공학 대학원 강좌용[스마트 제조_8]
“The text emphasizes the importance of data utilization in smart manufacturing and the need for collaboration between companies. It explains that data collection and transparency are essential for diagnosing a company's health and building trust with consumers. Through cloud computing and virtual factories, resource sharing and cost reduction between small and large enterprises are made possible. Real-time controllers and online simulations enhance the efficiency of factory operations, with sensors and data platforms highlighted as key elements of smart factories. The implementation of smart factories offers advantages such as improved productivity and efficiency, enabling swift responses to consumer demands.”
데이터 수집 이후 데이터 공개
스마트 제조를 실현하기 위해 데이터 활용은 어떻게 이루어져야 할까? "건강은 건강할 때 지켜라"라는 말이 있다. 이는 건강한 상태를 계속 유지하기 위해 지속적으로 신체의 변화와 건강 상태를 체크하고 신경 써야 한다는 의미로 해석된다. 1년에 한 번씩 정기적으로 건강검진을 받는 것도 이러한 이유 때문이다. 종종 기업은 '유기적' 성질을 가진 살아있는 생명체에 비유되기도 한다. 여러 기업 간의 관계를 '생태계'라고 할 정도이니, 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 할까?
가끔 주위를 보면 간단한 증상으로 병원을 방문했다가 예상치 못하게 큰 질병이라는 진단을 받았다는 이야기를 종종 듣는다. 환자 입장에서는 체온계를 통해 38도 정도의 미열만 인지하고 내원했는데, 의사는 열에 대해서는 크게 신경 쓰지 않고 오히려 눈동자나 입천장 같은 곳을 살펴보고 예상과 전혀 다른 진단을 내리기도 한다.
왜 이런 경우를 겪게 되는 걸까? 의사는 개별적인 증상보다는 각 증상의 원인과 그 증상들이 야기할 수 있는 종합적 연관관계를 파악할 전문 지식이 있기 때문이다. 즉, 이는 각 증상에 따라 나타나는 생체적 수치가 신체와 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. 속쓰림 증상으로 위장 계통의 질병을 의심했지만, 사실은 위장 내 출혈을 야기하는 혈관 계통의 증상일 수도 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 위해 눈동자의 동공을 살펴보고, 이후 혈액 속 헤모글로빈 수치를 측정하는 것처럼 기업의 문제점이나 추이 등을 파악하는 데 필요한 데이터들이 있다. 또한 수술 과정에서 생명 유지를 위해 반드시 확보해야 하는 혈압 수치처럼, 기업의 존속과 경쟁을 위해 확보해야 하는 정보도 있다. 기업이 건강한지, 어떤 상태에 있는지 알 수 있는 것은 마치 사람이 병원에서 여러 가지 생체 수치를 파악하고, 과거 병력과 종합해서 이것들이 의미하는 증상을 진단하고 처방하는 것에 비유될 수 있다.
