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[제조] 공장에 굴뚝을 없애는 스마트 팩토리

인터넷에서 찾을 수 있는 지식과는 달리, 경험에서 나온 노하우는 개인이 소유한 '업무 지혜' 라고 볼 수 있습니다. 이러한 노하우는 기업에 있어 귀중한 자산인데요, 특히 인력이 부족한 현시대의 제조 산업에서 기술 전승은 큰 과제입니다.


일본의 금형 제조기업인 IBUKI가 직원의 노하우를 AI로 가시화하는 데 성공했다고 합니다. 베테랑 직원 육성과 기술 전승에 고민하던 중, AI 솔루션과 연계하여 경험이 풍부한 직원들의 기술, 지식, 노하우를 AI에 전승하는 방안을 고안했다고 하는데요. 브레인 모델 작성에 앞서 현장 기술직으로부터 충분한 의견을 청취한 뒤 네트워크 도면으로 표현했다고 합니다. 그 결과, 지금까지 베테랑 직원 1명이 반나절 걸려 작성하는 견적서를 과거 실적 데이터로부터 유사성을 탐색해 소요 시간을 30분으로 단축했습니다. 


(출처 : IBUKI

또한 저생산성을 가져온 문제점 중 하나였던 베테랑 직원의 ‘감’에 의한 금형 수정을 개선하기 위해 ‘IoT 금형’을 도입했습니다. 금형에 위치, 온도, 압력 등 8개 종류의 센서를 부착해 금형 성형 중 내부에서 일어나는 현상을 수치화해 성형 불량을 AI로 분석하여 정확하고 짧은 시간 내에 수정할 수 있다고 합니다. 디지털 기술을 통해 데이터를 수집하고 활용할 수 있게 되었으며, 공장의 생산성과 효율성을 극대화할 수 있게 되었습니다.

스마트 팩토리(Smart Factory)는 최근 인구 노령화, 숙련공∙생산 능력 부족, 기업 간 생산성 경쟁, 코로나로 인한 비대면 정보기술(IT)의 영향력 확대 등 다양한 원인에 의해 관심이 높아지고 있습니다. 스마트 팩토리는 4차 산업혁명의 디지털 기술이 가져온 생산공장의 혁신적인 변화로 설계·개발, 제조 및 유통·물류 등 생산과정에 디지털 자동화 솔루션이 결합된 정보통신기술(ICT)을 적용하여 생산성, 품질, 고객만족도를 향상시키는 지능형 생산공장을 의미합니다. 즉, 공장 내 설비와 기계에 사물인터넷(IoT)을 설치하여 공정 데이터를 실시간으로 수집하고, 이를 분석해 목적에 따라 스스로 제어할 수 있는 공장을 말합니다.

지멘스의 독일 암베르크 공장은 스마트 팩토리 가운데 가장 유명한 사례로 꼽힙니다. 모든 설비를 1000여 개의 사물인터넷(IoT) 센서로 연결해 불량품 발생 시 바로 부품을 바꿀 수 있는 데다가 99.7%의 제품을 설계∙주문 변경하여 24시간 안에 만들 수 있습니다. 이에 따른 100만 개의 제품당 불량품 수는 겨우 11.5개(불량률 0.0012%)에 그친다고 합니다. 


(출처 : 중소벤처기업부 수정 : 이노핏파트너스)

스마트 팩토리는 기존의 자동화·무인화 공장과는 다른 개념입니다. 기존의 자동화 공장은 정해진 ‘개념’을 바탕으로 처음에 설정한 값에 따라 작동하는 반면 스마트 팩토리는 단계별로 정도의 차이는 있지만 기본적으로 ‘인공지능(AI)’을 바탕으로 다양한 사물인터넷(IoT) 센서를 여러 생산 현장에 달아 관련 데이터를 실시간 수집, 분석하여 자재, 설비, 제어, 최적화 등을 위해 활용합니다. 따라서 기존 자동화 공장은 이미 알고 있던 정보에 한정돼 시간이 지나도 계속 똑같은 정체된 시스템인 반면 스마트 팩토리는 지속적으로 다양한 데이터 기반으로 최적화되고 누적된 데이터가 몰랐던 문제까지 찾아서 자율적으로 개선과 발전을 도모할 수도 있습니다.

이번 베네핏 레터는 ‘스마트 팩토리’의 현황과 구체적인 사례를 알아보겠습니다. 



#1. [철강] 부분 최적화를 넘어 전체 최적화의 스마트 팩토리로!


