[부산테크노파크 송재만 지능형기계기술단장] “천하의 인재들이여, 다 나에게로 오라. 나는 오직 그 사람의 재능만을 보겠다!” 형식에 얽매이지 않고 인재를 등용하겠다는 조조의 인재 채용 방식이다. 

기업의 규모가 크든 작든 조직의 성장전략에 있어 인재육성을 게을리하고 성공할 수 있으리라 생각하는 CEO는 그리 많지 않을 것이다. 훌륭한 인재가 많아야 기업이 발전할 수 있다는 등식은 동서고금을 막론하고 자명한 것으로 받아들이기에 의심의 여지가 없어 보인다. 그러나 4차산업혁명 시대를 맞이하고 있는 작금에 기업의 성장을 위해 인재만큼이나 중요한 것이 데이터의 활용이다.

"효과적인 스마트공장을 구축하기 위해서는 스마트공장과 공장 자동화의 차별성을 이해해야 한다." [사진=utoimage]

“중국의 맞춤형 정장 제조 기업인 Kute smart는 스마트공장을 구축해 하루에 4천벌 이상 맞춤형 정장을 생산할 수 있게 됐다고 한다. 고객이 정장을 맞추기 위해 매장에 직접 방문하는 것이 아니라 Kute smart 직원이 고객의 집까지 찾아가 신체치수를 단 몇 초 만에 스캔하고, 고객이 앱을 통해 색상과 스타일을 고르고 모바일로 전송하면 즉시 제단이 가능하다고 한다.”

기업을 경영하는 최고 경영자 및 임원들은 기업이 보유하고 있는 인적자원 및 시설자원을 포함한 모든 자원을 가장 효율적으로 활용해 기업 경영의 성과를 극대화하기 위해 늘 고민하고 계실 것이라고 생각한다.

이러한 상황 하에서 독일을 비롯한 유럽 및 미국, 일본, 중국 등 우리와 제조산업 분야에서 치열한 경쟁을 벌이고 있는 국가들은 4차산업혁명으로 촉발된 스마트공장을 구축해 경쟁력 강화를 꾀하고 있으며, 우리나라도 2014년부터 시작해 2019년부터 본격적으로 범정부적 차원에서 제조산업 경쟁력 강화를 위해 ‘스마트공장보급확산사업’을 추진 중에 있다.

본 지면에서는 효율적인 스마트공장 구축방안에 대해 일선에서 스마트공장 보급확산사업을 추진하고 있는 담당자로서 느낀 소회와 효율적인 스마트공장 구축 방안에 대해 기술하고자 한다.

스마트공장이란?

얼마 전까지만 해도 생소했던 스마트공장에 대한 개념이 범 정부차원에서 스마트공장 보급확산사업을 추진한 결과, 이제는 낮선 사람이 그리 많지 않으리라 생각된다. 하지만, 일부 스마트공장을 아직까지도 단순히 자동화된 공장으로 이해하는 사람이 있는데, 이는 스마트공장에 대한 정확한 이해가 부족하기 때문이라고 생각된다.

스마트공장은 기획, 설계, 생산, 유통 등 모든 생산과정을 정보통신기술(ICT)을 이용해 최소의 비용과 최소의 시간으로 제품을 생산할 수 있는 시스템을 갖춘 공장을 의미한다. 이해를 돕기 위해, 공장 자동화와 스마트공장의 차이점을 비교하면 다음과 같다. 먼저 공장 자동화와 스마트공장은 지향하는 목적에서 확연하게 차이가 난다. 공장 자동화는 컴퓨터와 로봇과 같은 첨단 장비를 이용해 공장의 무인화를 꾀함과 동시에 생산 과정을 자동화해 정해진 시간에 많은 생산량을 확보함으로써 인건비 절감과 대량생산체제를 구축해 기업경쟁력을 확보하는데 주요 목적이 있다.

“스마트공장은 IoT 등을 이용해 사람과 사물, 사물과 사물을 연결해 작업현장이나 그 외에서 필요한 데이터를 수집·분석, 활용해 경쟁력 향상과 지속성장 가능한 기업환경을 구축한다.” [사진=utoimage]

반면 스마트공장은 사물인터넷(IoT) 등을 이용해 사람과 사물, 사물과 사물 등을 연결해 작업현장은 물론이고 작업현장 외에서 필요한 데이터를 수집·분석, 활용함으로써 기업의 경쟁력 향상뿐만 아니라 지속성장 가능한 기업환경을 구축하는데 목적이 있다. 또한 공장 자동화는 공장 내 자원의 수직적 통합을 통해 생산량 증대를 꾀하지만 스마트공장은 수평적 통합을 통해 공장 스스로 최적의 상태를 유지할 수 있도록 한다는 점에서 공장 자동화와 큰 차이가 있다. 좀 더 구체적으로 자동화와 스마트화의 차이점을 열거하면 다음과 같이 정리할 수 있다.

