공학 대학원 강좌용[스마트 제조_9]
The hyper-connected society signifies an era of two-way communication driven by the development of the internet and mobile devices. The expansion of connections between people and objects allows for real-time information exchange, serving as a foundation for creating new value. The integration of factories and organic supply chains leads to manufacturing innovations, as seen in companies like Dell, which adjust production processes in real-time to meet consumer demands and reduce costs. By employing smart factories and cyber-physical systems, all manufacturing environments become interconnected, enhancing corporate competitiveness and enabling the provision of better products and services.
악기들과 단원들을 연결하자! 연결과 데이터
초연결 사회와 스마트공장
세상은 지속적으로 변하고 있다. 인터넷의 등장으로 기존 텔레비전, 라디 오와 신문같은 매스미디어를 통한 단방향 의사소통을 넘어 온라인으로 양방향 의사소통이 시작된 지 이미 오래되었다. 이러한 변화는 쇼핑, 기 업경영, 게임 등 모든 분야에서도 활발하게 진행되고 있다. 최근 들어, 스 마트폰, 태블릿 PC 등의 모바일 기기의 보급으로 시공간 제약이 없어져 언제 어디서든지 의사소통이 가능해졌다. 사람들은 페이스북이나 트위터 를 활용하여 자신의 생각이나 감정을 개방하고 공유한다. 각자의 스마트 폰으로 사진을 찍고 그 자리에서 바로 자신의 상태를 타인과 공유하는 시 대가 온 것이다. 우리는 이런 시대를 소셜 네트워크 Sonal Network 시대라고 부른다.
이처럼 소셜 네트워크로 인한 연결이 가속화됨에 따라 소통의 장도 급 속히 커지고 있다. 네트워크에 연결된 기기의 수가 세계 인구를 초과할 정도로 증가되었고, 시공간의 제약은 점점 약해지고 있다. 최근에는 인터 넷이 사람과 사람을 연결하는 기능을 넘어 사람과 사물을 연결하고 있다. 이처럼 인간과 인간을 둘러싼 만물이 서로 연결되어 모든 구성원들이 하 나로 연결되고 있는 것이다. 이러한 상황에서 서로 연결된 만물은 더 이 상 도구나 수단에 그치지 않고 사람의 개입이 없어도 실시간으로 정보를 주고받고 새로운 가치를 창출하는 '초연결 사회가 되고 있다. 초연결 사 회에서는 도시, 집, 자동차, 건물 등을 센서와 칩을 통해 서로 연결하여 하 나로 묶는 것이 가능하다.
만일, 초연결 사회처럼 제조를 담당하는 공장들이 서로 연결되면 어떻 게 될까?
최근, 전자제품을 생산하는 L사는 공장 간 연결망을 구축하여 그동안 부 족했던 소비자 만족도, 생산성, 고품질, 제품 모델 다양화 등을 회복하기 위 해 스마트공장을 도입하기로 결정했는데, 이하영 부장이 그 역할을 부여 받았다. 이부장은 공장을 내려다보면서 고민에 잠겼다. '어떻게 하면 공장 구 성요소들을 하나로 연결할 수 있을까?' 이부장은 스마트공장을 구축하기 위해 구성요소 간의 연결이 가능할 수 있는 방법을 알아보았다. 연결이 가 능하기 위해서는 데이터를 수집할 수 있는 센서와 센서를 서로 연결하고. 연결된 센서들을 통합 관리하는 게이트웨이나 미들웨어 같은 네트워크 장 비가 필요했다. 이에 이부장은 센서, 게이트웨이와 미들웨어의 구입을 결 정하였다. 센서와 네트워크 장비를 구입하고 약 2주일 뒤 장비의 설치를 시 작하였다. 공장 조명에 센서를 붙였으며, 원자재 창고에 습도와 온도센서 를, 생산 설비에도 센서를 붙여 기존에 연결되지 못했던 공장의 모든 구성 요소를 하나로 연결할 수 있게 되었다.
