[독일 인더스트리 4.0 구상(1)] 기계 다루는 '인간 중심' 생산 공정…핵심 기술은 IoT·CPS
[독일 인더스트리 4.0 구상(2)] 인더스트리 4.0 세계의 구체적 이미지

인더스트리 4.0 세계의 구체적 이미지

1. 스마트 팩토리의 이미지
스마트 팩토리는 기존 공장처럼 공장을 집중 제어하는 것이 아니라 기기의 임베디드 시스템이 서로 통신해 유연하고 신속하게 임기응변적으로 생산할 수 있도록 자율 분산형 제어에 의해 자동 생산이 가능한 공장이다. 

 

또한, 설계와 생산 계획부터 제조, 출하에 이르는 엔지니어링 체인을 CPS에 의해 실제 세계와 가상 세계가 융합하면서 자동적으로 생산할 수 있는 공장이다.

스마트 팩토리는 그동안 보여주기 어려웠던 공장 생산 내부까지도 가시화할 수 있으며 공장의 외부와도 이어지는 공장이다. 스마트 팩토리에서는 생산 현장의 정보를 즉시에 피드백하는 기능이 있어 생산 프로세스의 대부분이 가시화되며 불편은 미연에 방지되고 생산 중단에 따른 손실이 해소될 것으로 기대되고 있다.

또한, 스마트 팩토리를 바탕으로 공장 간, 공장과 본사 등은 물론이고 제조 기업의 외부와도 네트워크를 넓힐 것으로 예상된다. 수주 후의 재료나 부품, 반제품에서 완성품까지의 조달 및 생산 과정을 가시화할 수 있을 뿐만 아니라, 출하·납품 후에도 제품의 보수 점검·유지관리 등의 서비스도 쉬워진다. 즉 보수 관리나 검사·품질 보증 체제까지 포함한 프로세스 이노베이션 전체의 혁신이 꾀해지고 있다.

사용자가 활용하는 데이터는 실시간으로 제조원에 피드백되어 데이터 수집·해석을 통해 새로운 미지의 지식을 얻게 된다, 제품 서비스의 개선이나 개혁, 더 나아가 신제품 개발로 연결되게 된다.

사진 2. 폴크스바겐의 VW 골프 생산라인

2. 공장이 외부와 연결되는 이미지
스마트 팩토리는 공장이 통신 기능을 통해서 다른 공장이나 공급자, 물류업, 유통업도 연결될 수 있다. 이렇게 공급 체인 전체와도 네트워크를 짬으로써 자사 공장의 상류와 하류의 다양한 정보를 수집, 해석하고, 생산성 향상 및 원가 절감 등을 통해서 부가가치 향상에 도움이 될  수 있다.

네트워크에서 얻을 수 있는 막대한 양의 정보는 클라우드 등에 모이거나 포그 컴퓨팅처럼 분산 수집 처리되어 기존에는 알 수 없었던 지식을 만들어 낼 수 있게 된다.

이러한 네트워크에서는 안전성 담보가 시스템 가동의 가장 중요한 조건이다. 보안은 인더스트리 4.0의 최우선 과제인 표준화 다음으로 중요한 과제로 자리 매김하고 있으며 인더스트리 4.0에서 말하는 ‘표준화’란 기기 간뿐만 아니라 제품 컴포넌트, IT 시스템 상호의 데이터 교환을 의미한다. 커뮤니케이션의 토대(플랫폼)를 오픈하고 규격화함으로써 네트워크의 범위를 최대한 확대하려는 시도이다.

3. 네트워크화와 빅데이터, 클라우드
인더스트리 4.0에서는 스마트 팩토리에 의해 공장 안이 이어지고 공장을 중심으로 외부의 공급망과 연결되는 세계가 상정되고 있다. 거기서 수집되는 엄청난 양의 데이터 처리는 기술 진보에 의해서 가능하게 된다. 수집된 데이터는 해석되어 가시화한다. 여기에서 의미 있는 ‘지식’이 생산된다.

빅데이터(big data)는 시판되는 데이터베이스 관리도구나 기존 데이터 처리 애플리케이션으로 처리하기 곤란한 정도로 크고 복잡한 데이터 집합의 축적물을 나타내는 용어이다. 

또한, 빅데이터 분석에는 일어날 수 있는 현상을 발굴하는 ‘예측’, 현재 일어나고 있는 현상을 발굴하는 ‘감시’, 과거의 사고 발생 원인을 탐색하는 ‘분석’, 취할 행동을 발굴하는 ‘통찰’이 있다.

