IoT에 투자하고, 전문인력 키우고…지구촌 ‘스마트공장’ 열풍에 동승해야 한다

Article at a Glance

스마트팩토리의 핵심은 사물인터넷 기술이다. 센서와 컨트롤러 기술의 발달로 모든 장치들이 초연결된 환경에서 무제한의 데이터가 시공간의 제약없이 실시간으로 공유되고 이렇게 공유된 데이터를 분석해 공장 및 기업의 운영을 최적화해 신속한 비즈니스 의사결정을 돕는 것. 미국, 독일, 일본 등 선진국이 제조업 부흥을 위해 스마트팩토리를 적극 도입하는 가운데 한국형 스마트팩토리가 자리잡기 위해선 다음 조건들이 만족돼야 한다.

1) 옳바른 투자로 미래에 대비하라

2) 네트워크 인프라 구축과 보안 문제

3) 작업정보자본(Working Data Capital)의 중요성과 클라우드 컴퓨팅

4) 여건에 맞는 단계별 추진 전략을 마련해야

5) 스마트 인력 양성 및 스마트 조직문화 구축

 

제조업 생산현장에서 ‘스마트 바람’이 불고 있다. 지금까지 제조현장에서는 전통적인 제어 및 자동화 기술을 바탕으로 생산성 향상을 위한 노력을 꾸준히 해왔다. 그러나 몇 년 전부터 정보통신기술(ICT)이 제조기술에 적용되면서 제조산업도 커다란 변화를 맞이하고 있다. 특히, 전방위적으로 확산되고 있는 사물인터넷의 영향이 제조산업에서 가장 큰 경제적 효과(전체의 27%, 3조7000만 달러, 출처: Cisco)를 가져 올 것으로 예견되면서 제조산업의 스마트화는 기업의 규모나 형태와 상관없이 현재와 미래의 가장 중요한 화두로 부상하고 있다.

특히 최근 고용문제 해소와 글로벌 국가 경쟁력 향상의 측면에서 제조업의 중요성이 재인식되면서 스마트 제조혁신은 미국, 독일 등 선진국을 중심으로 빠르게 발전하고 있다. 이에 발맞춰 우리 정부도 ‘제조혁신 3.0’이란 깃발 아래 스마트팩토리 추진전략을 세우고 범국가적인 제조혁신을 선도하고 있다.

스마트팩토리로 통용되고 있는 제조 산업 디지털 파괴 현상은 당장 실행할 수 있는 소규모의 변화부터 현재 예견하기 어려운 미래의 포괄적인 변화까지 매우 폭넓은 내용을 포함하고 있는 것이 사실이다. 이 때문에 이를 공장이나 제조 현장에 국한된 개념이기보다는 제조 현장을 포함한 기업 전체의 최적화된 운영을 추구하는 ‘커넥티드 엔터프라이즈’로 이해하는 것이 바람직하다.

커넥티드 엔터프라이즈(Connected Enterprise)의 핵심은 사물인터넷 기술이다. 센서와 컨트롤러 기술의 발달로 모든 장치들이 초연결된 환경에서 무제한의 데이터가 시공간의 제약 없이 실시간으로 공유되고 이렇게 공유된 데이터를 분석해 공장 및 기업의 운영을 최적화하고 신속정확한 비즈니스 의사결정을 하는 것이 커넥티드 엔터프라이즈의 핵심이다.

커넥티드 엔터프라이즈로 구현되는 스마트팩토리에서는 장치와 장치 간, 자산과 자산 간, 장비와 장비 간 무제한의 데이터를 실시간으로 공유할 수 있는 초연결 환경이 유무선 네트워크로 실현된다. 이러한 연결성은 원거리 이동통신을 포함한 글로벌 네트워크로 확대돼 글로벌 공장의 제조 현장에서 창출된 운영 데이터가 기업 전체에 실시간으로 공유된다. 이러한 제조운영 데이터는 제조실행시스템(MES)을 거쳐 정보기술(IT)을 기반으로 한 상위의 전사적자원관리(ERP), 공급 사슬관리(SCM), 고객관계관리(CRM), 재무시스템을 포함한 기업정보시스템에 전달되고, 이를 바탕으로 경영자는 제조운영에 대한 가시성을 확보해 신속하고 정확한 의사결정을 할 수 있게 된다. 즉, 스마트팩토리를 구현한 기업의 CEO는 하나의 장비 및 제조 라인에서부터 전 세계 공장의 전체적인 운영 현황까지 필요한 정보를 실시간으로 한눈에 파악할 수 있게 되는 것이다.

한국의 제조업은 전문 제조인력 감소, 제조원가 상승, 저부가가치형 제조, 중소기업의 저효율성 등 총체적이면서도 고질적인 어려움에 처해 있다는 의견이 우세하다.

