제품과 제조가 가상과 현실에서 만나야 하고 제품 개발 단계에서 생성되는 3D화 데이터, BOM 데이터, 배치 데이터, 제조 공정에 대한 데이터가 서로 연동돼야 한다. 이를 위해서는 스마트공장과 PLM이 어떤 형태로든 어우러져야 한다. PLM을 통한 스마트공장 도입과 생산성 향상에 관해 PLM 컨소시엄 김태환 회장이 스마트공장 국제컨퍼런스에서 발표한 내용을 요약했다.

▲ PLM 컨소시엄 김태환 회장

PLM은 제품수명주기관리로 제품의 탄생에서 폐기에 이르기까지 전체 과정상에 있어서 제품 정보를 생성하고 효율적으로 관리할 수 있게 해준다. 또한, 협업을 통해 제품 생산성을 높이는 의사결정을 내리는 데 도움을 주는 도구이다.

PLM은 크게 6가지 요소로 설명할 수 있다. 제품 포트폴리오 관리 측면에서는 NPD 프로세스가 프로젝트 관리에 관한 것을 담당하고 더불어 고객 니즈 반영과 변경 관리 부분도 지원한다. 제품 데이터 관리 측면의 PDM은 제품 구조와 사양 관리, 설계 변경 관리 등을 담당한다.

협업적 제품 개발은 3D화 기반으로 협업 설계를 하고 해석 및 시뮬레이션을 하는 부분이다. 자재 소싱 부문은 제품을 개발할 때는 항상 마이너스 요인이 발생하기 때문에 마이너스 요인이나 협력업체 등을 어떻게 소싱 할지에 관한 문제를 다룬다.

마지막으로 디지털 제조 역시 PLM의 한 영역이다. 이 부분은 가상에서 제조 검증을 하는 것으로 이미 10년, 20년 전에 디지털 제조가 가능하다는 연구결과가 나왔지만 실제로 한국에서 구현된 사례는 찾아보기 힘들다.

디지털 제조에서 PLM의 역할

전통적인 엔지니어링 방법론에 따르면, PLM의 역할은 비용에 관한 것이 한 축을 차지한다. 개발 초기 단계의 비용은 이론상으로는 보통 수준의 10배 수준이다. 전통적으로 마이너스 요인 없이 제품 개발을 한다고 했을 때 프로토타입을 거친 후 제품을 양산하게 된다. 이때 실물 단계에서 문제를 인식하게 되면 10배 수준의 비용과 문제의 수만큼의 엄청난 비용이 발생하게 된다.

이 같은 전통적인 엔지니어링 방법론의 문제를 개선하기 위해 디지털 엔지니어링이 도입됐다. 디지털 엔지니어링에는 3D화 CAD 도입, 해석, 디지털 pre-assembly, 제조, 서비스 등 다각적인 방법이 추가됐다. 하지만 실제로 이 방법론이 정착되는 일은 없었다. 3D CAD는 3D CAD대로, 해석은 해석대로 별개로 진행돼 시너지가 나지 않았기 때문이다.

문제 해결을 위해서는 프로세스의 변화가 필요했다. 변화에는 경영진의 강력한 의지가 요구될 뿐 아니라 제품 개발 역시 가상으로 진행돼야 했다. 그 이유는 비용의 70% 이상은 디자인 단계, 즉 개념설계 및 상세설계 과정에서 70%~85% 가량이 결정되기 때문이다.

경영진이 전통적인 방식인 프로토타입 혹은 완제품을 보고 의사결정을 내리고자 한다면 실패할 수밖에 없다. 결국 디지털 엔지니어링은 3D화와 그 3D화를 통한 협업, 그리고 경영진의 의지가 결합돼야만 성공할 수 있다.

다음으로 개발기간 관점에서 살펴보면 36개월에 걸쳐 제품 개발을 하는 회사가 24개월이 소요된 시점에서 남은 12개월을 큰 폭으로 줄이고자 한다면 이는 결코 쉬운 일이 아니다. 따라서 NPD 프로세스를 개선하는 방법이 필요하다. 계획 단계에 Front-Loading하는 방법론이 대표적이다. 이와 함께 BOM에 대한 결정도 조기에 이뤄져야 한다. 특히 BOM은 제조 산업의 모든 것을 결정하는 가장 중요한 기저 준거로써 이 부분이 흐트러지면 스마트공장도 흐트러질 수밖에 없다.

