스마트팩토리, 핵심은 자동화 아닌 플랫폼화

제조기업들은 과거부터 생산성 개선, 리드타임 단축, 품질향상을 고민해 왔다. 이런 목표는 여전히 유효하지만, 최근엔 사물인터넷, 빅데이터, 시물레이션 등 첨단 기술이 제조 분야로 도입되면서 다품종 소량생산, 개인 맞춤화, 글로벌 경쟁 대응 같은 새로운 목표가 추가됐다.

목표는 분명하다. 문제는 어떻게 달성하느냐다. 많은 기업들이 이미 전사적자원관리(ERP)부터 캐드(CAD), 제품수명주기관리(PLM), 제조실행시스템(MES), 설비관리, 협력업체 관리 등 여러가지 솔루션을 갖춰놓고 있다. 그렇기 때문에 현장에 새로운 기기를 들여 놓는 것에 초점을 맞추기 쉽다. 자동화에서 해법을 찾겠다는 것이다.

하지만, 3D 솔루션 및 PLM 전문 기업인 다쏘시스템은 스마트팩토리에서 자동화는 손발을 바꾸는 것에 불과하며, 혁신에 필요한 새로운 답을 찾기 위해선 뇌에 해당하는 플랫폼이 있어야 한다고 조언하고 있다.

제조기업들이 이미 다양한 솔루션을 쓰고 있지만, 이 것들이 따로따로 운영되면서 원활하게 움직이지 않아 지연요소들이 산재해 있다. 이런 솔루션을 한 플랫폼에 담아 제품의 생애 전반에 걸친 모든 히스토리를 투명하게 볼 수 있어야 한다. 또 플랫폼 기반이어야 새로운 솔루션이나 기기를 추가해도 쉽게 통합될 수 있다.

이렇게 되면 현장에서 일어나는 현상이 그대로 사이버 시스템에 반영되고, 또 사이버 공간에서 생긴 변화가 그대로 현장에 적용되는 ‘사이버물리시스템(CPS)’이 만들어질 수 있다는 설명이다.

■ 플랫폼에서 CPS는 어떻게 구성되나

최근 만난 다쏘시스템코리아 비즈니스트랜스포메이션 사업부 송중권 이사는 CPS의 주요 역할에 대해 “산업용 사물인터넷(IIOT) 및 조직간의 의사소통을 연결(Connect)해 필요한 데이터를 수집하고, 이를 기반으로 지식 기반 의사결정을 가능하게 해 결과적으로 기제조기업을 변혁(Transform)하게 만드는 것”이라고 설명했다.

CPS는 사이버 세계와 물리 세계로 구성된다. 사이버 세계는 공정 가상 모델링과 시뮬레이션을 하는 ‘디파인(Define)’과 생산량 시뮬레이션을 최적화하는 ‘플랜(Plan)’ 단계로 나뉜다. 물리 세계는 운영과 모니터링을 담당하는 ‘익스큐트(execute)’와 산업용 사물인터넷 기기들을 통합하는 ‘엣지(Edge)’ 단계로 나뉜다.

디파인 단계에선 실제 제품을 생산하기 위해서 어떻게 라인을 구성하는 것이 가장 효율적인지 3D모델로 구성해 보고 시뮬레이션을 통해 검증하게 된다.

플랜 단계에선 생산능력 시뮬레이션으로 운영 계획을 최적화한다. 납기안에 목표한 생산량에 맞게 라인이 운영되는지 시뮬레이션해보게 된다.

익스큐션 단계에선 실제 생산과 관련된 모든 활동을 관리한게 된다. 공장 운영과 관련된 제조실행(MES) 시스템과 생산부분에 특화된 통합솔루션이라 볼 수 있는 MOM이 여기에 해당한다. 운영과 모니터링을 관장하면서 거기에 나온 모든 데이터를 다시 사이버 세계로 넘겨주는 역할도 한다. 현장에서 문제가 발생했을 때 빠르게 알아차리고, 어떤 조치를 취해야 할지 빠르게 알려주는 게 목적이다.

엣지 단계는 가상 공간에서 정의했던 플랜이 실행하는데 필요한 디바이스가 실제 갖춰지는 부분이다. 필요한 기기나 로봇 등을 연결하고 전체 플랫폼에 통합하게 된다.

송 이사는 CPS 전과정이 표준화 구조화된 플랫폼 위로 올라가야 한다는 점을 강조했다. 현재처럼 각각의 구성요소가 따로따로 분리돼 있으면서 중앙에 ERP를 두고 데이터만 주고 받는 생산시스템으로는 CPS 개념을 구현하는데 한계가 크다는 지적이다.

