[69]맞춤형 스마트 팩토리 시대의 도래

[박정수 성균관대 스마트팩토리 융합학과 겸임교수] 최근 몇 년 동안, 신기술의 급속한 발전으로 사람과 가상(Cyber), 물리적(Physical) 공간이 일체화 되는 현상이 현실이 되고 있다. 즉 HCPS(Human-Cyber-Physical System)는 최적화된 수준에서 고객과 시장의 “맞춤형 요구(욕망)”에 제조 목표를 달성하기 위해 인간, 사이버 시스템 및 물리적 시스템으로 구성된 피드백(feedback: 자동조절원리) 기능의 복합 지능형 시스템이다.

맞춤형 스마트 팩토리의 구축이 용이해지고 있는 기술적 근거는 빅데이터(Big Data), 클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing), 엣지 컴퓨팅(Edge Computing), 인공지능(AI)과 같은 지능화에 관련된 기술들이 완성되고 있기 때문이다. 전통적인 공장과 비교해서 스마트 공장은 인간과 기계의 상호작용을 실현시키는 실시간 생산 네트워크, 산업사물인터넷(IIoT), 엣지 컴퓨팅, 빅데이터, 인공지능 등 상호 연결의 힘을 만들어내는 기술들을 활용하여 과거와 다른 기능, 즉 고객 참여 및 실감형 기능들을 만들어내야 한다.

왜냐하면 4차 산업혁명시대 제조경쟁력의 기능은 동적이고, 유연하고, 민첩하고, 융복합적인 역량을 활용하여 지속가능하게 제품의 품질과 성능을 향상시킴으로써, 시장과 고객의 맞춤형 요구(나만의 서비스)에 대응하게 하여 스마트 팩토리 목표를 지속적으로 달성하도록 생태계를 조성시켜 나가는 것이기 때문이다. 그러므로, 참여 마케팅과 생산 시스템의 일체화 과정이 스마트 팩토리 구축 과정이다.

더 나아가 HCPS(Human-Cyber-Physical System)는 기존의 사이버 물리 시스템(CPS)과 비교했을 때, 인간의 역할이 강조된다. 효율성, 인적 및 지식 관리 및 적용이 효과적으로 이루어지도록 환경을 조성하고 인간의 제조 경험을 스마트 팩토리 플랫폼에 이전함으로써 피드백(feedback) 원리의 실현 가능성이 향상될 것이다. 그러므로 맞춤형 스마트팩토리는 HCPS(Human-Cyber-Physical System)이다. 스마트 팩토리 기술과 사물인터넷(IoT) 기기들은 식음료, 제약, 자동차 및 다양한 제조업의 효율성, 제품 품질 및 안전에 광범위한 영향을 미치고 있다.

따라서 산업사물인터넷(IIoT)은 제조 공정, 창고 운영을 포함한 공급망관리, 재고관리, 품질관리와 품질보증, 그리고 장비 유지보수 영역에까지 유용하게 활용되고 있다. 물론 그 중심에는 엣지 인공지능(Edge AI)이 있다. 다시 말해 맞춤형 스마트 팩토리 지능화의 출발은 엣지 인공지능(Edge AI)이다. 아래 그림은 엣지 인공지능(Edge AI)에 대한 스마트팩토리의 가치제공 모델을 보여주고 있다.



위 그림 스마트 팩토리 가치제공 모델에서 보여주듯이, 제조 공정에서 산업사물인터넷(IIoT)과 엣지 컴퓨팅 기술들은 모든 제조 단계에서 실시간으로 데이터를 생성, 수집하여 프로세스의 중복성과 비효율성을 철저하게 제거할 뿐만 아니라 빅데이터가 생성되도록 개방성과 유연성을 보장한다. 이에 따라 머신러닝(ML)을 적용하여 학습과 분석을 가능하게 하고 있다.

창고 운영에서 산업사물인터넷(IIoT)은 제품 입출고의 자동화와 동선의 효율성을 향상시켜 필요할 때 필요한 양만큼 제공하는 공급망(Supply Chain)의 민첩성(Agility) 향상을 가능하게 하는 스마트팩토리의 물적흐름 지능화의 출발점이며, 재고 관리 측면에서는 사용되는 자원을 추적하고 적시(JIT: Just-in-Time)에 재입고하여, 자원을 보다 효율적으로 사용하게 할 수 있으며, 재고 관리를 자동화해준다.

품질관리와 품질 보증 측면에서는 엣지 컴퓨팅과 사물 인터넷 기술을 통해 제품 결함에 대한 데이터 수집이 가능해지고 다양한 생산 부분에서 실시간으로 수집한 데이터와 결합하여 품질 문제의 근원을 파악할 수 있다. 특히 스마트 팩토리의 핵심이라고 할 수 있는 품질 이력추적이 가능해진다.

장비 유지보수 영역에서 스마트 팩토리 기술은 장비 유지보수를 간소화하여 다운타임(DOWNTIME)을 최소화시키고 생산성을 극대화시킴으로써, 지속 가능성과 안전성 측면에서 에너지 사용, 환경 성능 및 작업장 재해와 같은 이벤트에 대한 데이터 통찰력을 제공하여, 제조 현장들이 보다 지속 가능한 프로세스와 보다 나은 작업 환경을 조성할 수 있도록 지원한다.

따라서, 맞춤형 스마트 팩토리는 인간-사이버-물리적(HCPS), 즉 HCPS(Human-Cyber-Physical System)을 기반으로 구축되어야 한다. 이어 빅데이터 활용기술, 디지털 트윈(digital twin), 산업사물인터넷(IIoT), 인공지능(AI)의 특성에 따라 생산설계, 자원 관리의 지능화, 새로운 지식 발굴 등 과거와 다른 스마트팩토리 사고(Smart Factory Thinking)가 중요하다. 현장의 포괄적인 감지(관찰 기능), 잘 조절되는 제어 기능(컨트롤 기능), 협업 기능을 갖춘 HCPS의 연결의 힘에 의해 지원되도록 스마트 팩토리를 설계해야 한다.

궁극적으로 기계와 통신 메커니즘(Mechanism), 그리고 컴퓨팅 파워(Computing Power)가 상호 연결된 네트워크(Inter-Connected Network)인 스마트팩토리는 인공지능(AI), 디지털 트윈(Digital Twin), 확장현실(XR) 등 첨단 기술을 활용해 정형과 비정형 데이터, 즉 빅데이터를 분석하고, 자동화된 프로세스를 구동함으로써, 즉 지속가능한 제조운용관리(製造運用管理: Manufacturing Operation Management)를 인공지능 활용을 통해 최적화된 운영(Optimized Control)이 가능하도록 학습 분석하게 함으로써 피드팩(Feedback: 자동조절원리)이 용이한 사람중심 사이버 물리 시스템(Human-Cyber-Physical System)이라고 할 수 있다.