스마트 공장 및 스마트 제조란 무엇인가?

제조업체들은 최신 디지털 혁신 기술을 활용하여 운영 방식을 다시 검토하고 있습니다. 2023년 Sapio Research와 Rockwell Automation이 13개국 1,350개 제조업체를 대상으로 실시한 설문 조사에서 응답자의 97%는 향후 1~2년 동안 로보틱스에서 사물인터넷(IoT)에 이르기까지 모든 것을 포함할 수 있는 스마트 제조 기술을 사용할 계획이라고 응답했습니다.

이러한 투자는 기존 자동화 관행을 강화하여 즉각적인 이점을 제공하는 동시에 제조업체가 시스템 상호 연결성 및 데이터 공유를 강조하는 스마트 공장 구축을 위해 시설이 작동하는 방식을 재구상할 수 있는 토대를 제공합니다. 그 결과 제조업체는 더 적은 결함으로 신속하게 상품을 생산하는 동시에 비용을 절감할 수 있게 됩니다.

스마트 공장의 정의

스마트 공장은 상호 연결된 시스템과 기계를 사용하여 데이터를 실시간으로 생성함으로써 포괄적인 생산 프로세스를 개선하고 기계 작업자, 라인 감독자, 엔지니어, 회사 임원 및 다른 사람들이 더 나은 결정을 내릴 수 있도록 지원합니다. 스마트 공장 기계와 장치는 또한 자체 상태 데이터를 생성하므로 고장이 발생하기 전에 유지 보수를 시작할 수 있습니다.

공장에서는 이미 수년간 로봇과 자동화를 사용해 왔습니다. 그러나 이러한 시설은 완전히 통합된 시스템과 기계를 사용하지 않는 한 물리적 세계와 디지털 세계를 하나로 통합하는 스마트 공장으로 인정되지 않습니다. 스마트 공장은 종종 고급 로봇과 때로는 3D 프린터를 사용하기도 합니다. 스마트 공장은 스마트 제조라는 광범위한 개념을 실제로 구현한 것이라고 할 수 있습니다.

스마트 제조의 정의

스마트 제조란 기술을 사용하여 공장 내 및 제조 공급망 전반에서 물리적 및 디지털 프로세스를 조정하는 개념을 말합니다. 이러한 프로세스에는 자재 소싱, 물류, 생산 및 처분이 포함됩니다. 스마트 제조의 주요 목표는 운영 성과를 개선하고 공급 및 수요 변동에 신속하게 대응하는 것입니다.

핵심 요점

• 스마트 제조란 완전히 통합된 기술을 사용하여 공장 내 및 제조 공급망 전반에서 데이터를 수집하고 프로세스를 디지털화하는 개념을 말합니다.
• 스마트 공장은 스마트 제조 개념을 실제로 구현한 것이라고 할 수 있습니다.
• 첨단 스마트 공장에는 인공 지능, 머신러닝, 사물인터넷(IoT) 및 고급 로봇 기술 등이 적용됩니다.
• 스마트 공장은 비용을 절감하고, 효율성을 높이며, 수요 변화에 따라 신속하게 생산을 조정하고, 작업자에 대한 의존도를 줄이며, 제품 결함을 줄일 수 있기 때문에 제조업체에 매력적인 옵션입니다.

스마트 공장 및 스마트 제조에 대한 설명

스마트 제조와 스마트 공장이라는 용어는 종종 같은 의미로 사용되지만 차이가 있습니다. 스마트 제조란 첨단 연결 기술을 사용하여 공장 내 및 공급망 전반에서 물리적 및 디지털 프로세스를 조정함으로써 성능을 개선하는 개념을 말합니다. 스마트 공장은 로봇 및 자동화된 조립 라인과 결합된 센서(산업용 IoT 센서, IIoT)가 내장된 네트워크 장비에서 수집된 데이터를 사용하여 이러한 아이디어를 실제로 구현합니다. 예를 들어, 스마트 공장은 기계에 내장 및 부착된 센서를 사용하여 조기에 잠재적 생산 오류를 식별하고 문제가 발생하기 전에 로봇이 개입하도록 지시할 수 있습니다. 이러한 기술 발전은 일반적으로 인더스트리 4.0이라고 하는 4차 산업 혁명을 주도합니다.

스마트 공장의 궁극적인 목표는 프로세스 속도를 높이고 오류를 제거하는 것입니다. 스마트 공장이 자동화되어도 사람은 여전히 중요한 역할을 합니다. 예를 들어 라인 운영자는 모바일 장치에서 생산 데이터를 추적하고 데이터에 따라 시스템을 다른 방식으로 로드하기로 결정함으로써 기계 또는 전체 생산 라인의 성능을 향상시킬 수 있습니다.

스마트 공장의 운영 방식

스마트 공장은 센서 및 소프트웨어 네트워크를 사용하여 제조 프로세스의 모든 단계에서 데이터를 수집하고 공유함으로써 제조업체가 생산 속도를 높이고 제품 품질과 시스템 유지를 개선할 수 있도록 지원합니다. 예를 들어 공장 내에서 생산 라인의 저장소에는 공급이 부족할 때 리필 요청을 트리거하는 센서가 장착될 수 있으며, 지연을 피하기 위해 로봇이 적시에 새로운 공급을 제공하도록 요구할 수 있습니다. 또한 기계가 자체 상태 데이터를 지속적으로 생성하여 유지 보수 요구를 예측하고 고장을 줄일 수도 있습니다. 스마트 공장에 있는 연결된 시스템은 재료 관련 문제를 발견하여 결함을 방지하는 데 도움이 됩니다.