그러면 스마트공장에서 구성요소들을 '연결'하기 위해서 필요한 장비 들은 어떤 것들이 있을까? 먼저 스마트공장의 연결을 위한 장비는 하드 웨어와 이를 연계하는 인터페이스로 구성된다. 또한 각 장비의 역할에 따 라 관리 장비, 제어 장비, 필드 장비 및 통신 장비로 구분된다. 관리 장비 는 설비와 시스템과의 통신, 데이터 기록, 보관 및 설비 운영을 담당하며, 이 장비는 데이터 처리장치, 서버, 데이터 저장 및 보관을 위한 주변 장 치, 데이터 인터페이스와 시스템 간 인터페이스 장치, 그리고 경보 · 알람 장치의 세부 장치로 구성된다. 제어 장비는 설비와 주변 환경을 제어하는 역할을 담당하며 설비 전원 공급, 차단, 감시, 연동 등을 수행하게 해준다. 이를 위한 세부 장치로는 전원 공급기, 입·출력 인터페이스, 통신 인터 페이스, 감시 장치 등이 있다. 필드 장비는 설비와 공장으로부터 다양한 설비 상태, 주위 환경, 프로세스 조건 데이터를 수집하고, 제어 장비와 연 결되어 실제로 작동을 실행시키는 역할을 한다. 보통 센서와 액추에이터 로 구성된다. 통신 장비는 설비와 설비를 연결하고, 설비와 데이터 처리 장비나 서버를 연결하여 하나의 네트워크로 통합하는 역할을 한다. 통신 모듈, 게이트웨이, 미들웨어 등으로 구성된다. 이처럼 스마트공장은 센서뿐만 아니라 데이터를 저장하고 처리할 수 있는 장비와 설비를 제어할 수 있는 장비 모두를 하나로 연결하는 것에서부터 시작된다.
그러나 단순히 연결만으로 스마트공장의 목표를 달성할 수 있을까? 실 제로 스마트공장을 구현하고 운영하기 위해서는 구성요소들을 연결하는 것 이외에, 그 안에서 생성되는 데이터를 관리하고 활용할 수 있는 빅데 이터 플랫폼, 사이버 글리 시스템 등이 추가로 더 필요하다. 빅데이터 플 랫폼은 실시간으로 수집되는 방대한 데이터를 처리하기 위해 필요하며, 사이버 둘리 시스템은 사이버 세계에서 데이터를 분석하고 다양한 환경 에 적용해 보고 테스트하기 위해 필요하다. 이렇게 데이터가 분석되면 그 분석결과가 최종적으로는 생산실행시스템 Manuitacturing Execution System: MES. 기업자원 관리 Enterprise Resource Planning ERP 시스템 등에 실시간으로 전송되어 공 장 운영에 반영된다. 이처럼 스마트공장을 구성하는 요소는 센서의 설치부터 이를 활용하는 시스템까지 그 범위가 매우 방대하다.
스마트공장의 핵심, 연결과 데이터
모든 구성요소들이 연결된다는 것은 무엇을 의미할까? 모든 것이 연결된 다는 것은 단순히 '연결' 그 이상의 의미가 있다. 하나로 연결됨에 따라 기 존에 수집되지 못했던 새로운 데이터들이 수집되기 시작하고 기존에 불 가능했던 것들이 가능해지기 때문이다.
이하영 부장은 지난 8월, 스페인 바르셀로나에 들렸다. 차를 타고 가다 가 주차 공간을 찾기 위해 주차안내 앱인 '파커parker'를 실행하였다. 앱을 실 행하자 지도 위에 숫자 '2'가 떠있다. 근처에 주차공간이 2개가 있다는 뜻이 다. 이하영 씨는 빈 주차공간을 확인하고 차를 바로 이동하여 쉽게 주차할 수 있었다. 또한 주차공간을 찾기 위해 여러 골목을 돌아다니지 않아 시간 낭비를 줄일 수 있었다. 이는 사물과 사물을 연결해 주는 사물인터넷 기술 때문이라는 것을 잘 알고 있다. 도시 바닥에 심어놓은 지름 약 15cm의 센 서가 주차 공간에 차가 있는지 없는지를 감지하게 된다. 주변에 설치되어 있는 와이파이 가로등과 무선으로 연결되어 있으며 주차를 하는 즉시 센서 에 '주차 중'이라는 정보를 보내 실시간으로 주차 공간을 관리하게 되는 것 이다.
