있으며 삼성전자, LG전자, 현대자동차가 18개 지역 사업을 맡아 사회공헌의 일환으로 참여하고 있습니다. 각 제조기업의 솔루션을 결정하고 120여개의 국내 공급 기업들이 각자의 기술을 활용해 솔루션을 구축하는 방식입니다. 산업이 다양한만큼 각 회사마다 특화된 스마트팩토리 솔루션이 다르기 때문입니다. 구축 완료 후에도 공급기업들은 제조시설을 구축한 기업에게 1년간 무상으로 애프터 서비스를 제공합니다.

그럼에도 독일, 일본, 미국에 비해 스마트팩토리 구축 시설 비율이 낮고, 세부적인 계획과 투자 재원 또한 미흡한 수준입니다. 게다가 많은 제조기업들이 스마트팩토리의 필요성을 못 느끼거나 비용면에서 부담을 느껴 포기하는 상황입니다. 제조업 경쟁력 확보를 위해서는 정부가 더 적극적으로  스마트팩토리 생태계 구축을 위한 노력과 투자가 이루어져야 합니다. 또한 기업 입장에서도 MES, ERP, CPS 등의 시스템 중 작은 부분이라도 바꾸어나가면서 생산성을 높이려는 마인드가 필요합니다. 

제조업은 한국 경제성장의 핵심 동력으로 활약해 왔으며 지금 세계는 새로운 변화의 기로에 서 있습니다. 인구 고령화에 따라 국내 생산 가능 인구는 2016년 3,704만 명을 기록한 뒤 2017년부터  3,702만 명으로 하락세를 보이며 노동력 부족 현상이 심화될 것으로 예상됩니다. 국내 제조업 생산성은 또한 2010년 이후로 둔화된 상태입니다. 그러나 스마트팩토리가 제조업 혁신의 돌파구가 될 수 있습니다. 우리나라도 ICT기술력이 뛰어난 만큼 연구개발과 교육, 투자를 아끼지 않고 인프라를 구축하여 점차 많은 산업군에서 스마트팩토리를 채택하고 4차 산업혁명을 선도하는 대한민국이 되었으면 좋겠습니다.