따라서 스마트 제조에서 데이터 수집은 사물인터넷과 같은 기계적인 장치를 활용하더라도, 데이터의 진정한 활용을 위해서는 전문적인 제조 지식이 절대적으로 필요하다. 기업이 건강한지 판단하는 최종적인 몫은 기업의 프로세스 전반을 이해하고 개별적인 데이터를 종합해서 판단할 수 있는 '사람'의 몫이다. 기술은 이러한 진단을 위한 수단의 일부에 불과하다. 만약 제조 분야의 전문가가 부족하다면, 제조 시스템에 대한 지식화를 시도해 볼 수도 있다. 이는 개방형 제조 지식 클라우드를 구축하는 방식으로 가능할 수 있다. 제조와 관련된 데이터, 정보를 체계적으로 분류, 평가, 활용하는 방법을 컴퓨터화하여 저장하고 공동으로 사용할 수 있도록 하는 것이다. 물론, 이러한 시도에서도 스마트 제조와 관련된 기술들, 운영기술들에 대한 횡적, 종적 공유 범위에 대한 충분한 고려가 필요하다. 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 중 하나는 '공개'와 '흐름'이 아닐까? 비밀은 암묵적으로 더 이상의 흐름을 전제로 하지 않는다. 즉, 비밀은 어떤 종착지점에 도달해 정체되어 있어야 한다. 비밀은 계속해서 흘러갈수록 비밀로서의 가치는 점점 떨어지고, 어느 순간 더 이상 비밀이 아닌 왜곡된 편견에 불과하게 된다. 반면, 정보는 공개되어 여러 곳을 흘러 다니며, 이 과정에서 오류가 수정될 수도 있다. 물론 모든 비밀을 공개해서 정보화하는 것이 항상 좋은 것만은 아니다. 그렇지만 서로 비밀을 유지하려고만 하면, 자신의 비밀이 객관적으로 맞는 것인지, 잘못된 정보인지 알 수 없게 된다. 검증되지 않은 데이터나 정보를 가지고 기업의 건강을 진단하는 것은 합리적이지 않다. 증권가에 도는 정보는 폐쇄된 집단 내에 갇혀 있어 그 진위에 대한 검증이 어렵지만, 뉴스에 기사화된 내용은 공개된 이후 다양한 시각에서 반박과 토론, 수정을 통해 검증되고 정화될 가능성이 높아질 수 있다. 사람이 자신의 건강을 체크하기 위해 엑스레이 검사를 받는 것처럼, 기업이 건강한지 혹은 어떤 문제점이 있는지 진단받기 위해서는, 일부 특별한 경우를 제외하고는 데이터를 공개하고 객관적으로 검증받을 필요가 있다. 자신의 증상을 숨기려고만 하면 처방이나 치료가 어려운 것과 같다. 이렇게 정보를 공개하고 심지어 공유하는 것은 정보의 객관성을 확보하는 데 큰 도움이 될 수 있다.
스마트 제조에서 정보 공개의 중요한 점은, 기업의 정보가 기업 내의 조직원들뿐만 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 발생한 객관적인 정보들을 참조할 수 있다면, 소비자들이 막연히 추측하거나 부분적인 경험만으로 형성된 기업과 제품에 대한 편향된 의견을 방지할 수 있다. 이는 소비자가 그들만의 일방적인 주장이 아닌 기업 현실을 고려하게 하여 상호이해를 증진하는 데 기여할 수 있을 것이다. 이는 일방적인 주장이나 예단이 아닌 상호 협력적인 소비자-기업 커뮤니티인 셈이다.
소비자 게시판의 글을 보면, 왜곡되거나 실제 제품을 만들고 유통하는 과정에서의 어려움보다는 최종 구매하고 사용하는 입장에서만 보는 다소 비판적인 경우가 있다. 이에 대해 제조 기업이 섣불리 맞대응했다가 여론의 뭇매를 맞고 사태를 악화시키는 경우도 종종 있다. 이러한 경우, 제품을 만드는 기업들이 절대적으로 불리하다. 이때야말로 기업들이 서로의 힘을 필요로 하는 때가 아닐까? 개별 소비자들이 커뮤니티를 형성해 영향력을 갖는 것처럼, 제조 기업들의 커뮤니티도 필요하다. 물론 소비자와 기업 간의 대결 구도를 의미하는 것은 아니다. 그러나 기업이 객관적인 정보의 공개와 공유를 통해 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 때로는 남들에게 신세를 지어야 하는 경우가 종종 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 별문제가 아닐 경우도 종종 있고, 때로는 친구가 마침 그 사정과 관련된 일을 하고 있어서 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 병인지 알아내고 치료하는 데 자신의 노력뿐만 아니라 타인의 경험이나 지혜도 아주 유용할 수 있다는 의미이다. 아이러니하게도 치열한 경쟁에서 이겨야만 기업이 생존할 수 있을 것 같은 현대의 제조업에서도 서로가 경험과 지혜를 나눌 필요가 있다.
