본문바로가기

Support

기술융합 비즈니스를 실현하는 키미이에스

스마트공장은 제품의 기획부터 설계, 생산, 유통·판매까지 모든 생산과정을 ICT(Information & Communication Technology, 정보통신기술) 기술로 통합함으로써 공장을 자동화·디지털화하여 최소비용과 시간으로 다품종 대량생산이 가능해져 생산성이 개선되고, 가격·품질 등 의 경쟁력이 향상되는 효과가 있다. ICT 활용 정도와 수준에 따라 바코드·RFID를 통한 기초적인 실적관리 수준과 자재 흐름을 실시간 Tracking하는 중간1 수준부터 설비 제어 자동화 및 실시간 의사결정이 가능한 중간2 수준, 그리고 사물인터넷·인공지능·빅데이터·클라우 드 등을 이용하여 자가 진단과 제어 능력을 갖춘 지능형 생산이 가능한 고도화 수준까지 구분된다.

 

 

산업통상자원부에서 주최한 Automation World 2017 은 전년 대비 참관객 24%, 참가기업수 33%, 부스 34%가 증가했다. 독일은 Industry   4.0이라는 키워드로 2011년부터 스마트공장을 선도하고 있고, 국내도 제조업 혁신 3.0으로 IT·SW 융합 신산업 창출을 위한 3대 전략 6대 과제 수행을 통해 선진국 추격형 전략에서 선도형 전략으로 전환하여 국내 제조업만의 경쟁 우위를 확보해 나가고 있다. 

 

스마트공장이 화두가 되는 이유는 국내 제조업이 위기에 직면했기 때문이다. 내부적으로 생산인력이 감소하고 있으며, 대외적으로 수출 경쟁력이 악화되고 있는 상황이다. 딜로이트 글로벌과 미국경쟁력위원회(US Council on Competitiveness)가 공동으로 조사, 발표한 ‘글로벌 제조 업 경쟁력 지수’에서 한국의 제조업 경쟁력 순위가 2000 년 3위에서 2016년 5위까지 하락했으며, 2020년에는 5위 를 인도에 내주고   6위를 기록할 것으로 예측했다. 뿐만 아 니라 향후 5년간 유럽 국가들은 최대 6계단 하락이 예상 되는 반면, 동남아 개도국들은 경쟁력이 더욱 높아질 것으로 예상했다.

 

이러한 위기 속에서 지속 가능한 제조 경쟁력을 갖추기 위해 스마트공장이 대안으로 제시되었다. 산업통상 자원부는 2015년 ‘민관합동 스마트공장 추진단’을 설립 하고 스마트공장 보급 사업을 진행하여 2020년까지 총 10,000개, 2025년까지 30,000개의 스마트공장 구축으 로 4차 산업혁명을 선도할 계획을 가지고 있다. 

 

제조 현장의 경쟁력 제고를 위해 중소·중견기업을 대상으로 총 사업비의 50%, 최대 5천만원을 지원하는 ‘ICT 융합 스마트공장 보급·확산 지원사업’은 2017년 6월  2,563개의 업체가 구축이 완료되어 생산성 향상(+23%), 불량률 감소(-46%), 납기 단축(-35%) 등의 보급 효과를 보이고 있다. 

 

하지만 구축 완료 기업의 스마트화 수준을 보면 아쉬운 부분이 많다. 기초 수준(79.1%), 중간1 수준(10.2%), 중 간2 수준(1.7%)으로 기초 수준이 전체의 약 80%를 차지 하고 있는 실정이다. 이 결과는 기초 수준조차 되지 않는 중소기업의 비율이 압도적이라는 반증이기도 하지만, 중 소기업의 수준을 중간수준까지 끌어 올리기에는 스마트 공장 보급·확산 지원 사업의 지원 금액이 너무 하향 책정 된 것이 아니냐는 지적이 있다.

 

이러한 문제를 어떻게 해결할 수 있을까?

현재 중소기업의 현황과 문제점을 살펴보면 투자 여력이 부족하고, IT 인프라와 전문인력이 부족하다. 중소기업의 스마트공장 구축에 있어서 핵심은 기업 의 현 수준을 정확히 진단하고, 투자금액을 고려하여 추진하고자 하는 스마트공장의 수준을 가능한 최고 단계까지 향상시켜야 한다. 이를 위해서는 글로벌 공장운영 최적화 솔루션 및 가성비가 우수한 검증된 국산 All in-one IoT(Internet of Things) 시스템으로 구성된 중 소기업형 스마트공장 솔루션의 도입이 필요하다.

 

또한, 중소기업형 스마트공장 솔루션을 도입함에 있 어서 향후 확장성을 고려한 핵심 스마트 기반 기술을 포함하고 있는지도 검토해야 한다. 이를 통해 확보된 기반 기술을 통해 지속적인 스마트공장 고도화가 가능하기 때문이다.


㈜키미이에스에서 2017년 출시한 ‘KIMI SMART’는 중소기업별 각기 다른 수준의 요구사항을 충족시킬 수 있는 맞춤형 패키지를 제공하면서 스마트 기반 기술 인프라를 넓게 구축할 수 있다는 점에서 큰 호응을 받고 있다. 