이러한 변화는 아주 먼 미래의 일처럼 생각될 수도 있지만 그 변화는 이미 시작됐고, 제조산업이 과거에 정보통신기술(ICT·Information Communication Technology)의 급속한 변화와는 다소 격리돼 있었던 점을 감안하더라도 이러한 변화는 제조현장을 포함한 제조산업 전체에 우리 생각보다 훨씬 빠르게 다가올 것으로 예상된다.

세계의 스마트팩토리 열풍 - 글로벌 국가경쟁력 확보 전략으로 주목

스마트팩토리 시장이 글로벌 거대 시장으로 성장하고 있다. 시장 조사 업체 마켓츠앤마켓츠(MarketsandMarkets)에 따르면 스마트팩토리 시장은 2013년 1600억 달러에서 2018년 2400억 달러로 연평균 8.0%씩 성장할 것으로 전망된다. 특히 아시아 지역의 시장이 폭발적으로 커지고 있다. 2013년 기준 미주와 유럽, 아시아가 비슷한 수준의 점유율을 갖고 있었지만 2018년에는 아시아가 세계 최대 시장으로 성장할 것으로 보인다. 이러한 세계적 성장의 이면에는 범국가적 정부 정책의 뒷받침이 있다.

미국은 2014년 10월 제조혁신 가속화를 위한 ‘신행정 행동계획’을 수립했다. 독일도 2015년 4월 ‘인더스트리 4.0’ 전략을 정부 주도로 변경한 바 있다. 일본의 경우에는 2015년 6월 기존 ‘일본 재흥전략’을 미래 투자 및 생산성 혁명에 맞춘 ‘개정판 2015’로 개정했다. 여기에 더해 중국은 2015년 5월 ‘2025년 세계 제조업 2강 대열 진입’을 목표로 ‘중국제조 2025’를 수립했다.

이 중에서도 가장 선도적인 나라는 미국이다. 2007년 미국의 서브프라임 모기지 사태로 시작된 글로벌 금융위기 이후, 오바마 행정부는 제조업 부흥의 필요성을 절실히 느끼고 자동차 산업과 같은 전통적인 제조업의 부활과 고도의 기술 수준이 요구되는 새로운 제조업 육성을 정책의 우선순위로 뒀다. 2009년 ‘미국 제조업 부흥을 위한 기틀’, 2011년 첨단 제조업 분야에서 미국이 리더십을 확보하기 위한 ‘첨단 제조 파트너십(Advanced Manufacturing Partnership)’ 프로그램, 2012년 제조혁신인프라 ‘NNMI(National Network for Manufacturing Innovation)’ 구축 등 제조업 경쟁력을 강화하기 위한 체계적인 계획안을 수립해 추진하기 시작했다.

또 하이테크화를 위한 연구개발(R&D) 예산 확충 및 프로그램 시행도 적극적으로 추진하고 있다. 미국 정부는 이런 정책들을 통해 양적 성장을 넘어 제조공정의 효율화, 제조방식의 전환, 새로운 융합산업 창출 같은 질적 성장도 이뤘으며 이는 제조업 경쟁력 강화와 노동 생산성 향상에 크게 기여하고 있다.

세계 각국의 정부정책 아래 글로벌 리딩 제조기업은 기존에 확보한 생산기술에 ICT를 적용함으로써 시장 지배력을 강화하고 있다.

미국 도요타 공장은 이러한 ICT 융합기술을 적용한 스마트공장의 좋은 사례다. 도요타는 북미 지역만 하더라도 자동차 도장 공장을 300개 이상 보유하고 있다. 도장의 페인트 품질은 매우 민감하기 때문에 주변 온도나 압력 상태에 따라 도장의 품질이 결정되며 도장 공정 중에 불량이 발생하면 현장에서 그 원인을 파악하기가 매우 어렵다. 특정 전문가가 아니면 분석할 수 있는 능력이 없기 때문이다. 도요타는 이러한 문제를 개선하기 위해 도장 공정의 정보를 실시간으로 수집해 상위 시스템으로 전달하고 불량이 발생하면 체계화된 분석시스템으로 생산 손실을 발생시킨 오류를 가시화할 수 있는 시스템을 도입했다. 이를 통해 오류의 근본 원인을 파악하고 실시간 경보로 생산현장 오류를 즉시 수정함으로써 누적 불량을 제거해 비용을 절감하고 품질개선 효과를 거뒀다. 이를 통해 토요타는 연간 3억 이상의 비용을 절감할 수 있었다.

