스마트 공장으로 변신하자

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공고
작성일 2024.07.04 작성자 관리자
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ㅣ제조업의 기본은 생산성 향상이다

 

필자가 과거 20여 년간 제조업 현장에서 깨달은 것은 생산성 향상이 제조업의 기본이라는 것이다. 생산성 향상, 이를 통한 제조원가 절감과 품질 향상으로 제조업체는 경쟁사 대비 원가 경쟁력을 확보하고 매출과 이익을 창조한다. 과거 1차, 2차, 3차 산업혁명을 거치면서 기업은 전기, 자동화 설비, 컴퓨터를 도입해 생산성을 비약적으로 증가시켰다.

 

또한 인간의 육체노동에 의지한 생산 시스템이 지속적으로 컨베이어시스템, 자동화시스템으로 전환됐고 사무 업무도 컴퓨터의 도입으로 급속히 혁신됐다. 그 결과 생산성은 계속 향상됐고, 현재는 제4차 산업혁명인 ICT혁명을 맞이해 디지털 대전환(DX, Digital Transformation) 시스템을 활용한 스마트 팩토리로 발전하고 있다.

 

지멘스 그룹의 세드릭 나이케(Cedrik Neike) 부회장은 <한국경제신문>과의 인터뷰에서 “디지털 트윈으로 제조 혁신하는 기업만 생존할 것”이라고 주장하면서 다음과 같이 말했다. “4차 산업혁명이 한꺼번에 물밀듯이 밀려오고 있습니다. 디지털화에 성공한 기업만이 빠르게 변화 하는 시장에 적응해 생존할 수 있습니다.”

 

나이케 부회장은 또한 “글로벌 시장에선 비용 절감뿐 아니라 효율성 향상, 혁신 주기 단축, 고품질 제품에 대한 요구를 모두 맞춘 기업만이 살아 남을 수 있다. 디지털 트윈은 가상세계 시뮬레이션을 통해 실제 현실을 분석·예측할 수 있는 기술이다. 지멘스는 제조 현장에 디지털 트윈을 폭넓게 적용하고 있다”고 강조하면서 제품 설계와 제조 과정에서 발생하는 데이터를 밀착 결합해, 과거에는 활용되지 못했던 운영기술(OT) 데이터에 정보기술(IT)를 대표하는 SW 분석이 뒷받침된다면 기업에 엄청난 효율 향상을 가져올 수 있다고 말했다.

 

나이케 부회장의 주장처럼 이제 더 이상 낮은 인건비에 의존해 공장의 생산성을 높이는 전략은 통하지 않는다. 생산설비 자동화, 로봇, 스마트 공장을 도입해 가장 효율이 좋은 제조 공정을 세계 어디곳에서든 고객이 있는 장소라면 실현할 수 있는 시대를 맞이했다.

 

필자 또한 제조업 현장에서 자동화시스템, 로봇의 활용, 데이터를 활용한 생산, 관리 시스템을 개선하기 위해 노력해왔다. 그러면 필자가 실제 산업현장에서 적용한 사례를 설명하려고 한다.

 

자동화시스템 현장 구축 사례

 

제조업의 근간으로 불리는 단조업은 대표적인 3D 업종으로 어렵고, 더럽고, 위험한 일로 알려져 있다. 필자는 형단조 업체의 CEO로 취임한 후 다음과 같은 프로세스로 생산 현장의 자동화 시스템 구축을 추진했다.

 

첫 번째, 개발 및 생산 공정의 흐름도를 작성하고 공정별로 업무처리 방법, 작업자별 작업 시간, 작업 절차, 문제점 등을 분석했다. 개발 공정은 금형설계→금형제작 및 시제품 단조→제품 테스트→금형수정 또는 재제작→제품 테스트의 과정으로 이루어진다. 생산 공정은 소재 절단 →가열→단조→프레싱→열처리→표면처리→가공→검사→재고관리→출고의 과정으로 이루어진다.

 

두 번째, 생산 설비, 재료, 공정 재공품, 완제품, 물류 등의 상황을 문서나 바코드를 이용해 정보를 수집하고 관리하였다.

 

세 번째, 공정별로 설비에 센서를 부착해 제조 현황, 품질 상태를 확인하고 관련 데이터를 네트워크를 활용해 서버에 취합해 관리한다. 이를 위해 온도, 위치, 압력, 무게, 속도, 이미지 등을 센서를 활용해 물리적인 데이터를 전기적 데이터로 측정했다. LNG가스를 이용한 가열로는 전기로로 전환해서 온도의 자동 관리 및 원격모니터링이 가능하게 했고, 연료비를 대폭 절감했다. 이렇게 하는 이유는 공정간 연속 작업이 어렵고 중단이 되는 공정이 있는지, 병목구간이 있는지 확인해야 하기 때문이다. 만일 한 공정이 중단된다면 전체 공정의 가동이 중단되고 생산성이 저하되면서 많은 재공품 재고가 발생하게 된다. 따라서 이런 일이 일어나기 전에 문제가 될 수 있는 원인을 면밀히 분석해 개선할 필요가 있다.

 

네 번째, 전송된 데이터를 실시간으로 관리해 설비 및 생산 제품의 상태를 원격으로 파악하고 관리했다. 생산하고 있는 제품이 양품인지 아니면 불량품인지 알기 위해서는 실시간으로 모니터링을 할 수 있어야 하고, 이상 발생 시 설비 가동을 중단해야 한다. 또한 취득한 자료를 분석해 품질 개선과 설비 보전에 활용할 수 있게 된다. 설비 및 생산제품의 상태를 원격으로 파악하고 관리하고, 취득한 데이터를 분석해 품질 개선과 설비 보전에 활용 할 수 있게 된다.

