로봇이 사람을 대체하고 사람의 수고와 실수를 최소화하여 반복 작업을 수행하는 3차 산업 혁명을 등에 업고 세계 경제는 호황을 맞았습니다. 그러나 인간 운전자가 없는 이러한 로봇은 쓸모가 없었고, 사람들은 이 로봇에 “두뇌”를 심어주고 싶었습니다.
소비자 행동과 시장이 끊임없이 변화하고 있는 가운데, 현대의 사람들은 독특하고 더 복잡한 제품에 더 주목합니다. 이에 따라 기업들은 기존의 생산 방식을 더 지능적이고 자동화되고 디지털 방식으로 연결된 시스템으로 교체함으로써 더 탈중앙화된 접근 방식에 적응해야만 했습니다.
이 모든 이유가 Industry 4.0이라는 씨앗에 물을 주었습니다. 4차 산업 혁명이란 지능형 생산 로봇이 활용되는 시대를 의미합니다. 이 로봇은 스스로 일하고 오류를 스스로 수정하는 특성이 있습니다. 이러한 스마트 로봇을 사용하는 지능형 공장은 자동 제어를 통해 효율성을 극대화하고 전체 공정 비용을 몇 배로 줄이는 것을 목표로 합니다. 이 같은 지능형 공장의 토대가 디지털 생산이며, 이 기사에서는 디지털 생산에 대해 살펴봅니다.
디지털 생산이란 무엇이며, 어디로 향하고 있나?
디지털 생산은 믿기 어려운 속도와 효율성으로 설계도를 작성하고 제품을 생산할 수 있는 새로운 기술입니다. AI와 ML 같은 기술이 모든 분야에서 발전하고 있으므로 Industry 4.0이 그리 먼 꿈은 아닙니다. 스마트 팩토리에서 일하는 자율 로봇이 매번 영리한 결정을 내리게 된다면 지능은 더 이상 인간만의 속성이 아닌 것이 될 것입니다. 전 세계에서 매 분마다 IoT 기기들이 수 테라바이트의 데이터를 생성하고 있습니다. 현대의 '금'이라고도 불리는 이 데이터는 자율 기술을 그 어느 때보다 더 탄탄하게 만들 수 있을 것입니다.
개발도상국과 선진국의 시장 주도 기업들은 COVID-19가 세계 경제에 남긴 상처에 연고 역할을 확실하게 해줄 이 기술에 대대적인 투자를 할 것입니다.
이러한 기술을 확보하더라도 현재의 정보 통신 기술(ICT) 구조는 디지털 생산의 완전한 전개를 뒷받침할 준비가 되어 있지 않습니다. 가장 먼저 해결해야 하는 과제는 Industry 4.0의 전략적 비전이 성공적으로 실행되도록 하기 위한 표준화 과정의 전개가 될 것입니다.
디지털 생산에 대한 이해
디지털 생산이란 컴퓨터 시스템을 사용하여 모든 요소들을 연결해서 디지털로 탄탄하게 연결된 시스템을 형성함으로써 생산, 공급망 관리 및 서비스 제공의 전체 생산 공정을 시뮬레이션하고 만들고 분석하는 것을 의미합니다.
디지털 생산은 다양한 생산 부문에서 활용됩니다. 자동차 산업의 경우, 주문자 상표 부착 생산 업체(OEM)는 세공, 가공, 조립 순서 지정 및 공장 배치 같은 모든 공정정을 디지털 방식으로 시뮬레이션할 수 있으며 디자인팀은 설계 작업을 합니다. 이 설계의 생산성을 OEM에서 정확하게 분석하여 의견을 제시할 수 있으므로 회사의 시간과 자원이 크게 절약됩니다.
이 모든 것은 데이터 기반의 자율 시스템과 머신 러닝 도구의 진화로 인해 가능합니다. 기업은 IoT 기기들을 연결하고 중요한 수치를 모으며 데이터를 실시간으로 시각화하고 결과를 분석하여 생산 공정을 최적화하고자 합니다. 제조사는 디지털 생산을 통해 병목 현상을 제거하고 재고를 줄이며 품질을 개선하고 출시 시간을 단축하며 신속한 변화로 고객의 니즈를 충족하고 생산되는 제품의 수를 늘릴 수 있습니다.
