오늘날 제조 현장에서 가장 귀중한 것은 강철도, 석탄도 아니고 전기도 아니다. 바로 데이터이다. 인공지능(AI)과 연결성이 가속화하면서 새로운 산업혁명의 시대로 접어들고 있다. 이것을 ‘인더스트리 4.0(Industry 4.0)’이라고 부른다.
이 새로운 시대에는 센서와 디지털 시스템이 생성한 데이터를 가지고 기업들이 물리적인 세상에서 일어나는 일들을 모니터링할 수 있게 되었다. 이는 제조를 좀더 유연하게 할 수 있는 토대를 제공하는데, 소비자들의 요구가 계속해서 변함에 따라 이러한 접근법이 더욱 필요해졌다.
오늘날 인더스트리 4.0이 강조되고 있는 이유를 분석해 보면, 소비자들의 요구가 변화하고 있다는 것은 빙산의 일각에 불과하다. 전세계적인 경제, 지정학, 환경, 인구학적 문제와 위기에 직면함으로써 산업 노동력 공급과 공급 사슬이 전에 없이 영향을 받고 있다. 특히 코로나 19(COVID-19) 팬데믹이 발발함으로써 첨단 기술, 실시간 데이터, 유연한 제조가 어느 때보다 중요해졌다.
보다 높은 수준의 자동화와 로봇을 사용해서 반복적이고 위험한 작업을 처리하도록 함으로써 작업자를 보조하고 생산 연속성을 보장할 수 있다. 이렇게 하면 작업자들은 인지 능력을 더 많이 필요로 하는 작업에 집중할 수 있다. 위스콘신대 매디슨 캠퍼스의 IoT 시스템 연구소 부소장인 카이보 리우(Kaibo Liu) 부교수는 “제조 현장에 IoT, 로봇, 증강 현실을 도입하기 위한 논의가 갈수록 활발해지고 있다. 제조 공정에서 보다 정교하고 세부적인 데이터를 수집함으로써 기업들은 실시간으로 빠르게 의사결정을 할 수 있다”고 말했다.
“제조업체들이 새로운 요구에 부응하기 위해서는 제조 설비를 현지화하고, 필요에 따라서 생산 라인을 재빨리 변경할 수 있게 설계하는 것과 같은 변화가 필요하다.”
– 니콜라 오번(Nicola O’Byrne), 아나로그디바이스 커넥티드 모션 및 로보틱스 마케팅 매니저
공급 사슬 현지화는 제조의 유연성을 높일 뿐 아니라, 나아가 운송 필요성도 줄이므로 환경적 영향을 낮출 수 있다. 또한 신뢰할 수 있는 실시간 데이터와 손쉽게 재구성 가능한 시스템을 활용함으로써, 유지보수를 계획하고 기계 설정을 조절하고, 예컨대 셔츠를 생산하던 라인을 마스크 생산 라인으로 전환하는 것과 같은 의사결정도 빠르게 할 수 있다.
건설 현장이나 구조 작업에 자율 로봇을 투입하는 수준에는 아직 이르지 못했지만, 다른 것들은 이미 실현 단계에 이르고 있다. 일례로 3D 프린팅 설비는 첨단 제조에 걸리는 시간을 단축하고 소비자들에게 제품을 빠르게 공급할 수 있다. 인더스트리 4.0을 도입함으로써 효율, 안전성, 생산성을 높이고 제조를 한 차원 더 향상할 수 있다.
4차 산업 혁명
3차 산업 혁명은 전자장치, 컴퓨팅, 통신, 디지털 기술을 활용하는 것으로서, 제조회사들이 몇 가지 품목 혹은 단일 품목을 대량으로 생산할 수 있었다. 하지만 오늘날에는 훨씬 더 높은 수준의 유연성이 요구된다. 1920년대에 가능했던 것보다, 심지어 2000년대 초반과 비교하더라도, 소비자들은 더 다양한 선택 옵션과 맞춤화를 원하고 있기 때문이다.
아나로그디바이스(Analog Devices)의 상태 기반 모니터링(condition-based monitoring, CbM) 기술인 OtoSense AI 사업을 총괄하는 케빈 칼린(Kevin Carlin) 부사장은 “예를들어 차를 구입하려고 하면 많은 옵션 중에서 선택을 해야 한다. 따라서 제조사들은 수십만 또는 수백만 가지의 구성을 취급할 수 있어야 한다. 전체적인 플랜트와 공급 사슬을 관리하고 요구가 변화하는 것에 따라서 하나의 모델에서 다른 모델로 신속하게 전환할 수 있어야 한다”고 말했다.
가동 중단에 따른 손해
예기치 않은 가동 중단(downtime)은 제조회사에게 손해를 입히므로, 이러한 중단시간을 최소화하는 것은 인더스트리 4.0 제조의 매우 중요한 목표이다.
