철강산업은 많은 에너지를 사용하는 다소비 산업이다. 실제로 고로, 제강, 산소공장 등에서 전기 에너지의 소모가 크다. 포스코는 철강 스마트공장 구현으로 제품 경쟁력뿐만 아니라 34% 에너지효율 향상을 실현했다. 철강산업의 스마트공장은 어떤 모습일지 포스코ICT 컨설팅그룹 홍승민 파트너가 스마트공장 국제컨퍼런스에서 발표한 강연 내용을 정리했다.
▲ 포스코ICT 컨설팅그룹 홍승민 파트너
철강산업은 다른 산업과 엮여 있고 경기에 민감하기 때문에 특정 산업의 영향을 많이 받는다. 또한, 제조원가 비중이 높으며 전후방 연쇄효과가 매우 높다.
최근엔 기술력 격차가 줄어들고 있으며, 중국과의 경쟁 심화로 많은 어려움을 겪고 있다. 이런 환경에서 철강산업이 살아남기 위해서는 품질을 높이고 원가를 절감해야 하며 납기 일정을 적기에 맞춰야 한다. 또한, 경쟁사와 초격차 유지를 위해 차별화 단계에서 완전히 벗어나는 단계로 점프업(Jump Up)이 필요했다. 철강산업의 고민은 여기에서 시작됐다.
S/W에 기계 설치방식으로 전환
포스코는 철강이라는 산업 특성을 고려하여 일반적인 스마트공장 모습과 다른 별도의 구축 방법을 사용해야 했다.
예를 들어, 일반 스마트공장이 가변 생산경로, 가변 자재운반 경로라면 제철소의 현실은 함부로 움직일 수 없는 고정 생산경로, 고정 자재운반 경로 형태를 띠고 있다. 또한, 모듈 공정도 자율·분산제어가 아닌 중앙·집중제어 형태여야 하며, 장비 자체도 범용이기보다는 전용 특수장비를 사용해야 한다. 뿐만 아니라 하나의 설비고장은 공장 전체에 영향을 주기 때문에 설비비용이 계속 발생한다.
포스코는 공장을 리모델링하며 설비를 바꾸기도 했지만 대부분 공장이 오래됐다. 현재 생산 환경에서 최소 비용으로 스마트공장을 구축하는 방법은 소프트웨어 중심의 혁신이었다. 구축 방법은 카메라를 통한 영상 데이터라든지, 작업자들의 안전을 위해 웨어러블 환경에서 혈압/체온을 점검한다든지, 열/가스 등의 상황 정보를 받는다든지 해서 신규 데이터를 기존 데이터와 융합하여 분석하고 문제를 해결하는 것이다.
구현 방법은 과거 인더스트리 3.0에서는 기계(하드웨어)에 소프트웨어를 설치하는 방식이었으나 인더스트리 4.0인 스마트공장에서는 소프트웨어에 기계 설치방식으로 전환했다. 구현 영역은 현재 운영 중인 공장을 우선적으로 스마트화했다.
철강제조와 ICT 신기술 융합
포스코는 제철소 스마트공장 구현을 위해 철강제조와 ICT 신기술을 융합했다.
ICT 신기술로는 첫째 빅데이터를 활용했다. 빅데이터를 통해 제품 생산 공정별 품질 영향 인자를 도출하고 설비 분위기 등으로 제품 불량 분석 및 사전 예측이 가능해졌다. 철강의 경우 유럽에 수출했는데 제품 불량으로 클레임이 걸리면 그 손실은 막대하다. 그래서 가장 좋은 방법은 불량 제품이 나가지 못하도록 막는 것이다. 하지만 철강을 롤로 말면 더 이상 검사할 방법이 없다. 그래서 필요한 것이 빅데이터에 의한 품질 예측이다. 100%는 아녀도 90% 정도는 예측 가능하다.
또한, 멀티 포인트 센서를 활용한 빅데이터 수집 분석으로 설비 고장을 예측하고 진단할 수 있었다. 최근 노령화가 사회 이슈가 되고 있듯이 포스코 제철소도 많은 전문가의 노령화로 어려움을 겪고 있다. 포스코는 스마트공장을 통해서 이를 해결하고 있다. 예를 들어, 어떤 설비에서 발생하는 많은 데이터와 정보들이 있으면, 그 정보를 다 모아서 분석을 통해 예지 정비를 하게 된다.
