공학 대학원 강좌용[스마트 제조_7]
For smart manufacturing, data collection and utilization are essential, allowing companies to continuously monitor their health. The true value of data lies in the comprehensive analysis and judgment made by experts, akin to health diagnoses in hospitals. By publicly sharing objective data, companies can build trust with consumers, contributing to mutual understanding. Additionally, through cloud and virtual factory technologies, manufacturing companies can enhance their competitiveness by collaborating and sharing resources. Ultimately, there is a need for a system that utilizes online simulations to manage predictions and actual operations simultaneously.
데이터 수집 이후는 데이터 공개
스마트 제조를 실현하기 위해서 데이터 활용은 어떻게 이루어져야 할까? “건강은 건강할 때 지켜라"라고 했던가? 이는 건강한 상태를 계속 유지하기 위해서는 지속적으로 신체의 변화와 건강 상태를 체크하고 신경 써야 한다는 의미로 받아들여진다. 1년에 한 번씩 정기적으로 건강 검진을 받는 것도 이러한 이유 때문이다. 종종 기업은 '유기적' 성질을 가진 살아있는 생명체에 비유되기도 한다. 여러 기업 간의 관계를 '생태계'라고 할 정도니, 이는 기업을 살아있는 유기체로 바라보는 것을 반증하는 것이라 할 수 있다. 그렇다면 기업의 건강도 신체의 건강처럼 신경 써야 하지 않을까? 기업이 건강하다는 것은 어떤 의미이고 건강을 유지하기 위해서는 어떻게 해야 하는 것일까?
가끔 주위를 보면 간단한 증상으로 병원에 방문했다가 예상치 않게 큰 질병이라는 진단을 받았다는 이야기를 종종 듣게 된다. 환자 입장에서는 체온계를 통해 38도 정도의 미열만 인지하고 내원했는데, 의사는 열에 대해서는 크게 신경 쓰지 않고 오히려 눈동자나 입천장 같은 곳을 살펴보고는 예상과 전혀 다른 진단을 내리기도 한다.
왜 이런 경우를 겪게 되는가? 의사는 개별적인 증상보다는 각 증상의 원인과 그 증상들이 야기시킬 수 있는 종합적 연관관계를 파악할 전문 지식이 있기 때문이다. 즉, 이는 각 증상에 따라 나타나는 생체적 수치가 신체, 시기 조건에 따라 다르게 해석될 수 있기 때문이다. 이러한 증상은 단순히 특정 수치의 크고 작음이 중요한 것이 아니라 여러 수치들의 조합이 어떤 증상을 의미하는지 종합적으로 분석되어야 한다는 의미일 수 있다. 속이 쓰린 증상으로 위장 계통의 질병을 의심했지만, 사실은 위장 내 출혈을 야기하는 혈관 계통의 증상일 수 있는 것이다.
제조 공정에서도 신체 신호와 같이 다양한 데이터가 쏟아진다. 의사가 환자의 증상을 진찰할 때 참고하는 것처럼 기업의 데이터도 기업의 종합적 증상을 파악하는 데 필요한 데이터여야 할 것이다. 환자의 증상을 알아내기 위해서 눈동자의 동공을 살펴보고, 이후 혈액 안의 헤모글로빈 수치를 측정하는 것처럼 기업의 문제점이나 추이 등을 파악하는 데 필요한 데이터들이 있다. 또한 수술 과정에서 생명 유지를 위해 반드시 확보해야 하는 혈압의 수치처럼 기업의 기본적인 존속과 경쟁을 위해서 확보해야 하는 상황에 대한 정보도 있다. 기업이 건강한지, 어떤 상태에 있는지에 대해 알 수 있는 것은 마치 사람이 병원에서 여러 가지 생체 수치를 파악하고 가족력 등을 포함한 과거 병력과 종합해서 이것들이 의미하는 증상을 종합적으로 진단하고 처방하는 것에 비유될 수 있다.