만약 제조기업들이 밀접하게 연결되어 협력할 수 있다면 어떨까? 소위 기업들끼리 친구 맺기를 하는 것이다. 지금까지 이러한 노력과 사례가 없는 것은 아니다. 그러나 이러한 방식이 완전히 뿌리내리지 못한 이유 중 하나는 기업들끼리 협력하기 위해 소요되는 비용이 얻는 수익에 비해 과다했기 때문이다. 그렇다면 이러한 비용을 절감하고 수익을 극대화할 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 스마트폰처럼 어떤 제품을 만들기 위해 필요한 모든 구성 부품을 하나의 기업 안에서 모두 제작하는 경우는 거의 없다. 오히려 중소, 중견 협력기업에서 제조하는 부품의 비율이 훨씬 높다. 대기업에서는 주로 이런 부품들에 대한 조립을 담당한다. 따라서 스마트 제조에는 대기업보다 더 많은 중소, 중견 기업에 대한 고려가 더욱더 필요하다. 소비자들은 인터넷상의 제품평이라는 도구로 서로 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 이용해 친구 맺기가 가능하다면 말이다. 아주 이상적인 경우에 서로의 소프트웨어적 기능이나 제조 데이터, 심지어는 설비들까지 공유할 수 있다면 어떨까? 일정한 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 평가가 있는지에 따라서도 가격이 책정되는 방식으로…. 이러한 연결과 상호 협력을 구현할 수 있는 방안 중 하나가 바로 클라우드이다.
정보를 저장하고 관리하는 도구로서의 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 '가상공장'을 떠올리면 이와 같은 문제도 해결할 수 있다. 앞서 이야기한 사이버-물리 시스템의 역할이 빛나는 시점이다. 즉 기계는 창원에 있는 공장에 있지만, 이를 실제 사용하는 기업은 울산에 있을 수 있는 것이다. 클라우드와 가상공장 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 위해 해결해야 하는 기업 간의 이해관계, 문화적, 기술적 문제들이 아직 남아 있고, 이에 대한 체계적이고 진지한 연구가 필요하다. 좋은 연주는 좋은 리허설에서 나온다
사이버-물리 시스템 기반 온라인 시뮬레이션
소비자는 자신이 원하는 제품을 선택하고 원하는 방식으로 공급받아야 한다. 제조 기업도 자신이 원하는 방식으로 원하는 제품을 만들 수 있다면 모두가 행복한 세상이 될 것이다. 아주 막연한 이야기 같지만, 이런 전망이 이루어진다면, 한편으로는 소비자에게도, 또 한국으로는 제조기업의 일원이기도 한 많은 근로자들이 행복해질 것이다. 그런데 되도록이면 많은 제품을 생산하고 판매해서 최대한의 이익을 추구하는 것이 목표인 기업의 생리가, 자신이 원하는 제품만 자신이 편리한 대로 만든다는 것은 뭔가 크게 모순되는 것처럼 느껴진다. 자기가 일하는 방식대로 살아가면서도 동시에 자기가 갖고 싶은 것을 얻기를 바라는 것이 이치에 맞지 않는 것처럼…. 스마트 제조라는 패러다임하에서 제조기업이 원하는 방식으로 생산할 수 있으려면 어떻게 해야 할까? 더 나아가 기업이 제품에 대한 생산 여부까지도 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 확보된 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 유연성이 필요하다.
다시 말해 제조기업도 자신의 입맛에 맞는 제조 방식을 선택할 수 있는 능력이 필요하다. 생각하는 새로운 제품을 생산하기 위해 새로운 공장을 운용해야 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 위해 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 아직 해결하기 어려운 숙제로 남아 있다.
미리 수십 번 반복해서 연습해 본 일은 난생처음 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 등의 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.
실시간 컨트롤러는 실제 공장을 운영하기 위해 필요한 작업 명령들을 각 장비에 직접 또는 원격으로 보내는 역할을 한다. 이와 동시에 어떤 명령을 내렸는지 온라인 시뮬레이션에도 알려 준다. 작업 명령을 받은 장비들은 개별 컨트롤러를 통해 명령대로 작동된다.
