제조산업이 경제성장의 엔진으로 재조명되면서 세계 각국은 앞다퉈 제조업 경쟁력 강화에 나서고 있다. 그러나 제조업이 경쟁력을 갖추기 위해서는 효율성, 타임투마켓, 유연성의 3가지 도전과제를 해결해야 한다. 그 해법이 바로 인더스트리 4.0이다. 

지난 4월15일, 하노버 산업박람회 기간 중에 열린 초청 강연에서 지멘스는 한국 고객사를 대상으로 ‘스마트공장으로 가는 길(On the way to Smart Factory)’이란 주제로 강연했다. 이날 발표의 연사로는 한국지멘스 DF·PD 부문 대표 귄터 클롭시, 지멘스 디지털팩토리 사업본부 공장자동화사업부 글로벌 사장 랄프 미셀 프랑케, 지멘스 인더스트리 소프트웨어 안드레아스 셰퍼 부사장이 맡았다. 그 내용을 정리했다.

사진 1. ‌지멘스는 지난 4월15일, 하노버에서 한국 고객사를 대상으로 ‘스마트공장으로 가는 길’이란 주제로 강연을 열었다.

전 세계적으로 인구가 급속히 증가하고 있다. 인구 증가는 신제품에 대한 니즈의 증가를 의미한다. 따라서 우리는 자동화에 초점을 맞춰야 한다. 공장에서 이미 인터넷이 사용되고 있다는 것은 놀라운 사실도 아니다. 

지난 20년 동안 제조업이 여러 나라에서 중요성이 더해지고 있다. 중국의 예를 들면 1980년도에는 제조업이 차지하는 중요도가 전 세계의 7위였다. 그러나 2010년도에는 2위에 올랐고, 지금은 전 세계에서 가장 큰 제조업 국가가 됐다. 한국은 1980년도에는 리스트에 들어와 있지도 않았다. 그런데 2010년도에는 한국이 상위 10위 안에 들어왔고, 지금은 7위권에 진입했다.

제조업이 왜 중요한지, GDP에서 차지하는 비율을 보면 이를 잘 설명해준다. 1위인 중국은 GDP의 33%가 제조업에 의해서 형성되고 있다. 2위인 한국은 28%, 독일은 19%의 비중을 차지했다. 이 수치를 보면 각국 정부가 왜 제조업을 강화하려는지 그 이유를 알 수 있다.

제조산업이 직면한 3가지 과제

그렇다면 제조산업이 어떻게 해야 경쟁력을 갖게 될까. 여기에는 3가지 도전과제가 있다. 첫 번째는 효율성 증대이다. 인더스트리 4.0의 요소를 가장 잘 보여주는 독일 암베르크 공장의 경우 지난 10년에서 20년 사이에 생산성이 매우 증대됐다. 이것은 공장에 신기술 투자를 많이 했기 때문이다.

두 번째는 짧아진 타임투마켓이다. 스마트폰을 예로 들면, 매년 핸드폰 제조사들은 새로운 모델을 출시한다. 디자인만 새로 업그레이드하는 게 아니라 기능적인 요소들을 더욱 강화한다. 

세 번째는 유연성 증대이다. 스마트폰이나 TV 등 대량생산되는 제품도 생산라인에서 유연성을 강화하는 것이 필요해졌다.

인더스트리 4.0은 개방된 표준

인더스트리 4.0은 글로벌 제조업의 미래를 바꿀 것이다. 이미 개인적으로 경험을 했을 터이지만, 사진이나 음악을 보더라도 아날로그에서 디지털로 변화하고 있으며, 이러한 변화는 공장에서도 일어날 것이다. 공장은 많은 인텔리전스가 생성될 것이고 더 많은 투명성과 더 많은 데이터를 다루게 될 것이며, 이 모든 것을 인터넷에 의해서 처리될 것이다. 미래 공장에는 당연히 자동화 장비가 있을 것이고 CPS가 설치될 것이다.

사진 2. ‌한국지멘스 DF·PD 부문 대표 귄터 클롭 시는 “제조업이 경쟁력을 갖추기 위해 서는 효율성, 타임투마켓, 유연성의

과제를 해결해야 한다”며, “그 해법이 바로 인더스트리 4.0”이라고 말했다.

독일은 일찍부터 인더스트리 4.0을 추진한 나라이다. 인더스트리 4.0을 정의함에 있어 가장 중요하게 봤던 몇 가지를 든다면, 부가가치를 창출하는 요소들을 완전히 통합하는 것이었다. 그리고 자동화, 설계, 공정을 끊김 없이 완전하게 통합하는 것이었다. 

또한, 인더스트리 4.0 아키텍처에서 중요한 것은 개방된 표준이라는 점이다. 이것은 고객이 공급업체에 의존적이 되어서는 안 되고 공급업체를 선택할 수 있는 자유성을 의미한다. 따라서 전체적인 가치사슬이 인더스트리 4.0에 의해서 영향받을 것이다.