따라서 스마트 제조에서 데이터 수집은 사물인터넷과 같은 기계적인 장치를 활용한다 하더라도 데이터의 진정한 활용을 위해서는 전문적인 제조 지식이 절대적으로 필요하다. 기업이 건강한지를 판단하는 최종의 몫은 기업의 프로세스 전반을 이해하고 개별적인 데이터를 종합해서 판단할 수 있는 '사람'의 몫이다. 기술들은 이러한 진단을 하기 위한 수단의 일부분에 불과할 뿐이다. 만약 현실적으로 제조 분야의 전문가가 부족하다면 제조 시스템에 대한 지식화를 시도해 볼 수도 있다. 이것은 개방형 제조 지식 클라우드를 구축하는 방식을 도입하여 가능할 수도 있다. 제조와 관련된 데이터, 정보들에 대한 체계화된 분류, 평가, 활용 방안에 대한 지식을 컴퓨터화해서 저장하고 공동으로 사용할 수 있도록 하는 것이다. 물론 이러한 시도에서도 앞서 이야기한 스마트 제조와 관련된 기술들, 운영 기술들에 대한 횡적, 종적 공유 범위에 대한 고려가 충분히 있어야 한다.
그렇다면 이런 데이터나 정보들은 어떻게 해야 기업의 건강을 검진하는 데 사용될 수 있을까? 이를 정보의 객관화 관점에서 생각해 보자. '정보'와 '비밀'의 차이는 무엇일까? 이러한 차이를 설명할 수 있는 개념 중의 하나는 '공개'와 '흐름'이 아닐까? 비밀은 암묵적으로 더 이상의 흐름을 전제하지 않는다. 즉, 비밀은 어떤 종착지점에 도달해서 정체되어 있어야 하기 때문이다. 비밀은 계속해서 흘러갈수록 비밀로서의 가치는 점점 떨어지며, 어느 순간 더 이상 비밀이 아닌 왜곡된 편견에 불과하게 된다.
반면 정보는 공개되어 여러 곳을 흘러 다니고 이 과정에서 오류가 수정될 수도 있다. 물론 모든 비밀을 공개해서 정보화하는 것이 좋은 것만은 아니다. 그렇지만 서로 각자의 비밀을 유지하려고만 하면 자신의 비밀이 객관적으로 맞는 것인지, 잘못된 정보인지 알 수 없게 된다. 검증되지 않은 데이터, 정보를 가지고 기업의 건강을 진단하는 것은 합리적이지 않다. 증권가에 도는 정보지는 폐쇄된 집단 내에 갇혀 있어 그 진위에 대한 검증이 어려운 반면, 뉴스에 기사화된 내용은 공개된 이후에 다양한 시각에서 반박과 토론, 수정을 통해 검증되고 정화될 수 있는 가능성이 높아질 수 있다.
사람이 자신의 건강을 체크하기 위해서 엑스레이 검사를 받는 것처럼, 기업이 건강한지 혹은 어떤 문제점이 있는지에 대한 진단을 받기 위해서는 일부 특별한 경우를 제외하고는 데이터를 공개하고 객관적으로 검증받을 필요가 있다. 자신의 증상을 숨기려고만 하면 처방이나 치료가 어려운 것과 같다. 이렇게 정보들을 공개하고 심지어 공유하는 것은 정보의 객관성을 확보하는 데 큰 도움이 될 수 있다.