 

이렇게 데이터가 쌓이면 쌓일수록 품질 불량의 원인을 더 잘 파악할 수 있고, 설비의 고장 시점을 더. 정확하게 예측할 수 있다. 또한 개발 과정에서 축적된 데이터를 활용해 금형 설계 및 단조 결과에 대한 시뮬레이션 프로그램을 개발해 시간과 비용을 획기적으로 단축하고 절감하게 되었다. 즉, 데이터 분석 자료를 개발공정 설계, 품질 분석, 설비 보전에 활용하여 생산성을 향상시킬 수 있었다.

 

다섯 번째, 공정관리를 강화했다. 각각의 공정은 다음 공정으로 이동하기 전에 센서 또는 검사원의 검사로 양품과 불량품을 판정해서 양품의 재공품만을 다음 공정으로 투입되도록 노력했다. 센서에 의해 전수 검사가 이루어져야 하지만, 소재가 가열된 상태로는 자동 측정이 어려워 검사원이 수동으로 검사해야 할 공정이 많아 지속적인 개선이 필요하다. 하지만 가까운 미래에 센서의 발전과 로봇의 활용으로 센서에 의한 자동검사로 대체될 것으로 판단된다.

 

여섯 번째, 사람이 수작업으로 하는 공정을 자동화 설비 구축 및 로봇 도입을 통해 원가를 줄이고 불량률을 감소시킬 수 있는지 검토했다. 도입이 필요하다고 판단될 경우에는 투자 타당성을 검토해서 수작업을 자동화 설비 및 로봇으로 대체했다. 가스로를 전기로로 대체해 자동화 시스템을 구축했고 재공품의 이동을 로봇으로 대체시켜 작업자의 업무를 감소시키고 생산성을 향상시켰다.

 

일곱 번째, 많은 제조업체는 MES(Manufacturing Execution System, 제조 실행 시스템), ERP(Enterprise Resource Planning, 전사적 자원관리), SCM (Supply Chain Management, 공급망관리) 프로그램이 각각 따로 운용이 되는 경우가 많다. 하지만 자동화 시스템을 구축해 전 생산 과정을 관리하는 시스템을 개발하고 자재, 생산, 품질, 설비, 개발, 공정 관련 데이터를 취득할 수 있다면 프로그램 통합으로 전 부서의 수평적인 생산관리 시스템을 구축하고, 생산 현장과 경영자를 수직적으로 연결하는 경영관리 정보시스템으로 발전시켜야 한다.

 

이상의 자동화 시스템 구축은 개발, 생산, 자재관리를 포함한 제조공장 전반의 생산성을 좌우하므로, 끊임 없는 분석을 통해 자동화 시스템을 구축하고 개선이 가능한 시스템을 활용해 최고의 생산성, 최고의 품질, 최저의 원가를 달성하도록 노력해야 한다.

 

활동범위 확대된 협동 로봇

 

설비 자동화, 센서, 네트워크 기술, 데이터 센터 및 높은 컴퓨터 활용도로 인해 데이터를 기반으로 설비 및 공정의 상태를 진단해 예측하고 실시간으로 최적화할 수 있는 스마트 공장이 도입되기 시작했다. 독일의 지멘스, 한국의 LG전자 등 많은 기업이 디지털 트윈 시스템을 구축해 사이버물리시스템으로 발전 중이다.

 

이러한 시스템은 조달, 생산 공정에서 측정된 다양한 형태의 방대한 데이터를 바탕으로 원자재, 재공품, 완제품의 품질을 분석하고, 미리 예측해 그 다음 작업을 준비하고, 사전에 설비 보전을 실시해 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 기존에는 로봇이 펜스 이내에서만 한정적인 작업을 수행했지만, 인간과 같이 동시 작업이 가능한 협동 로봇이 출현하면서 그 활용 범위가 점차 넓어지고 있다. 로봇이 수행할 수 있는 작업의 종류와 난이도도 증가하고 있다.

 

또한 테슬라의 옵티머스, 피규어 AI(Figure AI), 어절리티 로보틱스(Agility Robotics)의 로봇 등 가까운 미래에 등장할 인공지능 로봇은 스스로 사물을 식별하고 이동하고 인간과 유사하게 일을 할 수 있게 될 것이다. 즉, 로봇은 기존에 작업이 어려웠던 3D 작업을 포함한 많은 인간의 작업을 대체할 수 있게 될 것이다.

 

이제 더 이상 인건비가 저렴한 지역에 공장을 세워 원가를 낮추고 경쟁력을 강화시키는 전략은 성공하기 어렵다. 공장을 자동화하고, 로봇을 도입하고, 스마트 공장을 구축하여 생산성을 극대화하고 시시각각으로 변화하는 고객의 기호에 맞춰서 제품을 빨리 개발하고 생산해야 한다. 즉 이러한 스마트 공장 시스템을 개발하고 고객이 있는 곳에 공장을 건설하고 실시간으로 고객의 수요에 맞춰 현지에서 대응해야 생존하고 경쟁에 이길 수 있다.

 

출처 : 인사이트코리아(https://www.insightkorea.co.kr)

 

 

 

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