인더스트리 4.0은 보는 관점에 따라 서로 다른 설명을 하기 마련이다. IT업체 경우는 인더스트리 4.0을 설명할 때 빅데이터를 얘기한다. 자동화업체인 지멘스 또한 빅데이터에 대해서 자주 언급을 한다. 하지만 빅데이터 그 자체만으로는 가치가 없다고 생각한다. 그 빅데이트를 스마트 데이터로 변환하는 것이 중요하기 때문이다. 

또한, 인더스트리 4.0은 자동화보다는 훨씬 더 많은 의미를 포함하고 있다고 생각한다. 그렇기 때문에 인더스트리 4.0은 제품설계 과정, 생산계획 등을 통합하는 것이며, 이 과정을 끊김 없이 운용하는 것을 의미한다고 생각한다.

사진 3. ‌지멘스 공장자동화사업부 글로벌 사장 랄프 미셀 프랑케는 “인더스트리 4.0은 제품설계 과정, 생산계획 등을 통합하는

것이며, 이 과정을 끊김 없이 운용하는 것을 의미한다”고 말했다.

생산엔지니어링은 바로 이러한 인더스트리 4.0 환경에서 훨씬 더 효율적으로 달성할 수 있는데, 예를 들어 생산계획 엔지니어링 경우, 제품설계 디자이너가 제품을 설계하거나 변경할 때 접근할 수 있는 데이터를 생산엔지니어도 동일하게 동시 접근할 수 있다면 여러분의 컴퓨터에 디지털 트윈스가 생기게 되는 것이다. 

그러면 여러분의 컴퓨터를 통해서 제품뿐만 아니라 생산 과정에 대해서도 시뮬레이션할 수 있다. 시뮬레이션 결과가 만족했다면, 그 아이디어를 제품 수명주기 또는 서비스 수명주기를 거쳐서 현실화할 수 있다. 결국 디지털 트윈스를 가지게 된다면 제품설계뿐만 아니라 생산 공정에 대해서 실제와는 상관없이 작업할 수 있다. 이 접근방식을 효율적으로 이행하기 위해서는 엔지니어링 시나리오가 여러분 회사와 공급업체 간에 동일하게 이루어져야 한다는 점이다.

지멘스 소프트웨어 3가지 축

지멘스가 앞서 말한 가치사슬이 가능했던 것은 공장자동화에 대한 오랜 경험이 있었기 때문이다. 지멘스의 공장자동화는 15년 전에 시작됐다. 지멘스는 자동화 관련 소프트웨어 투자를 통해 공장자동화를 이룰 수 있었고, 결국 공정에 대한 디지털 트윈스를 만들 수 있게 됐다.

지멘스가 마련한 디지털 엔터프라이즈 소프트웨어 스위트는 3가지 축으로 구성된다. 첫 번째 축은 PLM이다. PLM은 아이디어를 현실화하는 것이다. PLM에서 중요한 것 중의 하나는 제품에 대한 아이디어와 지식관리, 혁신의 현실화를 통합화하는 것이다. PLM에서 또 하나 중요한 것은 가치사슬 초기 단계에서 생성된 정보를 MES와 통합할 수 있다는 점이다. 

IBM이나 구글에서는 빅데이터를 많이 표방하고 있다. PLM을 통해서도 빅데이터가 생성된다. 하지만 다른 점은 여기서 생성된 데이터가 올바른 장소에 놓일 수 있도록 PLM이 도움을 준다는 것이다. 여기서 강조하고 싶은 것은 PLM이 대기업만이 아닌 중소기업에도 해당된다는 점이다. 왜냐하면 글로벌화되고 있는 지금 중소기업조차도 전 세계적으로 자체 시설을 가지고 있기 때문이다.

여기서 지멘스 PLM 소프트웨어인 팀센터를 잠깐 소개하면, 팀센터는 협업 플랫폼이다. 팀센터에서는 데이터 생성과 관련된 오퍼레이팅 시스템 등 모든 종류의 데이터를 관리할 수 있다. 이런 협업 플랫폼을 통해서 여러분의 공급업체, 또는 최종 고객과 협업할 수 있다.

PLM은 가치사슬의 초기단계로서 중요한 역할을 한다. 그렇다고 해서 가치사슬 후기단계에서 중요하지 않다는 것은 아니다. 하지만 혁신이라는 것이 생성되는 초기단계에서는 관련 아이디어를 포착해서 가상세계뿐만 아니라 현실세계에서도 구현될 수 있도록 하는 것이 중요하다. 지멘스는 이 분야의 개방성에 상당한 의지를 가지고 있다. 그렇기 때문에 협업 플랫폼을 통해서 다른 벤더사의 시스템과도 호환될 수 있다.