스마트 제조에서 정보 공개의 중요한 점이 있는데, 이것은 기업의 정보가 기업 내의 조직원들뿐 아니라 소비자를 위해서도 효용성이 있다는 것이다. 소비자들이 자발적으로 커뮤니티를 만들고 기업과 제품에 대한 의견을 나누는 것은 이제 일반적인 일이 되었다. 이때 기업이 제품을 만드는 활동에서 발생되는 객관적인 정보들을 참조할 수 있다면, 소비자들이 막연히 추측하거나 부분적인 경험만으로 형성된 기업과 제품에 대한 편향된 의견을 형성하는 것을 방지할 수 있다. 이는 소비자가 그들만의 일방적인 주장이 아닌 기업 현실을 고려하도록 하여 상호 이해를 증진시키는 데 기여할 수 있을 것이다. 일방적인 주장이나 예단이 아닌 상호 협력적인 소비자-기업 커뮤니티인 셈이다.
소비자 게시판의 글을 보면 가끔은 왜곡되거나 실제 제품을 만들고 유통하는 과정상에서의 어려움보다는 최종 구매하고 사용하는 그들의 입장에서만 보는 다소 비판적인 경우가 있다. 이에 대해 제조 기업이 섣불리 맞대응했다가 여론의 뭇매를 맞고 사태를 오히려 악화시키는 경우도 종종 있다. 이런 경우는 제품을 만드는 기업들이 절대 불리한 경우이다. 이때가 기업들이 서로서로의 힘을 필요로 하는 때가 아닐까? 개별 소비자들이 커뮤니티를 형성해서 영향력을 갖는 것처럼 제조 기업들의 커뮤니티도 필요하다. 물론 소비자와 기업 간의 대결 구도를 의미하는 것은 아니다. 그러나 기업이 객관적인 정보의 공개와 공유를 통해서 소비자와의 협력적인 커뮤니티를 만드는 동시에 기업들이 상생할 수 있는 협력 체계의 기초를 만들 수 있다.
서로 도울 방법은 무엇인가: 개방형 협력 클라우드 컴퓨팅
세상을 살아가다 보면 때론 남들에게 신세를 지어야 하는 경우가 심심치 않게 있다. 혼자 사는 세상이 아니므로 더욱 그렇다. 누군가에게 도움을 구하게 되는 상황이 되면 내 주변의 친지, 동료, 친구들을 찾아보게 되고, 그중 도움을 줄 만한 사람에게 연락해서 사정을 이야기하고 도움을 청한다. 나에게는 무척이나 어려운 문제가 친구 입장에서는 별 문제가 아닐 경우도 종종 있고, 때론 친구가 마침내 사정과 관련된 일을 하게 되어서 큰 무리 없이 해결해 주기도 한다.
앞서 이야기한 정보의 공개와 맞물려 생각해 보자. 옛말에 “병은 알리고 돈은 감춰라"라는 말이 있다. 자신이 겪고 있는 증상이 어떤 병인지에 대해 알아내고 치료하는 데에 자신의 노력뿐만 아니라 타인의 경험이나 지혜도 아주 유용할 수 있다는 의미이다. 아이러니하게도 치열한 경쟁에서 이겨야만 기업이 생존할 수 있을 것 같은 현대의 제조업에서도 서로 서로가 경험과 지혜를 나눌 필요가 있다.
만약 제조 기업들이 밀접하게 연결되어 협력할 수 있다면 어떨까? 소위 기업들끼리 친구 맺기를 하는 것이다. 지금까지 이러한 노력과 사례가 없는 것은 아니다. 그러나 이러한 방식이 완전히 뿌리내리지 못하고 있는 이유 중 하나는 기업들끼리 협력하기 위해 소요되는 비용이 얻는 수익에 비해 과다했기 때문이다. 그렇다면 이러한 비용을 절감하고 수익을 극대화시킬 수 있는 방안은 없을까? 기업들끼리 친구 맺기를 위한, 즉 상호 협력할 수 있는 그 무엇인가를 '클라우드'라는 틀에서 생각해 볼 수 있다.
