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생산에서 제어·진단까지…제조혁신 이끄는 스마트팩토리


입력 2015.07.04 11:34 수정 2015.07.04 11:37        박영국 기자

불량제로·다품종 대량생산 체계 구축

스마트팩토리 개념도.ⓒ포스코 스마트팩토리 개념도.ⓒ포스코

단순 생산 작업에서 기계의 힘을 빌리는 선에 머물렀던 공장 자동화가 제어와 품질관리, 재고관리, 설비 진단까지 확장된 ‘스마트팩토리’로 진화하고 있다. 전통산업에 IoT와 빅데이터를 비롯한 ICT 기술을 융합한 스마트팩토리는 제조혁신의 핵심으로 떠오르고 있다.

스마트팩토리는 말 그대로 ‘똑똑한 공장’이다. 공장 내 설비와 기계에 설치된 센서를 통해 데이터가 실시간으로 수집, 분석해 공장 내 모든 상황을 일목요연하게 보여주고(observability), 이를 분석해 목적된 바에 따라 스스로 제어(controllability)하는 공장이다.

과거에는 숙련된 작업자가 원료의 색깔을 보고, 혹은 설비의 소리만 들어도 경험적으로 무엇이 문제인지 파악하고, 직접 문제를 해결해야 했다. 하지만 고령화로 인해 숙련공들이 점차 줄어들고 있다. 제품은 라이프 사이클이 단축되고 맞춤형 대량생산으로 변화하면서 가볍고 유연한 생산체계가 요구되고 있다. 이러한 상황에서 스마트팩토리가 제조 혁신의 방안으로 부상하고 있는 것이다.

현재 대부분의 제조업 분야에는 생산자동화가 구축돼 있다. 하지만 기존 체제는 자동화와 최적화가 단위 공정별로 이뤄져 있어 공정과 공정간 유기적 연계에는 한계가 있다. 전후 공정에서 어떤 일이 일어났는지 알 수 없는 구조다. 공장에서는 수집된 데이터 활용률이 매우 낮은 것도 이러한 이유에서다.

반면 스마트팩토리는 총체적인 관점에서 최적화가 이뤄져 공정 간 데이터의 자유로운 연계가 가능해 각 공정 간 보이지 않는 벽이 허물어질 수 있다는 것이다. 예를 들면, 최고의 실력을 가진 내과 전문의와 외과 전문의가 따로 환자를 진료하지 않고 서로 정보를 공유하며 협진할 경우 환자를 더 정확하게 진단할 수 있는 것과 비슷하다.

스마트팩토리가 구현되면 각 공장에서 수집된 수많은 데이터를 기반으로 분석하고, 의사결정하는 데이터 기반의 공장 운영(Data Driven Operation)체계를 갖춤으로써 생산현장에서 발생하는 현상, 문제들의 상관관계를 얻어낼 수 있다. 즉, 원인을 알 수 없었던 돌발 장애·품질 불량 등의 원인을 알아내고 해결할 수 있게 된다.

뿐만 아니라 숙련공들의 경험 즉, 암묵지에 머물러 있던 노하우를 축적해 형식지화함으로써 누구나 쉽게 활용할 수도 있다. 현장에서 발생하는 돌발 상황이 모니터링돼 비숙련자도 대응할 수 있도록 원격지에서 가이드를 해줄 수 있게 되는 것이다.

MES·ERP 등과 같은 생산·경영 분야의 기간 시스템과 연동돼 주문이 접수되거나, 어떠한 경영상의 판단이 내려지면 공장은 최적의 생산체계에서 운영되게 된다.

독일·미국·일본 등 국제표준 각축…한국, 2020년까지 1조원 투입

제조업 강국인 독일과 미국, 영국은 산업현장을 스마트화하는 프로젝트를 국가 차원에서 진행하고 있다. 독일은 10년 전인 2005년부터 인더스트리 4.0, 특히 IoT 기반 미래형 스마트팩토리 구현 준비를 시작했고 2035년까지 내다보면서 단계별 육성 정책을 추진 중이다. 독일 정부는 민간에서 제안한 인더스트리 4.0 사업을 정부에서 수용해 민·관은 물론 정부부처 간에도 긴밀한 협력이 이뤄지고 있다.

독일 암베르크(Amberg)에 있는 지멘스 공장의 경우 수만 개의 센서를 통해 하루 5000만 건의 정보를 실시간 수집하고 판단해 작업 지시를 내린다. 공장 내부에 장착된 센서가 장치와 부품으로부터 각종 데이터를 수집·분석해 사람의 손을 사용하지 않고 생산라인 교체와 생산량 조정이 이뤄진다.

공장 전체 공정에서 75%를 기계가 스스로 판단하고 조정한다. 기계 작동 또는 정지 시점을 결정하고 어떻게 작업 배분을 해야 하는지를 순식간에 파악, 결정하는 것이다.