미국에서 가장 급격한 성장률을 보이고 있는 요거트 기업 누사파이니스트요거트(Noosa Finest Yoghurt)도 흥미로운 사례다. 이 회사는 프로세스 자동화 이후 단 6개월 만에 전 작업환경을 자동화 설비로 전환해 제품 손실을 95%까지 줄이고 생산력을 300% 높였다. 공장 전반에 걸친 제어 시스템을 바탕으로 효율성을 높이고, 실시간 정보를 수집했으며, 산업용 이더넷이 통신 중추 역할을 해 생산 설비 전체에 실시간 정보를 전달했다. 누사의 직원들은 이로써 원유/크림 공급 정보, 프로세스의 특정 지점에 대한 주요 온도, 재료의 분량, 배치 주기 시간, CIP 추적 등 원료 추적 데이터를 간편하게 수집할 수 있게 됐다. 데이터를 검색해 프로세스 이탈을 검사함으로써 문제 해결에 소요되는 귀중한 시간과 비용을 절감할 수 있었다. 2010년 최초 가동했을 때 한 번에 생산해 내는 요거트는 단 한 컵이었는데 현재 2개의 라인에서 분당 만들어내는 요거트를 약 100컵으로 늘리는 놀라운 성과를 거뒀다.

한국형 스마트 팩토리, 어떻게 추진해야 하나

주요 국가들이 제조업 부흥을 위한 정책 보강에 힘을 싣고 있지만 국내 제조업은 상대적으로 점차 경쟁력을 잃어가고 있는 것으로 평가된다. 얼마전 영국의 금융정보 제공업체 마르키트에 따르면 한국의 7월 제조업 구매관리자지수(PMI)가 47.6으로 조사대상 28개국 중 24위로 최하위권을 기록했다. 제조업 경기실사지수인 PMI는 50을 넘으면 경기호조, 50 미만이면 경기악화를 의미한다. 우리나라 제조업 PMI는 지난 2013년 8월(47.5) 이후 지난달 두 번째로 낮은 수치를 기록했고, 5개월 연속 50을 밑돌았다.

한국의 제조업은 전문 제조인력 감소, 제조원가 상승, 저부가가치형 제조, 중소기업의 저효율성 등 총체적이면서도 고질적인 어려움에 처해 있다는 의견이 우세하다. How-to-make보다는 What-to-make의 혁신에 집중하는 전략을 취하고 있던 한국도 ‘제조혁신 3.0’ 정책으로 글로벌 경쟁력을 확보하고 이를 통한 제조업의 새로운 도약을 꿈꾸고 있지만 아직은 초기 단계에 머물러 있는 상황이다. 단기간에 제조강국의 혁신속도를 따라가기도 어려워 보인다. 이 정책을 가속화하고 경쟁력을 조속히 확보할 수 있는 대책 마련이 시급하다.

이에 부응해 올 3월 산업부는 제7차 무역투자진흥회의에서 ‘제조업 3.0’의 실행대책을 발표했다. 특히 산업부는 스마트팩토리 확산을 위해 민관 공동으로 24조 원을 투입해 2020년까지 스마트 공장을 1만 개로 늘릴 계획이다. 하지만 정작 제조업 현장에서는 적지 않은 이들이 스마트팩토리 도입에 ‘부담스럽다’는 의견을 내고 있어 정부가 추진 중인 ‘제조혁신 3.0’과 스마트팩토리가 화젯거리로만 그칠 수 있다는 우려가 나오고 있다. 그렇다면 보다 효과적으로 성공적인 스마트팩토리를 구축하려면 어떻게 해야 할까? 현실에 기반을 두면서 미래를 대비하고 지속적으로 발전할 수 있는 스마트팩토리의 단계별 추진 모델이 필요할 것이다.

국내 기업의 스마트팩토리 조성 조건

스마트팩토리의 핵심은 ICT와 제조운영기술(OT·Operation Technology)의 ‘융합’에 있다. 우리나라는 세계 최고 수준의 ICT와 인프라를 가지고 있지만 이에 비해 제조운영기술은 상대적으로 낙후돼 있고 수십 년간 특별한 기술적 진보를 이루지 못하고 있다. 이러한 여건에서 ICT를 바탕으로 제조산업의 변화를 시도하는 스마트팩토리는 제조현장에서 단기간에 환영받기 어려운 측면이 있다. 특히 스마트팩토리가 자칫 ICT 중심의 변화로 해석돼 제조 현장을 모르는 사람들이 제조혁신을 외치는 탁상공론적 모습이 나타난다면 국내 제조업체들의 능동적 자발적 참여와 변화는 기대하기 어려울 것이다. 이러한 관점에서 우리는 제조 현장에서 시작되고 제조 현장에서 진화·발전하는 스마트팩토리 모델을 고려해야 한다.

올바른 투자로 미래에 대비하라

제조업체에서는 경영자와 공장장, 운영자, 엔지니어까지 모두가 어떻게 하면 이른 시일 내에 제품을 출시하고 투자한 설비의 운영 효율을 높여 기업 경쟁력을 올릴 수 있는지 매일 고민하고 있을 것이다. 굳이 스마트팩토리를 언급하지 않더라도 제조 부문의 설비투자와 개선활동은 오늘도 계속되고 있다. 이러한 일상의 설비투자와 개선활동부터 ‘스마트’하게 하는 것이 스마트팩토리의 시작일 것이다. 그렇다면 어떻게 하는 것이 ‘스마트’한 것인가?