이제, 장비들이 작동하는 과정에서 생성되는 실시간 데이터들은 사물인터넷 기반의 센서들을 통해 수집되고, 이 데이터들은 다시 실시간 데이터 분석 장치로 전송된다. 온라인 시뮬레이션은 실시간 컨트롤러로부터 내린 명령을 직접 통보받고, 동시에 각 장비의 가동 상황에 대한 데이터를 현장으로부터 전달받는다. 온라인 시뮬레이션은 실시간 컨트롤러가 내린 명령과 그 명령의 수행 결과로 발생하는 데이터를 기반으로 현재 공장의 상황을 파악하고, 바로 다음 시점의 상황을 예측하기 위한 분석 시뮬레이션을 수행한다. 이 과정은 길어야 수초 이내에 이루어진다. 예측 시뮬레이션 결과에 따라 다음 작업을 실시간 컨트롤러에게 제안하고, 실시간 컨트롤러는 이 작업이 실행 가능하다고 판단하면 해당 작업 명령을 각 장비에 내린다. 물론 예측 시뮬레이션에도 이를 통보한다. 이러한 과정이 계속 반복된다.
실시간 컨트롤러는 실제 공장을 가동하는 역할을 하고, 온라인 시뮬레이션은 현재의 실제 가동 상황을 근거로 다음 시점을 예측하는 가상의 참모 역할을 한다. 공장이 가동되는 동안 온라인 시뮬레이션은 현재 상황, 발생 가능한 상황, 대안들을 분주히 분석하고 예측한다. 이 과정을 '가상공장'이라고 할 수 있다. 앞서 가상공장이 실제 공장과 연결되어 실제 조작이 가능하다는 이야기가 있었는데, 여기에서의 온라인 시뮬레이션은 가상공장이 실제 조작과 예측을 동시에 진행할 수 있다는 가능성을 시사한다. 악기들과 단원들을 연결하자! 연결과 데이터 초연결 사회와 스마트공장 세상은 지속적으로 변하고 있다. 인터넷의 등장으로 기존 텔레비전, 라디오, 신문과 같은 매스미디어를 통한 단방향 의사소통을 넘어, 온라인을 통한 양방향 의사소통이 시작된 지는 이미 오래되었다. 이러한 변화는 쇼핑, 기업 경영, 게임 등 모든 분야에서 활발히 진행되고 있다.
최근에는 스마트폰, 태블릿 PC 등의 모바일 기기의 보급으로 시공간 제약이 없어지며, 언제 어디서나 의사소통이 가능해졌다. 사람들은 페이스북이나 트위터를 활용하여 자신의 생각이나 감정을 개방하고 공유한다. 각자의 스마트폰으로 사진을 찍고 바로 자신의 상태를 타인과 공유하는 시대가 온 것이다. 우리는 이러한 시대를 소셜 네트워크(Social Network) 시대라고 부른다. 이처럼 소셜 네트워크로 인한 연결이 가속화되며, 소통의 장도 급속히 커지고 있다. 네트워크에 연결된 기기의 수는 세계 인구를 초과할 정도로 증가했고, 시공간의 제약은 점점 약해지고 있다.
최근에는 인터넷이 사람과 사람을 연결하는 기능을 넘어, 사람과 사물을 연결하고 있다. 이처럼 인간과 인간을 둘러싼 만물이 서로 연결되어 모든 구성원이 하나로 통합되고 있다. 이러한 상황에서 서로 연결된 만물은 더 이상 도구나 수단에 그치지 않고, 사람의 개입 없이도 실시간으로 정보를 주고받으며 새로운 가치를 창출하는 '초연결 사회'가 되고 있다. 초연결 사회에서는 도시, 집, 자동차, 건물 등을 센서와 칩을 통해 서로 연결하여 하나로 묶는 것이 가능하다. 만약 초연결 사회처럼 제조를 담당하는 공장들이 서로 연결된다면 어떻게 될까? 최근 전자제품을 생산하는 L사는 공장 간 연결망을 구축하여 그동안 부족했던 소비자 만족도, 생산성, 고품질, 제품 모델 다양화 등을 회복하기 위해 스마트 공장을 도입하기로 결정했다.
