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Industry 4.0 시대, Smart Factory를 구현하다! - ICT(정보통신기술)를 활용한 제조 시스템-

2014.09.04 12:02

 


최근, 제조 시스템 환경은 거시적인 관점에서 일대 전환기를 맞이하고 있습니다. 

이는 ICT(Information Communication Technology, 정보통신기술)의 발전 때문입니다. 이런 상황 속에 주요 선진국들은 자국 제조 기업이 미래 글로벌 시장의 경쟁 우위 선점을 위해 적극 앞장서고 있는데요. 특히, 미국, 독일 등 많은 나라들이 제조 산업에 ICT를 결합하여, 스마트한 제조 시스템 환경 구축에 힘쓰고 있습니다.

 

현재, 미국을 중심으로 많은 나라들이 3D 프린팅 기술 등을 활용하여 제조업의 일대 혁신을 꾀하고 있습니다. 또한 전통적으로 제조 기술력이 강한 독일의 경우, 제 4차 산업 혁명을 이루기 위해 Industry 4.0[각주:1]  기술 로드맵을 발표했다고 하는데요. 이는 제조 산업에 ICT를 접목한 미래 공장으로의 진화를 모색하고 있다고 볼 수 있습니다. 2012년, 독일 인공지능연구소의 Wahlster 교수는 Industry 4.0을 'CPS(Cyber-Physical production Systems)에 기반한 새로운 산업 혁명'이라고 언급했는데요. 이와 함께 Smart Factory의 개념도 제시하고 있습니다. 


<Industry 4.0시대의 Smart Factory(출처: Wahlster 교수 발표 자료, BMR 2012, Luxembourg, 2012)>


Smart Factory는 사물인터넷(Internet of Things) 기술을 기반으로, 공장 안의 모든 요소가 유기적으로 연결되어 지능적으로 운영되는 공장을 말합니다. 초정밀, 고품질의 다품종 소량 생산에 적합한 미래형 공장이라고 할 수 있죠. 이러한 Smart Factory는 2020년경에는 본격화될 것이라고 하는데요. 지금보다 산업 생산성이 30% 정도는 향상될 것으로 예상하고 있습니다. 현재는 독일 인공지능연구소의 주도하에, ‘Smart Factory 연합체'를 구성하여 지멘스, 보쉬, 시스코 등의 산업체 및 유럽의 다국적 대학 등이 연구 개발 협력을 진행하고 있습니다.


이와 같은 제조 환경 변화의 원동력은 관련 ICT의 급속한 발전이라고 할 수 있습니다. 특히 근래에는 언제 어디에서나 사물들이 상호 연결되어 정보를 주고받을 수 있는 기반이 마련되고 있죠 이는 사물인터넷의 등장, 스마트 센서의 대중화, 무선통신 네트워크의 발전 등과 같은 ICT의 발전 때문이라고 볼 수 있습니다.  


ICT의 발전에 힘입어, 제조 산업 환경은 과거의 경직된 중앙집중식 생산 체계에서 벗어나 점점 변화하고 있습니다. 모듈 단위의 유연한 분산, 자율 제어 생산 체계로의 전환이 이루어지고 있는데요. 더불어 기계와 사람, 인터넷 서비스가 상호 연결되는 고효율의 지능화된 공장, 편리하고 안전한 근로자 환경을 추구하는 방향으로의 진화를 꾀하고 있습니다.

 

미래 제조 공장에서는 사물인터넷 기술을 기반으로 모든 요소들이 연결되고, 이를 통해 최적화된 제품 제조가 가능하다고 합니다. 다시 말해 작업자와 제조물, 제조 프로세스, 제조 설비 등 모든 제조 시스템 구성 요소들 사이의 센싱, 네트워크, 정보 교환 및 처리 등의 행위가 양방향으로 이루어진다는 것이지요. 


또한 관련 데이터 및 정보들을 웹을 통해 공유하는 새로운 제조 시스템이 등장할 것으로 예상하고 있습니다. 이러한 환경이라면, 제조 시스템 안의 모든 구성 요소들이 유기적이고 지능적으로 연결될 수 있습니다. 뿐만 아니라, 제조 시스템 밖의 타 시스템들과의 유기적 연결 및 정보 동기화를 통해 개발/물류/유통/유지보수/폐기에 이르기까지 제품의 '라이프 사이클' 전반에 걸친 일대 혁신을 가져올 것이라고 생각됩니다. 


미래 제조 공장은 공장 안의 모든 객체들이 사물인터넷 기술을 기반으로 연결되고, 정보를 주고받는 환경인데요. 따라서 제조 관련 데이터가 기하급수적으로 늘어나게 됩니다. 이로 인해, 다양하고 수많은 데이터 속의 가치를 찾아내는 '제조 빅데이터 처리 기술'이 중요시되는데요. 빅데이터의 가공/추출/처리, 저장, 판단, 상황 인식 등을 통해 기존에 간과하여 알 수 없었던 제조 시스템 환경 변화에 보다 능동적인 대처가 가능하기 때문입니다. 또한 제조 시스템 최적화를 다양한 측면에서 도모할 수도 있습니다.    

 

앞서 언급한 미래 제조 시스템 환경은 제조 설비의 운용과 유지보수 측면에서 주목받고 있는 점들이 있습니다. 바로 사전 예측과 통제가 어려운 영역에서의 고장 및 사고 예방, 안전 보장과 빠르고 신속한 대응이 가능한 것이 그것입니다.