이처럼 초연결 사회로 모든 것이 연결되고 지능화되면서 사회 시스템 의 근본적인 변화가 발생하기 시작했다. 주위 모든 것들이 지능화되고 상 황에 맞는 서비스를 항상 제공받을 수 있게 되기 때문이다. 모든 만물이 상호 연결된다는 것은 새롭고 혁신적인 서비스의 등장과 함께 생활의 큰 변혁을 가져온다는 측면에서 기술의 발전 이상을 의미한다. 다양하고 무 수한 네트워크가 서로 연결되어 데이터가 생산되고, 생산되는 데이터를 분석하고 활용하여 새로운 가치를 창출하기 때문이다. 즉, 초연결 사회의 핵심은 이렇게 수집되는 데이터를 어떻게 활용하느냐에 달려 있다. 단순 히 연결만 하면 되는 것이 아니라 연결을 통해 발생되는 데이터를 어떻게 활용할지에 중점을 두어야 한다.
이하영 부장은 조명, 원자재창고와 설비에서 수집되는 데이터를 어떻 게 사용해야 할지 고민해 보았다. 조명에 센서를 부착한 이후에 언제 조명 이 켜졌는지, 꺼졌는지 혹은 얼마동안 켜져 있었는지에 대한 데이터가 수 집되고 원자재창고의 센서에서는 습도와 온도가 수집되기 시작했다. 또 한, 생산 설비에도 센서를 부착한 이후 기존에는 수집되지 않았던 새로운 데이터가 수집되기 시작한 것이다. 설비에 투입되는 원자재의 두께, 공기 압력, 오일 압력, 기계 진동 등 실제로 설비 운영에 필요한 데이터들이 쏟아 져 나오는 것이다.
이하영 부장은 이렇게 수집되는 데이터를 활용하여 몇 가지의 단순한 분석과 예측을 시도해 보았다. 예를 들어, 설비가 돌아가고 있지 않거나 공 장에 작업자가 없는 상황에서는 공장의 조명을 켤 필요가 없다. 그래서 공 장의 작업자 유무나 설비 가동유무를 실시간으로 확인하여 설비 가동 유무 센서와 조명 센서와의 연결을 통해 조명을 관리하도록 하였다. 또한, 생산 설비의 공기 압력이 비이상적으로 올라가는 것을 탐지하게 되면 공기 압력 을 제어하는 설비와 연결된 다른 센서의 데이터를 확인하여 공기 압력 증 가의 원인을 파악하는 대응 제어 프로그램을 개발하였다. 단순한 시도가 성공적으로 구현되자 이하영 부장은 공장 내의 다른 데이터를 활용한다면 더 다양한 관리와 제어가 가능하고 이런 노하우를 제품화하여 다른 기업에 판매할 수도 있을 것 같다는 생각이 들어 자신의 회사에 새로운 부가가치 를 창출할 수 있는 설비관리 사업의 기회를 기안하기로 하였다.
공정 간 연결
이처럼 연결을 통해 생성되는 데이터는 새로운 부가가치를 창출할 수 있 는 기회의 발판이 될 수 있다. 연결을 통해 창출되는 가치는 어떤 것이어 야 할까? 예를 들어, 시계와 토스터를 연결했다고 가정하자. 빵이 다 익은 뒤에 '띵똥' 하고 울리는 것이 가치가 있다고 할 수 있을까? 아마 대부분의 사람들은 가치가 많지 않다고 판단할 것이며 돈을 주고 시계와 토스터를 연결하지는 않을 것이다. 반면에, 시계에 설정되어 있는 알람 시각과 토 스터를 연결하여 사용자가 원하는 시간에 맞추어 토스트가 준비될 수 있 도록 작동시켜 준다면 사람들은 이전보다는 쉽게 연결의 가치를 발견할 것이다.
그렇다면, 공장에서는 어떤 가치가 창출될 수 있을까? 이와 관련하여 국내의 모 기업에서 설비에 센서를 붙이고 이를 원격으로 제어할 수 있는 시스템을 개발한 사례를 찾아보았다. 단순히 설비를 제공하는 것이 아니 라 사용자 경험 User Experience: UX을 고려하여 사용자의 편의성을 높이고 원격으로 설비를 모니터링하고 제어할 수 있도록 하여 공정의 효율화를 도모 하기 위한 것이었다.
