스마트 팩토리 ISA-95 계층 모델 해설
1. ISA-95 모델이란 무엇인가?
ISA-95(IEC 62264)는 기업의 비즈니스 시스템(ERP 등)과 생산현장 자동화 시스템(PLC, SCADA, MES 등) 간의 정보 교환을 표준화하기 위해 제정된 국제 표준이다. 이 표준의 목적은 제조 기업이 상위 관리 시스템과 하위 생산 제어 시스템 간에 데이터를 효율적이고 일관성 있게 교환하여, 운영 효율성과 생산성 및 품질을 향상시키는 것이다. 즉, “어떤 데이터를 어떤 계층 사이에서 어떤 형식으로 주고받을지”를 명확히 정의하고, 이를 통해 이기종 시스템 간 통합의 복잡성을 줄여준다.
이 표준은 제조 기업에서 흔히 나타나는 “계층(Layer)“을 정리하여, 각 계층의 역할과 정보 흐름을 구조화합니다. 흔히 레벨 0부터 레벨 4까지 총 5개의 계층을 정의하며, 이를 통해 기업 경영 계획 영역(비즈니스)과 생산 운영(오퍼레이션), 그리고 실제 제어(오토메이션) 영역을 명확히 구분한다.
2. ISA-95 계층 구조
ISA-95는 흔히 다음과 같이 5단계로 계층화된다.
• Level 4 (레벨 4): 기업 기획 및 물류 관리 (Business Planning & Logistics)
• Level 3 (레벨 3): 제조 운영 관리 (Manufacturing Operations Management, MOM/MES)
• Level 2 (레벨 2): 공정 감독 제어 (Supervisory Control)
• Level 1 (레벨 1): 기본 제어 (Basic Control)
• Level 0 (레벨 0): 물리적 공정 (Physical Process)
아래는 각 레벨 별 설명과 실제 적용 예시이다.
레벨 0: 물리적 공정(Physical Process)
• 역할: 가장 현장에 밀착된 계층으로, 실제 생산 라인에 존재하는 센서, 액추에이터, 펌프, 밸브, 모터, 로봇 암 등의 물리적 장치들이 여기에 해당된다.
• 이해 포인트: 제품을 실제로 만들거나 움직이는, “손에 잡히는” 부분이다.
• 실제 사례:
• 반도체 공장에서 웨이퍼를 이송하는 로봇 암,
• 식품 공장의 액체를 담는 밸브,
• 자동차 조립 라인에서 용접하는 로봇,
• 제약 공장에서 캡슐 충진기,
• 포장 공장의 카메라 센서(비전 시스템) 등.
레벨 1: 기본 제어(Basic Control)
• 역할: 레벨 0의 장치들을 제어하는 계층이다. PLC(Programmable Logic Controller), DCS(Distributed Control System), 임베디드 컨트롤러 등이 여기에 속한다. 이들은 센서로부터 데이터를 수집하고 액추에이터에 신호를 보내어 기기 동작을 제어한다.
• 이해 포인트: “각 기계를 제어하는 두뇌”에 해당. 실시간으로 장치를 움직이고, 지정된 규칙대로 공정을 수행한다.
• 실제 사례:
• 자동차 조립 공장에서 로봇용접기의 동작을 제어하는 Siemens S7 PLC,
• 화학 공장에서 반응기 온도를 조절하는 Honeywell DCS 컨트롤러,
• 식음료 공장에서 충전 라인의 펌프를 제어하는 Allen-Bradley PLC.
레벨 2: 공정 감독 제어(Supervisory Control) 및 운영
• 역할: 레벨 1에서 제어하고 있는 프로세스를 모니터링하고 운영자가 직관적으로 상황을 파악, 제어할 수 있도록 하는 HMI(Human Machine Interface), SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 시스템이 해당한다.
• 이해 포인트: 생산 현장의 상태를 한눈에 볼 수 있는 ‘감시 제어 시스템’. 여기서 공정 알람, 트렌드 데이터, 수집된 공정 변수 등을 시각화하고, 운영자가 개입할 수 있다.
• 실제 사례:
• 석유 정제 공장에서 전체 공정 흐름도를 보여주는 SCADA 시스템 (예: Wonderware InTouch, GE iFIX),
• 발전소 터빈 상태를 모니터링하는 DCS 화면,
• 식품 공장에서 모든 충전 스테이션, 포장 스테이션의 데이터 실시간 모니터링.
