아직도 스마트팩토리? 지금이 스마트팩토리
인류의 문명과 산업의 발전은 기술의 발명과 확산을 통해 이뤄졌다는 것이 학계의 정설이다. 그러면 4차 산업혁명으로 꼽히는 스마트 팩토리는 왜 지금 시점에야 부각되는 것일까? 시대를 막론하고 제조업이 경쟁력을 갖기 위한 핵심과제는 다음과 같다.
① 정품 (하자없이 품질이 좋은 제품을)
② 정량 (낭비없이 원하는 수량만큼 정확하게)
③ 정시 (원하는 시간과 장소에 정확히)에 저렴한 상품을 제공하는 것이다.
이는 어떤 기술이 도입되더라도 변치 않을 제조업의 핵심 가치다.
공장의 스마트화를 통해 이와 같은 제조업의 경쟁력이 극한으로 향상될 수 있다는 확신을 갖게 되면서 4차 산업 혁명으로 꼽히는 스마트 팩토리가 화두로 떠오르고 있다.
기술 변화에 따른 4단계 산업혁명 (출처: 인더스트리 4.0과 제조업 창조경제 전략 NIA)
위 그림은 기술혁신에 따른 산업혁명 발전 과정을 설명하고 있다. 영국은 증기기관 발명으로 인한 1차 산업혁명으로 산업국가로 발돋움하며 세계 패권을 장악했다. 미국은 컨베이어벨트와 전기 동력을 활용한 대량 생산체제 확립으로 제조 강국으로 도약했다. 일본의 경우 1970년대 이후 서보 모터(servo Motor)와 전자기술을 활용한 자동화, 로봇 기술을 통해 제조 강국으로서의 지위를 오랫동안 누릴 수 있었다. 최근엔 정보통신기술의 획기적인 발전으로 관련 하드웨어와 소프트웨어 기술의 진입 장벽이 낮아졌다. 이를 제조업에 적용하면 정품, 정량, 정시, 원가 절감이라는 혁신이 가능해진다.
그렇다면 스마트 팩토리를 가능하게 할 핵심 요소기술에는 무엇이 있을까? 각 기관마다 의견이 조금씩 엇갈리고 있지만 사이버물리시스템, 인공지능시스템, 센서/3D 프린팅 등 스마트팩토리 구현을 용이하게 하는 HW 기술의 발전과 저가격화를 들 수 있다.
① 사이버물리시스템 (CPS, Cyber Physical System)
사이버물리시스템은 모든 사물이 IoT 기반으로 연결돼 물리세계(Physical World)의 부품/소재, 완제품, 설비 등의 정보가 실시간으로 컴퓨팅 시스템에 전송되고, 이 정보가 시뮬레이션 과정을 거쳐 다시 물리세계에 적용돼 생산의 최적화를 추구하는 기술을 가리킨다. 자동으로 측정된 현실 데이터를, 가상 세계에 입력해 시뮬레이션을 거치는 현실과 가상세계의 융합 과정이라고 정의할 수 있다. 기존에도 컴퓨터 시뮬레이션을 이용한 생산 공정의 효율화는 많이 활용됐다. 하지만 시뮬레이션을 위해 실제 물리 데이터를 수동으로 측정하거나 가정된 값을 입력함으로써 정확도 저하와 효율의 문제가 꾸준히 제기됐다. 하지만 IoT 세계에서는 모든 사물에 센서가 연결되면서 물리세계의 데이터가 실시간으로 측정돼 컴퓨팅 시스템에 입력된다. 이를 통해 즉각적이고 연속적인 최적화가 가능케 되는 것이다.
② 인공지능시스템
사이버물리시스템을 통해 자동으로 측정되는 데이터가 실시간으로 분석되고, 공장 운영 최적화를 위해 즉각적으로 활용되기 위해서는 인공지능시스템의 개발도 중요하다. 실제로 스마트 팩토리를 이루는 핵심기술의 절반 이상이 인공지능 기술을 기반으로 하고 있다고 해도 과언이 아니다. 인공지능은 '환경을 감지하고 스스로 행동함으로서 자신의 목표를 달성할 수 있는 자동화된 시스템’으로 정의된다. (Artificial Intelligence, Stuart Russell 저). 이는 인간이 가진 고유 특성인 학습, 추론, 지각, 이해 능력을 모사함으로써 기계가 스스로 최적화된 생산시스템을 운영할 수 있다는 것을 의미한다. 스마트 팩토리에 스마트라는 단어가 앞서는 것도 이 같은 특성에 기인한다.
③ HW 기술의 발전
ICT 기술의 획기적인 발전으로 인한 HW의 보편화와 저가격화 또한 스마트 팩토리 시대를 여는 핵심 요소로 꼽히고 있다. 이는 크게 세 가지 부분에 영향을 미치고 있다. 먼저 실시간으로 데이터를 자동 측정하는 센서와 네트워크 인프라의 기술 발전을 통해 사이버물리시스템 구현이 용이해졌다. 두 번째는 컴퓨팅 HW의 고성능, 저가격화와 병렬 연산을 통해 굳이 슈퍼컴퓨터를 쓰지 않더라도 머신러닝 등의 인공지능 기술을 적용할 수 있게 됐다. 세 번째, 인공지능을 통해 최적화된 분석 결과를 실제 제조/가공 공정에 적용하는 액츄에이터 (모터 등) 기술 발달과 새로운 제조 방식인 3D 프린팅의 등장과 보편화다.
이처럼 스마트팩토리를 이루는 핵심 기술의 개발과 발전은 스마트 팩토리를 위해 탄생한 것이 아니라 ICT 기술의 혁신 과정에서 이뤄졌다는 것이 업계의 공통된 의견이다.
또한, 각 개별기술들이 별도로 효과를 발휘하기 보다는 스마트팩토리에 모든 기술이 복합 적용되고 최적화되어 운영되어야 효과를 발휘할 수 있다는 특성이 있다.
