스마트팩토리

홍승수의 인도네시아 IT 칼럼

스마트 팩토리
최근 들어 스마트 팩토리라는 용어는 매우 일반화 되어 IT분야나 제조업에 종사하지 않더라도 TV, 신문 등의 다양한 매체를 통하여 많이 접해 보았을 것이다. 대한민국을 포함한 이미 많은 선진국들은 이미 제조산업 전반에 스마트 팩토리 솔루션이 확산 단계에 접어 들었다.

그런데, 인도네시아와 같은 개발도상국의 경우 대다수의 제조업체들이 스마트 팩토리의 정확한 개념에 대한 이해가 부족하고 스마트 팩토리 솔루션 도입 필요성에 대해서도 아직까지 의문을 가지고 있다.

스마트 팩토리 단어만 해석해 보면 똑똑한 공장인데 무엇이 똑똑하다는 것인지 좀더 정확히 알아 보도록 한다. 스마트 팩토리란 공장내의 설비와 기계에 센서(IoT)가 설치되고 ICT기술과 결합되어 실시간으로 데이터를 수집하여, 모든 공정 및 생산 현황, 설비 현황들이 실시간으로 분석되어 공장 내 모든 상황들을 일목요연하게 볼 수 있고, 이를 분석해 목적된 바에 따라 스스로 제어되는 공장을 말한다.

과거에는 숙련된 작업자가 원료의 색깔을 보고, 혹은 설비의 소리만 들어도 경험적으로 무엇이 문제인지 알고 문제를 해결하였다. 하지만 인간의 인지 능력과 숙련 정도에 의존하기 때문에 때로는 문제가 발생되기도 한다.

또한, 최근 제조업 트렌드가 제품의 라이프 사이클이 단축되고 있고, 맞춤형 대량생산으로 변화하면서 가볍고 유연한 생산 체계가 요구되고 있다. 이러한 상황에서 제조업 혁신을 위한 새로운 방안으로 부상하고 있는 것이 바로 “스마트팩토리” 이다.

Q. 공장 자동화와 스마트 팩토리는 무엇이 다른가?
A. 공장 자동화는 각 공정별로 자동화 기계 또는 IT기술을 도입하여 생산성 향상과 원가 절감이라는 목표를 가지고 있다. 그런데, 현재 많은 생산현장들은 단위 공정별로만 자동화가 이루어져 있기 때문에 공정과 공정이 유기적으로 연계되어 있지 않은 문제점을 가지고 있다. 하지만, 스마트팩토리는 전후 공정간, 기계간, 업무간 데이터를 자유롭게 연계할 수 있어 총체적인 관점에서 최적화를 이룰 수 있다.

스마트 팩토리를 예를 들면 공장 및 기계설비 곳곳에 사물인터넷(IoT: Internet of Things) 센서와 데이터를 전송하는 통신장비가 설치되어 있다. 이 센서와 통신 장비들이 현장의 크고 작은 모든 데이터를 수집하여 저장하고 분석한다. 이렇게 분석한 데이터를 기반으로 어느 공정에서 불량이 발생했는지, 어떤 기계나 설비에 이상 징후가 보이는지 파악한다. 동시에 그렇다면 어느 시점에서 불량품이 다음 공정으로 넘어가지 않도록 할지도 판단해 전체 공정을 제어한다.

지금까지의 공장(공장자동화)은 각각의 공정별로만 자동화가 이뤄지는 탓에 앞뒤 공정에서 무슨 일이 일어났는지 알 수가 없었지만 스마트 팩토리는 모든 설비나 장치가 통신으로 연결돼 정보를 주고 받고, 모든 공정을 실시간으로 모니터링하고 분석-판단해 최적의 생산 환경을 만든다.

또한, 스마트 팩토리는 기획, 설계, 생산, 유통, 판매 등 전 생산과정을 정보통신기술(ICT)로 통합해 최소의 비용과 시간으로 고객 맞춤형 제품을 생산하는 진화된 공장을 의미한다. 이러한 전과정에 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 빅데이터 등으로 통합해 자동화와 디지털화를 구현하는 것이 기존 공장 자동화와 차별되는 요소다.

Q. 스마트 팩토리 도입이 꼭 필요한가?
현재의 많은 제조업체들이 스마트 팩토리 솔루션 도입에 대하여 검토하고 있는데 이는 단순히 스마트 팩토리라는 용어 자체가 유행 됨으로서 위기의식을 가지고 도입 자체를 목적으로 하는 것으로 보인다. 즉 실제적 효용성보다는 마케팅 수단으로서의 가치가 부각되는 모습이라 할 수 있다.

스마트 팩토리는 내외부 환경 변화에 대해 유연하게 대응하기 위해 생산현장에 능동적 선택 및 실행 체계를 갖춰, 현 운영 수준보다 효율적 운영 환경으로 전환시키는 것을 목적으로 해야 한다. 어떻게 보면 각 회사마다 현재의 운영 환경과 산업 특성이 다르므로 각각의 목표 수준이 같을 수 없는 것이 당연하다.

기본적으로 스마트팩토리가 구현되면 각 공장에서 수집된 수많은 데이터를 기반으로 분석하고, 의사결정하는 데이터 기반의 공장 운영체계를 갖춤으로써 생산현장에서 발생하는 현상, 문제들의 상관관계를 얻어낼 수 있다. 즉, 원인을 몰랐던 돌발 장애, 품질 불량 등의 원인을 알아내 해결할 수 있게 되는 것이다.