이하영 부장이 그 역할을 부여받았다. 이 부장은 공장을 내려다보며 고민에 잠겼다. '어떻게 하면 공장의 구성 요소들을 하나로 연결할 수 있을까?' 이 부장은 스마트 공장을 구축하기 위해 구성 요소 간 연결이 가능할 방법을 탐구했다. 연결이 가능하려면 데이터를 수집할 수 있는 센서와 이 센서들을 서로 연결하고, 통합 관리하는 게이트웨이나 미들웨어 같은 네트워크 장비가 필요했다. 이에 이 부장은 센서, 게이트웨이와 미들웨어를 구입하기로 결정했다. 약 2주 후 장비 설치가 시작되었고, 공장의 조명, 원자재 창고, 생산 설비에도 센서가 설치되어 공장의 모든 구성 요소가 하나로 연결될 수 있었다. 이처럼 스마트 공장에서 구성 요소들을 연결하기 위해서는 여러 가지 장비들이 필요하다. 먼저, 스마트 공장의 연결을 위한 장비는 하드웨어와 이를 연계하는 인터페이스로 구성된다. 또, 각 장비의 역할에 따라 관리 장비, 제어 장비, 필드 장비, 통신 장비로 나뉜다. 관리 장비는 설비와 시스템 간 통신, 데이터 기록, 보관, 설비 운영을 담당하며, 데이터 처리 장치, 서버, 데이터 저장 및 보관을 위한 장치, 경보 장치 등이 포함된다. 제어 장비는 설비와 주변 환경을 제어하며, 설비의 전원 공급, 차단, 감시 등을 담당한다. 필드 장비는 설비와 공장으로부터 다양한 데이터를 수집하며, 제어 장비와 연결되어 작동을 실행한다. 통신 장비는 설비와 설비를, 그리고 설비와 데이터 처리 장비나 서버를 연결하여 하나의 네트워크로 통합하는 역할을 한다. 하지만 단순히 연결만으로는 스마트 공장의 목표를 달성할 수 없다.
데이터를 관리하고 활용할 수 있는 빅데이터 플랫폼과 사이버 물리 시스템도 필요하다. 빅데이터 플랫폼은 실시간으로 수집되는 방대한 데이터를 처리하는 데 필요하고, 사이버 물리 시스템은 데이터를 분석하고 테스트하는 역할을 한다. 분석된 데이터는 생산 실행 시스템(MES)과 기업 자원 관리(ERP) 시스템에 실시간으로 전송되어 공장 운영에 반영된다. 이처럼 스마트 공장의 범위는 센서 설치부터 이를 활용하는 시스템까지 매우 방대하다. 스마트 공장의 핵심: 연결과 데이터 모든 구성 요소들이 연결된다는 것은 단순한 연결을 넘어서는 의미가 있다. 하나로 연결됨에 따라 기존에는 수집되지 못했던 새로운 데이터들이 수집되고, 이전에는 불가능했던 일들이 가능해지기 때문이다.
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공작기계도 스마트폰 연동.… 한화, 원격제어 시스템 보급 원년
공작기계도 스마트폰과 연동되는 시대가 열렸다. 기계를 원격으로 제어하면 작업 효율과 공정 관리 면에서 이점이 크다. 한화가 지난해 국내 최초로 공개한 시스템 판매를 올해 본격화한다. 전통 산업으로 여겨졌던 공작기계 시장에서 정보기술(IT) 융합 트렌드를 주 도할지 주목된다. 한화는 올해 공작기계 원격제어 시스템 영업을 시작한다고17일 밝혔 다. 회사는 지난해 국내 최초로 이 시스템을 개발해 국내외 전시회에 소개했다. 지난 한 해 시험·검증 과정을 거쳤다. 1월부터 복수 소비자사에 시범 도입해 설치를 조율 중이 다.
