(관련 보고서 발굴, 정리) 제조분야에서의 융합연구 리뷰 보고서 요약

융합연구 리뷰

 

 

 

 

한국의 대표적인 스마트팩토리로 꼽히는 전라남도 광양시에 위치한 포스코 광양제철소에는 공장 곳곳에 사물인터넷 센서와 카메라가 설치되어 있고 이 센서와 카메라들이 현장의 모든 데이터를 수집한다.

 

수집된 데이터는 인공지능을 이용한 분석을 통해 불량품이나 기계의 문제점을 파악하고 어느 시점에서 불량품이 다음 공정으로 넘어가지 않도록 할 지 판단해 전체 공정을 제어함으로써 자동차 강판 및 선박용으로 쓰이는 두꺼운 철판을 만들어낸다.

 

스마트팩토리는 제품의 기획부터 판매까지 전 과정이 ICT 기술과 융합하여 최소의 시간과 비용으로 고객 맞춤형 제품을 생산하는 공장으로 기존 공장의 ‘자동화’에서 ‘디지털화’로 진일보한 개념이 핵심이다.

 

최근 코로나 바이러스 대유행으로 인한 비대면 문화 확산으로 스마트 물류는 파죽지세로 성장 중이다. 스마트 물류는 인공지능과 빅데이터 등 ICT 기술을 활용하여 자제 및 제품의 포장, 하역, 보관 및 배송에 이르기까지 물류업무 전반을 자동화하는 것을 의미한다.

 

 

스마트팩토리의 정의

 

스마트팩토리는 제품의 기획, 설계, 생산, 유통 ･ 판매 등 전 과정이 사물인터넷(IoT, Internet of Things), 사이버 - 물리 시스템(CPS, Cyber - Physical System), 임베디드 운영 체제(ex. IoS) 등의 ICT와 융합하여 자동화 및 정보화되어 가치사슬 전체가 실시간 연동･통합됨으로써 생산성 향상, 에너지 절감, 인간중심의 작업 환경을 구현하고, 최적비용 및 시간으로 고객맞춤형 제품을 생산하는 팩토리를 말한다.

 

디지털- 물리세계 팩토리의 융합제품･서비스(스마트팩토리 솔루션)는 하드웨어와 소프트웨어를 결합한 단일 또는 패키지 단위 솔루션 공급을 통해 최적 생산, 개인화 생산, 사람 - 기계 협업 제조, 작업자 증강 지원 등 디지털 - 물리세계를 융합한 새로운 고부가가치 팩토리 서비스를 제공한다. 이는 스마트 장비, 지능형 센서, AR/VR 장비, 팩토리 운영시스템, 공정시뮬레이션 등 특정 기능을 제공하는 솔루션 제품과 지능형 생산, 개인화 생산, 최적 생산, 안전 및 보안 패키지 등 목적에 따라 스마트팩토리에 필요한 핵심 기능들을 하나로 모은 하드웨어 및 소프트웨어 패키지 단위의 솔루션 제품 등이다. 패키지 단위의 솔루션 제품은 개별 솔루션 보급에 비해 기능의 확장, 표준화 등이 유리하며, 스마트팩토리 도입을 희망하는 기업은 단기간에 효율적으로 스마트화가 가능하다.

 

스마트팩토리의 필요성

 

 

제조업의 중요성 인식과 함께 관련 기술을 혁신하고 선진화하려는 노력이 필요하다. 국내 제조업이 국내총생산 (GDP)에서 차지하는 비중은 30% 수준으로 우리 경제에서의 차지하는 높은 비중은 당분간 지속될 전망이고, 제조업에 종사하는 숙련된 기술 인력은 공급이 정체되거나 해외 생산으로 공동화가 심화되어 새로운 혁신이 필요한 상황이다.

 

한국 경제는 제조업 비중이 크고 주력 제조업의 수출의존도가 높으므로 국내 산업의 지속 성장을 위해 제조업, 특히 주력산업의 활력을 유지하고 경쟁력을 높이는 것이 중요하다. 특히 4차 산업혁명에 대한 대응과 생존 전략을 위한 제조업의 경쟁력 확보가 절실히 필요하다. 단순 조립 ･ 가공 위주의 국내 중소 ･ 중견기업은 스마트팩토리 적용을 통해 제조경쟁력 확보가 필요하다.