한 대의 자동차나, 혹은 한 대의 스마트폰처럼 어떤 제품을 만들기 위해 필요한 모든 구성 부품을 하나의 기업 안에서 모두 제작하는 경우는 거의 없다. 오히려 중소, 중견 협력 기업에서 제조하는 부품의 비율이 훨씬 높다. 대기업에서는 주로 이런 부품들에 대한 조립을 담당한다. 따라서 스마트 제조에는 대기업보다 더 많은 중소 중견 기업에 대한 고려가 더욱 더 필요하다.
소비자들은 인터넷상의 제품 평이라는 도구로 서로서로 연결되어 있다. 소비자들이 이렇게 동지적 커뮤니티를 형성하고 있다면, 기업 입장에서도 든든한 동료들이 있어야 한다. 기업들도 '연결'되어 있어야 한다는 것이다. 연결의 목표는 서로에게 도움이 되고자 하는 것이다. 내가 부족한 것은 알려서 도움을 받고, 또 도움의 요청을 받아 지원이 가능하면 도와주는 것, 이처럼 물리적 연결이 실질적 상생으로 이어져야 비로소 연결의 의미가 있는 것이다.
이렇듯 소비자뿐 아니라 제품을 설계하고, 제조하고, 공급하는 기업도 그들 간의 친구들이 필요하다. 게시판을 넘어서는 더 유용한 도구를 이용해서 친구 맺기가 가능하다면 말이다. 아주 이상적인 경우에 서로의 소프트웨어적 기능이나 제조 데이터, 심지어는 설비들까지 공유할 수 있다면 어떨까? 일정의 경제적, 기술적 가격 책정을 통해 서로의 설비나 기술을 빌려 쓰는 것이다. 고가의 장비라고 해서 무조건 비싼 가격이 책정되는 것이 아니라, 수요 공급의 시장 논리와 각각의 장비와 소프트웨어들에 대해 얼마나 많은 좋은 댓글이 달려 있는지에 따라서도 가격이 책정되는 방식으로...
이러한 연결과 상호 협력을 구현할 수 있는 방안 중 하나가 바로 클라우드이다. 정보를 저장하고 관리하는 도구로써의 클라우드를 넘어 컴퓨터 소프트웨어, 개발 도구, 심지어 물리적 장비까지도 포함하는 클라우드를 생각해 볼 수 있다. 정보 저장 공간이나, 소프트웨어, 소프트웨어 개발 도구들을 임대하여 사용하는 것은 컴퓨터의 원격 연결을 통해 가능할 수 있다.
그렇다면 장비나 설비를 어떻게 공유할 수 있을까? 어떤 공장에 있는 설비를 직접 현장에 가서 조작하지 않고 내 책상의 컴퓨터나 내 손의 스마트폰을 통해 작동시킬 수 있는 '가상 공장'을 떠올리면 이와 같은 문제도 해결할 수 있다. 앞서 이야기한 사이버-물리 시스템의 역할이 빛나게 되는 시점이다. 즉 기계는 창원에 있는 공장에 있지만, 이를 실제 사용하는 기업은 울산에 있는 기업일 수 있는 것이다. 클라우드와 가상 공장 기술이 공간의 제약을 해결할 수 있는 것이다.
자신이 가지고 있는 컴퓨터를 떠올려 보자. 이 컴퓨터가 실제로 사용되는 시간이 하루에 얼마나 되는가? 만약 내 컴퓨터를 공유한다면, 내가 컴퓨터를 사용하지 않을 때, 혹은 퇴근 후 밤 시간에 해외에 있는 기업이 이 컴퓨터를 사용할 수 있다면 내 컴퓨터의 생산성은 높아질 수 있다. 개방이라는 전제하에 서로 간의 자원을 공유할 수 있는 것이다.
이제 클라우드를 통해서 기업들은 소비자의 요구나 불만에 공동으로 대응할 수 있는 협력의 장을 가질 수 있는 동시에 사이버-물리 시스템 기술을 활용한 공동의 자원 공유라는 실질적인 이득을 얻을 수 있다는 것을 알 수 있다. 물론 이를 현실에서 실질적으로 운영하기 위해서 해결해야 하는 기업 간의 이해관계, 문화적, 기술적 문제들이 아직은 남아 있고, 이에 대한 체계적이고 진지한 연구가 필요하다.