이러한 사례처럼 설비와 스마트폰의 간단한 연결만으로도 사업화하기 에 충분한 가치를 보유할 수 있다. 그렇다면, 공정이 모두 연결된다면 어 떤 것들이 변화할까? 첫째, 생산되는 제품의 품질이 향상된다. 원자재부 터 설비를 거쳐 완제품까지의 생산 전 공정이 하나로 연결됨으로 어떤 원 자재를 활용하여 언제 어떤 장비의 세팅으로 제조를 했는지 추적이 가능 해진다. 만약 제품의 불량이 발생하였을 경우 불량의 원인을 파악할 수 있어 제품의 불량에 쉽고 빠르게 대응할 수 있게 된다.
둘째, 제조공정이 자동화된다. 기존에 생산 설비를 자동화시키지 못했 던 원인 중 하나는 제조공정의 현황을 실시간으로 파악하지 못하여 작업 자가 직접 수동으로 확인하고 판단하여 운영했기 때문이다. 그러나 제조 공정에 부착된 수많은 센서들과 데이터 분석기술을 활용하면 현 상황을 실시간으로 파악할 수 있게 되어 기존 작업자가 수동으로 의사 결정했던 부분을 자동화할 수 있게 될 것이다.
셋째, 제조공정이 유연화된다. 다양한 품목의 제품을 조금씩 생산하기 위해 제조공정을 지속적으로 바꿀 수 있음을 의미한다. 제조공정이 유연 화되려면 제조공정이 자동화되어야 하며 생산계획과 제조공정이 실시간 으로 연결되어 있어야 한다. 스마트공장에서는 이 모든 것이 가능하기 때 문에 제조공정 유연화를 통해 다품종 소량생산에 적합한 제조공정을 갖 출 수 있게 된다.
넷째, 공급사슬의 구성원들이 하나로 연결될 수 있다. 단순히 하나의 공장을 연결하는 것이 아니라 원자재 공급 기업에서부터 완제품을 사용 하는 소비자까지 연결의 대상을 확장할 수 있다. 이 경우, 전체 공급사슬 에 걸쳐 다른 구성요소와 긴밀한 협력이 가능해지며 실시간으로 정보를 주고받을 수 있게 된다. 이 부분은 뒤에서 조금 더 자세히 다루도록 한다.
다섯째, 소비자 대응력이 향상된다. 품질이 향상되고, 공정이 자동화, 유연화되고 모든 공급사슬이 연결된다면 소비자 니즈에 즉각적으로 대 응할 수 있게 된다. 소비자 니즈가 접수되면 제조공정으로 바로 도달하게 되며, 제조공정에서는 이를 반영하여 소비자가 원하는 제품을 생산할 수 있다.
이처럼, 연결된다는 것은 기존에 수집되지 않는 새로운 데이터들이 수 집될 수 있음을 의미하며, 연결과 데이터를 활용하여 기존에 불가능했던 많은 것들이 가능해진다.
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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 시작한다고 17일 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 앱이나 PC로 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 기계를 PC나 스마트한대로 볼 수 있는 것도 장점 이다.
기존 공작기계를 적은 비용으로 '스마트화할 수 있는 것이 강점이다. 기존 공작기계에 시 스템 설치 비용은 대당 120만원 가량이다. 스마트폰 연동에 100만 원, PC 연동에 20만 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
만약, 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 대표 는 스마트공장에 관심이 많아 스마트공장을 성공적으로 도입한 L사를 지켜 보니, 스마트공장을 자신의 S사에도 도입을 해야 하는지에 대한 의문이 생 기게 되었다. '중견 기업인 우리가 스마트공장을 도입하게 되면, 어떤 이익 을 볼 수 있을까?', '스마트공장을 도입하는 것이 어렵지는 않을까? 김고민 대표는 고심 끝에 이하영 부장과 미팅을 갖게 되었다.
대다수의 중견 혹은 중소기업들이 스마트공장을 도입하기 이전에 김 고민 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 필요성 을 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 정부 의 스마트공장 도입에 대해서 금형이나 주조, 단조와 같은 뿌리산업 분야 중소제조기업의 38.2%가 들어본 적이 있거나 알고 있다'고 응답했고, 웅 답자의 41.8%가 경영환경 개선에 도움이 될 것으로 응답하였다. 그러나 스마트공장을 도입할 의향이 있는지를 물어보는 질문에는 단 20.8%만이 '도입의향이 있다'고 밝혀 80%에 가까운 기업들은 스마트공장 도입에 부 정적인 의견이 있는 것으로 조사되었다.