그 답은 ‘미래에 대비한 준비된 투자’에 있다. 제조설비는 한번 투자가 진행되면 통상적으로 20∼30년 이상 사용한다. 지금과 같이 제조산업으로 ICT의 유입이 가속화되는 시기에 미래의 변화를 고려하지 못한 투자선택의 결과는 20년 이상 기업의 발전에 영향을 줄 것이다. 오늘의 투자가 내일의 발목을 잡는 결과를 초래하지 않고 미래의 발전을 가속화할 수 있는 초석이 되도록 하는 것이 중요하다.

국내 자동차 제조업체의 개선 사례를 예로 들어보자. 이 회사는 과거 자동화 솔루션을 도입했지만 자동화 자산에 대한 관리 시스템이 없었고 이 때문에 자동화 솔루션 프로그램의 분실이나 변경으로부터 자산을 보호할 방법이 없었다. 예를 들어, A라는 외부 자동화 솔루션 엔지니어가 자동차 제조라인에 문제가 생겨 관련 프로그램을 변경한 후 그 소스를 이 자동차 업체에 제공하지 않는다면 업체 입장에서는 관련 프로그램을 수정/원복을 해야 할 때 그전의 변경 이력을 전혀 알수 없어 정상적인 운영에 대한 최신 프로그램 이력이 뭔지 파악할 수 없었기 때문에 관리가 불가능했다. 그러다 보니 회사의 자동화 자산을 관리하고 이력을 수집하는 데 쓸데없는 시간과 자원을 투입해야 했다. 결국 이 회사는 이 문제를 효율적으로 해결하기 위해 IT 분야에서는 이미 잘 알려진 기술을 제조 영역에 적용했다. 바로 IT 분야에서 보편화된 형상관리(파일관리) 기법을 그대로 제조 분야의 스마트 자산 관리에 적용한 것. 프로그래밍 자동 백업 및 변경에 대한 자동 리포트 즉, 누가, 언제, 무엇을 수정했는지에 대한 자동 리포트를 생성해 담당자에게 메일로 전송할 수 있게 해 전사적 자산 관리를 가능하게 했고 이슈 및 재해(정전·예기치 못한 샷다운·제3자의 허가되지 않은 수정)에 대한 빠른 대응과 복구, 추후 적절한 프로그래밍이 가능하게 됐다. 결과적으로 회사는 자동화 자산에 대한 이력과 정보를 안전하게 관리할 수 있게 돼 예기치 못한 리스크 요소를 최소화하고 사람이 일일이 프로그램 이력을 관리할 필요 없이 시스템에서 자동적으로 백업 및 변경 관리를 할 수 있게 됐다. 이를 통해 관련 인력 리소스나 복구 시간을 60% 정도로 절감할 수 있었다. 또한 나아가 이 자산관리 시스템을 전 글로벌 공장으로 표준화해 확대 적용 중에 있다.

네트워크 인프라 구축과 보안 문제

제조 현장 내 모든 기기 및 장비들이 연결되면 여기서 발생하는 데이터를 처리할 수 있는 네트워크 인프라 구축이 필요하다.

현재 제조 현장에서 이미 사용 중인 제품의 대다수는 인터넷 프로토콜(IP) 기반이다. 그러나 폭발적으로 증가하는 사람, 장비, 부품 간의 연결 문제를 해결하는 데 IP 중심 네트워크 인프라는 한계가 있는 것이 사실이다. 이 문제를 해결하기 위해 등장한 것이 산업용 이더넷이다. 최근 제조산업의 동향을 살펴보면 산업용 이더넷(여러 대의 컴퓨터로 네트워크를 형상하는 시스템)의 도입이 빠르게 확산되고 있다. 그리고 이미 학계 및 업계에서도 산업용 이더넷을 미래 표준으로 받아들이는 분위기다. 특히 산업용 이더넷은 ICT를 제조업 현장으로 연결하는 고속도로 역할을 해 스마트팩토리 핵심 인프라로 각광받고 있다.

산업용 이더넷 프로토콜(EtherNet/IP)의 장점은 ‘연결성’이다. 이더넷 프로토콜은 제조업 현장의 상호 운용성을 지원하고 단일 인프라 내에서 통합적인 연결성을 끊임없이 확보하기 위해 창안됐다. 이더넷 프로토콜은 가장 복잡한 생산 환경에서도 계획된 대상에게 정보가 방해없이 전달돼 사람, 장비, 제품 간 협력을 증진시킨다. 또 무한대의 노드를 지원할 수 있어 운영 및 통신 유연성을 향상시켜 제조 현장 내 커넥티드 제품 수를 한없이 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.