좋은 연주는 좋은 리허설에서 사이버 물리 시스템 기반 온라인 시뮬레이션
소비자는 자신이 원하는 제품을 선발하고 원하는 방식으로 공급받아야 한다. 제조 기업도 자신이 원하는 방식으로 원하는 제품을 만들 수 있다면 모두가 행복한 세상이 될 것이다. 아주 아무 팽당한 이야기 같지만 이런 조망이 이루어질 수 있다면, 한편으로는 소비자에게도 하고 또 한국으로는 제조 기업의 일원이기도 한 많은 근로자들이 행복해질 것이다. 그런데 되도록이면 많은 제품을 생산하고 판매해서 최대조의 이곳을 추하는 것이 목표 기업의 생리, 자신이 원하는 제품만, 자신이 편리한 대로 만든다는 것은 뭔가가 크게 모순되는 것처럼 느껴진다. 자기가 일하는 방식대로 살아가면서도 동시에 자기가 갖고 싶은 것을 얻기를 바라는 것은 이치에 맞지 않는 것처럼.……
스마트 제조라는 패러다임하에서 제조기업이 원하는 방식으로 생산할 수 있으려면 어떻게 해야 할까? 더 나아가 기업이 제품에 대한 생산 여부까지 선택할 수 있다면 어떨까? 극단적으로는 소비자가 원하는 제품을 만들지 않고 거부할 수도 있을 것이다. 이를 위해서는 직접적인 제조를 개시하기 전에 미리 여러 대안들을 신속하고 정확하게 분석하고, 만약 생산할 만한 타당성이 확보되는 것으로 판단되면 지체 없이 이를 실행할 수 있어야 한다.
소비자가 원하는 제품을 제조기업이 원하는 방식으로 생산할 수 있기 위해서는 자신의 제조 시스템 운영 방식을 자유자재로 변경할 수 있는 것이 필요하다. 다시 말해 제조기업도 자신의 입맛에 맞는 제조 방식을 선택할 수 있는 능력이 필요하다. 생각하는 새로운 제품을 생산하기 위해 새로운 공장을 운영해야 할 수도 있다. 물론 이런 의사결정에 소요되는 시간은 짧으면 짧을수록 좋다. 이런 이유에서 설비들이 기능과 유연성을 갖도록 스마트해질 필요가 있다는 이야기를 했다. 스마트 설비만으로 이런 문제를 해결할 수 있다면 참으로 이상적이겠지만 이는 현실적으로 거의 불가능하다.
기업에서 제품을 만들기 위해서 일정과 계획을 세우고 이 계획에 맞게 운영한다는 것은 일종의 이상과도 같은 일이다. 그렇기 때문에 이런 문제는 많은 기업이 상당한 규모의 노력과 시간, 비용을 투자하고 있으면서도 아직도 해결하기 어려운 숙제로 남아 있다.
미리 수십 번 반복해서 연습해 본 일은 난생 처음 시도하는 일보다 더 빠르게 수행할 수 있다는 것을 우리는 이미 여러 경험을 통해 알고 있다. 낯선 도시로 여행을 떠나 유명 명소를 찾아갈 때 미리 인터넷 지도를 보고 주변의 사진 자료들을 찾아본 사람은 처음으로 그 장소를 찾는 사람보다 훨씬 수월하게 길을 찾을 수 있을 것이다.
이렇게 여행하기 전에 여행할 도시에 대한 지도를 먼저 보고 가는 사람은 그렇지 않은 사람보다 더 길 찾기가 쉽다. 길 찾기가 쉬우니 한결 여유롭고 편안한 여행이 될 것이다. 이처럼 일종의 '예행연습'은 상당히 중요한 일이다.