시스템을 도입하면 스마트폰 앱이나PC로 공작기계 전원을 켤 수 있다. 공작기계는 사용 전 예열이 필요한데 이를 원격으로 수행한다. 작업장소 도착 전 무부하운전으로 미리 예 열하면 바로 작업을 시작할 수 있다. 작업 준비시간이 절감된다. PC, 스마트폰 앱에서 작 업 상태를 원격으로 관제할 수 있다. 사이클 타임, 워크 카운트 등 기계 가동 상황을 모두 표시한다. 주요 알람 발생 시 문자 메시지로 상황을 전송한다. 카메라로 기계 내부와 공장 상황을 점검할 수 있다. 여러 대인 기계를PC나 스마트한대로 볼 수 있는 것도 장점 이다.
기존 공작기계를 적은 비용으로'스마트화할 수 있는 것이 강점이다. 기존 공작기계에 시 스템 설치 비용은 대당120만원 가량이다. 스마트폰 연동에100만 원, PC 연동에20만 원 비용이 들지만 기존 기계를 그대로 사용한다. 제조업 경기 침체로 공작기계 수요가 줄 면서 사용자경험(UX) 개선이 화두로 떠올랐다. 기본 성능 외에 관리·사용 편의를 개선 해 공정을 효율화할 필요가 있기 때문이다. 화천기계도 캠(CAM) 연산과 공구 설정 작업. 을 소프트웨어(SW) 기술로 자동• 최적화한 금형· 흑연전극 전용 장비를 선보였다. 평균 작업시간을 대폭 줄이고 초심자도 쉽게 장비를 다룰 수 있도록 했다.
한화 관계자는“지난해 첫 선을 보인 공작기계 원격제어 시스템 검증 작업을 마치고 올해 부터 본격적으로 판매를 시작한다"며"기존 기계를 그대로 둔 채 적은 비용으로 시스템을 설치하고 관리 효율성을 높일 수 있는 것이 강점"이라고 밝혔다.
출처: 전자신문(2016.01.17.).
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공장 간 연결
연결의 범위가 공장 내의 공정을 넘어서 모든 제조 환경을 연결할 수 있다면 어떻게 될까? 실제로 사물인터넷 기술을 활용하여 사회의 모든 구성원들을 연결시켜 주듯이, 제조를 위해 존재하는 모든 과정을 하나로 연결할 수 있다.
이하영 부장이 스마트공장을 성공적으로 구축하여 L사의 경쟁력과 시장 대응력이 대폭 향상되면서 주변의 많은 경쟁기업과 협력업체들이 관심을 기울이게 되었다. 특히, L사와 긴밀한 협력관계에 있는 S사의 김고민 대표는 스마트공장에 관심이 많아 스마트공장을 성공적으로 도입한 L사를 지켜보니, 스마트공장을 자신의 S사에도 도입해야 하는지에 대한 의문이 생기게 되었다. "중견 기업인 우리가 스마트공장을 도입하게 되면 어떤 이익을 볼 수 있을까?", "스마트공장을 도입하는 것이 어렵지는 않을까?" 김고민 대표는 고심 끝에 이하영 부장과 미팅을 갖게 되었다.
대다수의 중견 혹은 중소기업들이 스마트공장을 도입하기 이전에 김고민 대표와 비슷한 고민을 많이 하게 되는 것은 당연하다. 스마트공장을 도입하기 위해서는 예산과 인력이 필요한데 대부분의 중견·중소기업은 이런 자원이 부족하기 때문이다. 혹은, 현재 상황에 만족하여 그 필요성을 못 느끼거나 어떻게 스마트공장을 운영해야 할지 몰라 불확실성의 두려움을 갖는 기업들도 많다.