보안 문제도 스마트팩토리 도입에 있어 제조사들의 고민꺼리 중 하나다. 카스퍼스키(Kaspersky)의 통계에 따르면 실제로 21%의 제조업체가 지난해 보안 실패로 인한 지적재산 손실을 경험했다. 대상이 네트워크든, 자산 또는 지적 재산이든 그 운영은 잠재적 위협(우발성 또는 고의성 여부에 관계없이)으로부터 보호돼야 한다. 네트워크 및 시스템을 연결하면 보안 위험은 자연스럽게 증가한다. 결국 보안 프로그램은 부가적인 솔루션이 아니라 모든 운영 작업에서 협력해 전체적으로 이뤄져야 한다. 보안은 네트워크 인프라, 신규 및 레거시 제어 시스템, 장비, 디바이스, 엔터프라이즈를 포함한 제조 현장 작업 및 모든 사람, 정책, 절차에 반드시 구현돼야 한다.

또 조직의 보안 프로그램을 평가할 때는 벤더 또는 공급업체도 포함해야 한다. 보안에 관한 한 자체 조직과 마찬가지로 벤더나 공급업체도 평가 대상이 돼야 한다. 자체 네트워크 보안은 벤더 또는 공급 업체의 네트워크 보안에 따라 좌우될 수 있기 때문이다. 이 점은 추적 관리 기능이 가장 중요한 생명과학, 식음료, 자동차 등 고도로 통제된 산업에서 특히 중요하다.

또 다른 문제로 제조설비의 핵심 제어장치인 PLC(Programmable Logic Controller)의 선택문제를 생각해 볼 수 있다. PLC는 전통적으로 설비 제어를 관장하는 주 제어기로 이해돼 왔다. 쉽게 말하면 스마트팩토리의 두뇌에 해당한다. 그러나 스마트팩토리의 관점에서 보면 PLC는 제조 현장의 정보를 관장하는 제조 데이터의 핵심 원천이 된다. 그러므로 현장에서 발생하는 데이터를 상위의 정보 시스템으로 충분히 전달·공유할 수 있는지가 매우 중요하다. 때문에 20년 이상된 기술을 사용하는 단순 PLC보다는 PAC(Programmable Automation Controller)라고 불리는 진보된 제어기를 고려할 필요가 있다. 사물인터넷 시대에 스마트팩토리에서 가장 먼저 스마트해져야 할 것이 있다면 그것은 바로 PLC다.

PLC를 기반으로 생산성과 생산설비의 안전(세이프티)을 동시에 달성한 성공적인 사례로 기아 자동차 슬로바키아 생산법인을 예로 들 수 있다. 다른 자동차 회사와 마찬가지로 기아자동차 슬로바키아 생산법인도 제조 프로세스를 최적화하는 일은 효율 및 생산성을 극대화하는 데 가장 중요한 요소였다. 이에 따라 정보와 장치가 빈틈없이 연결될 수 있는 통합 솔루션의 필요성이 대두됐다.

기아자동차 슬로바키아 생산법인은 작업자의 안전과 작업의 유연성이 담보된 제조 프로세스 구현을 위해 새로운 세이프티 시스템을 도입했다. 전통적인 세이프티 전자 계전기(릴레이) 방식과는 다른 세이프티 컨트롤러 방식을 적용해 작업자의 안전과 작업 유연성 높은 제조 프로세스를 구현한 것. 세이프티 릴레이는 아주 간단한 입출력만 가능한 전자 장치인 데 반해 세이프티 컨트롤러는 세이프티에 특화된 PLC 종류의 하나로 세이프티 기능을 운영 방식과 요건에 맞게 유연성 있게 운영하기를 원하는 사용자에게 적합하다. 기존 설계에서는 사람이 작업 영역에 들어가거나 한 장치가 생산 도중 고장을 일으킬 경우 전체 라인의 가동을 중단해야 하는 비효율이 있었지만 새로운 세이프티 솔루션으로 이를 해결할 수 있었다. 새로 도입한 세이프티 컨트롤러 설계에서는 한 라인을 5개로 구역화해 각 구역별로 세이프티 시스템을 설치했고, 이로써 한 라인에 문제가 발생하면 오직 관련 구역만 가동이 중단되고 문제가 생긴 위치를 신속하게 알려줄 수 있게 된 것. 이를 통해 작업자는 각 구역의 작업 상황을 쉽게 확인할 수 있게 됐고 고장이 발생해도 다른 구역은 정상 가동되는 상태에서 신속히 복구할 수 있게 됐다. 고장을 식별하고 문제를 신속히 해결함으로써 세이프티 가동 중단 시간을 70%까지 감소시켜 생산성을 획기적으로 향상했다.