이러한 전환은 결코 쉽지 않다. 많은 공장들은 여전히 오래된 기술들을 사용하고 있다. 단순히 오래된 장비를 최신 장비로 교체하는 것은 비용도 많이 들고, 현실적으로 가능하지도 않다. 그렇기 때문에 인더스트리 4.0 제조를 위해서는 교체보다는 보강이 더 나은 방법이다. 기존에 설치되어 있는 기계 장비들에서 최신 IT가 제공하는 지능을 활용하는 것이다.
제조 현장에 무선 센서 기반 통신 네트워크를 구축함으로써 상태 기반 모니터링 같은 첨단 애플리케이션이 가능하다. 센서들을 사용해서 기계 장비 혹은 부품의 건전성을 지속적으로 모니터링함으로써 심각한 고장이 발생하기 전에 미리 이상 징후를 포착하고 진단하고 문제를 해결할 수 있다. 이러한 실시간 모니터링을 통해서 장비 수명을 연장하고 생산성을 높일 수 있다. 예기치 못한 가동 중단으로 인한 비용이 총 제조 비용의 약 1/4을 차지하므로, 예측적 유지보수는 비용을 크게 절약하고 생산성을 높일 수 있다.
공장 설비에서 IT 활용
인더스트리 4.0을 통해 제조회사들은 기존 컴퓨터 인프라에서 새로운 네트워크 솔루션으로 도약함으로써 속도, 데이터 관리, 에너지 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
시스템간의 상호운용성
인더스트리 4.0 제조 방식에서 중요한 것이 상호운용성이다. 이는 다양한 산업용사물인터넷(IIoT) 장치들 간에 실시간 데이터 통신 능력을 말한다. 제조 현장에서는 다양한 제조사로부터 공급된 다양한 장비, 소프트웨어 프로토콜, 네트워크가 사용된다. 최근까지도 이러한 각각의 프로토콜과 네트워크들이 서로 통신할 수 있는 방법이 없었다. 하지만 이제 시간 민감형 네트워킹(TSN; Time Sensitive Networking)이 등장하면서 이 문제를 해결할 수 있게 되었다.
오늘날 스마트 팩토리에서는 대량의 데이터가 발생하므로 상호운용성을 위해서는 견고한 네트워크가 필요하다. 이것을 가능하게 하는 것이 실시간 확정적 이더넷(Deterministic Ethernet)이다. 이 기술을 활용하여 스마트 팩토리에서 대규모 데이터를 더 잘 관리할 수 있다. 아나로그디바이스는 센서 기술을 선도하고 있을 뿐만 아니라, 실시간 확정적 이더넷 스위치 같이, 스마트 팩토리의 중추를 담당하는 부품들을 제공한다.
“시스템들을 높은 대역폭에서 실시간으로 연결함으로써 생산 공정을 더 잘 제어할 수 있으며 효율 향상을 이룰 수 있다.”
– 마틴 코터(Martin Cotter), 아나로그디바이스 영업 및 디지털 마케팅 선임 부사장
아나로그디바이스의 전 세계 영업 및 디지털 마케팅을 총괄하는 마틴 코터(Martin Cotter) 선임 부사장은 “물리적인 세상을 디지털로 변환하고 에지 상에서 얻어낸 통찰을 다른 장비들과 소통해야 한다. 시스템들을 높은 대역폭에서 실시간으로 연결함으로써 생산 공정을 더 잘 제어할 수 있으며 효율 향상을 이룰 수 있다. 그럼으로써 제조 공정을 한 차원 더 진화할 수 있다”고 말했다.
상호운용성의 토대 위에서 인더스트리 4.0 도입을 가속화할 수 있다. 공장에서 로봇과 ‘코봇(cobot)’이 사람과 함께 작업할 수 있다. 자율 자동차처럼 로봇 역시 다양한 센싱 솔루션을 사용해서 주변을 3차원으로 감지함으로써 반복적이면서 위험한 작업을 수행할 때 안전성을 높일 수 있다.
“아나로그디바이스는 데이터가 생성되고 처리되는 곳에 늘 함께 해왔다. 50년이 넘는 시간 동안, ADI는 고객들이 직면한 엔지니어링 과제들을 해결할 수 있도록 지원해왔다. 지금까지 쌓아온 경험과 전문성을 바탕으로 앞으로도 계속해서 고객들과 함께 진화해 나갈 것이다.”
– 마틴 코터(Martin Cotter), 아나로그디바이스 영업 및 디지털 마케팅 선임 부사장
제조기업들이 미래로 나아가기 위해서는 공장 자동화를 고도화하고 유연성을 높일 수 있는 기술에 투자해야 한다. 센서는 물리적 세상이 디지털 세상과 만날 수 있도록 할 뿐 아니라, 인더스트리 4.0이 약속하는 것들을 실현하는 데 있어서 커다란 역할을 한다. [글_ 아나로그디바이스 (Analog Devices, Inc.)]