실제로 중견 혹은 중소기업들은 대기업에 비하여 공장의 스마트화에 부정적이며 스마트공장 도입에 현실적인 어려움을 겪고 있다. 국내 정부의 스마트공장 도입에 대해서 금형이나 주조, 단조와 같은 뿌리산업 분야 중소 제조기업의 38.2%가 들어본 적이 있거나 알고 있다고 응답했으며, 응답자의 41.8%가 경영환경 개선에 도움이 될 것으로 응답하였다. 그러나 스마트공장을 도입할 의향이 있는지를 물어보는 질문에는 단 20.8%만이 '도입 의향이 있다'고 밝혀 80%에 가까운 기업들은 스마트공장 도입에 부정적인 의견이 있는 것으로 조사되었다.
김고민 대표는 L사의 이하영 부장과 미팅 약속을 잡고 이하영 부장을 찾아갔다. 이하영 부장은 김고민 대표와 만나자마자 자신의 스마트공장 도입으로 인해 얻게 된 효과와 함께 스마트공장을 도입한 다른 협력사의 스마트공장 도입 효과를 정리하여 보여주었다. 특히, 협력사의 경우 생산성이 약 22% 향상되었으며 불량률은 33%나 개선되었다. 이외에도 제조원가는 23% 낮아졌으며 매출은 17%나 증가하였다. 이 결과를 본 김고민 대표는 더 이상 고민할 필요가 없어졌다. 스마트공장 도입으로 인한 성과가 당장 눈앞에 있는데 무엇을 고민하겠는가? 김고민 씨는 그길로 회사로 돌아가 스마트공장 추진팀을 꾸리기로 하였다.
이하영 부장의 설명처럼 스마트공장은 대기업뿐만 아니라 관련 협력사를 포함하는 모든 제조 환경의 구성원 모두에게 이익을 준다. 지능화된 센서, RFID, 스마트기기, M2M(Machine to Machine) 인터페이스 등을 이용하여 제조 환경의 모든 과정을 하나로 연결시키고, 이와 더불어 기업 관리 시스템, 빅데이터 분석 기술 등을 활용한다면 가치사슬 측면에서 제품의 개발부터 판매까지, 공급사슬 측면에서 원자재부터 완제품까지를 연결할 수 있다. 두 개의 사슬이 하나로 연결된다면 최종 소비자에서부터 시작되는 정보의 흐름과 원자재부터 시작되는 자재의 흐름을 파악할 수 있다. 즉, 가치사슬과 공급사슬이 연결되면 정보와 자재 두 가지의 흐름을 명확하게 파악할 수 있게 되는데 이를 활용하여 다양한 가치를 창출할 수 있을 것이다.
가치사슬과 공급사슬이 연결되어 창출되는 가치는 다음과 같이 정리할 수 있다.
첫째, 제품 판매 정보가 실시간으로 수집되어 어떤 제품이 어떤 소비자들에게 인기가 높은지 파악할 수 있으며 구체적으로 어떤 제품이 언제 누구에게 팔렸는지에 대한 정보가 수집된다. 그렇게 되면, 빅데이터 분석 기술을 활용하여 이 제품이 왜 인기가 있는지를 파악할 수 있으며, 이를 반영하여 새로운 제품 개발이나 기존 제품의 개선에 적용할 수 있다. 그 결과, 소비자가 실질적으로 원하는 제품을 개발할 수 있게 되는 것은 자명하다.
둘째, 실제 판매 정보가 수집되기 때문에 정확한 수요 예측이 가능해진다. 수요 예측이라는 것은 늘 어느 기업이나 해결하기 어려운 문제였으나, 정확한 수요 예측이 가능해짐에 따라 생산 공장에서 언제 몇 개의 제품을 생산할지를 실시간으로 계획할 수 있다. 또한 어떤 원자재를 언제까지 얼마나 납품해야 하는지를 실시간으로 확인할 수 있어 효과적인 원자재 수급도 가능해진다.