세계경제포럼(WEF)과 글로벌 컨설팅 기업 맥킨지가 평가하고 선정하는 제조업의 미래를 이끄는 '등대공장'에 '포스코'가 선정되었습니다. 등대공장은 WEF가 지난 2018년 처음 선정하기 시작해, 지금은 전 세계에 총 54개의 등대공장이 있습니다. 반도체· 조선·소재 등 다양한 제조업 분야에 세계적인 기업을 보유한 한국이지만, 우리나라 등대공장은 포스코가 유일합니다.

등대공장에 선정되기 위해서는 인공지능(AI), 가상·증강현실(VR,AR) 등 4차 산업혁명 기술을 제조 현장에 적극 도입해 생산성, 품질, 친환경성 등에서 혁신이 있었음을 증명해야 합니다. 포스코는 2016년도부터 단계별 디지타이제이션(Digitization)과 스마타이제이션(Smartization)을 실행했습니다. 용광로 상태를 결정하는 주요 변수를 빅데이터화하여 최적의 결괏값을 뽑아내는 딥러닝을 진행해 AI 용광로를 만들었습니다. 그 결과, 하루 240톤의 쇳물을 더 많이 생산할 수 있게 됐고, AI 용광로를 포함해 4년간 321개의 스마트 과제를 수행해 2500억 원의 원가 절감을 이뤄냈다고 합니다. 
 

(출처 : 포스코)

스마트 팩토리가 단일 공장 수준으로 개발되던 것에 반해 포스코 고유의 연속 공정용 스마트 팩토리 플랫폼 ‘포스프레임(PosFrame)’은 포항, 광양 등 20개 공장을 관통하면서 전·후 공정의 데이터를 동시에 분석합니다. 기존의 개별 공정 최적화를 넘어서 공정 통합 또는 공정 관통형 과제를 추진 중입니다. 이는 연속 공정으로 이루어진 제철소의 특성 때문인데, 단위 설비나 단위공정 등 부분 최적화만으로는 성과 창출에 한계가 있어, 공정을 통합하거나 전후 공정을 관통하는 전체 최적화를 추진하고 있는 것이라고 합니다.

이 덕분에 생산계획단계에서 주문 자동 설계로 기존 12시간이 걸렸던 것을 1시간으로 단축하고 드론을 통한 원료 재고 분석을 통해 4시간 작업을 1시간으로 단축했으며 자동 제어 시스템을 적용해 연료비 연 19억 원을 절감했습니다. 또한 딥러닝을 통한 자동 제어로 쇳물 연 8만 5천 톤을 추가 생산, 원터치 출강 공정 자동화 시스템 구축으로 성분 이상률 0% 기록, 세계 최초 열연 전 공정에 스마트 팩토리 통합운전실을 구축해 열연재 연 9만 톤 증산, 초정밀 도금제어로 도금량 제어 적중률 99% 이상, 출하 목적지 최적 매칭해 물류비 연 5억 원 절감 등이 스마트 팩토리 솔루션을 구축한 효과라고 포스코는 밝혔습니다.




#2. [가구] 사람 없는 가구 공장, 불량품 감소 & 생산성 향상의 비밀은?


현대리바트가 4년간 총 1475억 원을 투자해 '스마트 팩토리'를 구축했습니다. 국내 업계는 물론 아시아에서 최초로 가구 제조 공정 전체를 자동화하자 생산 불량률은 최소 90% 이상 줄었고, 소수점 두 자리까지 컨트롤할 수 있게 됐다고 합니다. 현대리바트는 독일 시스템 개발업체(IMOS), 설비 전문기업 호막(HOMAG)과 함께 '스마트 생산 시스템(MES)'을 구축·도입하였습니다. 6개의 생산 라인에 도입된 자동화 정밀 생산설비는 총 400여 대에 이릅니다.

이전에는 재단, 마감, 타공 등 전 공정의 원자재 투입뿐 아니라 설비 세팅도 사람이 직접 해야 했기 때문에 제품 마감 상태에 어느 정도 오차가 생기는 것은 물론 위험까지 따랐습니다. 그러나 '스마트 팩토리'에서는 가구 설계 정보를 시스템에 입력하면 자동으로 설계 도면과 예상 자재 소모량을 3D로 산출하고 각 공정별 생산설비들은 설계도에 맞게 자동으로 세팅됩니다. 그리고 그 세팅에 따라 △목재 재단 △각 공정별 자재 운반 △엣지(가구 모서리 등의 마감 공정) 접착 △타공 △완제품 포장까지 자동으로 진행됩니다.