이러한 생산현장의 데이터들이 MES, ERP 등과 같은 생산, 경영분야의 기간 시스템과 연동되어 주문이 접수되거나, 어떠한 경영상의 판단이 내려지면, 공장은 최적의 생산체제 하에서 운영되게 된다.

즉, 스마트 팩토리를 도입하는 것에 목표를 두는 것이 아니라, 각자의 생산현장 및 회사에 맞는 솔루션 도입을 목표로 해야한다. 스마트 팩토리 솔루션을 도입하기 위해서는 아래의 사항들을 반드시 고려해야 한다.
1. 고객 관점에서 서비스가 개선되는가?
2. 투자 대비 효과(재무적 효과)가 우수한가?
3. 비효율 개선 영역과 고도화 영역의 구분이 가능한가?
4. 운영에 대한 인적 역량은 충분한가?
5. 도입 시 예측되는 문제점에 대한 해결 방안이 있는가?
6. 도입의 필요성에 대해 내부 구성원과 공감대를 형성했는가?
7. 지금 도입해야 하는 현안이 무엇인가?

Q. 스마트 팩토리 도입 성공사례가 있는가?
2016년 이후 많은 기업들과 정부기관의 주도하에 스마트 팩토리 솔루션 도입이 추진 되었고, 많은 실패 사례와 성공사례가 있다. 이중에서 몇가지의 성공사례를 예를들면 다음과 같다.

연간 270만 헥토리터를 생산하는 폴란드에서 두번째로 큰 맥주 회사인 Browar Warka는 보틀링 라인이 자주 중단되어 유통업체로의 공급이 지연되는 문제를 항상 고민하고 있었다. 이 문제를 해결하기 위해 제조 공정에서의 실시간 모니터링, 제어, 물류 및 작업내역 추적관리, 상태파악, 불량관리 등을 실현하는 솔루션인 Manufacturing Execution System(MES)을 도입했다.

그 결과 생산라인에서 생산되는 제품 실시간 모니터링과 데이터 전송이 가능해 졌다. 결과적으로 생산 중단 문제가 전년 대비 39% 감소하였다.

건설관련 소형 중장비 제조업체인 Bobcat은 기존 창고시스템에서 지게차 운전 기사가 물건이 위치한 곳을 제대로 찾지 못하는 등의 실수가 잦았다. 재고관리를 최적화 하기 위해 RFID 태그를 도입하기도 했으나, 중공업 회사의 특성상 창고에 저장된 강철의 양이 많아서 RFID의 전파가 방해를 받아 별다른 효과를 보지 못했다.

이를 해결하기 위해 Bobcat은 위치센서 기반의 솔루션을 도입하여, 강철 때문에 전파가 방해 받는 문제점을 개선하였다. 솔루션은 1) 지게차 트래킹 시스템, 2) 화물 트래킹 시스템, 3) 실시간 데이터 분석 등의 서비스를 제공한다.

Bobcat은 위치기반 솔루션을 활용한 후 지게차 운전자를 30% 줄었고 지게차 댓 수를 20% 가량 줄일 수 있었으며 안전재고(safety stock)를 약 50%가량 줄이는 등 다양한 효과를 볼 수 있었다.

전투기, 수송기 등 항공우주장비 및 방위장치 제작을 주 업무로 하는 미국 최대의 방위산업체인 록히드마틴은 자사의 대표적인 상품이자 5세대 전투기인 F-35 조립 과정에서 수많은 부품들이 올바른 위치에 장착되었는지 확인할 필요성을 느끼게 되었다.

록히드마틴은 2015년 스마트 글래스 솔루션과 증강현실 솔루션을 도입했다. 전면에 카메라 및 센서가 부착된 스마트 글래스와 증강현실 솔루션을 활용하는 엔지니어는 오버레이 이미지를 볼 수 있다.

이미지는 부품의 조립 위치, 3D 이미지를 활용한 시범작업, 에러 분석, 공정작업 단계 등 제품공정에 필요한 다양한 정보를 제공한다. 예를 들어, 엔지니어가 랜딩기어의 부품을 장착하는 단계에서 바퀴 주변의 모든 볼트와 케이블을 렌더링 이미지로 확인한 후 부품 별 작업 단계를 지시 받아 효율적인 작업을 할 수 있게 된다.

이를 통해 록히드 마틴 엔지니어들의 작업 속도는 약 30% 빨라졌고 공정의 정확도는 96%까지 향상되었다. 또한 직원의 훈련비용 및 시간을 줄일 수 있고, 수업에서 듣거나 매뉴얼로 읽는 것과 비교해서 2배까지 기억하여 엔지니어링 지식의 양을 늘릴 수 있었다.

결론적으로 스마트 팩토리 솔루션은 하나의 정형화되어 있는 솔루션이 아니라 각자의 비지니스 형태와 생산 현장에 적합한  다양한 ICT 기술이 융합된 솔루션이라고 할 수 있다. 또한 스마트 팩토리는 단순히 생산 관리에 목적을 두지 않고 생산계획부터 고객서비스까지 경영의 전반에 걸쳐 효율화를 할 수 있다. <문의. [email protected] 다음호에서 계속>