각 단계의 시뮬레이션은 중요하다. 시뮬레이션은 첫 번째 단계인 제품 설계에서만 행해지는 것이 아니라, 2단계인 생산엔지니어링에서도 사용될 수 있다. 생산 시스템 자체가 시뮬레이션이 될 수 있고, 이것은 궁극적으로 디지털 트윈스로 연결된다. 몇 가지 예를 들면, 머신툴에 대한 시뮬레이션, 공정에 대한 시뮬레이션, 공장 전반에 대한 시뮬레이션도 할 수 있다. 여기서 기억해야 할 것은 이러한 시뮬레이션은 모두 다 팀센터에서 관리되고 제어된다는 사실이다.

디지털 엔터프라이즈 소프트웨어 스위트의 두 번째 축은 MES이다. MES는 모든 구성요소들의 생산실행을 다 관리할 수 있다. 지멘스는 제조산업이 어떤 도전과제에 직면하고 있는지를 이해 한 제조업체 중의 하나이다. 그 솔루션으로 시매틱 IT(SIMATIC IT)를 내놓았다. 오늘날은 점점 더 다양한 변종의 제품들이 짧은 기간 안에 생산되고 있으며, 빅데이터도 올바르게 관리함으로써 생산성 관리에 도움이 되어야 한다. 그런 맥락에서 지멘스는 아주 강력한 MES 포트폴리오를 구축했다. 여기에는 품질관리 시스템, APS(Ad-vanced Planning and Scheduling) 시스템도 등도 포함된다.

사진 4. ‌지멘스 인더스트리 소프트웨어 부사장 안드레아스 셰퍼는 “지멘스는 자동화 관련 소프트웨어 투자를 통해 공장 자동화를

이룰 수 있었고 결국 공정에 대한 디지털 트윈스를 만들 수 있었다”고 말했다.

그렇다면 고객 입장에서 이렇게 다양한 소프트웨어를 어떻게 하면 관리할 수 있는가. 항공기 터빈제조업체 ITP의 말을 인용하면 디지털화된 제품과 공정, 생산실행 등은 PLM, MES 레이어와 직접적으로 연결이 되어 있다. 여기에 하나 더 붙이면 ERP 레이어와도 연결된다. 

ERP는 전사적 자원관리 시스템인데, 예를 들어 SAP가 팀센터와 유연성 있게 통합될 수 있다. 지멘스는 오픈 아키텍처를 가지고 있기 때문에 SAP뿐만 아니라 다른 ERP 시스템과도 통합할 수 있다. 지멘스 암베르크 공장에서는 ERP뿐만 아니라 여러 MES 애플리케이션도 사용되고 있는데, 흥미로운 점은 MES에서 사용되는 대부분의 데이터가 우선적으로 팀센터 데이터베이스에 저장된다는 것이다. 그렇기 때문에 MES에서 필요한 데이터를 적시에 끄집어 낼 수 있다.

마지막으로 세 번째 축은 TIA, 즉 완전 통합 자동화이다. 지멘스가 생각하는 TIA 관련 도전과제는 일관된 데이터 관리, 글로벌 표준, 하드웨어와 소프트웨어를 위한 균일한 인터페이스를 만드는 것이다. 완전한 자동화를 위해서는 하나의 엔지니어링 시스템을 가지게 되며, 이 시스템은 PLM 소프트웨어와도 연결이 된다. 

가상세계에서 생성된 모든 데이터들은 원한다면 입력해서 클라우드에 넣을 수 있다. 그리고 자동화된 플랫폼 엔지니어링을 통해 추가의 노력 없이 자동으로 데이터 관리라든지 보안, 안전, 통신 등이 가능해 진다. 과거에는 이러한 작업을 수동으로 해야 했으나 지금은 컴퓨터가 자동으로 해준다.

TIA는 완전한 아키텍처

여기서 한 가지 강조하고 싶은 것은 TIA는 매우 방대하고 완전한 아키텍처라는 점이다. 또한, 개방된 플랫폼이다. 

HMI, CNC, PLC, 인풋 아웃풋 모터, 인버터 등이 TIA 내에서 통합된다. TIA를 보면 자동화된 엔지니어링이 왜 가능한지를 알 수 있다. 엔지니어 입장에서는 아키텍처 맨 윗단에서 자동화 작업을 하면 된다. 

또한, 아키텍처 아랫단에서 어떤 일이 일어나고 있는지 알 수 있다. 예를 들어, 어떤 제품이 사용되고 있으며, 어떤 기능을 수행할 수 있는지 등의 정보를 갖게 된다. 지멘스는 이와 관련된 많은 레퍼런스 고객사를 거느리고 있다. 이 제품을 통해서 고객사들은 비용 절감과 기술 리더십을 확보할 수 있었다.

임근난 기자 (fa@hellot.net)