찰리의 초콜릿 공장이 현실로, 스마트팩토리
#스마트팩토리 #지멘스 #디지털 트윈 #가장 효율적인 생산을 말하다
스마트팩토리는 4차 산업혁명을 대표하는 산물이다.
똑똑한 공장이 어떤 모습인지 머릿속에 잘 그려지지 않는다면, 영화 ‘찰리와 초콜릿 공장’을 떠올려 보자.
영화 속 초콜릿 공장에서 인간은 공장장 윌리웡카 혼자다. 그 밖에 공장을 가동하는 모든 설비는 다람쥐들이나 움파룸파족이다. ‘알아서, 효율적으로’ 관리한다. 최고의 초콜릿을 ‘스스로’ 생산해 내는 공장. 스마트팩토리의 종착점일지도 모른다.
1. 생각하는 공장
공장이 제품을 ‘알아서 생산해 내기’ 위해서, 가장 기반이 되는 기술은 사물인터넷(Internet of Things; IoT)과 인공지능(Artificial Intelligence; AI)이다.
포스코의 사례를 기반으로 살펴보자. 포스코에서 도입한 스마트팩토리 시스템은 설비마다 사물인터넷 센서를 설치해 두었고, 센서로 실시간으로 수집되는 데이터를 기반으로 운영된다.
각 설비는 얼마나 노후되었는지, 고장 난 곳은 없는지, 생산과 필요한 원자재 재고는 충분한지를 센서로 확인한다. 즉, 공장 운영에 필요한 수많은 정보가 스마트 센서를 통해 실시간으로 수집되고, 사물인터넷을 통해 공유되는 것이다.
실시간 데이터가 쌓이면 설비 관리 영역도 변한다. 각 설비의 점검과 수리, 고장 시점이나 운영 상태 정보를 인공지능이 학습하여 고장 시점까지 미리 예측할 수 있게 된다. 적시에 점검과 보수가 진행되니 설비의 수명 연장은 당연한 일이다. 여기서 인공지능은 센서를 통해 설비정보뿐 아니라 생산량, 온/습도, 재고 상태 등 다양한 정보를 다루며, 전문가가 직접 생산량과 품질을 설정하지 않아도, 수집된 데이터 기반으로 최적의 생산효율과 품질을 만들어 낼 수 있게 된다.
https://www.youtube.com/watch?v=-POHdnwAwCo
생산과 설비 관리가 끝이 아니다. 제품 품질에 영향을 미치는 설비 소음, 진동, 온도 등 다양한 요소들이 24시간 관리되면서 ‘최적의 운전 패턴’을 만들어 낸다. 공장과 연결된 물류 시스템도 효율적으로 움직이기는 마찬가지다. 상/하역 및 공장 내 소재/제품 운반과정이 무인화되어 있고, 원가절감 효과도 지속적으로 커지고 있다. 설비에 부착된 센서나 CCTV 영상으로 가스 유출, 화재와 같은 위험을 감지하고 위험 지역에 작업자 여부를 확인하여 위험상황에 대응하는 긴급 대응 시스템도 더 견고해졌다.
# 생각해 보기
_공장들은 왜 똑똑해져야 할까?
스마트팩토리는 효율성 관리, 비용 절감, 안전 등 다양한 측면에서의 장점을 가지고 있다. 여기서, ‘시장의 변화’는 스마트팩토리의 필요성을 가장 극대화한 요소라고 할 수 있다. 과거에는 대량 생산품을 소비하는 생산 중심의 시장이 컸다면, 오늘날의 시장 성격은 그 반대이다. 소비자들의 요구는 다양해지고, 개개인의 특성에 맞는 다양한 제품 생산이 증가했다. 나를 위한 단 하나의 제품도 그리 낯설지 않다.
제품이 가지는 가치도 다양해졌다. 미래 세대를 위한 환경 친화적 제품, 다양성을 존중하는 가치를 담은 제품 등 각 상품들이 가져야 할 특성도 과거와는 비교할 수 없을 정도로 다양해졌다. 이렇게 변화한 시장 특성 때문에 제조업계는 높은 질의 제품을 생산하면서도 소비자들의 다양한 니즈를 충족시킬 수 있는 유연한 생산과정이 필요하게 된 것이다.
이 모든 과정을 빠르게, 그리고 효율적으로 해내기 위해서는 기존의 시스템으로는 감당하기 벅찰 수밖에 없다. 스마트팩토리의 자동화 설계와 무인 생산관리방식은 그 모든 조건을 만족하면서도 인간이 ‘신제품 개발과 제품 고도화’에 더 집중할 수 있도록 돕는다. “소비자 다양성을 고려한 생산 실현”. 스마트 팩토리가 함께하는 제조업계의 새로운 가치이다.
2. 디지털 트윈으로 보는 공장의 미래
지멘스의 암벡 공장은 스마트팩토리의 대명사로 불린다. 이 공장 운영의 핵심은 ‘디지털 트윈(Digital Twin)’을 기반으로 한 ‘프로세스 통합’이다. 제품 설계부터 실제 생산에 이르기까지 모든 단계를 디지털 트윈 시스템을 통해 운영하고 있는 데, 지멘스는 이를 ‘협업 플랫폼(collaboration platform)’이라고 부른다. 각 단계에서 생산되는 데이터들은 끊김 없이 수집되고, 이 디지털 트윈이라는 하나의 플랫폼에서는 각 단계의 ‘협업’이 이루어진다는 의미다.
우선 제품 설계 단계부터 디지털 트윈에서 디자인과 종합 시뮬레이션이 가능하다. 기존에는 제품 컨셉 설정과 디자인, 실제 검증을 위한 시뮬레이션, 제조 용이성 확인 등의 과정이 분리되어 이루어지고 있었다. 이제는 이 모든 정보가 한 플랫폼에서 통합 관리된다. 변화가 잦은 고객 요구사항을 반영하기에도 적합하고, 가상세계를 통해 최적화된 제품과 생산계획을 빠르게 도출해 내기도 한다.
생산 계획 단계에서도 마찬가지이다. 도출된 계획에 따라 제품을 생산하려면, 수많은 과정이 필요한데, 디지털 트윈이라는 플랫폼은 과정을 통합 진행할 수 있게 한다는 것이다. 가상공간에서 이 과정이 이루어지면, 실제 생산과정에 돌입하기 전에 필요한 시운전 과정을 단축할 뿐만 아니라, 실제로 설비를 구축한 뒤에 발견된 문제점 때문에 들어가는 비용을 훨씬 절감할 수 있다.
https://www.youtube.com/watch?v=y8bJk_hGYD4
디지털 트윈은 다양한 프로세스에 적용되고 있다. 암벡 공장의 디지털 트윈은 각 라인이나 공정 간 정보적 네트워크를 형성한다는 점에서 빛을 발한다. 관리감독자는 증강현실로 구현된 디지털 트윈을 통해 담당 구역을 비롯한 모든 공정 현황 및 시뮬레이션 정보를 한눈에 파악할 수 있고, 공정에 변화나 이상이 생겨도 빠르게 대응할 수 있다. 지멘스 측은 이를 ‘공정 데이터와 성과 지표의 투명성’이라고 설명했다. 디지털 트윈 덕분에 필요한 정보들이 서로 투명하게 연결되고, 통합 시뮬레이션 시스템이 최적의 성과 지표 달성을 위해 필요한 요소들을 공유할 수 있게 한다는 것이다. 심지어 이 모든 과정은 원격으로 이루어진다.
이제 찰리의 초콜릿 공장을 현실로 만드는 일은 불가능해 보이지는 않는다.
