제조업 부흥 스마트 팩토리(Smart Factory) 시대

안관수 웅진Pharm-i컨설팅 대표, 제조 전 과정에 ICT 도입한 미래형 제조시설 구축 필요성

1. 스마트 팩토리와 제조업 혁신 3.0 정책                    

1) 스마트 공장은 자동화를 넘어 지능화되어 제품생산에부터 설비 수리에 이르기 까지 모든 공정과 작업과정을 스스로 제어 한다

공장 내 모든 기기에 IoT(사물인터넷)이 적용되면서 연결이 실현되고 가상공간에서 현실공간의 일을 동시에 지원할 수 있는 CPS(가상물리시스템)이 구축되고 있다

고객의 주문이 공장으로 실시간 전달되어 공정을 조율 한다

필요하면 다른 회사 공장들과 연결해 더 효과적인 의사결정을 시도 한다

바야흐로 스마트 팩토리(Smart Factory) 시대다

2) 제4차 산업혁명을 견인할 스마트 팩토리가 올해 본격적으로 확산될 것으로 전망되는 가운데 정부와 기업들의 첨단 ICT(정보통신기술) 발전, 관련 인프라 확산 등으로 국내 스마트 팩토리 발전토양이 갖춰지면서 관련 산업이 전환점을 맞고 있는 것이다

현재 제조업 부흥을 꿈꾸는 독일, 미국, 일본 등 선진국들은 정부가 나서 적극적이며 우리나라도 2014년부터 정부의 ‘제조업 혁신 3.0’ 정책에 따라 ‘민관합동 스마트공장추진단’을 구성해 확산에 노력하고 있다

3) 이에 대기업들이 정부와 함께 스마트 팩토리 확산사업에 적극 나서 2020년까지 국내 1만 곳의 스마트 팩토리가 가동될 수 있도록 한다는 것이며 실제로 삼성전자가 정부와 더불어 2015년부터 스마트 팩토리 지원사업을 벌인 120곳 중소.중견기업이 지난해 성공적으로 자리 잡았다는 것인데 도입 후 매출 65% 평균 증가, 불량률 74% 감소했다는 것이다

2. 독일 인더스트리(Industry) 4.0 제도

1) ‘인더스트리(Inderstrie) 4.0’은 2012년 독일 정부의 핵심 미래 프로젝트로 도입되었고 제조업에 가상물리시스템(CPS) 기술을 융합하여 제조업에 경쟁력을 강화하기 위한 정책으로서 핵심분야는 센스, 로봇, 혁신제조공정, 물류 및 정보통신기술(ICT)이며, 유럽에서는 인더스트리 4.0이 바로 제4차 산업혁명이라는 의미로 통용되고 있다는 것이다

2) 종전 기계식 생산방식(1차) 도입에 이어 전기동력으로 분업과 자동화(2차), 현재는 IT와 로봇, 컴퓨터를 통한 자동화 대량생산(3차)에서 인더스트리 4.0은 기계와 사람, 인터넷 서비스가 상호 연결되어 가볍고 유연한 생산체계를 구현하여 다품종 대량생산이 가능한 생산 패러다임의 진화인 것이다                                                   

3) 인더스트리 4.0의 궁극적인 목표는 다양한 기술을 활요한 스마트 공장의 구축을 통해 IoT를 비롯한 차세대 IT를 활용해 제조의 고도 자동화, 맞춤형 적량, 대량생산 실현이며 따라서 제조업체 에너지 소비를 줄이고 제품개발에서 제조까지 일관된 가치사슬과 유연한 생산라인을 구축하는 것이라고 한다                                               

4) 독일에서 인더스트리 선도기업으로 알려진 지멘스(Siemens)의 암베르크 스마트 공장은 제품설계부터 최종제품생산까지 제품 라이프 사이클을 관리하여 제품의 부가가치를 높이고 원가를 줄이는 PLM(제품수명주기관리)시스템은 고객 맞춤형 제품을 싼 가격으로 빠른 시간 내 유연하게 생산할 수 있는 환경을 제공하는데 초점을 두고 있다는 것이다