작업정보자본(Working Data Capital)의 중요성과 클라우드 컴퓨팅

스마트팩토리 구현을 위한 또 하나의 중요한 요소는 ‘작업 정보 자본(Working Data Capital)’이다. 컨트롤러, 센서, 기타 기기는 생산 프로세스의 모든 지점에서 관련 데이터를 생성한다. 모든 데이터가 간편하게 수집되는 가운데 이를 어떻게 활용할지 파악하는 것이 중요하다. 데이터 캡처는 필수지만 컨텍스트가 없는 데이터는 무용지물이다. 데이터를 자본화해 작업자들이 필요한 컨텍스트로 표시하려면 전문가의 지침이 필요하다.

통합적 작업 정보 자본을 활용하면 수명 주기 프로세스를 최적화하고, 변화하는 소비자 요구에 더욱 잘 대응하며, 재고를 줄일 수 있다. 또한 늘어난 수요 중심의 생산 라인 및 공급망을 위해 작업 흐름을 더욱 효과적으로 관리할 수 있다. 작업 정보 자본 활용은 단순히 제조 현장의 각 단계를 연결하는 것을 넘어 어떻게 제조 혁신으로 도약하는가에 관한 것이다.

제조업 현장 혁신의 핵심 기술은 ‘클라우드 컴퓨팅’이다. 클라우드는 공장의 모든 데이터를 잇는 원동력으로 국내외 업체들에 최우선 개선 항목으로 꼽히고 있다. 최근 LNS 리서치가 실시한 설문 조사 결과 제조업체 중 클라우드 애플리케이션의 수용을 계획하고 있는 비율이 두 배로 늘어났다. 소프트웨어 애플리케이션을 사내(on-premise) 혹은 외부(off-site) 데이터 센터로 이동하면 유지 보수 비용 등을 절감할 수 있다. 운영적인 측면에서는 클라우드를 이용해 원격 자산 관리 및 감시/경보, 성능 또는 에너지 모니터링, 소비자 및 공급망 협력 등 정보 활용 방안을 혁신할 수 있다.

클라우드를 제조 분야에 적용하고 그곳에서 파생되는 데이터를 활용한 비즈니스 사례도 있다. 실제로 많은 중소·중견 기업은 제조 현장에서의 각종 설비 데이터를 취합해 진동을 통해 설비의 예비 보전 및 모니터링을 하고 싶어 하고, 설비종합효율(OEE)을 분석해 더 나은 생산성을 확보할 수 있는 실제적인 방법을 찾고자 한다. 다만 기존의 제조업체는 이를 위해서는 현장에서의 진동 센서를 부착해야 하고, 데이터를 수집할 수 있는 진동 소프트웨어, 그리고 이를 위한 PC 등의 추가 설비를 구입해야 하는 부담을 가진다. 이를 해결할 수 있는 것이 바로 클라우드 서비스이다.

중소기업은 통신기업에서 관리하는 클라우드로 본인들의 운영 데이터를 보내주고, 그 대신 운영 효율이나 예지 보전을 위한 분석 자료를 받아볼 수 있게 됐다. 현장에서는 설비에 진동 센서 정도만 투자하면 더 많은 설비 초기 투자를 하지 않더라도 최소 비용으로 최대의 효과를 거둘 수 있게 클라우드 서비스를 사용할 수 있다. 클라우드 안에는 진동분석 소프트웨어와 설비효율분석 소프트웨어가 있어 기업 각자가 구입하지 않아도 클라우드로 모인 데이터가 자동적으로 이들 소프트웨어를 통해 자동적으로 설비운영효율 리포트를 제공하며 외부 전문가가 진동 데이터를 분석해 미리 설비의 위험성과 안전성을 알려줌으로써 설비의 예측 보전과 기존 자동화 설비 활용 극대화, 동시에 근로자의 안전도 보장받게 된다.

이 외에도 제조 현장에는 환경안전시스템, 설비상태 및 효율관리, 생산정보관리 등 생산성 향상을 및 기업 운영의 최적화를 위한 다양한 주제들이 있다. 그리고 이에 대한 솔루션들이 첨단 ITC를 수용하면서 빠르게 발전하고 있다. 이러한 기술들은 모두 견고하게 융합돼 시너지를 이뤄야 한다. 현장에서 필요한 주제부터 시작하되 미래에 대비된 선택으로 스마트한 변화를 추진해야 한다.

여건에 맞는 단계별 추진 전략을 마련해야

스마트팩토리는 한번에 수행하는 프로젝트나 이벤트가 아니고 글로벌 경쟁력 확보를 위해 로드맵을 갖고 지속적으로 발전시켜 나가야 할 제조혁신 과제다. 따라서 현실 당면 과제부터 스마트한 변화를 시작하되 이를 지속적으로 추진할 수 있는 단계별 추진 전략을 마련하는 것이 중요하다.

