[제9회 대한민국 제조혁신 컨퍼런스 리뷰]
스마트 제조의 성공 요인은 IT와 OT의 융합이다. IoT를 포함한 정보통신 기술이 제조 현장에 적용되면서 제조공장의 모든 사물이 지능을 갖기 시작했다. 로크웰 오토메이션의 경우 IT 친화적인 스마트팩토리 구현으로 4~5% 생산성 향상을 도모할 수 있었다. 스마트 제조 구축 방법에 대해 로크웰 오토메이션 코리아 최선남 대표가 지난 11월30일에 열린 제조혁신 컨퍼런스에서 발표한 강연 내용을 정리했다.
IT 기술은 공급, 운송, 에너지 등 여러 산업 분야에 파급 효과를 만들어서 우리가 하지 못하던 새로운 것들을 하게 만드는 변혁의 주인공이다. 예를 들어, 스마트폰이 우리 생활의 많은 모습을 바꾸어 놓았듯이 이제는 IoT라는 이름으로 정보통신기술이 제조현장에 적용되면서 모든 사물이 지능을 갖기 시작했다. 바로 스마트 제조의 시작이다.
지난 2년은 ‘스마트 제조란 무엇인가’에 대한 개념 정의와 많은 연구 및 발표가 있었던 해였다면, 앞으로는 이 스마트팩토리를 현장에 어떻게 접목할 것인가, 즉 ‘What’이 아닌 ‘How’ 측면에서 접근해야 한다.
무엇이 스마트해져야 하나
여기서는 스마트팩토리가 되면, 무엇이 스마트해지는지, 그것을 하기 위해 어떤 기술들이 접목되어야 하며, 셋째로 스마트 제조의 핵심 성공 요인은 무엇인지를 3가지 측면에서 알아본다.
먼저, 이해를 돕기 위해 우리를 둘러싸고 있는 사회적 현상의 변화를 보겠다. 2020년이 되면 전 세계 인구는 76억 명이 되고 매년 7천만 명의 중상층이 만들어진다고 한다. 사람들은 삶의 질 향상을 요구하게 되고 고품질의 음식과 자동차 등을 필요하게 된다. 이러한 수요 욕구는 좀 더 확장된 생산 능력을 요구하게 된다. 그리고 인터넷을 통해 전 세계가 마치 하나의 국가처럼 형성되고 경쟁하게 된다.
이러한 사회적인 변화와 더불어 기술적인 변화는 어떤 것들이 있을까. 첫째, 사물인터넷, 커넥티비티 등 연결할 수 있는 인프라로 공장 기기들이 더욱 스마트해 졌다. 둘째, IT와 OT의 융합이다. 핸드폰과 같은 정보통신기술이 우리 일상생활을 바꾼 것처럼 IT가 제조 현장의 모습을 바꾸고 있다. 셋째, 확장형 컴퓨팅 옵션이다. 대형 서버부터 20만원대 컴퓨터까지 다양한 형태의 컴퓨팅 솔루션들을 경제적으로 접목할 수 있는 환경이 제공되고 있다. 넷째, 데이터 가용성이다. 글로벌 제조현장에서 발생되는 정보 데이터의 개수는 셀 수 없을 정도이다. 무한정의 데이터들이 생성되고 있는데, 이를 저장해서 정보화할 수 있다. 원격에 있는 정보는 클라우드라는 시스템을 통해 전 세계 각지의 데이터를 취합하고 분석해서 정보화하는 것이 가능해졌다.
우리에게 도래해 있는 IoT, 네트워크, 빅데이터, 컴퓨터 시스템 등 새로운 기술들이 제조 현장에 적용되는 변혁을 4차 산업혁명이라고 부른다. 글로벌하게는 제조업 수요가 늘어나고 있고 신기술이 접목될 수 있는 요소기술들이 준비되어 있으므로 미국을 비롯한 독일, 한국, 중국, 일본, 영국, 프랑스 등 각 나라에서는 국가 경쟁력 제고 측면에서 정부 주도의 움직임들이 이루어지고 있다.
