LS산전에서는 과거 쌓아온 자동화 조립 기술을 기반으로 ICT 기술을 접목해 스마트공장을 구축하기 시작했다. 스마트공장 구축 사례에 대해 국제컨퍼런스에서 LS산전 조정철 부장은 IoT를 구현해 생산기기와 생산제품 간 상호 소통 체계(IoS, CPS)를 구축, 생산 과정을 최적화하는 과정을 설명했다.

▲ LS산전 조정철 부장

스마트공장이라는 용어는 2005년에 개념이 처음 사용됐으며 2011년에 독일 정부가 이를 근간으로 하는 Industry 4.0을 주창하면서 본격적으로 사용되기 시작했다. Industry 4.0은 제조산업의 정보화를 촉진하려는 독일 정부의 하이테크 전략 프로젝트에서 나왔으며 4차 산업혁명을 의미한다. 

세계 주요 제조 강국들은 노동력 감소, 고령화 등 노동 기반 약화에 따라 제조현장의 고도화를 통해 미래 제조업 경쟁력 확보 노력을 가속화하고 있다. Industry 4.0과 관련해 독일에서는 제조업을 중심으로 하는 반면 미국은 대규모 투자를 통해 R&D부터 서비스까지 전 산업에 대해 혁신을 추진하고 있다.

우리나라도 산업통상자원부에서 2014년 6월 전국상공회의소 회장단 오찬 간담회를 갖고 ‘창조경제 구현을 위한 제조업 혁신 3.0’이라는 혁신 과제를 제시하고 전략을 수립했다. 이때 내건 4대 전략이 ▲융합형 신제조업 창출 ▲주력산업 핵심 역량 강화 ▲제조 혁신 기반 고도화 ▲해외 진출 촉진이다. 그중 융합형 신제조업 창출을 위한 과제로서 IT, 소프트웨어 기반 공정 혁신이 포함됐는데, 이것을 스마트공장의 보급·확산으로 이해할 수 있다. 

스마트공장이란 제품의 기획, 설계, 유통, 판매 등 전 과정을 IT 기술로 통합해 최소 비용과 시간으로 고객맞춤형 생산을 지향하는 공장을 말하며 공정 자동화 다품종 생산에 대응하는 유연한 생산 체계 등을 통해 생산성 향상, 에너지 절감, 인간 중심의 작업 환경을 지향한다.

제조업 3.0의 고도화에서 주목하고 있는 것이 생산 빅데이터다. 라인을 구축할 때 데이터를 어떻게 생성할 건지, 생성된 데이터는 어떻게 나누고 분석할 것인지, 분석된 데이터를 상위 시스템에 어떻게 연결해서 어디에 활용할 것인지 등 생산라인에서 일어나는 데이터를 상위 시스템과 연동해서 생산라인의 생산성을 높이는 것이 목적이다. 우리 회사에서는 빅데이터에 대해 아직까지 진행하고 있진 않지만 가장 핵심으로 전략을 추진하고 있다. 

스마트공장 구축 사례를 살펴보기 전에 제조업의 핵심기술은 무엇이며 핵심이 되는 생산기술에는 어떠한 기술이 있는지, 그동안 핵심이 되는 생산기술에는 어떠한 것들이 있었는지, 스마트공장의 기본이 되는 공장 자동화시스템을 어떻게 구현해 왔는지 간략히 살펴본다.  

스마트공장을 구축하기 위해서는 2가지 핵심기술이 있다. 바로 제품설계뿐 아니라 생산기술의 중요성이 재조명돼야 한다. 지금은 핵심기술이라고 하면 제품설계 개발 기술에 편중되어 있는데, 이것만으로는 스마트공장을 실현할 수 없다. 생산성 향상을 목적으로 하는 라인 구축, 이것을 책임지고 있는 생산기술이 바로 핵심이다. 생산기술은 회사의 경영 성과에 직결되는 중요한 기술, 결국 생산기술은 돈을 만들어낸다. 

생산기술의 최종 목적은 뭘까? 바로 생산성 향상이다. 제조업 혁신 3.0의 최종 목적도 결국 생산성 향상이다. 생산성 향상을 위해 우리는 새로운 제조 방법을 도입하고 개발하는 등 스마트공장의 개념을 갖고 생산기술 개발에 힘쓰고 있다. 

자동화 설비 라인을 구축할 때 필요한 방대한 기술들을 어디에 어떻게 연결할 것인가, 또 어떻게 전달할 것인지에 대한 노하우를 쌓아왔고 향후에는 기계제어 쪽에 초점을 두고 연구하고 있다. 