 

수준별 정의에서 아직 Level 1~2 수준에 머물러있는 중소기업이 대부분이다.

 

스마트팩토리 R&D 추진 현황을 살펴보면, 산업통상자원부를 중심으로 2015년부터 ‘스마트팩토리고도화기술 개발’ 사업을 진행하였으며, 2018년부터 ‘스마트팩토리제조핵심기술개발’ 사업을 추진 중에 있고, ‘스마트팩토리 제조핵심기술개발’ 사업은 스마트팩토리 관련 고도화 핵심기술을 개발하고, 대표 팩토리를 구축하는 것이 주요 내용이다. 이 외 스마트팩토리 테스트베드인 ‘데모 스마트팩토리’를 구축하는 사업도 R&D 사업에 포함된다. 또한, 스마트팩토리와 관련된 센서, 로봇, 사물인터넷(IoT) 등의 분야에서도 R&D 사업은 다양하게 진행 중이나, 실제 스마트팩토리와 직접적으로 얼마나 관련이 있는지는 파악하기 쉽지 않은 상황이다. 스마트팩토리 관련 R&D 사업은 센서산업고도화전문기술개발, 로봇산업핵심기술개발, 산업기술융합기반구축, 기계산업핵심기술 개발, 사물인터넷융합기술개발, 중소기업 기술혁신개발사업, 공정･ 품질기술개발사업 등 산업통상자원부, 과학 기술정보통신부, 중소벤처기업부에서 다양하게 진행 중에 있다.

 

대표 스마트팩토리 구축을 통한 벤치마킹 기회를 제공하기 위하여 “중간2” 수준 이상의 표준 스마트팩토리 구축을 통해 국내 스마트제조 기술의 실증 및 벤치마킹을 위한 견학 프로그램을 운영하고 있다. 2016년 동양피스톤을 대표 팩토리로 선정 및 구축 지원, “중간2” 수준 이상의 스마트팩토리 구현 및 견학 프로그램 운영하고 있으며, 2017년에는 신성이엔지, 영신금속공업을 대표 팩토리로 추가 선정하였다. 이를 분류하면 뿌리업종에서 동양피스톤, 전자업종에서 신성이엔지, 기계부품업종에서 영신금속공업 등이다. 중소 ･ 중견기업 견학, 뿌리업종의 스마트화 성공모델 제시, 국내 스마트제조 기술의 실증 등 다양한 성과를 창출하고 있다. 데모 스마트팩토리는 스마트팩토리 공급산업 분야의 신기술 테스트 및 상호호환성 ･ 상호운용성 검증을 위한 테스트베드를 구축하는 것으로, 스마트제조 기술의 테스트를 위한 유연생산 및 국제표준 기반의 이상 생산라인(discrete line), 로봇, 3D 프린터 생산라인을 구축한다. 현재 구축 중인 생산라인을 활용하여 기기 간 통신표준(OPC - UA, Open Platform Communication Unified Architecture) 기반의 IoT 실습 교육과정 (스마트팩토리 전문인력 양성사업)을 운영한다. 개방형 제조 서비스(FaaS, Factory as a Service)는 소량의 제품을 합리적 비용으로 생산 유통할 수 있는 팩토리 및 서비스로써, 아이디어를 신속하게 제품화하는데 필요한 시제품 및 초도생산을 지원한다.

 

 

글로벌 표준과 핵심 기술 및 솔루션 연계가 매우 중요하다. 스마트팩토리 구성요소(핵심 / 공통 기술 및 패키지, 선도 모델)들 간의 표준 기능, 역할과 상호관계를 정의하고, 솔루션 - 기기 간 상호호환성 및 연동을 위한 표준화, 글로벌 표준 연계 및 대응 전략을 수립해야한다. 또한 단계별 ･ 업종별 고도화 및 제조 - 서비스 융합과 혁신을 체계적으로 지원할 수 있도록 스마트팩토리 로드맵을 재정립하고, 국제표준(IEC, ISO등) 및 글로벌 국가 전략 표준들(RAMI4.0, *NIST - SMS, **IIRA 등)과 연계를 수립하여야 한다

*미국 표준-기술 연구소(이하 NIST라 함)