BOM이 결정되면 ‘3D화를 활용한 가상 검증 방법론’을 전반부에 Front-Loading하고 프로토타입 확인 기간을 절반으로 줄인다. 이를 위해서는 선행개발이 이뤄져야 하고 가속시험 방법론이 개발돼야 한다. 이때 핵심기술이나 새로운 부품 등은 이미 개발돼 있어야만 한다.

경쟁력 있는 제품은 경쟁력 있는 개발 프로세스가 만든다. 이 프로세스와 함께 Front-Loading, 협업, 지식기반 설계, 가상검증 방법론 등이 함께 추진된다면 Q, C, D 측면에서 획기적인 효과를 볼 수 있을 것으로 예상한다.

엔지니어링의 중요성

제조업과 제품개발에서 엔지니어링이 특히 중요한 이유는, Product Lea-dership, Operation Excellence, Customer Intimacy 등 크게 세 가지로 볼 수 있다. 하지만 일반적으로 제품 개발 단계에서는 Product Leader-ship, 생산·구매·물류 단계에서는 Operation Excellence, 판매나 서비스 부문에서는 Customer Intimacy가 강조되고 있다. 

하지만 전사적 프로세스를 볼 때 제품 개발 단계부터 기업 경쟁력 요소의 상류화가 이뤄져야 한다. 특히 제품 개발 단계부터 Operation Excellence, Customer Intimacy가 모두 장려하는 것이 중요하다. 이것은 스마트공장이 되기 위한 전제조건이 될 정도로 가장 중요한 부분이다. 3대 경쟁력 요소를 제품 개발 단계부터 균형 있게 발전시켜야 한다는 의미다.

두 번째, 생산 쪽은 3D화 설계가 이뤄져야 한다. 이를 통해 설계 단계가 시작 전부터 생산 부문이 참여해 비용 분석이나 공정개발을 하는 것이 바람직하다. PLM 부분은 실물 이전에 컴퓨터 안에서만 존재하는 환경이 되는 것이다.
제품은 굉장히 다양화되고 있기 때문에 기본 모델이 만들어지면 양산과정을 거치면서 옵션이 추가된다. 이에 따라 디자인 단계에서 옵션 계획을 세워야 하며 BOM도 확정해야 한다. 

마지막으로 현실 세계와 사이버 세계의 연계 부분의 중요성도 높아질 것으로 보인다. 제품에 대한 정보가 3D화돼있기 때문에 조기에 이를 서비스 부문으로 가져가 활용하는 것이다. 생산 부문에서 했던 것처럼 설계 초기 단계에서 3D화를 바탕으로 서비스 BOM과 카탈로그를 만드는 것 등을 할 수 있을 것이다.

또한, PLM은 제품의 3D화 뿐 아니라 공장 역시 가상공장으로 확대하고 있다. 이를 위해 제품을 3D화해서 가상에서 검증했듯이 생산 현장도 가상으로 검증할 수 있는 툴이 필요하다. 또한, 이 가상공장을 생산현장과 효과적으로 동기화할 방법을 찾는 것이 앞으로 숙제이다.

PLM의 목표

앞으로 스마트공장과 PLM은 어떤 형태로든 어우러져야 한다. 제품과 제조가 가상과 현실에서 만나야 하고 제품 개발 단계에서 생성되는 3D화 데이터, BOM 데이터, 배치 데이터, 제조 공정에 대한 데이터가 서로 연동돼야 한다. 

또한, 제품을 3D화 했듯이 제조에 있어서도 확인 작업만 하는 것이 보다 효율적인 방법이 될 것이다. 끝으로 스마트공장이 잘 되기 위해선 제품개발 단계에서 정해지는 정보가 굉장히 중요하며 그 정보는 RT 정보이자 가상정보가 돼야 한다.

정리 : 유영민 기자