[45]'유연성'이 스마트팩토리의 핵심이다

[박정수 성균관대 스마트팩토리 융합학과 겸임교수] 스마트팩토리는 바이오 산업 및 완제품을 제조하는 자동차, 전자 산업 분야 등과 더불어 부품산업에 속한 제조업체를 대상으로 생산요소 관련 ‘제조 유연성’을 견인하는 제조요인 간의 인과관계(Causality)에 주목해야 한다.

또한, 이들이 스마트팩토리 성과에 영향을 미치는 ‘제조 대응력’을 강화시키는 것도 스마트팩토리의 또 다른 목적이라고 볼 수 있다. 아래 그림은 ‘제조대응 역량강화를 위한 스마트팩토리의 유연성(Flexibility)’을 개략적(槪略的)으로 나타낸 설계 도표(Architecture)이다.

(출처 : 성균관대학교 스마트 융합학과 (Fit In Time) 박정수 교수 제공)

일반적으로 스마트팩토리에서 유연성이란 제조 시스템이 변화하는 생산 요소와 고객과 시장의 요구 사항에 맞춰 비용 효율적으로 신속하게 대응할 수 있는 능력을 말한다. ‘스마트팩토리의 유연성’은 4차 산업혁명 시대를 맞이해 매우 가변적이고 예측할 수 없는 환경에서 작동하기 때문에 제조 시스템의 설계 및 운용(運用)이 점점 더 중요해지고 있다.

시스템 설계자와 관리자는 다양한 수준에서 무형적인 유연성(생산방식, 기능)과 유형적인 유연성(기계, 제조)을 아는 것이 매우 중요하다. 이들은 스마트팩토리 수준의 성능(기능)을 달성하는데 필요한 생산 요소로 작용하고 있기 때문이다.

이런 점에서 벤츠의 “Factory 56”이 담아내고 있는 스마트팩토리 핵심 기능 중 하나인 ‘유연성’에 대해 다시 한번 그 의미를 설명할 필요가 있다. 아래 그림은 벤츠의 스마트팩토리 3요소 디지털, 유연성, 녹색생산(Digital, Flexibility, Green Production)을 보여주고 있다.

(출처 : Mercedes-Benz)

먼저, 어떠한 고객의 주문에도 대응할 수 있는 ‘유연성’ 제고이다. 이를 위해서는 강력한 WiFi 및 모바일 네트워크를 갖춘 새롭고 유연한 인프라 구축이 뒷받침돼야 한다. 특이한 점은 벤츠의 “Factory 56”에서는 ‘전통적인 조립 라인’이 선별된 생산 지역(예: 트림 라인의 시작 부분)에서 ‘무인 운송 시스템(“TecLines”)’으로 대체되는 부분이다.

‘무인 운송 시스템(“TecLines”)’의 트랙을 재정의하기만 하면, 조립 작업에서 주기 작동으로 변경될 수 있을 것이며, 이 경우 차량은 제자리에 유지되고 노선을 따라 계속 이동하지 않는다. 이는 예를 들어 슬라이딩 유리 지붕을 설치할 때 자동화 된 활동에 적합하며, ‘무인 운송 시스템(“TecLines”)’을 사용하여 건물 구조를 방해하지 않고 개별 조립 장치를 확장 할 수 있다.

또한 “Factory 56”에서는 조립라인과 ‘무인 운송 시스템(“TecLines”)’을 결합함으로써 한편으로는 대규모 생산을 위한 고효율 어셈블리(Assembly)를 제공하는 반면, 다른 한편으로는 현재 가동에 큰 노력이나 방해 없이 생산을 조정할 수 있도록 유연성을 확보할 수 있다.

그렇게 함으로써 기계와 시스템은 서로 네트워크로 연결된다. 선정된 조립라인과 재료 취급기술은 ‘사물인터넷’ 기술과 엣지 컴퓨팅(Edge Computing)을 활용하여 해결하고 있다. 고성능의 효율적 무선 네트워크와 모바일 네트워크가 이를 위한 기반을 형성했고, 강력한 5세대(5G) 모바일 기술 활용이 시범 적용되었으며, 최초로 조립라인에서 실행되었다.

“Factory 56”에서는 조립에 필요한 부품을 공급하기 위해 지능형 픽업 시스템을 이용한 이른바 픽 존(Pick Zone)을 활용하고 있다. 이 곳에서 빅데이터 관리기술을 이용한 결과 데이터 수집 및 평가가 이뤄지고 있으며, 이러한 시도는 기존 생산공정을 개선하기 위해 사용된다. 따라서 예지 정비(Predictive Maintenance)를 통해 생산라인의 오작동을 방지하는 역할을 수행하게 된다. 이는 실질적인 생산 운영시간을 늘리고 품질을 개선하는 데 도움이 될 것이다.

한편 ‘스마트팩토리의 유연성’과 관련해 ‘글로벌 공급망 관리(Global SCM)’ 또한 강조될 수 밖에 없다. 벤츠는360도 네트워킹(Networking)을 활용하여 공급업체에서 고객에 이르기까지 생산 대응력 기반의 효율성을 극대화시키고 있다.

하지만 네트워킹은 공장 내부에서만 이루어지는 것이 아니다. “Factory 56”의 중요한 특징은 개발 및 설계에서부터 공급업체, 생산 및 고객에 이르기까지 가치 체인(Value Chain) 전반에 걸친 전방위 네트워킹(Networking)이라는 점이다.