시제품을 미리 만들어 보는 것도 제품을 만들어 보는 일종의 예행연습이라 할 수 있다. 이런 재료로 만들면 어떨까? 저런 모양으로 만들면 어떨까? 하는 등등의 사전 질문에 대한 답을 구하는 과정이다. '어떤 제품'을 만들어야 할까와 같은 질문처럼 '어떤 방법'으로 만들어야 할까 하는 질문 역시 매우 중요한 문제이다.
가상의 공장이 유용한 이유 중 하나는, '이렇게 하면 어떨까? 저런 방법에는 어떤 문제가 있을까?' 하는 질문에 대한 답을 구하는 데 요긴할 수 있기 때문이다. 즉 아직 일어나지 않은 미래에 대한 예측을 도와준다는 것이다. 예측에만 머물러서는 만족할 수 없다. 만약 예측한 결과에 아무런 문제가 없다고 판단되면 지체 없이 예측된 결과가 나오도록 공장에 작업 지시를 내릴 수도 있다.
그림 58을 자세히 살펴보자. 그림의 맨 위를 보면 두 종류의 컴퓨터 모양의 도형이 있는데 하나는 '온라인 시뮬레이션'이라고 쓰여 있고, 다른 하나는 '실시간 컨트롤러'라고 쓰여 있다.
실시간 컨트롤러는 실제 공장을 운영하기 위해 필요한 작업 명령들을 각 장비에 직접 혹은 원격으로 보내는 역할을 한다. 이와 동시에 어떤 명령을 내렸는지를 온라인 시뮬레이션에게도 알려 준다. 작업 명령을 받은 장비들은 개별 컨트롤러를 통해 명령대로 작동된다. 이제, 장비들이 작동되는 과정에서 생성되는 실시간 데이터들은 사물인터넷 기반의 센서들을 통해 수집되고, 이 데이터들은 다시 실시간 데이터 분석 장치로 전송된다.
온라인 시뮬레이션은 실시간 컨트롤러로부터 어떤 명령들이 내려졌는지를 직접 통보받고, 또 한편으로는 각 장비들의 가동 상황에 대한 데이터를 현장으로부터 직접 전달받는다. 온라인 시뮬레이션은 실시간 컨트롤러로부터 내려진 명령과, 이 명령의 수행 결과로 발생하는 데이터를 기반으로 현재 공장의 상황을 파악하고, 바로 다음 시점의 상황을 예측하기 위한 분석 시뮬레이션을 수행한다. 길어야 수초 이내에 이루어진다.
예측 시뮬레이션 결과에 따라 다음에 어떤 작업을 수행해야 좋을지를 분석하여 실시간 컨트롤러에게 알려 주고, 실시간 컨트롤러는 이 작업이 실행 가능하다고 판단되면 해당 작업 명령을 각 장비들에게 내린다. 물론 예측 시뮬레이션에게도 통보한다. 이런 과정이 계속 반복되는 것이다.
실시간 컨트롤러는 실제 공장을 가동하는 역할을 하고, 온라인 시뮬레이션은 현재의 실제 가동 상황을 근거로 해서 다음 시점을 예측하는 가상의 참모 역할을 하는 것이다. 공장이 돌아가는 동안 온라인 시뮬레이션은 현재 상황, 발생 가능 상황, 다른 대안들을 분주히 분석하고 예측하는 것이다. '가상공장'인 셈이다. 앞서 가상공장이 실제 공장과 연결되어 실제 조작이 가능하다는 이야기를 했는데, 지금 여기에서의 온라인 시뮬레이션은 가상공장이 실제 조작과 더불어 예측을 동시에 진행할 수 있는 가능성이 있다는 점을 시사한다
스마트팩토리(Smart Factory)에 대해서_2022 산업 공학 대학원 강좌 정리
강좌 자료(책) : 스마트 제조
지은이 : 신동민외 3인
