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Dec 30. 2021
스마트 팩토리와 생산 제조기술
생산 시스템의 환경 변화
예전처럼 생산자가 제품을 생산하면 당연히 소비되던 시대는 이미 지나갔습니다. 이제는 소비시장에서 요구되는 제품을 적기에 생산해서 제공하지 못하면, 회사 차원의 존립이 어렵게 될 것입니다. 따라서, 적기에 적량을 생산해서 시장의 수요에 맞추면서 고객의 요구 수준에 맞는 품질의 제품을 제공할 수 있도록 부단히 노력해야 합니다
시장에서는 생산 측면에서 다품종 소량생산 체계를 갖추고 이에 맞는 적절한 생산 방식의 대안이 요구되고 있습니다. 제품은 다양해지면서 라이프 사이클은 더욱 짧아지고 있는 추세입니다. 생산자 입장에서 시장 변화에 긴밀하게 예측하고 계획을 추진할 수 있는 생산 전략이 무엇보다 필요한 시점입니다
여기서 유연한 생산시스템을 구현하는 방법으로 『스마트 팩토리 생산 전략 』이 효과적인 대안인지 생각해 봐야 할 것입니다.
스마트 팩토리의 도입 배경
최근 주요 선진국에서는 기존 생산 제조기술과 ICT 기술을 융합한 스마트 팩토리에 대한 연구 개발에 막대한 투자를 하고 있습니다. (독일 industry 4.0/ 미국 Smart manufacturing / Advaced Manufacturing Partnership 등)
미국이나 유럽 그리고 일본과 같은 선진 기술을 보유한 나라에서는 제조업의 중요성을 인식하고 새로운 비즈니스 모델 창출을 위해서 앞다퉈 스마트 팩토리 관련 정책을 수립하고 추진하고 있습니다.
다양한 제품 수요에 따른 시장의 과열과 단축된 제품 라이프사이클, 고비용에 따른 자원의 효율적 관리의 필요성은 더욱 높아지고 있습니다. 이러한 환경 변화에서 기업과 국가의 생존 전략으로 새로운 비즈니스 모델의 창출은 필수가 되었습니다.
고비용의 생산 환경을 극복하면서 경쟁력 있는 생산을 수요가 있는 곳에서 할 수 있다면 효율적인 비즈니스 모델로 성장하고 자국 경제 성장의 기반으로 활용할 수 있을 것이라는 큰 기대를 하고 있는 것입니다.
독일의 Onshoring 전략 , indursty 4.0 (출처. 독일 indursty 4.0 )스마트 팩토리 의미
"스마트"는 요즘은 매우 익숙하게 접하는 용어가 되었습니다. 특히, 우리가 매일 손에 들고 없어서는 못 사는 스마트폰이 가장 "스마트"를 대표하는 것입니다. "스마트"라는 의미는 기능적으로 사람의 역할을 대체하는 개념으로 이해할 수 있습니다.
첫째. 사람의 청각, 시각, 촉각과 같이 외부 사물을 감지(sensor)하는 기능
둘째. 사람의 두뇌와 같이 변화를 감지하고 필요한 조치가 될 수 있도록 판단(control)하는 기능.
셋째. 마지막으로 이러한 판단을 기반으로 실행(actuator)하는 역할을 수행하게 됩니다.
위와 같이 "스마트"에 대한 기능적인 이해를 통해서 스마트 팩토리의 기능 요건을 3가지로 분류할 수 있습니다.
스마트 팩토리 기능 요건 (출처. McKinsey & Company)스마트 팩토리는 상기 3가지의 기능을 유기적으로 융합한 체계를 말하며, 구체적으로는 ICT (Information and Communication Technology)와 기존의 제조업 기술인 생산 제조 기술을 융합하여 IoT, Big data, Cloud computing, CPS(Cyber-Physical System)등의 기술 등을 통해서 공장 내 장비, 장치 부품들이 유기적으로 서로 연결되고 상호 소통하는 체계를 말합니다.
이러한 유기적인 연결은 생산시스템의 자원을 최적화하면서 data에 기반한 의사결정이 실시간으로 이행되는 제조 운영 환경이 가능해질 수 있습니다. 전통적인 생산시스템에서 생산 프로세스를 최적화하고 낭비 요소를 최소화하는 사상은 변함없지만, data 기반의 유기적인 통합 체계를 만드는 것은 진보된 생산시스템의 궁극적인 목표가 되는 것으로 생각됩니다.
스마트 팩토리 관련 분야
① 가상 장비 모델링 및 시뮬레이션 기술
제조 공정의 단축과 비용 절감은 제품 경쟁력을 향상하기 위해서는 필수 요건입니다. 이러한 제조 환경을 달성하기 위한 장비의 구동 조건과 제어 특성을 시뮬레이션 시스템을 응용하여 최적화 및 품질을 사전 평가하는 기술입니다.
시스템 시뮬레이션 (출처. "Virtual Machine Tool ", CIRP Annals, Volume 54)②유연 자율 생산 시스템
고객의 요구는 점차 다양해지고 제품의 라이프사이클은 짧아지므로 이러한 제품 생산을 위해서는 효율화와 생산성 측면에서 다양성을 반영할 수 있는 생산시스템이 필요합니다. 이러한 요구를 만족할 수 있는 자율 생산 시스템이라는 신 개념의 생산시스템이 필요하고, 이 시스템은 실시간 공정 변화를 대응할 수 있는 인지 및 판단할 수 있는 Self-optimizing System으로 발전하고 있습니다.
③ CPS (Cyber Physical System) 기반 생산 시스템
지능 시스템을 기반으로 하여 가상세계와 실 세계와의 상호 교류를 통해 객체를 지능화하여 생산 프로세스가 스마트하게 진행하도록 합니다. 이러한 개념은 단순히 생산 장비가 프로그램된 공정을 수행하는 것이 아니라 현물과 가상 환경 간에 정보 교류를 통해서 가장 효율적이고 경제적인 생산 프로세스를 수행하게 됩니다.
이러한 개념은 특히 독일이 주도적으로 진행하는 Industry 4.0의 생산 효율 극대화 전략으로 IoT와 CPS를 기반으로 실 세계와 Digital Twin 간의 긴밀한 결합을 시스템화하는 것을 말하고 있습니다.
CPS system (출처. smart manufacturing for industry 4.0, Xifan Yao 외)④ 적층 생산기술
다양한 소비자의 요구 사항을 신속하게 만족하기 위한 설계 그리고, 제품화 전략으로 개발된 생산기술입니다. 특히 미국에서 제조업의 중흥을 주도적으로 추진하는 생산기술 방안입니다. 특히, 설계에서 제작에 이르는 생산의 절차를 혁신적으로 단순화할 수 있고, 다양한 제품을 짧은 기간에 개발을 해야 하는 지금의 시장 수요에 적합한 생산기술입니다.
적층 엔지니어링 (출처. Siemens Web site)유기적인 생산 시스템