둘째, EMS, ESS를 활용한 에너지 효율화이다. 철강산업은 많은 에너지를 사용하는 다소비 산업이다. 공장에는 철을 만드는 공정이 있지만, 산소공장도 있어 전기 에너지 소모가 많다. 또한, 공정 전체를 놓고 볼 때 불필요한 모터 가동이 있을 수 있고 앞 공정과 뒤 공정이 관리가 안 되는 경우도 있었다. 그래서 에너지관리 시스템(EMS)을 적용하여 에너지 효율화를 극대화했다.
셋째, IoT를 활용했다. 철강은 코일이 감긴 상태로 출고되므로 재고관리나 물류관리가 매우 어렵다. 특히 후판의 경우 내부의 균열 여부를 육안으로 확인하기는 더욱 어렵다. 포스코는 코일, 후판용 RFID 개발하여 물류혁신을 이루었다. RFID를 통해 실시간 재고관리는 물론 전반적인 물류 흐름이나 고객사의 입고관리가 수월해졌다.
넷째, 통합 모니터링 센터 구축이다. 포스코는 스마트워크 모바일 업무 환경 및 모니터링 위한 IMC(통합 모니터링 센터)를 구축함으로써 설비 및 생산데이터를 축적하고 전문가의 원격자문을 기대할 수 있게 했다.
다섯째, 대기환경 관리 및 안전 통합 모니터링 시스템을 구축했다. 최근 환경 관련 산업 규제들이 강화되고 있다. 포스코 제철소는 공장 가동 단계에서 황이나 질소 등을 많이 배출한다. 그 문제를 해결하기 위해 MPS(전원장치)나 전기 집진기를 개발하여 활용하고 있다. 또 하나는 안전문제이다. 제철소 공장 안은 위험 기계기구나 가스 등 위험 요소들이 많다. 포스코는 이를 해결하기 위해 웨어러블 개념으로 헬멧에 카메라, LED 램프, 착용 확인용 턱 끈, 충격센서 및 복합가스 검침 센서, BT 및 GPS 등을 달아서 작업장 내 작업자 위치 및 상태를 인식하고 행동을 분석하여 위험을 예방하고 있다.
여섯째, 로봇을 활용한 무인화다. 예전에는 열악한 환경에서 사람이 하던 업무를 지능형 로봇을 이용해 자동 스카핑(Scarfing)하고 있다. 또한, 제품 야드 크레인에 위치인식 센서와 자동 컨트롤 소프트웨어를 이용하여 고소지역 근무환경을 개선하고 물류처리 효율성을 높였다.
일곱째, 가상현실 공장 구현이다. 하나의 제품을 만들거나 공장을 지을 때 만들고 나면 설계 시 생각지 못했던 부분들로 문제가 생기는 경우가 있다. 그것을 가상의 공간에서 시뮬레이션해보는 것이다. 포스코는 가상현실 공장 구현으로 가상세계에서 신·증설 설계 시 사전 검증하는 환경을 만들어 가고 있다. 또한, 인더스트리 4.0 플랫폼도 개발 중이다. 이 플랫폼을 통해 제시된 다양한 솔루션을 가상현실 공장 환경에서 검증하게 된다.
스마트공장은 기업을 혁신한다
포스코는 철강 스마트공장을 구축함으로써 운전인력 58% 감소, 생산성 27% 증대, 제품품질 21% 향상, 에너지효율 34% 향상, 환경개선 100% 이상의 효과가 있었다.
기업들은 당면 문제들을 수많은 혁신 활동을 통해 해결하려고 시도했지만, 사람과 여건 등의 다양한 이유로 실패를 거듭했다. 그러나 스마트공장이 구현된다면 당장 100%까지는 아니지만 조금씩 나아질 것이다. 스마트공장은 단순히 엔지니어링의 자동화 문제만이 아니고 회사 전체의 혁신과도 직접적인 연관이 있기 때문이다.
정리 : 임근난 기자 (fa@hellot.net)