▲ 그림 1. 제조업 구조
공장이 스마트해 지면
알기 쉽게 제조업의 대표적인 모습을 그려봤다(그림 2 참조). 제조업이 조립 공정이든 장치산업이든, 내지는 장비를 만드는 OEM이든 이런 공장의 모습을 하고 있을 것이다. 공장 구성을 보면, 맨 하단은 생산 현장으로 로봇, 가공기, 작업 진행자, 모니터링 장치 등이 있으며 컨트롤러라는 것도 있다. 현장의 많은 생산 기기들을 순서에 맞게 작동시켜서 원하는 제품을 만들도록 공장의 머리에 해당하는 부분이 컨트롤러이다.
▲ 그림 2. 스마트팩토리 구성 요건
맨 위쪽 상단에는 ERP라는 전사적 자원관리 시스템이 있다. 여기에는 SCM, 커스터머 매니지먼트 등 전사적 경영정보시스템이 구축되어 있다.
그리고 중간 부분에는 MES(Ma-nufacturing Execution System)와 EMI(Enterprise Manufacturing Intelligence)에 해당하는 2개의 화살표가 구축되어 있다. 아래로 향해 있는 화살표는 고객에게 수주한 정보를 통해서 현장에 자재 수급 및 생산 관련 지시사항들이 이루어지는 MES라는 제조 기술 시스템이 갖춰져 있다. 위로 향해 있는 화살표는 생산 현장에서 생산되는 결과물들, 즉 어떤 제품을 어떻게 생산했다고 하는 내용, 그리고 설비, 자산 효율, 데이터들이 다시 경영정보시스템으로 피드백되는 EMI라는 제조 기술 시스템이 있다.
그러면 공장이 스마트해지기 위해서는 어떻게 해야 하는가. 공장 구성의 맨 하단 부분을 좀 더 세부적으로 들여다보면, 공기 압력, 유량 속도 등을 체크해 주는 센서와 그것들을 작동시켜주는 모터, 실린더, 컨베이어 등 액추에이터로 구성돼 있는데, 이것이 스마트해져야 한다. 예전에는 센서나 액추에이터의 고장 유무 상태를 알 수 없었으나, 이제는 IoT로 지능을 갖게 되면서 스스로 판단할 수 있게 됐다. 이런 것들이 제조 현장을 바꾼다.
그리고 컨트롤러가 스마트해져야 한다. 컨트롤러는 제조 현장을 바꿀 수 있는 가장 핵심적인 요소이다. 예전에는 PLC가 첫 제어장치였다. 컨베이어와 실린더를 움직이고 밸브를 열고 닫는 처리장치였다. 지금은 서버가 있다. 서버라고 하면 IT가 생각날 것이다. 공장 환경에서 컨트롤러가 서버 기능을 탑재하며 정보처리장치화가 되고 있다. 현장의 많은 정보를 상위의 경영정보시스템으로 올려줄 수 있는 컨트롤러가 스마트해져야 상위에 있는 IT에서 하려고 하는 것들을 지원할 수 있다.
그 외에 현장을 보여주고 표시해 주는 솔루션들이 스마트해져야 하고 작업자의 안전까지 보장할 수 있어야 하는데, 이런 것들이 다 연결되기 위해서는 네트워크가 되어야 한다.
다음은 공장 구성의 중간 부분이다. IT 기술이 제조 현장에 접목되는 몇 가지 예를 들어보자. 작업자들은 모바일 앱을 이용해 팀원들 간 통신할 수 있다. 따라서 현장에 갔더니 어떤 요인으로 기기가 고장이 나 있는지, 컨트롤러에 에러가 나 있는지를 작업자 그룹에 전달하면 그 사람들이 갖고 있는 경험들을 알려주게 되고 필요하다면 매뉴얼도 바로 뜰 수 있게 제공한다. 또한, 지식 데이터베이스에 연결해서 똑같은 문제가 있었던 사례를 찾아 바로 해결 방안도 얻을 수 있다. 컨트롤러 옆에 핸드폰을 갖다 대면 이 장비가 어떻게 운용되고 있는지 장비의 상태나 패턴이 핸드폰을 통해 한눈에 확인할 수 있다.