이 시스템 덕에 현장에 투입되는 인력이 약 50명 수준에 불과하지만, 연간 생산량은 30만 세트에 이를 정도로 생산 효율성이 증가했습니다. 바로 옆에 위치한 현대리바트 제2공장에 150~200명의 인력이 투입돼 연간 5만 세트를 생산하는 것과 비교되는 부분입니다. 



(출처 : 조선비즈)




#3. [의료기구] 최소 잔여형 주사기, 스마트 공장 덕분에 생산성 250% 증가!


코로나19 팬데믹 시대를 맞아 전 세계 곳곳에서 주문이 폭주하면서 공장을 풀가동하고 있는 기업이 있습니다. 일반 주사기로는 5회분 접종이 가능한 백신을 6회 접종할 수 있도록 해주는 최소 잔여형 (LDV·Low Dead Volume) 주사기를 선보인 '풍림파마텍'입니다.

지난해 말인 2020년 12월까지만 해도 풍림파마텍의 LDV 주사기 월 생산능력은 400만 개 수준이었습니다. 그런데 2개월만인 2021년 1월에는 월 생산량이 4배 이상으로 급증했습니다. 벤처기업부와 삼성전자가 함께 지원한 '스마트공장'구축 지원사업 덕분입니다. 


(출처 : 매일경제)


풍림파마텍은 시제품 제작에서 생산까지 통상 1년이 소요되는 프로젝트를 단 한 달 만에 완료하는 기적을 연출했습니다. 지난해 12월 24일 풍림파마텍과 대책 회의를 시작한 삼성전자는 전문가 30여 명을 투입해 제품 금형 제작 등 스마트공장 구축에 나섰습니다. 그로부터 한 달도 되지 않아 풍림파마텍 월 생산능력이 400만 개에서 1000만 개로 2.5배 급상승한 것입니다. 여기에 스마트 팩토리 시스템을 도입한 3공장까지 준공하면서 월 생산량이 2000만개 이상으로 확대됐습니다.

중기부는 풍림파마텍 외에도 진단키트, 마스크, 보안경, 손소독제 등 보건용품 제조 기업 20개 사의 스마트공장 구축 사업을 지원했습니다. 이를 통해 공급이 부족한 용품 생산량을 늘리고 수출 확대로 연결시켰다고 합니다. 




#4. [레미콘] 개인 맞춤 서비스로 진화!


스마트 공장은 도입이 쉽지 않을 것으로 예상했던 시멘트, 자갈·모래 등 골재, 그리고 물을 섞어 만드는 레미콘 제조 현장에서도 보란 듯이 강력한 효과를 발휘하고 있습니다. 경기 용인 백암에 있는 '국민레미콘'은 올 상반기에 '레미콘 스마트공장 1호 기업'에 이름을 올렸습니다. 

그동안 레미콘 회사들은 골재를 계량해 배합하는 것을 눈과 감으로 직접 확인해야 했습니다. 또한, 시멘트 등 원자재 입고나 저장고인 사일로에 있는 시멘트 재고 파악도 수작업으로 해야 했습니다. 이런 이유로 레미콘 품질을 정확하고 균일하게 유지하거나 입출고 파악에 어려움이 컸습니다.

하지만 정보통신기술(ICT) 등을 접목해 원자재 입고부터 제품 출고, 재고 관리를 효율적으로 할 수 있게 되었습니다. 뿐만 아니라, 골재 계량 및 레미콘 배합도 표준화가 가능해졌습니다. 영상 촬영, 차량 무게를 재는 계근대 등을 통해 자재를 관리하고 자동 사일로가 시멘트의 양을 수시로 파악해 재고도 효율적으로 관리할 수 있게 되면서 가능해진 것입니다. 이와 같은 정보는 휴대폰을 통해 실시간 공유돼 현장 작업자가 쉽고 빠르고 정확하게 파악할 수 있습니다. 


(출처 : metro)

레미콘은 전체 원가의 70~80%를 차지하는 시멘트와 골재 등 원자재를 정량 투입해 공급 품질을 일관성 있게 만드는 것이 가장 중요한데 스마트공장이 이를 가능하게 해주었습니다. 원자재가 들어오는 순간부터 나가는 시점까지 모든 데이터가 시스템화되고 레미콘 강도, 공장과 건설 현장과의 거리, 날씨 등에 따른 적정 배합 데이터가 모이면 향후엔 자동 배합도 가능하게 될 것으로 전망하고 있습니다.





| 큐레이터 / 이노핏파트너스 이혜숙 전문교수
| 글 정리 / 이노핏파트너스 마케팅팀




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