첫째, 자동화는 획일적인 생산 라인 구축을 통해 로봇을 활용한 소품종 대량생산에 적합한 반면, 스마트화는 고객의 요구에 유연하게 대처하기 위한 소품종 대량생산에 적합하다.

둘째, 자동화는 수동으로 시스템의 전원을 끊고 사람에 의해 다시 전원을 켜지 않는 한 생산 라인은 멈춰서있다. 그러나 스마트화는 사람이 전원을 다시 켜지 않더라도 스스로 공장이 재가동되며 스마트폰 등을 활용해 원격으로 조종이 가능하다.

셋째, 자동화는 모든 기계가 미리 정해진 기능을 수행하도록 프로그램화되어 있어 장치 하나에 문제가 발생하면 전체 라인이 올 스톱하지만, 스마트화는 부분별 또는 통합 제어가 가능해 피해를 최소화할 수 있다.

넷째, 자동화된 공장에서 기계는 자신의 프로세스 정보를 다른 기계와 교환하는 것이 불가능하다. 하지만, 스마트공장에서는 각각의 장비에서 생성된 정보를 IIoT를 통해 다른 장비와 공유함으로서 장비와 장비 간 또는 장비와 시설 간 커뮤니케이션이 가능하다.

다섯째, 자동화는 공장 내 현장을 대상으로 하지만 스마트공장은 공장 내는 물론 공장 외까지를 대상으로 해 데이터를 수집하고 분석한다.

이상과 같이 자동화된 공장과 구별되는 스마트공장을 구지 다른 말로 표현하면, 스마트공장은 자동화된 공장이라고 하는 것보다 데이터화를 추구하는 공장이라고 표현하는 것이 더 바람직하다고 생각된다.

그런데 스마트공장이 스스로 판단하고 문제점을 해결하기 위해서는 산업용 사물인터넷(IIoT), 가상물리 시스템(CPS), 클라우드 컴퓨팅, RFID, SCM, ERP, PLM, MES, 가상현실(VR)·증강현실(AR), 빅 데이터, 인공지능(AI), 5G, 3D 프린팅 등을 활용한 기술 간의 융합이 반드시 필요하다.

이렇게 기술 간의 융합을 통해 스마트공장이 구축되면 수요예측, 에너지효율 모니터링, 품질분석, 생산성 분석, 자동화된 생산라인, 작업라인 이상 유무 실시간 파악, 고객사와 양방향으로 실시간 정보공유, 쾌적한 근무환경, 의미 있는 데이터 확보 등이 가능해진다. 그러나 자본력이 부족한 중소기업의 입장에서는 스마트공장을 구축하는데 있어 상기와 같은 모든 시스템과 플랫폼, 그리고 디바이스를 완벽하게 구축하는 것은 사실상 매우 어려운 일이다. 따라서 핵심은 투자비용 대비 효율을 극대화하는 것이다.

스마트공장보급확산사업을 수행하면서 가끔, 도입기업 자신은 아무런 준비도하지 않고 단지 국비를 신청하고 나머지는 공급기업이 다 알아서 해주기를 기대하는 중소기업 대표님을 만날 때가 있다. 하지만 이러한 접근은 매우 곤란하다. 다시한번 강조하지만 성공적인 스마트공장 구축은 투자대비 얼마나 효과적인 시스템을 구축하느냐에 있다.

효율적인 스마트공장을 구축하기 위해서는 도입기업이 스마트공장을 구성하는 요소들을 자세히는 모르더라도 스마트공장 구축에 필요한 용어에서부터 기본 개념정도는 이해해야 공급기업과 협의할 때 효율적 스마트공장 구축이 가능하다. 따라서 아래에 스마트공장을 구축하는데 있어 도입기업이 알아야할 최소한의 개념과 핵심기술에 대해 설명하고자 한다.