세계규격통일협회(ISA)는 생산 현장에서 발생하는 기능을 표준 모델로 정의하고 있어, 이에 따라 제조 통합 플랫폼 구성이 가능하다. 생선/설비/품질/창고/인력&공수/공급망을 동일한 데이터 모델로 운영하고, 비즈니스프로세스관리(BPM) 기반으로 연계하면 핵심 기반은 갖춰지게 된다. 기기에서 생산되는 데이터를 연동해 이 BPM 기반 프레임워크에 넣을 수 있다. 또 프레임워크에 모아진 데이터를 캐드, PLM, PMS 등 필요한 애플리케이션에서 가져다 쓸 수 있다.

송 이사는 플랫폼의 장점에 대해 ▲안정된 시스템 ▲높은 완성도 ▲확장성 ▲통합성 등을 꼽았다. 그는 “다쏘시스템은 수년간 연구를 거쳐 베스트 프렉티스를 반영해 표준을 만들었기 때문에 높은 안정성과 완성도를 갖췄고 표준 플랫폼이므로 확장성과 통합성을 보장한다”고 설명했다. 또 “공장이 여려개인 경우 이런 표준 기반 플랫폼을 적용하면 도입 시간과 비용을 크게 줄일 수 있다”고 덧붙였다.

CPS를 플랫폼으로 구성하는데 있어서 다쏘시스템은 ERP 제외한 전 영역을 제공하고 있다. ERP에선 세일즈와 회계와 관련된 정보면 관할하고 나머지는 스마트팩토리 내 전문 플랫폼에서 다뤄야 한다고 보고 있다.

■ 플랫폼으로 4차산업혁명 근간을 만든다

다쏘시스템은 표준화되고, 구조화된 플랫폼은 4차산업혁명에 대비하기 위한 근간이라는 점을 강조하고 있다. 다바이스부터 애플리케이션까지 단계별 구조를 살펴보면 이해가 쉽다.

첫 번째 단계는 IIoT 영역으로 디바이스와 통신장비들이 위치한다. 연결된 디바이스들을 통해 이전에 수집하지 못했던 데이터까지 확보할 수 있게 된다. 두 번째는 기기에서 들어온 데이터를 플랫폼에 통합하는 접점 부분이다. 디바이스에서 들어온 데이터를 통하고, 분류까지 해놓게 된다. 세 번째 단계는 데이터 트랜스포메이션 부분이다. 애플리케션을 이용해서 데이터를 분석하고 모든 현황을 모니터링한다. 더 나아가 향후 예측도 가능하다.

송 이사는 “어떤 문제가 생길 수 있는지 예상하고 우리가 어떻게 대비해야 하는지 알려면 데이터가 축적되어 있어야 한다”며 “이를 기반으로 새로운 질문과 새로운 대답을 가능이 나오려면 두뇌, 즉 플랫폼이 제대로 갖춰져야 한다”고 말했다.

플랫폼 내 CPS가 구성되면 예측을 통한 공장 운영 최적화까지 가능해진다

송 이사는 제조 과정에 플랫폼을 도입해 혁신한 사례로 프랑스의 알스톰과 에어버스를 소개했다.

프랑스 고속열차를 생산하는 알스톰은 과거 설계도면의 변경 사항 관리가 제대로 안돼 어려움을 겪었다. 변경 사항이 상당히 많은데, 어느 것이 최종인지 관리가 안돼 고객들에게 클레임을 받는 케이스가 많았다. 그러다 제품 설계와 디지털 제조, 제조 작업 현장 부분에 걸쳐 다쏘시스템의 3D익스피리언스 플랫폼을 도입하면서, 이런 문제를 90%이상 줄였다.

알스톰은 설계에서 변경이 생기면 이후 영향을 받는 모든 과정에 알람이 가고 변경사항을 반영할 수 있게 했다. 현장에서는 와이드 스크린을 두고 확인하고 커뮤니케이션 할 수 있게해 현장 점검 또한 디지털화했다.

프랑스 항공기 제조사 에어버스는 문서 작업은 많았는데, 커뮤니케이션이 제대로 되지 않아 정보가 단절돼 있거나 중복되 있는 등 정보 부적합 문제를 겪고 있었다. 이로 인해 전반적으로 생산성도 떨어져 있었다. 이에 다쏘시스템의 3D익스피리언스 플랫폼으로 설계부터 생산까지 디지털 정보 기반의 표준 글로벌 생산 시스템을 구축해 생산성, 리드타임, 품질 개선을 달성할 수 있었다. 첫 공장에서 이런 시스템을 만드는데 10개월이 걸렸지만, 이후 다른 공장에 적용할 땐 4개월 만에 구축할 수 있었다.

■스마트팩토리 도입 출발 지점은…

이미 기존 솔루션과 기기들이 있는 기업들은 어디서부터 시작해야 할지 막막할 수 밖에 없다. 기본적으로 가장 선행인 단계인 디자인부터 모든 정보가 명확하게 세팅되서 디파인, 익스큐션 단계까지 가는 것이 가장 좋을 것이다. 하지만 현실적으로 그렇게 처음부터 끝까지 바꾸기 어려운 경우가 많다.

이에 송 이사는 스마트팩토리로 전환하려는 기업들에게 주는 5가지 조언을 소개했다.