3. 미래형 제조시설 스마트 공장

1) 스마트 팩토리는 공장에서 제조 전 과정에 ICT를 도입하여 최소 비용과 최소 시간으로 제품을 생산하는 디지털화 연결화 및 스마트화(지능화, 자율화)된 공장으로서 시스템 구축에는 일부 공정을 정보화하는 기초 1단계, IT기반의 생산관리를 갖춘 중간 1단계, IT/SW기반으로 실시간 통합제어가 가능한 중간 2단계, IoT와 CPS를 기반으로 맞춤형 유연생산이 가능한 고도화 단계로 구분 된다

2) 공장관리 분야별로 보면 우선 △생산설비관리 : 설비가동상태를 실시간 점검하는 통합센터에서 설비 이력정보를 분석해 고장시점을 예측해 사전 조치 가능하고 △생산관리 : 현장상황을 종합 분석하는 무인지능시스템으로 생산량을 자동결정하고 소단위 작업에서도 생산효율성을 높일 수 있으며, △품질관리 : 제조공정과 품질관리를 단일 시스템으로 융합.일원화가 가능해 제약업계에 도입예정인 QbD(설계기반품질고도화)와 맥을 같이하고 있는 것이다

3) 이어 △물류관리 : 운반 보관하는 전 과정을 무인자동화가 가능하고 출고 제품이 고객에게 도달까지 실시간 모니터링하는 자동인시스템이 구축되며, △환경에너지 : 유해물질을 하이-플라스마공법으로 완전 제거해 친환경 공장이 가능하며 공정별 에너지 소비량을 조업 양태에 따라 실시간 분석해 최적의 에너지 사용 패턴을 적용 한다

4) 또한 △안전관리 : 설비에 부착된 센스나 CCTV영상을 통해 화재, 폭발, 가스 등 위험상황을 실시간으로 파악하는 긴급대응 시스템 구축이 가능하며, △설비엔지니어링 : 단위 공장별 디지털 가상공장을 만들어 설비/증설 및 생산조건 변경사항에 대해서 실제 공장처럼 설비개조 및 조업변경을 미리 시뮬레이션 해볼 수 있고 신규설비 성능, 장애요인, 유지보수 상 문제점을 사전에 발견 수정, 비용.시간 절감이 가능한 것이다

4. 스마트 공장 접근 방식과 필연성                          

1) 스마트 공장은 우선 자기 공장을 완전 이해하는 데서 시작으로 정리 정돈하고 비효율적의 원천인 것부터 찾아 내야하며 명확한 추진목표 하에 자신들의 시장, 제품, 공정 등의 특성에 맞도록 세밀한 준비가 필요하며, 도입이 버거운 기업은 개별 요소의 효과를 얻을 수 있는 영역부터 할 수 있고 인프라가 취약하다면 PLM(제품수명주기관리)부터 도입하는 것이 바람직할 것이다

2) 최근 미국의 트럼프 대통령 취임 이후 제조업 부흥을 외치며 국내외 제조업체들을 자국으로 불러들이는 정책을 포방하고 있는데 이는 자국 내 고용증대 효과를 높이려는 의도도 있지만 결국 스마트 공장으로 다품종 소량생산을 넘어 다품종 대량생산이 가능해져 생산효율성을 높일 수 있고 따라서 고품질의 제품을 싼 가격으로 공급할 수 있다는 점에서 스마트 팩토리에 착안하고 있다고 볼 수 있다

따라서 스마트 팩토리로 선진국들의 제조업 강화정책은 그 동안 선진국에 제품을 공급해 온 대부분 후진국들에게는 상당한 악재로 작용할 수 있다는 점에 유념할 필요가 있는 것이다 

3) 향후 선진국이나 후진국 모두가 저 원가 혁신 생산능력을 갖춘 제조기업들과 경쟁하려면 고품질, 고기술 제품을 고도의 생산효율로 제조해야 할 것이며, 또한 고령화로 인한 고 기량 제조인력 은퇴, 청년들의 공장근무 기피 등으로 제조업의 인력난이 갈수록 심화돼 가는 현실에서 제조업을 유지하려면 스마트 팩토리 도입이 불가피할 것으로 보인 다

4) 결과적으로 스마트 팩토리를 쉽게 풀이하면 공급되는 소재와 설비, 생산되는 제품이 스마트하여 어디가 어느 정도 문제인지를 미리 알 수 있고 사람의 개입 없이 서로 소통하며 고객이 원하는 제품을 자동으로 생산하는 똑똑한 공장, 스마트한 공장이라고 할 수 있으며 스마트 팩토리는 제4차 산업혁명 시대에 핵심이라고 할 수 있다

 

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