스마트공장을 구축하기 위해서는 정확한 핵심기술을 이해하는 것이 필요하다. [사진=utoimage]

스마트공장을 구성하는 주요 핵심기술

IIoT(Industrial Internet of Things): 산업용 사물인터넷
스마트공장의 핵심은 기업 내 모든 자원의 연결을 통해 데이터를 모으고 이렇게 모은 데이터를 분석해 문제점을 해결하는 것이다. 따라서 스마트공장은 데이터를 모으는 것부터가 시작이라고 해도 과언이 아니다. 이렇게 데이터를 모으는데 있어 핵심적인 역할을 하는 게 산업용 사물인터넷(IIoT)이다.

RFID(radio Frequency Identification): 무선인식
스마트공장을 구현하기 위해서는 사람이 갖고 있는 오감만으로 느끼고, 보고, 냄새를 맡는 등의 능력을 벗어나 언제, 어디서든 빠르고 정확하게 사물을 구별할 수 있어야 한다. 무선인식 기술은 무선 주파수를 이용해 물건이나 사람 등과 같은 대상을 식별할 수 있도록 해 주는 기술을 말한다. RFID는 안테나와 칩으로 구성된 RFID 태그에 정보를 저장해 적용 대상에 부착한 후, RFID 리더기를 통해 정보를 인식하는 방법으로 활용된다.

SCM(Supply Chain management): 공급사슬 관리
스마트공장은 기존 공장과 달리 공장에서 생산하는 제품에 대한 품질 및 원가관리는 물론 고객의 요청에 대한 납기일 맞춤을 비롯한 고객의 요구사항에 대해 충분한 서비스를 제공하는 영역까지 확대됐다. 그런데, 이러한 서비스를 제공하기 위해서는 거래처 전반에 걸쳐 네트워크가 연결되고 상호 통신이 필요하다. 공급사슬관리는 새로운 정보기술과 기업의 자원을 그 수요에 맞게 배치해 조직을 재구성하고, 그 수요가 최종 소비자에게 정확히 공급되도록 기업의 업무효율성을 강화시킨 프로세스로 말 그대로 공급사슬을 관리하는 것을 말하며, 원자재와 생산품 간, 생산자와 유통자 간, 유통자와 소비자 간의 연결고리를 효율적으로 관리하는 시스템이다.

ERP(Enterprise Resource Planning): 전사적 자원 관리
공장을 운영하는 경영진은 원가절감, 생산성 향상, 불량률 감소 등을 위해 다양한 노력을 경주하고 있는데 스마트공장을 구축해 얻을 수 있는 가장 큰 기대효과 중 하나가 원가절감, 생산성 향상 및 불량률 감소다. 그런데 이러한 효과를 극대화하기 위해서는 인사, 재무, 생산부서 등 기업의 모든 부서에서 발생하는 정보를 하나로 통합 관리하는 시스템이 필요하며, 이를 위해 최적화된 시스템이 ERP이다. ERP 시스템이 구축되면 어느 한 부서에서 데이터를 입력하면 회사의 타부서에서 동시에 새롭게 입력된 정보를 활용할 수 있다. ERP는 기업 전체를 경영자원의 효과적 이용이라는 관점에서 기업전반의 업무 프로세스를 실시간으로 파악, 공유함으로써 투명하고 신속한 업무처리의 실현을 위해 기업의 자금, 회계, 구매, 생산, 판매 등 경영 흐름을 한눈에 파악할 수 있도록 관리해주는 시스템이다.

MES(Manufacturing Execution System): 생산관리 시스템
스마트공장을 구축함으로서 얻을 수 있는 또 다른 장점은 과거에는 제품생산 중 불량이 발생해도 최종 라인에 이르러서야 불량여부를 판단할 수 있었다면, 이제는 실시간으로 불량발생 여부를 확인할 수 있다는 것이다. MES는 제조상황을 실시간 모니터링하고 제어할 수 있게 만들어 주기 때문에 스마트공장 구축의 핵심적인 요소로 물류 및 작업 내역 추적관리, 상태 파악, 불량품 관리 등에 초점을 맞춘 현장에 가장 적합한 시스템이다.

PLM(Product Lifecycle management): 제품수명 주기관리
제품수명 주기관리란 기획단계에서 설계, 생산, 서비스에 이르는 전체 수명주기에 걸쳐 제품의 정보를 관리하고, 이 정보를 고객 및 협력사에 제공해 제품중심의 연구개발이 가능하도록 하는 시스템이다. 스마트공장을 구축하면 기업 내의 전 부서는 물론 협력사와도 유기적인 네트워크가 구축되어 실시간 양방향 커뮤니케이션이 가능하기 때문에 제품수명 주기관리도 효율적으로 운영될 수 있다.