생산기술 측면뿐 아니라 자동화 제품 영역에서도 자동화 조립 라인을 구축하는 데 필수 제품들, 즉 PLC, Touch Panel, HMI, Servo & 모터의 개발에도 상당히 노력하고 있고 라인 구축 시에 이런 제품들을 응용을 하고 있다. 스마트공장을 구축할 때 가장 기본이 되는 것이 자동화 구축이다. 그리고 생산기술과 요소기술과 함께 회사에서 생산하고 있는 FA 제품의 단위 부품부터 최상위 HMI까지 응용하고 있다. 더불어 제조업 혁신 3.0 트렌드에 따라 자사의 조립 라인을 모듈 공정, 가변유연설비, 자율분산제어, 무선통신, 실시간 위치추적의 관점에서 평가했다. 

LS산전에서는 지금까지 구축해 왔던 자동화 조립 기술을 기반으로 ICT 기술을 접목해 스마트공장을 구축하기 시작했다. 제조산업과 같은 전통산업에 ICT 시스템을 결합해 지능형 공장인 스마트공장으로 진화시키자는 것이다. 또 IoT를 통해 생산기기와 생산제품 간 상호 소통 체계(IoS, CPS)를 구축하고 생산 과정을 최적화하는 것이다. 

스마트공장을 구축하기 위한 핵심 역량을 3가지, IoS, CPS, IoT로 정의했다. CPS(가상물리시스템, Cyber Physical System)는 2가지의 커다란 가치사슬을 가지는데 하나는 서비스 인터넷(Internet of Services)이고 하나는 사물인터넷(Internet of Services)이다. 중단기적으로 IoT와 IoS에 역점을 두고 진행하고 있으며 CPS 환경 아래에 2개의 가치사슬이 연결되도록 추진하고 있다. 

스마트공장 구축 사례를 IoS 측면에서 보면 운영 시스템에 큰 변화가 있다. 특히 스마트공장 구축에서 핵심 운영 시스템인 생산기술 PLM과 관련해서 설계 BOM을 조회해 공정계획(BOP)을 수립하며 관련 산출물(설비, 금형, 치공구 도면) 및 핵심 기술 자료 등을 체계적으로 관리하고 있다. 

이렇게 함으로써 그동안 생산기술과 설계가 주종 관계에서 탈피하게 됐고 생산기술 PLM을 만들면서 부품, 도면, BOM 등 생산현장에 필요한 여러 가지 데이터들이 PLM에 같이 존재하게 됐다. 결과적으로 생산현장에서 일어나는 여러 가지 변화나 주문 사항에 리얼타임으로 대응할 수 있게 됐다. 

또 자동화 기술과 ICT를 응용해 저압차단기(MS) 조립 양산 라인에 적용한 사례에서는 각 조립 공정 간 가동정보, 생산정보, 품질정보가 실시간으로 자동 집계되고 부품 공급, 제품 조립, 시험, 포장 등 PLC 기반의 조립 자동화(86%)로 현장 자동화가 실현됐다. 공장 운영 측면에서는 ERP 및 MES를 통한 실시간 공장 운영 현황 분석 및 실시간 공장제어로 SCM(고객)-APS(영업)-ERP/MES(공장)를 통한 고객 정보를 생산 계획에 반영할 수 있게 됐다.

뿐만 아니라 제품 기준 정보(BOM, 도면) 및 기술정보가 작업지도서를 통해 현장으로 자동 연계됨으로써 설계 시스템과 생산기술 시스템/MES의 연계로 공정 설계 및 운영 정보로 활용할 수 있게 됐다. 특히 APS, ERP 시스템을 통한 고객 수요예측, 영업주문, 생산계획, 자재발주, 생산, 출하관리를 통해 개발정보와 생산정보를 공유하여 다품종의 생산 협업이 가능해졌다. 

향후 자동화 시스템을 구축하는 데 있어 공정개발 및 통신기술 부문의 주요 기술의 전개 방향으로는 IT 기반의 융복합 공정개발과 비전 활용 기술의 확대, 통신 방식의 확장과 모션 제어 기술의 심화, 운영 시스템의 고도화를 목표하고 있다. 또 조립 자동화 라인에서의 기술 전개는 ERP-MES-Internet까지 연결된 IoT의 구축과 MES의 고도화를 계획하고 있다. 

정리 : 김혜숙 기자 (eltred@hellot.net)