덕분에 100만개당 불량품 개수는 지난 2009년 19개에서 지난해 11.5개로 크게 줄었다. 앙겔라 메르켈 독일 총리가 수시로 이곳을 찾을 정도로 국가 차원 관심도 높다. 미국은 GE와 IBM을 중심으로, 일본은 미쓰비시·후지쓰 등이 국제표준을 주도하기 위해 이미 각축전을 벌이고 있다.

우리 정부도 ‘제조업 혁신 3.0’ 전략에 따라 2020년까지 민·관 공동으로 약 1조 원을 투입해 제조공장 1만 개의 스마트화를 추진하면서 힘을 실어주고 있다. 미래부는 스마트팩토리를 위한 기반기술 개발과 인력양성을 추진하고, 산자부는 현장에 적용하는 사업을 각각 추진하고 있다. 산자부는 지난해부터 중소 제조업체를 위한 보급형 스마트팩토리 시범 구축 사업을 추진해 2020년까지 전국적으로 1만 개의 스마트공장 건설을 목표로 하고 있다.

현재 대전·대구·전북·경북·광주·충북 등 지역 중심의 6개 창조경제혁신센터를 중심으로 이러한 사업들이 추진되고 있다. 미래부는 커넥티드 스마트팩토리(CSF ; Connected Smart Factory) 구현을 위한 시범 사업을 추진하고 있다.

포스코 광양 후판공장에서 시범 운영 중인 스마트팩토리 개념도.ⓒ포스코 포스코 광양 후판공장에서 시범 운영 중인 스마트팩토리 개념도.ⓒ포스코

포스코 광양 후판공장 스마트팩토리 시범 운영

국내 기업 중에서는 포스코 광양 후판공장에서 스마트팩토리를 시범 운영 중이다.

포스코는 제철소 내 설비의 경년 증가에 따른 성능복원의 필요성과 효율적인 설비관리로 생산성과 품질을 확보해야 하는 과제를 동시에 안고 있다. 특히 제철소 내 전체 데이터의 5~6% 수준만 활용되고, 아직까지 설비의 돌발고장·재질불량·미스롤·스크래치 등과 같은 원인불명의 난제들을 해결하지 못하고 있는 등 스마트팩토리로의 전환이 필요한 시점이다.

이러한 문제를 해결하기 위해 지난해 11월부터 포스코패밀리 기술협의회 산하에 포스코·포스코ICT·RIST·POSTECH이 참여하는 스마트팩토리 워킹그룹을 운영하며 추진방향을 정립하고 과제를 도출했다.

이후 제철소 현업 대상의 설명회를 통해 VOC를 반영해 광양제철소 후판공장을 스마트팩토리 시범공장으로 선정했다. 후판공장에는 설비·품질·조업 등의 분야에서 20개의 과제를 추진해 적용하고, 향후 성과를 보며 적용 범위를 제철소 전체로 확대해나갈 계획이다.

프로젝트를 수행하는 포스코ICT도 지난해 스마트팩토리 사업을 전담하는 조직을 구성해 IoT와 빅데이터를 활용한 분석 기술을 확보하는 등 발 빠른 대응을 하고 있다.

광양제철소의 이번 프로젝트는 빅뱅(Big Bang)방식이 아닌 단계적인 접근 전략으로, 저비용·고효율의 스마트팩토리를 적용할 계획이다. 포스코ICT는 스마트팩토리가 어떠한 정해진 목표점이 있는 것이 아니라 ICT 기술과 산업기술이 융합, 진화 발전하는 무빙타깃인 만큼 이번 프로젝트를 통해 확장성을 갖춘 플랫폼을 개발해 제철소 내 다른 공장에도 저비용으로 표준화된 모델을 적용할 계획이다.

독일을 비롯한 대부분의 국가나 기업이 조립공정을 대상으로 스마트팩토리를 추진하는 데 비해 포스코는 연속공정을 대상으로 하는 것이 근본적인 차이다. 일반적인 조립산업과 달리 가공점이 연속적인 프로세스 산업은 적용이 훨씬 어렵고, 시도 자체가 없었기 때문에 지멘스·IBM·오라클 등과 같은 글로벌 기업보다 한발 앞서고 있다는 평가를 받는다.

스마트팩토리가 적용되면 IoT를 활용한 설비관리로 설비상태를 실시간 진단·예측하고, 수집된 데이터를 분석해 문제 발생 가능성이 있는 설비는 원인을 찾아 사전에 조치해 안정적인 조업환경을 유지하고, 설비 수명까지 연장할 수 있게 된다. 품질 체계도 획기적으로 개선된다. 문제 발생 후 원인을 분석해 대응하는 체계에서 결함원인을 사전에 파악해 불량 발생에 선제적으로 대응하는 체계로 바뀌게 되는 것이다.

인도네시아, 베트남 등과 같은 해외 생산공장 비숙련공도 조업 상황별 가이던스가 제공됨은 물론 웨어러블(wearable)과 같은 기술을 활용해 국내 전문가의 지원을 받을 수 있다.

박영국 기자 (24pyk@dailian.co.kr)
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