스마트팩토리는 지능형 자산(센서/액추에이터), 지능형 제어시스템, 네트워크 인프라, 시각화 솔루션, 정보 시스템을 포함하는 5단계의 물리적 구조로 구성할 수 있으며 각 단계들이 보안이 확보된 강건한 네트워크를 통해 연결되고 이러한 네트워크에서 WDC가 기업 전체에 공유된다. 이러한 구성에서 스마트팩토리를 지속적으로 발전시키기 위해서는 유지보수, 엔지니어링, 운영, 생산관리, 경영관리 등 기업의 전 영역에서 개선 항목을 도출하고 균형 있는 투자가 이뤄지도록 단기 및 중장기 전략을 세울 필요가 있다.

일례로 MES를 도입하는 기업들이 제조 현장의 데이터를 원활하게 수집하지 못해 어려움을 겪는 경우가 종종 발생한다. 이는 네트워크 인프라와 제어기 등 제조 기반 설비의 정보공유 능력을 확보하지 못했기 때문으로 볼 수 있다. 기업 전반의 균형된 투자가 이뤄지지 않으면 투자 효과가 저하되거나 때로는 투자 역효과가 발생할 수도 있다. 때문에 균형 있는 투자 계획을 세울 필요가 있다. 최근 우리나라의 선진 제조업체 중 한 곳에서 이더넷을 제조 시스템의 글로벌 표준으로 선정한 것은 스마트팩토리의 단계별 추진 전략 측면에서 중장기적으로 매우 큰 영향을 미치는 의미 있는 사례라고 할 수 있다.

스마트팩토리의 중장기 추진 전략 측면에서는 로크웰 오토메이션의 ‘커넥티드 엔터프라이즈 5단계 실행모델’을 참고할 수 있다. 이 모델은 기업이 전 영역에서 기술, 프로세스, 조직문화 모두를 효과적으로 개선할 수 있도록 핵심 주제를 스마트팩토리의 성숙단계에 따라 5단계로 제시한다. 단기적으로는 당면 과제부터 투자를 하되 중장기적으로는 이 모델의 발전 단계에 따라 전략을 수립하면 균형 있는 스마트팩토리 추진 전략을 마련할 수 있다. 이 모델에 제시된 단계를 요약하면 다음과 같다.

1단계: 평가

정보 인프라(하드웨어 및 소프트웨어), 데이터를 공급하고 수신하는 제어 및 장치(센서, 액추에이터, 모터 컨트롤, 스위치 등), 정보를 전송하는 네트워크, 보안 정책(이해도, 조직화, 시행 정도) 등 조직의 기존 제조 운영 기술/정보 기술 네트워크의 모든 면에 대해 평가를 실시한다. 이 평가를 바탕으로 제조 현장의 현재 수준을 이해하고 클라우드나 모빌리티 등과 같은 스마트팩토리 솔루션의 수용 가능성과 그에 따른 기술 인력의 준비 상태 등을 판단한다.

2단계: 안전하고 업그레이드된 네트워크 인프라 구축

기존 IT-OT 네트워크의 차이와 취약점을 파악한 후 시설 확장 및 신기술 도입을 고려해 장기적인 관점에서 업그레이드를 시작한다. 이 단계에서 조직은 공장 운영에서 기업 비즈니스 시스템까지 보안이 확보된, 강건한 네트워크 인프라를 구현하는 데 초점을 맞춘다. 이 단계에서 보통 제조업체가 직면하는 가장 어려운 과제는 기업 전체를 연결하는 새로운 네트워크 인프라의 관리 책임자를 누구로 할지 결정하는 것이다. IT-OT 융합의 관점에서 현명한 판단이 필요하다. 이 단계에서는 IT와 OT의 엔지니어 협업계획이 수립되고 기반 인프라의 하드웨어 업그레이드가 시작된다.

3단계: WDC(Working Data Capital, 작업정보자본) 정의 및 조직화

IT-OT 융합팀은 회사의 비즈니스 프로세스 개선에 필요한 WDC(Working Data Capital)를 정의한다. WDC는 공장 운영 중에 생성된 데이터가 곧 자산임을 의미한다. 제조현장에는 늘 존재해 왔으나 기존에 버려졌던 제조운영 데이터를 새롭게 이해하고 회사에 필요한 데이터를 선별해 WDC로 조직화하고 이를 수집/활용하는 방법을 결정한다. WDC가 정의되면 클라우드 기술의 필요성이 새롭게 인식되고 빅데이터 분석의 기반이 마련된다.