 

8대 핵심 스마트 기반 기술 중 스마트센서, CPS(Cyber Physical System), 에너지 절감, 사물인터넷, Big Data의 산업 활동에서 필요한 5개 주요 스마트 기반 기술을 제공 한다. 가속도센서, 온습도센서, 연기 감지 및 Co2 센서 등 산업 현장에서 필요한 스마트 센서들이 기본으로 내장되어 있고, 특수 목적으로 특고온센서, 적외선센서 등의 확장도 가능하다. 

 

이러한 센서와 함께 국내 산업 현장에서 많이 사용되는 50여 종의 통신 Driver를 지원하며 OPC UA까지도 지원하여 다양한 이기종 설비의 IoT 기반 기술을 가지고 있다. IoT를 통해 수집된 데이터는 SCADA 시스템에서 Big Data로 관리된다. KIMI SMART에 내재된 SCADA는 다양한 Device 연계 및 데이터 전송 표준 프로토콜을 지원하며, Realtime 및 Historical 데이터를 수집·관리한 다. GUI Tool 기반의 I/O Signal Viewer를 제공하여 생산 현장에서의 HMI도 제공이 가능하다. 기존 서버 및 Legacy 시스템 연동을 위한 Server Agent를 탑재하고 있다. 펌웨어로 데이터 기준 정보를 판단하여 신속한 설비 제어가 가능하며, 축적된 Big Data로 품질 이력관리와 분석을 통해 제품 생산성을 향상할 수 있다. 


산업 현장의 실시간 데이터를 글로벌 솔루션인 Siemens 社의 Plant Simulation과 연계하여 CPS를 구축한다. CPS는 Siemens社에서 추구하는 Industry 4.0의 핵심 요소인 Digital Twin과 동일 선상에 있는데, 가상의 공장과 물리 공장이 동기화되어 생산함으로써 직관적인 모니 터링·관제가 가능하며, 이를 바탕으로 생산라인의 병목 공정을 탐색하여 개선하고, A* 알고리즘을 기반으로 3차원 상에서 공장 물류를 해석하여 최적화를 통해 공장 생산성을 향상한다. 현시점의 현장 상황을 기준으로 시뮬레이션하여 미래의 최적 생산 스케쥴을 도출해 내고, 공장 관리 기능을 통해 다양한 부서의 협력이 증대된다.
에너지 절감 기술에 있어서도 현황 분석을 통해 리포트를 제공하며, 수요를 예측하여 최적화 스케쥴을 시뮬레이션 기반으로 생성한다. 피크 관리도 가능하여 공장 내 설비의 최대부하 조절 및 최대부하 시간대의 사용량을 저감하여 에너지 소비를 절감하는 효과가 있다. 

 

KIMI SMART의 솔루션 구성은 기업의 요구사항을 충 족시킬 수 있도록 맞춤형 패키지 3가지로 구성되어 있다. 스마트공장을 위한 필수 요소로 구성한 기본 패키지는 생산 현장의 설비 I/F 및 센서 통합을 지원하며, 생산시 스템 및 물류 프로세스의 시뮬레이션과 최적화를 수행할 수 있다.

SCADA 패키지는 모니터링·스케쥴링·이벤트 핸들링· 알람 등의 신호 관리를 수행하며, 빅데이터 관리 및 신속한 현장 제어가 가능하다. 설계·생산 통합 패키지는 PLM(Product Lifecycle Mana gement) CAD(Computer Aided design) 영역까지 확장하여 혁신적인 CAD 기술과 상호작용 플랫폼을 통해 제품개발 시간을 단축시키고, 제품 구조 중심의 데이터 를 개발-양사간에 통합 정보 관리를 지원함으로써 기업의 이익을 극대화할 수 있다.

 

㈜키미이에스 2016년 스마트 공장 구축 사례에서는 신공장 착공 전 공장 Layout 설계부터 Plant Simulation 을 도입함으로써 물류 이동 빈도수는 258회에서 406회 로 증가하고, 작업자 가동률은 기존 22%에서 50%로 증가하여 최상의 물류 흐름과 공간 효율성을 확보하는 1단계 프로젝트가 완료되었다. 

 

이러한 결과를 바탕으로 실제 공장을 건축하고 있으며, 실제 설비가 배치되고 나면 CPS 구축을 통해 Plant Simulation은 모니터링·관제 역할을 수행하며, 생산계획 필요시마다 현시점의 실제 데이터 기준으로 최상의 생산 LeadTime을 가지는 생산계획을 도출하게 된다.



맺음말
이와 같이 기업들이 스마트공장을 추구하는 이유는 명백하다. 중국과 인도 및 멕시코와 동남아 등 개도국의 제조 경쟁력이 약진하고 있는 현 상황에서 살아남기 위함이고, 나아가서는 독일, 일본 등 제조 선진국의 대열에 합류하기 위함이다.
그러나 현재와 같이 기초 수준에 그치고 있는 스마트 공장 확산·보급사업으로는 분명히 한계가 있다. 따라서, 검증된 중소기업형 스마트공장 솔루션의 도입을 통해 효과적이고 지속적으로 스마트공장을 구축해 나감으로써 대한민국 제조산업의 근간이 되는 중소 기업들이 글로벌 경쟁력을 확보할 수 있어야 한다.                                                                    

 


 

 

-

홍성민 주임연구원 / (주)키미이에스

smhong@kimi.co.kr 

계장기술 2017 8월



자세한 기사내용은 첨부파일을 확인해주세요.