예를 들어, 벤츠는 공급자들과 협력하면서 로드 캐리어를 전 세계적으로 디지털로 추적할 수 있도록 하는 ‘이력 추적의 이점’을 활용하고 있다. 이러한 이력 추적 시스템(Tracking & Tracing System)을 통해 공급망(SCM)의 불일치를 조기에 감지할 수 있어 대응 시간이 빨라진다. 여기서 우리는 유연성의 특징이 과거와 다른 스피드(speed)라는 점을 주시해야 한다.

스마트팩토리는 FMS(Flexible Manufacturing Systems)이며, 제조 대응력을 극대화하기 위한 유연성이다. 그러므로 스마트팩토리를 통해 차별화된 유연성을 만들어야 한다. 그것이 경쟁우위의 핵심이기 때문이다. 생산주기(Production Lifecycle) 동안 요구되는 FMS 및 유연성을 향상시키기 위해서는, 우선적으로 의사결정을 수행할 수 있는 인적 자원과 작업자의 역량 향상이 필수다.

그러므로 스마트팩토리에서 요구되는 유연성은 FMS를 둘러싼 고객과 시장환경의 변화와 새로운 제조 전략의 구현에 의해 정의되어야 한다. 구체적으로 무형 및 유형의 유연성은 스마트팩토리를 통해 FMS의 유연성을 제품 유연성과 공정 유연성으로 정의하여 운용관리(Operation Management)해야 한다.

공정 유연성은 다양한 동적인 조건에서 작동하는 제조 공정의 특성이며, 제품 유연성은 고객의 요구 주문에 의해 제안되고 분류된 제조 시스템이 제시하는 물리적 및 논리적 특성의 결과이다. 유연한 자동 조립은 제조 산업에서 새롭게 요구되는 사항이며, 스마트팩토리의 핵심적인 수단은 유연한 조립라인의 혁신적인 개념으로 ‘F?FAS (Full Flexible Assembly System)’를 도입하는 것이다.

실제로 F-FAS는 단위 직접 생산 비용 측면에서 기존 FAS 및 수동 조립을 능가한다. F-FAS 프로토타입(Prototype)은 F-FAS의 성능 검증과 개선 측면에서 특정 조건(모델·구성 요소·생산 혼합)에 대해 작동 가능성을 보여 주면서 기존 조립 시스템에 비해 비용 절감을 달성할 것으로 보인다. 따라서 스마트팩토리가 달성해야 할 목적을 위해 F-FAS 개념, 유연성, 소형화, 처리량 및 단위별 직접 생산 비용 측면에서 지속 가능한 제조 성과를 만들어내야 한다.

1980년대 초 모토로라는 품질 문제로 연간 5~20%에 달하는 불량품 처리 비용을 지출하고 있었는데, 이는 품질비용을 절감하여 순이익으로 전환시킬 수 있는 금액이었다. 모토로라는 마이클 해리(Mikel Harry) 박사의 6 시그마를 도입하여 100만개당 2개 이하의 결함을 목표로 하는 품질 개선 활동을 진행하였다.

이러한 배경에서 탄생된 6 시그마는 ‘기존의 생산 현장’에서 불량률을 최소화하던 방식과는 다르게 “제품 설계와 개발 단계에서부터 회사 내의 전 부문”에서 불량을 발생 시킬 수 있는 모든 요소를 근본적으로 제거하는 것으로 수행되었다. 결과적으로 불량품 99.7% 감소와 함께 품질비용 84% 감소, 생산성 20% 향상, 매출 17% 증가라는 성과를 도출해 냈다.

스마트팩토리 역시 ‘기존의 제조 현장’에서 벗어나 “전사적 제조 지능화(EMI)”로 승화시켜 나가는 것이 유연성 기반 제조 전략이 될 것이며, 제조업의 지속가능한 경쟁력은 제조 유연성으로부터 나올 것이다.

결론적으로 스마트팩토리의 전략적 활용을 위한 스마 팩토리 구축 목적은 ⓛ자동화 영역(설비 자동화, 업무 자동화), ②제조 빅데이터 관리기술 활용 영역(생산 프로세스 재구축을 위한 제조 빅데이터 활용, 생산 프로세스 점진적 개선을 위한 제조 빅데이터 활용), 그리고 ③글로벌 가치사슬(Global Value Chain) 통합 범위(내부통합, 외부통합)를 활용하여 지속 가능한 제조대응 역량을 향상시키는 것이며, 그 중심에 유연성이 존재한다.

진화론을 창시한 찰스 다윈은 “가장 강한 종이나 가장 똑똑한 종이 아니라 변화에 가장 적응을 잘하는 종이 살아남는다”라고 했다. 결국 변화무쌍한 제조 비즈니스 생태계에서도 유연성으로 적응하는 기업만이 생존하고 성장할 수 밖에 없는 것이다. “성공이 지위(地位)나 위치가 아니고 바라보는 미래의 방향”이듯이, 스마트팩토리 구축 역시 과거 또는 현재의 지위나 위치로 인해 ‘성공의 함정’에 빠지지 않도록 차별화된 ‘유연성’을 가져야 할 것이다.