클라우드에 대해서는 사용자는 스스로 하드웨어나 소프트웨어, 데이터 등의 자원을 보유하지 않고도 인터넷에 있는 자원을 이용하고, 이용 요금을 지불하는 구조 전체를 가리킨다. 빅데이터는 미래의 ‘비즈니스 지성’이라고도 한다.

4. 인더스트리 4.0 실현 결과
(1) 생산 프로세스의 변화
산업용 CPS는 개발 설계와 생산 공정에서 현실 세계와 가상 세계를 융합하는 시스템으로 기능해 수주에서 출하까지의 리드타임을 대폭 단축할 수 있다고 알려졌다. CPS 기능으로 갑작스러운 주문 변경이나 개개인의 요청에 대응한 제품 개발과 생산을 기존보다 압도적으로 단시간에 대응할 수 있다. 

기존 오더 메이드는 고품질·고가격이었지만, 인더스트리 4.0에서는 이른바 오더에이드를 고품질을 유지한 채 기성품 가격으로 제공하는 것이 목표이다.

(2) 오류 대응과 품질
현재는 설비의 오류가 발생하면 현장의 생산을 정지시키고 문제 발견이나 과제 해결에 적잖은 시간과 노력, 비용을 들였다. 인더스트리 4.0에서는 생산 공정에서 모든 데이터가 수집 가능하게 된다. 실시간에 의한 해석의 결과, 대응이 필요한 신호는 사전에 발견할 수 있다. 

이렇게 하면 오류 발생 전에 예방적 조치를 강구할 수 있게 된다. 즉 설비의 예지 보전이 가능하게 된다. 설비의 가동 상황의 변화를 통해 부품 교환 시기나 나사의 이완 상태 등이 실시간으로 파악할 수 있게 되어 제품의 품질 확보와 품질 관리가 쉬워진다.

(3) 노동 환경의 변화
생산 프로세스에서는 기기 등의 물건끼리 통신하고 데이터를 교환함으로써 가공·조립이 자동으로 처리된다. 인공지능의 도움이나 판단 지원 시스템 덕분에 인간은 조건 설정 및 요구되는 품질 수준, 생산 시스템의 개선 등 판단을 요하는 지적 활동에 집중할 수 있다.

이른바 기계의 상태에 맞춰 기계에 사용되었던 인간이 인간의 형편에 맞게 기계를 사용할 수 있게 된다. 이로써 노동자의 워크 라이프 밸런스도 실현한다는 것이다.

(4) ‌외부 규제 등 제약 조건에 대한 대응
공업 제품은 화학물질규제 및 환경규제 등 각종 규제를 받는 데다 제조물책임을 묻는 등 많은 제약 조건을 안고 있다. 

인더스트리 4.0에서는 제품 라이프 사이클과 관련된 제품 정보, 생산 이력 데이터를 언제든지 이용할 수 있게 되므로 다양한 사회규제 및 환경규제, 제조물책임 추궁과 사고 대응, 수리 및 보전 등에 대해서 신속한 대응을 할 수 있게 된다.

(5) 독일 공장의 변화
미래, 인더스트리 4.0을 실현한 독일 국내 공장에서는 생산성, 효율성, 처리 시간, 유연성(변화 대응력)이 현격히 향상되고 상품 개발력이 높아져 새로운 서비스를 제공할 수 있게 될 것이다. 

자원 절약, 인력 절감, 에너지 절약과 토지 절약 등의 제약 조건을 해결하면서 안전과 환경도 배려한 생산 시스템의 구축이 목표이다. 그 결과 독일 산업의 국제 경쟁력이 높아지고 해외 시장 개척이 진행될 것이다.

5. 인더스트리 4.0 참여 기업
세계적으로 알려진 다국적 대기업과 독일 국내 대기업뿐만 아니라 중견 기업도 참여하고 있다. 예를 들면 대기업에서는 보쉬, 도이치 텔레콤, 페스트, 인피니언, 피닉스컨택트, SAP, 지멘스, 티센크루프 등이 참여하고 있다.

독일 이외에는 스위스 ABB, 미국 IBM, 미국 HP가 리딩 컴퍼니로서 혹은 파트너로서 이름을 내걸고 있다. 기업 이외에는 연방 정부 기관과 대학, 공립 연구소뿐만 아니라 노동조합도 중요 멤버로 참여하고 있다.

인더스트리 4.0의 과제

독일에서는 인더스트리 4.0 실현을 위한 열쇠로, 여러 기업이 네트워크에 접속하는 ‘연결’에 있다고 보고 표준화를 최우선 과제로 삼아 이를 위한 노력이 이루어지고 있다. 그 밖의 과제로서는 시스템관리, 네트워크 인프라의 정비, 안전성과 위기관리 등이 당장의 과제일 것이다.

임근난  기자 (fa@hellot.mediaon.co.kr)