김고민 대표는 L사의 이하영 부장과 미팅 약속을 잡고 이하영 부장을 찾 아갔다. 이하영 부장은 김고민 대표와 만나자마자 사의 스마트공장 도입 으로 인해 얻게 된 효과와 함께 스마트공장을 도입한 다른 협력사의 스마 트공장 도입 효과를 정리하여 보여 주었다. 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 스마트공장추진팀을 꾸리기로 하였다.
이하영 부장의 설명처럼 스마트공장은 대기업뿐만 아니라 관련 협력 사를 포함하는 모든 제조 환경의 구성원 모두에게 이익을 준다. 지능화 된 센서, RFID, 스마트기기, M2MMachine to Machine 인터페이스 등을 이용하 여 제조 환경의 모든 과정을 하나로 연결시키고, 이와 더불어 기업 관리 시스템, 빅데이터 분석기술 등을 활용한다면 가치사슬 측면에서 제품의 개발부터 판매까지, 공급사슬 측면에서 원자재부터 완제품까지를 연결 할 수 있다. 두개의 사슬이 하나로 연결된다면 최종 소비자에서부터 시작 되는 정보의 흐름과 원자재부터 시작되는 자재의 흐름을 파악할 수 있다. 즉, 가치사슬과 공급사슬이 연결되면 정보와 자재 두 가지의 흐름을 명확 하게 파악할 수 있게 되는데 이를 활용하여 다양한 가치를 창출할 수 있 게 될 것이다.
가치사슬과 공급사슬이 연결되어 창출되는 가치는 다음과 같이 정리 할 수 있다.
첫째, 제품 판매 정보가 실시간으로 수집되어 어떤 제품이 어떤 소비 자들에게 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 자 명하다.
둘째, 실제 판매 정보가 수집되기 때문에 정확한 수요예측이 가능해진 다. 수요예측이라는 것은 늘 어느 기업이나 해결하기 어려운 문제였으나, 정확한 수요예측이 가능해짐에 따라 생산 공장에서 언제 몇 개의 제품을 생산할지를 실시간으로 계획할 수 있다. 또한 어떤 원자재를 언제까지 얼 마나 납품해야 하는지를 실시간으로 확인할 수 있어 효과적인 원자재 수 급도 가능해진다.
셋째, 언제 어떻게 입고된 원자재가 투입되는지를 실시간으로 파악할 수 있어 공장의 가시성이 확보되며 제품 생산 이력정보를 관리할 수 있게 된다. 이로 인해 제품의 불량이 발생하였을 경우 그 원인 추적이 가능해 지며 불량의 원인에 대한 규명이 제조공정에서 만으로 한정되는 것이 아 니라 원자재 자체뿐만 아니라 원자재의 배송 상태, 창고에서의 보관 상태까지로 확장되기 때문에 보다 정확하고 근본적인 불량 원인 파악이 가능 하다.
넷째, 제품 제조가 완료된 이후에 판매처 혹은 소비자에게까지 제품이 어떻게 배송되고 있는지 추적이 가능하다. 이로 인하여 최종 수령자에게 현재의 제품 상태를 가시화하여 보여 줄 수 있으며 중간에 배송 문제가 발생하더라도 적시에 적절한 대처가 가능해진다.
공장과 제품의 연결
가치사슬과 공급사슬의 유기적 연결은 제조 환경의 혁신을 가능하게 한 다. 실제로 미국의 컴퓨터 제조기업인 Dell사는 소비자부터 공급 기업에 이르기까지 하나의 연결된 공급사슬을 구축하였다. 소비자 니즈에 맞춤 화된 제품을 주문받고, 주문 정보는 제조공정에 실시간으로 전달된다. 이 렇게 전달된 주문 정보는 생산계획을 수립하고 원자재를 조달하거나 재 고를 관리하는 데 활용된다. 이처럼 소비자 니즈를 실시간으로 공정에 반 영하여 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 요구사항이나 제품의 상 태 데이터를 실시간으로 제조 현장에 반영하기 위해서는 제품이 어떻게 변화해야 할까? 즉, 완제품을 제조 환경의 모든 구성요소와 연결하기 위 해서는 제품이 어떤 능력을 갖고 있어야 할까?