스마트 팩토리란? 스마트 팩토리에서 디지털 생산이 어떻게 활용되고 있나?
스마트 팩토리는 디지털화 과정의 최종 산물이라고 할 수 있을 것입니다. 모든 기기가 주변 환경을 인식하고 전체 에코시스템이 서로 상호작용을 해서 원하는 출력물을 생산하는 곳이 바로 스마트 팩토리 환경입니다. 일반적으로 스마트 팩토리의 특징은 다음과 같습니다.
1. 여러 센서와 측정 장치가 생성한 방대한 양의 데이터를 분석.
2. 상호 연결된 시스템들이 공장 내 다른 노드들이 즉시 소비하도록 되어 있는 실시간 데이터를 사용하며 회사의 소프트웨어 스택에 의해 분석되기도 합니다.
3. 다양한 고객들의 맞춤화 니즈에 맞는 맞춤형 생산. 제조업체들은 발전된 시뮬레이션 소프트웨어 애플리케이션과 새로운 소재, 그리고 3D 프린팅 같은 기술을 이용하여 특정 고객을 위해 특수한 품목들로 구성된 작은 일괄처리 단위들을 쉽게 만들 수 있습니다. 1차 산업 혁명의 화두가 대량 생산이었다면 Industry 4.0의 화두는 대량 맞춤화입니다.
4. 관련 정보가 다양한 노드의 공급망들과 공유되는 더 우수하고 투명한 공급망.
스마트 팩토리에 사용되는 기술
스마트 팩토리는 스마트 생산 공정을 최적화하기 위해 여러 가지 기술을 사용합니다.
그 기술에는 다음과 같은 것이 있습니다.
1. IIoT(산업용 사물 인터넷) - 이것이 스마트 팩토리의 핵심 요소입니다. 팩토리 환경에 있는 기계에는 IP 주소가 있는 센서가 탑재되어 있어서 기계들이 다른 웹 활성화 기기들과 연결될 수 있습니다.
2. 클라우드 컴퓨팅 - 전체 공정의 여러 노드에서 수집된 방대한 양의 데이터가 클라우드에서 저장되고 분석되고 계산됩니다.
3. AI와 머신 러닝 - AI와 머신 러닝은 제조업체들로 하여금 팩토리 환경에서뿐 아니라 회사의 여러 사업 부문과 심지어 협력업체와 제3자로부터 생성된 수많은 정보를 최대한 활용할 수 있게 해줍니다. AI와 머신 러닝은 가시성, 예측 가능성, 그리고 업무 및 비즈니스 프로세스의 자동화를 위한 통찰을 제시할 수 있습니다.
4. 디지털 트윈 - Industry 4.0이 제시하는 디지털 전환을 통해 제조업체들은 프로세스, 생산 라인, 공장 및 공급망의 가상 복제본인 디지털 트윈을 만들 수 있었습니다. 디지털 트윈은 IoT 센서, 기기, PLC, 그리고 인터넷에 연결된 기타 개체들로부터 데이터를 가져와서 만듭니다. 제조업체들은 생산 공정을 시뮬레이션함으로써 디지털 트윈을 생산성을 높이고 업무 흐름을 개선하고 신제품을 설계하는 데 활용할 수 있습니다.
디지털 생산으로 새롭게 등장한 활용 분야
디지털 생산은 그 여러 가지 장점을 통해 많은 활용 분야를 새롭게 창출하였습니다. 가장 일반적인 분야 중 하나는 제조업에서 고장으로 인해 많은 비용이 발생하는 일을 피하기 위한 예방적 유지보수입니다. 제조업에서는 시스템과 AI/ML 통합의 실시간 센서 데이터를 이용하여 시스템의 상태를 실시간으로 모니터링하고 원치 않는 공정 가동 중지 시간을 없앨 수 있습니다. 또한, 디지털 생산은 우수한 감지와 검출을 통해 시각적인 분석으로 장비와 제품을 실시간으로 모니터링하고 테스트하는 것을 가능하게 해줍니다. 따라서 워크스테이션을 최적화하여 전체 생산 라인에 도움을 주고 변화하는 고객 니즈와 인기 주문에 맞춰 생산을 조절할 수 있습니다.