** 미국은 SMLC(Smart Manufacturing Leadership Coalition)를 통하여 중소·중견 기업들의 기업 표준 활동을 추 진, 이를 통한 중소·중견 기업들의 역량강화를 추진하고 있다. 국제 표준화활동에서는 자국의 경제 규모를 국제표준 화 전략에 활용하여 ISO의장·간사 현황 2위, IEC의장·간사 현황 3위로 높은 활동 수준을 가지고 있다. 대표적인 국제 표준협력활동으로는 IIC(Industrial Internet Consortium) 주도로 독일의 DIN과 소프트웨어와 하드웨어의 협력을 통 한 산업 인터넷 표준 획득 활동을 하고 있으며, IIC는 이러한 활동을 기반으로 RAMI 4.0을 대체할 수 있는 IIRA(The Industrial Internet Reference Architecture)를 개발하고자 한다.

 

 

 

 

인공지능 제조 플랫폼 구축

 

현재 독일, 미국 등 4차 산업혁명 강국에서 정부가 나서 인공지능과 데이터 기반의 제조 플랫폼 서비스를 하고 있지 않다. 따라서 인공지능 제조 플랫폼은 대한민국이 처음으로 민관 합동으로 협력하여 구축하는 사례가 될 수 있다.

 

스마트공장에서 생성되는 데이터를 저장･ 분석･ 활용하여 중소기업의 AI 스마트공장화를 지원하는 AI 중소벤처 제조 플랫폼(KAMP, Korea AI Manufacturing Platform)을 구축한다

 

. 1단계는 클라우드 인프라 구축 등 제조 데이터 활용 기반을 마련하여 현재 정부, 지역 중심의 추진체계를 민관 협력 추진 체계로 구축하도록 개선하는 것이고, 2단계는 솔루션 스토어를 통한 AI 팩토리를 확산하여 AI의 표준모델을 확대하여 제조기업이 다양한 AI 제조 솔루션을 활용할 수 있는 솔루션 스토어를 구축하는 것이다. 그리고 3단계는 마이제조데이터 활성화 기반을 마련하여 수요와 공급을 매칭하는 공유경제를 마련하는 것이다

 

여기서 AI 표준모델에 대해 조금 더 찾아봐도 좋을 듯 하다...

 

스마트제조 공급기업 육성

 

물류 4.0의 개념

 

롤랜드 버거(Roland Berger)사(2015)는 4차 산업혁명으로 진화되는 과정에서 물류산업의 역할 또한 변천하고 있으며, ‘물류 4.0’을 융 ･ 복합 기술의 역량으로 완전통합된 공급망(Fully Integrated supply chain), 상호 연계된 시스템(Interconnected Systems), 완벽한 조정 ･ 관리(Perfect coordination)에 의한 물류시스템으로 정의하였다.

 

스마트 물류를 위한 요소 기술

 

공급망 관리(SCM, Supply Chain Management) 핵심 기술

가트너그룹은 매년 새롭게 떠오르는(Emerging) 기술들과 함께 공급망 관리(SCM, Supply Chain Management) 분야에서의 핵심 기술 8가지를 선정하여 발표하고 있다. 2019년과 2020년 발표된 8대 기술을 정리하면 아래 표와 같다.

 

 

사물인터넷과 디지털 전환, 빅데이터와 기계학습, 인공지능, 자율적 사물(Autonomous Things)과 로보틱스, 몰입 경험(Immersive Experience : 몰입 경험은 사물인터넷 기술이 만들어낸 디지털 전환이 디지털공급사슬 트윈을 만들어냈을 때 비로소 등장할 수 있는 기술이자 서비스를 의미한다. 공급사슬 내 모든 기기, 설비, 화물, 시스템에서부터 사람에 이르기까지 모든 사물들의 정보가 디지털로 전환되어 한 공간에 모이게 되면, 사이버 공간 내에 실제 현실에 존재하는 것과 거의 동일한 수준의 공급사슬이 구현될 수 있다. )

 

 

 

 

 

 

참고 : 

한국과학기술연구원 융합연구정책센터,  2020년 12월 7일

https://golondrina.tistory.com/849

미국 표준-기술 연구소 블로그, 2단계 인증 방식에서 SMS 에는 부정적

https://brunch.co.kr/@duk-hyun/19

스마트 시스템 아키텍처와 참조모형

신완선, et al. 4 차 산업시대 국가별 표준과 동향. 품질경영학회지, 2017, 45.4: 611-628.