냉장고를 예로 들어보자. 1990년대는 '아날로그' 시대이다. 그 시대 냉 장고는 본연의 기능인 '냉장'과 '냉동'이라는 음식 보관 기능에 집중된 제품이었다. 당시 소비자들은 냉장고의 성능과 가격을 비교하여 소위 '가성 비'에 초점을 맞추어 제품을 구매하였기 때문에, 제조기업들은 더 좋은 성 능의 냉장고를 더 싼 값에 생산하는 데 집중하였다. 오늘날, 냉장고 본연 의 음식 보관기능에 몇 가지 기능이 추가되어 다양한 역할을 수행할 수 있게 되었다. 그 대표적인 예가 냉장고와 정수기의 결합이다. 이처럼 냉 장고와 주변 가전들이 하나로 연결되어 주방가전 '제품끼리의 연결이 이 루어졌다.
이제는 '스마트 연결' 시대가 되었다. 단순히 주방 가전제품끼리의 연 결뿐만 아니라 연결의 범위를 확장하여 냉장고 '제조기업과의 연결이 이 루어진다. 사용자의 사용 패턴이나 냉장고의 상태와 관련된 데이터는 냉 장고가 스스로 생각하고 판단하기 위해 활용되거나 냉장고의 제조기업으 로 보내져 냉장고의 기술 개발과 가치창출을 위해 활용되고 있다.
그렇다면 스마트 연결시대의 제품들은 어떻게 구성되어야 할까? 먼저 스마트 연결 제품이 되기 위해서는 '스마트'를 위한 요소와 '연결'을 위한 요소가 함께 존재해야 한다. 그렇다면 스마트에 관한 요소는 무엇이고 연 결에 관한 요소는 무엇일까? 제품이 스마트해지기 위해서는 제품 스스로 최적화가 가능해야 하고 자율적 제어가 가능해야 한다. 이를 위해서는 제 품 스스로 데이터를 수집할 수 있어야 하며, 제품 스스로 의사 결정을 내 릴 수 있는 두뇌가 있어야 한다. 즉, 데이터와 두뇌가 동시에 존재해야 제 품이 '스마트하다'라고 할 수 있다. 그렇다면 제품이 연결되기 위해서는 어떤 것이 가능해야 할까? 제품에서 발생하는 데이터를 다른 구성요소와 연결시켜 주고 실시간으로 주고받을 수 있으면 가능하다.
이와 같은 스마트 연결 제품은 제조 환경의 혁신을 가속화시킬 수 있 다. 가치사슬과 공급사슬의 연결로 인해 얻을 수 있는 장점을 그대로 포 함하면서 더 넓은 범위에서의 장점을 기대할 수 있다는 의미이다.
첫째, 제조 환경 측면에서는 제품의 초기 사용 여부를 파악하여 제품 의 실제 판매 수량을 확인할 수 있다. 이는 Apple이 Apple 계정을 통해 제 품을 등록할 때 한 개의 제품이 팔렸다고 판단하는 것과 유사하다. 실제 로 제품이 언제 몇 개가 팔렸는지를 알 수 있다면 생산 최적화가 가능하 다. 또한 적절한 재고 수량을 유지할 수 있다. 그리고 제품이 언제 고장이 났는지 혹은 현재 어디가 문제인지를 파악할 수 있어 제품의 품질 관리가 매우 용이해진다. 특히 스마트 연결 제품은 스스로 최적화와 제어가 가능 하기 때문에 제조기업에서 제품에 대한 연결을 '원격'으로도 제어할 수도 있는 장점이 있다.
둘째, 제품수명주기 관리 측면에서 보면 제품으로부터 수집되는 데이 터를 활용하여 소비자가 언제 제품을 켰는지 혹은 사용했는지, 사용했다 면 얼마만큼 사용했는지와 같은 소비자의 사용 패턴 파악이 가능하다. 이 런 결과는 신규 제품 개발에 도움을 줄 수 있으며 제품의 수명 예측이나 제품의 유지/보수에 활용될 수 있다. 어느 제품이 언제, 어떻게 판매되었 느냐를 파악할 수 있었던 장점보다 한 걸음 더 진보된 형태의 제품수명주 기 관리가 가능해지는 셈이다.