또 다른 예로는, 제조 현장에는 장비별로 모니터링할 수 있는 소프트웨어들이 있다. HMI라고 하는 이 소프트웨어는 현장의 상황을 표시해주고 일부 동작을 지정할 수 있다. 이를테면, 각종 현장 설비들이 한눈에 볼 수 있도록 CCTV가 설치되어 있고 그것들을 500명이 한꺼번에 다 보려면 중앙컨트롤러로 올라가서 보아야 한다. 또한, 그것을 개별적으로 보게 되면 데이터의 부하가 많이 걸릴 수밖에 없는데, 이러한 문제점을 IT 기술은 쉽게 해결할 수 있다. 바로 서버이다. 500명이 모바일 디바이스나 컴퓨터를 통해서 현장에 있는 화면들을 다 볼 수 있는데, 중간에 있는 서버가 그 역할을 한다.
지금 예로든 사례들은 바로 네트워크와 IT 기술로써 그 효용을 가능케 해준 것이다. 그런데 네트워크를 사용하게 되면 한 가지 유의할 점이 보안이다. 그래서 접속 권한을 어떻게 부여할 것인가, 지적자산을 어떻게 보호할 것인가, 네트워크 인프라는 어떻게 안정적으로 유지할 것인가 등의 보안 관련된 사항들이 필요하다.
보안은 기본적으로 네트워크 설계부터 들어가야 한다. 설계가 잘 못되면 보안이 어렵다. 그래서 로크웰 같은 업체들은 이 네트워크 설계를 어떻게 했는지에 대한 지침서를 제공하고 있다. 로크웰은 시스코, 마이크로소프트와 얼라이언스를 맺고 네트워크를 구축할 대 가이드라인을 따라서 하고 그에 따른 산업 보안 솔루션도 제공한다.
스마트 제조 성공요건
그렇다면 스마트 제조의 핵심 성공 요인은 무엇인가. 바로 IT와 OT의 융합이다. 그동안 스마트 제조를 진행하면서 가장 실패 요인이었던 애로사항을 보면, IT 담당자는 제조 운영 기술을, OT 담당자는 정보기술을 잘 모른다는 점이다. 그래서 정보통신기술을 제조업에 적용시키기 위한 4차 산업혁명의 핵심 과제는 IT와 OT의 융합이다.
로크웰은 스마트팩토리로 ‘커넥티드 엔터프라이즈’라는 비전을 내걸고 있다. 다시 말해, 통합된 제어와 정보 솔루션으로 실제 스마트팩토리 기업 전체 공급망을 아우르는 비즈니스 최적화와 IoT 제조 분야의 적용을 통한 새로운 가치 창출과 스마트 제조 구현을 이끌고 있다.
로크웰은 자체 스마트팩토리 구현을 통해 생산성은 4~5% 증가했고 재고는 120일 치에서 82일 치로 줄었다. 또한, 고객들이 원하는 시점에 납품하는 납품 적시율도 82%에서 98%로 올라갔고 비용 부분도 상당히 절감됐다.
결론적으로, 이제 스마트팩토리는 무엇이라고 정의를 내리기보다는 우리에게 어떻게 접목할 수 있을 거냐를 고민할 수 있는 충분한 준비가 돼 있다. 그리고 데이터를 정보화해서 의사결정 내지는 경쟁력 제고에 활용할 수 있는 준비 또한 돼 있다고 본다.
임근난 기자 (fa@hellot.net)