레벨 3: 제조 운영 관리(Manufacturing Operations Management, MES/MOM)
• 역할: 실제 생산 활동(제조 실행)에 필요한 계획, 스케줄링, 품질 관리, 추적성 관리, 생산 실적 관리 등 제조 운영 전반을 담당하는 계층이다. “MES(Manufacturing Execution System)”라고 하면 주로 이 영역을 의미한다. MES는 생산 오더를 관리하고, 공정 스케줄링을 최적화하며, 생산 이력(Traceability)과 품질 데이터, 성능 지표(OEE) 등을 관리하여 실시간으로 현장 운영 효율성을 개선한다.
• 이해 포인트: 현장 생산을 위한 “운영 두뇌”이자 “실행 관리 시스템”. ERP에서 내려온 생산계획(예: 오늘 1,000개 생산)을 실제로 공장 내 어떤 기계, 어느 라인, 어느 순서로 수행할지 결정하고 모니터링한다.
• 실제 사례:
• 전자제품 공장에서 SAP ME를 이용하여 생산 오더 스케줄링, 공정 흐름 관리, 품질 불량 제품의 원인 추적,
• 자동차 공장에서 Rockwell FactoryTalk ProductionCentre를 활용하여 조립 라인별 실적, 다운타임 분석, OEE 측정,
• 식품 공장에서 Siemens Opcenter (구 Camstar)를 통해 배치별 원료 투입 기록 관리 및 실시간 재고 관리.
레벨 4: 기업 기획 및 물류 관리(Business Planning & Logistics)
• 역할: 기업 경영층에서 사용되는 ERP(Enterprise Resource Planning), SCM(Supply Chain Management), CRM(Customer Relationship Management) 시스템이 해당하는 계층이다. 기업의 전사적 자원 관리, 판매 및 수주 계획, 생산계획 수립, 재고관리, 회계 및 재무 관리가 이루어진다.
• 이해 포인트: 회사 전체를 경영하는 ‘전략적 계획 시스템’. 여기서 수요 예측, 마케팅 정보, 원자재 구매 계획, 재고 관리, 재무 정보 등을 종합하여 생산계획을 수립하고, 이 계획은 다시 MES를 통해 현장 수준으로 전달된다.
• 실제 사례:
• SAP S/4HANA를 통해 주간, 월간 생산계획 수립, 원재료 구매 발주, 출하 일정 계획,
• Oracle ERP를 통해 원자재 재고 파악, 고객 주문 접수, 예측 생산량 산출 후 MES로 하달,
• Microsoft Dynamics 365를 이용한 제조기업의 재무회계, 인사관리, 제품원가 분석 등.
3. ISA-95 모델을 활용하는 이유 및 장점
• 명확한 역할 정의: 각 계층의 책임과 정보 흐름이 명확해져 시스템 간 통합 시 중복이나 혼선이 줄어든다.
• 표준화된 데이터 교환: 표준화된 용어와 인터페이스를 통해 ERP와 MES, MES와 SCADA/PLC 간의 데이터 호환성과 확장성을 강화한다.
• 효율적 통합: ISA-95를 참조하면 새로운 시스템 도입이나 업그레이드 시 통합 비용과 시간을 줄이고, 장기적으로 유연한 아키텍처를 구축할 수 있다.
• 글로벌 표준 준수: 국제적으로 인정된 표준을 따른다는 것은 벤더나 파트너사, 고객사와의 커뮤니케이션에 유리하며, 글로벌 컨설팅 회사나 솔루션 벤더들도 ISA-95를 기준으로 컨설팅과 솔루션을 제안한다.
정리하자면 ISA-95는 기업 경영 레벨부터 생산 운영 레벨, 그리고 실시간 제어 레벨까지를 체계적으로 구분하고, 각 레벨 간 데이터 흐름 및 역할을 명확히 정의한 국제 표준이다. 이를 바탕으로 기업은 ERP(비즈니스 계획)에서 도출된 전략과 계획을 MES(제조 실행)로 전달하고, MES는 다시 자동화 시스템(SCADA, PLC)을 통해 생산활동을 체계적으로 운영함으로써 전체 생산 사이클의 효율을 극대화할 수 있다.