셋째, 비즈니스 측면에서 어떤 소비자가 어떤 제품을 주로 사용하는지,
어느 시간대에 얼마만큼 사용하는지를 파악하여 새로운 서비스를 창출하 거나 현재의 비즈니스 모델을 수정하는 데 활용할 수 있다. 특히 제품과 연결된 서비스의 발굴은 제조기업으로서는 새로운 비즈니스의 영역을 창 출할 수 있는 기회로 활용할 수 있다. 기존 제조기업의 비즈니스 확장에 획기적인 변화를 꾀할 수 있는 것이다.
모든 것이 연결된 제조 환경
‘공정과 공정’과의 연결, 가치사슬과 공급사슬의 연결을 위한 '공장과 공 장'과의 연결, '공장과 제품과의 연결, 이 모든 것이 이루어진다면 초연결 사회처럼 모든 것이 연결된 제조 환경을 갖출 수 있게 될 것이다. 원자재 에서부터 시작하여 중간 조립 부품을 거쳐 완제품까지 연결되며, 이로 인해 제품 제조를 위한 모든 과정에서 데이터가 수집되기 시작한다. 이렇게 수집된 데이터가 다양한 곳에 활용되어, 다양한 가치들이 실현될 수 있는 것이다. 소비자로부터 수집된 데이터를 활용하여 제품을 디자인하고 개 발하는 데 반영될 수 있으며, 소비자가 언제 제품을 구입했는지를 파악할 수 있어 보다 정확한 수요예측 기반의 생산계획을 수립할 수 있다. 또한 기온, 압력, 습도 등의 공장 조건을 확인하여 품질 최적화를 위한 공정을 설정할 수도 있다.
사이버-물리 시스템의 개념을 도입하여 사이버 세계에서 실제 세계를 미리 경험하고 테스트하여 최적의 의사 결정을 내릴 수 있다. 이 모든 것 이 가능해지려면 제품에서도 데이터가 수집되어야 하기 때문에 제품 스 스로 스마트해져야 하며, 공정설비들도 데이터기반의 의사 결정을 내림 과 동시에 상호 연결되어 있는 '소셜 기계'가 되어야 한다. 마지막으로 이 모든 것이 가능해지면 전세계에 위치한 모든 공장과 제조 환경이 하나로 연결될 수 있어 진정한 '글로벌' 공장을 구축할 수 있을 것이다.
모든 제조 환경이 연결된다는 것은 기업 경쟁력의 발판이 된다. 스마 트공장과 사이버-물리 시스템의 개념을 도입함으로써 연결된 제조 환경 이 마련되고 최적의 의사 결정이 가능해지기 때문이다. 또한, 제조공정과 제품을 포함하여 모든 것이 연결된 궁극의 제조 환경이 갖추어진다. 기 술, 가치, 비용, 품질 등의 분야에서 경쟁 우위를 점할 수 있게 되며, 더 적 은 비용으로 높은 가치의 제품이나 서비스를 소비자에게 제공할 수 있게 되는 것이다.
그러나 모든 제조 환경의 구성원이 참여하지 못하고 일부만 연결된다 면 위에서 언급한 궁극적인 가치를 창출하는 것은 매우 어렵다. 몇 대기 업들이 재고관리와 물류, 유통의 효율화를 목표로 RFID 사업을 활발하게 추진했지만 협력사를 포함한 전 공급사슬에 적용되지 못했던 이유로 당 초에 기대했던 혁신의 효과를 이루지 못했던 경우가 대표적이다. 입출고, 검수 자동화를 위한 유통기업과의 협업체계 구축했지만, 중소 협력 기 업으로의 확산이 미흡해서 혁신의 속도가 지연되던 사례도 있다. 많은 협 력사를 포함하고 있는 국내 자동차 제조기업 역시 RFID로 통합 공급사슬 관리 시스템을 도입했지만, 50% 정도의 협력사만이 참여하여 아직 충분 한 성과를 거두지 못하고 있다. 따라서 모든 제조 환경이 연결되기 위해 서는 모두에게 이익이 되는 win-win 시스템이 갖춰줘야 한다.
스마트팩토리(Smart Factory)에 대해서_2022 산업 공학 대학원 강좌 정리
강좌 자료(책) : 스마트 제조
지은이 : 신동민외 3인