셋째, 언제 어떻게 입고된 원자재가 투입되는지를 실시간으로 파악할 수 있어 공장의 가시성이 확보되며 제품 생산 이력 정보를 관리할 수 있게 된다. 이로 인해 제품의 불량이 발생하였을 경우 그 원인 추적이 가능해지며 불량의 원인에 대한 규명이 제조 공정에서만 한정되는 것이 아니라 원자재 자체뿐만 아니라 원자재의 배송 상태, 창고에서의 보관 상태까지로 확장되기 때문에 보다 정확하고 근본적인 불량 원인 파악이 가능하다.
넷째, 제품 제조가 완료된 이후에 판매처 혹은 소비자에게까지 제품이 어떻게 배송되고 있는지 추적이 가능하다. 이로 인하여 최종 수령자에게 현재의 제품 상태를 가시화하여 보여줄 수 있으며 중간에 배송 문제가 발생하더라도 적시에 적절한 대처가 가능해진다.
공장과 제품의 연결
가치사슬과 공급사슬의 유기적 연결은 제조 환경의 혁신을 가능하게 한다. 실제로 미국의 컴퓨터 제조 기업인 Dell사는 소비자부터 공급 기업에 이르기까지 하나의 연결된 공급사슬을 구축하였다. 소비자 니즈에 맞춤화된 제품을 주문받고, 주문 정보는 제조 공정에 실시간으로 전달된다. 이렇게 전달된 주문 정보는 생산 계획을 수립하고 원자재를 조달하거나 재고를 관리하는 데 활용된다. 이처럼 소비자 니즈를 실시간으로 공정에 반영하여 최적화함으로써 소비자 니즈에 민첩하게 대응하면서 비용 절감을 이룰 수 있었다.
가치사슬과 공급사슬이 연결되어 제조 환경의 혁신을 불러오는 가장 큰 원동력은 소비자 니즈나 제품의 상태 데이터를 실시간으로 '제조 현장'에 반영할 수 있다는 점이다. 그렇다면 소비자의 요구 사항이나 제품의 상태 데이터를 실시간으로 제조 현장에 반영하기 위해서는 제품이 어떻게 변화해야 할까? 즉, 완제품을 제조 환경의 모든 구성 요소와 연결하기 위해서는 제품이 어떤 능력을 갖고 있어야 할까?
냉장고를 예로 들어보자. 1990년대는 '아날로그' 시대이다. 그 시대 냉장고는 본연의 기능인 '냉장'과 '냉동'이라는 음식 보관 기능에 집중된 제품이었다. 당시 소비자들은 냉장고의 성능과 가격을 비교하여 소위 '가성비'에 초점을 맞추어 제품을 구매하였기 때문에, 제조 기업들은 더 좋은 성능의 냉장고를 더 싼 값에 생산하는 데 집중하였다. 오늘날, 냉장고 본연의 음식 보관 기능에 몇 가지 기능이 추가되어 다양한 역할을 수행할 수 있게 되었다. 그 대표적인 예가 냉장고와 정수기의 결합이다. 이처럼 냉장고와 주변 가전들이 하나로 연결되어 주방 가전 '제품끼리의 연결'이 이루어졌다.
이제는 '스마트 연결' 시대가 되었다. 단순히 주방 가전 제품끼리의 연결뿐만 아니라 연결의 범위를 확장하여 냉장고와 제조 기업과의 연결이 이루어진다. 사용자의 사용 패턴이나 냉장고의 상태와 관련된 데이터는 냉장고가 스스로 생각하고 판단하기 위해 활용되거나 냉장고의 제조 기업으로 보내져 냉장고의 기술 개발과 가치 창출을 위해 활용되고 있다.
그렇다면 스마트 연결 시대의 제품들은 어떻게 구성되어야 할까? 먼저 스마트 연결 제품이 되기 위해서는 '스마트'를 위한 요소와 '연결'을 위한 요소가 함께 존재해야 한다.
스마트팩토리(Smart Factory)에 대해서_2022 산업 공학 대학원 강좌 정리
강좌 자료(책) : 스마트 제조
지은이: 신동민외3인