Cobot(Collaborative robot): 협동로봇
스마트공장은 사람의 개입을 최소화 하더라도 공장 스스로 알아서 판단하고 실행할 수 있어야 한다. 스마트공장이 이정도 수준의 능력을 갖추기 위해서는 무엇보다 로봇의 도움이 필요한데, 기존의 로봇은 주로 사람이 하기에는 어려운 힘든 일이나, 단순 반복 작업의 일을 하는 정도로 국한됐다. 하지만 스마트공장을 효율적으로 운영하기 위해서는 주문 생산방식 즉, 다품종 소량생산에 대응하고, 인구감소 및 고령화로 인한 작업환경의 변화로 인해 인간을 대신해서 작업을 수행할 수 있는 협동로봇이 필요하게 됐다.

VR/AR(Virtual Reality/Augmented Reality): 가상현실/증강현실
가상현실과 증강현실 시스템 도입을 통해 공장운영을 좀 더 다양하게 시도해 볼 수 있게 됐다. 가상현실은 현실의 특정한 환경이나 상황을 컴퓨터를 통해 그대로 모방해 사용자가 마치 실제 주변상황과 상호작용을 하는 것처럼 만드는 기술로, 간단히 말하면 가상현실은 컴퓨터를 활용해 만들어낸 가상의 공간이라고 이해하면 된다. 반면 증강현실은 현실에 존재하는 대상에 대해 컴퓨터 기술을 이용해 사용자에게 추가적인 정보를 제공하는 기술로 현실에 가상의 세계를 더한 개념이다.

CPS(Cyber Physical System): 가상물리 시스템
공장 내 신규 장비를 설치하거나 기존의 장비 위치나 생산시스템을 변경하고자할 때 철두철미하게 계획을 수립하고 실행하지만 공장을 운영하는 입장에서는 매우 부담스러운 일임에 틀림없다. 이런 경우 실행에 앞서 시뮬레이션을 통해 사전에 문제점을 파악할 수 있다면 기업은 시간과 비용을 줄일 수 있을 것이다. 스마트공장을 구축할 때도 마찬가지로 필요에 따라서 신규장비가 추가로 도입되거나 기존 장비의 위치를 조정할 필요가 있을 수 있다. 가상물리 시스템은 현실세계의 다양한 물리, 화학 및 기계공학적 시스템을 컴퓨터와 사이버시스템(네트워크)을 통해 자율적, 지능적으로 제어가 가능한 체계이다. 다시 말하면, 가상물리 시스템은 소프트웨어 상에 존재하는 사이버 세계와 현실 기반의 물리적인 실체를 통합하는 시스템을 말한다.

클라우드 컴퓨팅

진정한 의미의 스마트공장은 데이터 활용에 있다. 데이터를 활용하기 위해서는 우선 IIoT를 통해 데이터를 수집하고 이렇게 수집한 방대한 양의 데이터를 관리하는 것이 매우 중요하다. 그런데 우리가 사용하는 PC나 노트북은 용량이나 속도 면에서 방대한 양의 데이터를 관리하는데 한계가 있을 수 있다. 스마트공장을 구축함에 있어 방대한 양의 데이터를 활용하기 위해서는 클라우드 컴퓨팅기술을 활용하면 비용면에서도 상당히 유리해 질 수 있다. 다만, 요즘 상당히 기술이 발전하기는 했으나 해커에 의한 공격에 따른 보안적인 측면에서는 철저히 대비할 필요가 있다.

빅데이터
빅데이터는 단순히 데이터량이 많음을 넘어 조직의 내외부에 존재하는 다양한 형태의 데이터를 수집, 처리, 저장하고 목적에 맞게 분석해 유의미한 정보를 보유하는데 유효하다. 빅데이터에서 눈여겨 봐야할 점은 기존에 데이터 분석은 텍스트형식의 정형화된 범위 안에서 만 이루어졌다면 빅데이터는 정형화된 데이터뿐만아니라 그림, 동영상, 소리, 위치 등 비정형화된 데이터까지 분석의 대상으로 포함시킬 수 있다는 것이다. 따라서 스마트공장에서 빅데이터를 활용함으로서 데이터 분석의 범위를 지금보다 훨씬 크게 확장할 수 있다.

글 부산테크노파크 송재만 지능형기계기술단장

[인더스트리뉴스 기자 (webmaster@industrynews.co.kr)]

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