오늘날 다양한 분야에서 자동화, 전자화, 무인화가 진행됨에 따라 시스템 오류로 인한 사고가 지속적으로 증가하고 있습니다. 제조 시스템 또한 예외는 아닌데요. 정밀하고 안전한 제조 설비 운영 기술은 제조업의 경쟁력이며 핵심입니다. 최근 제조업의 급속한 자동화 도입은 생산성, 품질 및 안전, 환경에 이르는 제조업 전반의 모든 핵심 관리 요소에 있어서 '설비의 중요성'을 부각시키고 있는데요. 동시에 설비 관리의 필요성에 대한 경영층의 인식 전환까지 가져다 주었습니다.


우리의 제조업은 현재 노동 집약적인 생산 체계가 아니라 자본 집약적인 설비 중심의 생산 체계로 형성되어 있습니다. 이러한 상황에서 가장 큰 장애는 바로, '고장'인데요. 생산성과 품질 등을 가로막기 때문입니다. 따라서 고장을 최소한으로 줄이고, 최상의 상태로 유지하고 관리하는 것이 제조업의 초미의 관심사가 되고 있습니다. 특히, 장치 산업과 같이 고가 설비에 의존하는 산업은 설비 관리 상태에 따라 제품의 품질, 생산성이 크게 좌우되기 때문에 더욱 중요합니다.


우리의 제조업 설비 자산 규모는 약 600조 원에 달하는데요. 이 중에서 고장으로 인한 손실은 약 100조 원에 이른다고 합니다. 미국의 경우도 플랜트 장비 및 기자재의 유지보수를 위해 사용되는 비용이 연간 200 billion 달러를 넘는다고 하는데요. 이 중에서 부적절한 유지보수로 인한 손실 비용은 연간 60 billion 달러에 이를 것으로 추정하고 있습니다.    

 

많은 기업들이 기존의 설비 관리나 유지보수의 개선을 위해, ICT(정보통신기술)를 활용하고 있습니다. 한 예로, 증강현실 기술을 활용하는 것인데요. 이 기술을 활용한 제조, 조립 및 유지보수 분야의 원격 교육 및 보수가 활성화되고 있습니다. 이상적인 작업 순서, 위치, 이미지를 실제의 실물 위에 가상 컴퓨터 모델을 겹쳐 보이게 하여 작업자의 실수를 방지하고, 작업의 효율성 향상시키고 있습니다. 


실제로 미 해병대에서는 장비의 유지 및 보수를 위해 증강현실 기술(ARMAR: Augmented Reality for Maintenance and Repair)을 활용하여 고장난 부분을 수리하고 있다고 하는데요. HMD((Head Mounted Display)를 통해 보여지는 화면에 3D 애니메이션 그래픽 정보를 통해 직접 지시하는 대로 나사를 풀고 조립하여 수리하는 것이죠. 


독일 BMW 자동차 회사에서도 미 해병대와 유사한 증강현실 기술을 선보였는데요. 공인된 차량 정비소에 고객이 방문하면, 정비소의 유지보수 엔지니어가 3D 고글에 투영되는 증강현실 기술을 활용하여 차량 엔진 시스템의 분해 및 수리, 조립을 원활하게 할 수 있게 도와주는 것입니다.


<증강현실 기술을 활용한 자동차 엔진 수리 사례(출처: BMW 자동차 회사 Owners augmented reality)>

동영상 확인하기 : http://www.bmw.com/com/en/owners/service/augmented_reality_introduction_1.html


또한, 유지보수 관점에서는 'CBM(Condition Based Maintenance)'이 재조명 받고 있는데요. 설비의 상태를 분석하고, 고장 시점을 미리 예측하여 적절한 시점에 유지보수를 할 수 있기 때문에 결과적으로 손실을 최소화하는 것이죠.  


CBM은 시스템의 상태 모니터링 데이터를 바탕으로 시스템을 진단하고, 그 결과에 근거하여 보전의 필요와 시기를 결정하는 방안입니다. 이미 오래 전부터 안전과 직결되는 주요 산업체 설비에 적용되어 왔는데요. 최근, ICT의 급속한 발전 및 대중화로 CBM의 적용 범위는 점점 확대되고 있는 추세입니다. 


지금까지 미래 제조 공장의 모습, 그리고 ICT를 활용한 제조 설비의 유지보수 방법에 대해 함께 살펴보았습니다. ICT를 활용한 설비 유지보수 관리 기술은 다가오는 Industry 4.0 시대의 Smart Factory 구현에 꼭 필요한 핵심 기술로 자리매김하고 있는데요. ICT 활용을 통해 제품의 품질과 생산성이 향상되고, 불필요한 손실을 줄여주는 스마트한 제조 시스템 환경을 기대해봅니다. 



l 글 전홍배 교수

연세대학교 응용통계학과에서 학사를 마쳤으며, 한국과학기술원 산업공학과에서 석사 및 박사학위를 취득하였다. 현재 홍익대학교 산업공학과 부교수로 재직 중이며, 주요 연구 관심분야는 RFID 응용, PLM, 예측보전, 유지보수 운용 최적화 등이다.



  1. Industry 4.0: 제조업의 경쟁력 강화를 위해 독일 정부가 추진하고 있는 제조업 성장 전략 [본문으로]
Posted by IT로 만드는 새로운 미래를 열어갑니다 LG CNS

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