4단계: 분석

4단계에서는 하드웨어, 장치, 소프트웨어 및 네트워크에 집중됐던 초점이 지속적 개선으로 옮겨간다. 특히 3단계에서 수집된 WDC를 분석/활용해 실질적인 개선 효과를 창출하는 실행계획에 집중한다. 이 단계는 회사 내의 문화가 변화하며 경영진은 변화에 대한 장애가 될 수 있는 일부 사람들을 설득하거나 내부 불만들을 제거하게 된다. 우수한 운영을 위한 조직개발도 이 단계에서 진행된다.

5단계: 협업 및 최적화

공급망을 포함한 기업 전체의 비즈니스 활동을 예측할 수 있도록 하는 환경을 조성하는 단계다. 실시간 정보를 바탕으로 기업 내에서 더욱 효율적인 생산 계획을 수립할 수 있으며 운영에 대한 예측이 가능해지고 이동 중에도 실시간으로 공장 프로세스를 파악하고 조작할 수 있도록 한다. 이 단계에서는 기존에 특정 영역 중심으로 진행하던 개선 활동들을 상호 연결된 기업 인프라를 바탕으로 기업 전체에 효과적으로 공유되고 사람과 사람, 프로세스와 프로세스를 연결함으로써 빠르고 정확한 비즈니스 의사결정을 할 수 있도록 한다.

스마트 인력 양성 및 스마트 조직문화 구축

스마트팩토리는 초기에는 기술적 융합을 중심으로 진행될 수밖에 없겠지만 적절한 시점에서 스마트팩토리를 운영할 수 있는 스마트 인력을 양성하지 못하면 성공할 수 없다. 스마트 인력이란 제조운영 기술과 ICT를 모두 이해하는 융합형 인재다.

스마트팩토리는 사람이 필요없는 무인화 공장이라고 생각하는 경우가 종종 있지만 그러한 공장을 설계하고, 운영, 관리하는 주체는 결국 ‘사람’이다. 스마트 인력에 대한 수요는 스마트팩토리의 확산과 함께 빠르게 증가할 것으로 예상된다. 이에 따른 숙련된 기술자와 전문가, 연구개발 인력의 양성이 매우 중요하고 시급하다.

현재 우리나라의 여건을 보면 ICT와 OT 분야의 경계가 과도하게 분명하고, 학교의 교육과정과 기업의 조직구조도 이러한 현실을 뚜렷하게 보여준다. 스마트팩토리가 단기 이벤트가 아닌 지속적인 제조혁신 주제로 자리를 잡으려면 이에 대한 보완이 필요하며 정부, 업계, 학계 모두가 협력해 개선방안을 마련해야 한다.

정부에서는 스마트팩토리 추진 전략에 인력양성 부분을 더욱 강화할 필요가 있고 미국의 STEM(과학, 기술, 공학, 수학)이나 영국의 ‘산업견습생 프로그램(Industrial Cadets)’과 같은 국가 차원의 프로그램 운영도 고려해볼 만하다.

기업에서는 조직문화 개선에 역점을 둘 필요가 있다. 조직적 측면에서 ICT와 OT의 융합 인재상을 제시하고 현재 격리된 조직구조도 융합하는 방법을 모색해야 한다. 아울러 새로운 융합 인재의 역량이 현업에서 실제로 발휘될 수 있도록 기업 내 조직문화의 개선에도 힘써야 한다.

학교에서는 스마트팩토리 인력양성을 위한 커리큘럼을 개발하고 취업 등을 고려한 산학연계 프로그램을 개발할 필요가 있다. 올해 3월에 개설된 성남폴리텍대학의 스마트랩은 이러한 측면에서 좋은 시작점이 되는 것으로 평가받고 있다. 특히 교육 커리큘럼을 ICT와 OT 두개의 병열 과정으로 동시 진행하고 이 과정이 네트워크 교육단계에서 통합돼 시각화 및 정보화 솔루션 교육으로 발전하도록 구성한 것은 주목할 만한다. 또한 폴리텍대학의 특성상 학교 교육 외에 산업용 이더넷 교육과정 같은 직장인 대상의 스마트팩토리 교육프로그램을 제공하는 것도 직장인 인력 양성 측면에서 시사하는 바가 크다.

남수혁 로크웰 오토메이션 코리아 통합 아키텍처 마케팅 이사 rnam@ra.rockwell.com

남수혁 로크웰 오토메이션 코리아 통합 아키텍처 마케팅 이사는 로크웰 오토메이션 코리아에서 핵심 플랫폼인 ‘통합 아키텍처’의 마케팅과 비즈니스를 총괄하고 있다. 현재 통합 아키텍처를 기반으로 사물인터넷, 커넥티드 엔터프라이즈를 중심으로 한 스마트 제조의 비전과 방향을 프로모션하고 있다. 1995년부터 삼성전자에서 책임연구원을 지내며 CNC 제어기 등을 개발했으며 켁신시스템 연구소장과 에임시스템 개발 팀장을 역임하며 네트워크 방화벽 및 반도체 관련 통신장비 등을 개발했다.