스마트 공장 구조 및 레벨

스마트 공장은 일반적으로 다음과 같은 4가지 레벨 또는 단계를 거쳐 발전합니다. 오늘날 대부분의 공장은 레벨 1에 머무르고 있습니다.

스마트 공장의 이점

센서, 로봇, 고급 소프트웨어 및 기타 기술 자산의 판매를 포함하는 글로벌 스마트 제조 기술 시장 규모는 2022년 2542억 4000만 달러에서 2030년까지 7875억 4000만 달러로 성장할 것으로 예상됩니다. 제조업체는 다음과 같은 이점 때문에 이 기술에 투자하고 있습니다.

• 저렴한 비용. 스마트 공장은 주로 인력, 인적 오류, 제품 결함 및 낭비를 줄이고 예측 유지 보수를 통해 기계의 수명을 연장함으로써 비용을 절감합니다.
• 더 나은 의사 결정을 더 빠르게. 센서에서 수집된 데이터는 공급망 전반을 포함한 제조 프로세스의 모든 단계에서 분석을 거쳐 각 단계의 임원, 관리자 및 작업자가 더 많은 정보에 기반하여 빠른 의사결정을 내릴 수 있도록 지원합니다. 예를 들어 공급망 전문가는 추가 자재 주문을 권고하는 스마트 공장의 권장사항을 검토하고 이에 동의하는 경우 운송 일자를 결정할 수 있습니다. 또는 사용 가능한 데이터를 검토하고 권장 사항을 만드는 알고리즘을 변경하여 이후 제조업체의 요구 사항에 더 부합하는 권장 사항이 표시되도록 할 수 있습니다.
• 효율성 증대. 제조 효율성이란 일반적으로 생산된 산출량(생산성)이 아닌 완성되는 작업의 품질과 효율성을 의미합니다. 이와 같이 스마트 공장 기술은 주로 중복 프로세스를 최소화하고, 반복 작업을 자동화하고, 시간 및 자재 낭비를 줄이고, 다운타임을 최소화하고, 예측된 부족 상황을 기반으로 재고를 보충함으로써 효율성을 높입니다.
• 더 적은 인력으로 더 많은 작업 수행. 스마트 공장에서 사람은 여전히 중요한 역할을 하지만, 자동화된 프로세스를 통해 제조업체는 더 적은 인력으로 더 많은 작업을 수행할 수 있습니다. 다양한 인구 통계, 경제 및 기타 이유로 2030년까지 210만 개의 미국 제조업 일자리가 채워지지 않을 것이라는 점을 고려할 때 이는 중요한 부분입니다.
• 환경 영향 최소화. 스마트 공장은 지능형 연결 기술을 통해 자재를 보다 효율적으로 사용함으로써 제조업체에서 매립지로 보내지는 폐기물을 줄여 탄소 배출량을 줄일 수 있습니다. 또한 제조업체는 지속 가능한 재료 및 구성요소의 사용에 우선 순위를 부여하여 블록체인 및 전파 식별(RFID) 기술을 통해 해당 제품의 출처와 운송을 추적할 수 있습니다.

스마트 공장 기술

2023년 EY의 설문 조사에서 산업 제조 분야 CEO 중 97%는 지속적인 디지털 및 기술 혁신 프로젝트가 단기적인 우선 순위라고 응답했습니다. 이러한 프로젝트는 종종 다음과 같은 기술을 포함합니다.

• 센서. 센서는 스마트 공장 현장에 배치되거나 기계에 내장되어 온도, 진동, 압력, 토크, 근접성 및 동작 등 다양한 요인에 대한 데이터를 수집하는 장치입니다. 센서는 산업용 IoT의 핵심 요소입니다.
• 산업용 IoT(IIoT). 제조 감독자 및 운영자는 공장 현장의 기계 및 기타 인터넷에 연결된 사물에서 수집된 데이터를 사용하여 자산의 물리적 상태, 성능 및 산출물은 물론 자산이 사용되는 생산 프로세스를 분석합니다. 그런 다음 필요에 따라 기계를 수정하고 프로세스를 조정할 수 있습니다. 예를 들어, IIoT에 연결된 센서는 기계의 비정상적인 진동이나 온도 변화를 감지하여 작업자에게 유지 관리 문제가 발생할 가능성을 경고할 수 있습니다. 예측 유지 보수를 통해 제조업체는 문제가 발생하기 전에 개입하여 비용이 많이 드는 다운타임과 기계 손상을 방지할 수 있습니다. IIoT World의 2022년 설문 조사에 따르면 제조업체의 67%가 IIoT 전략을 구축했거나 개발하고 있습니다.
• 클라우드 컴퓨팅. 클라우드 컴퓨팅은 데이터, 애플리케이션 및 기본 인프라가 존재하는 대부분의 스마트 공장에서 기술 기반으로 사용되고 있습니다. 클라우드 서비스는 여러 가지 주요 이점을 제공합니다. 제조업체의 필요에 따라 쉽게 확장하거나 축소할 수 있습니다. 성능 및 기타 개선 사항 같은 새로운 애플리케이션 기능이 인터넷을 통해 자동으로 제공되므로, 제조업체의 IT 팀이 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸리는 업그레이드를 진행할 필요가 없습니다. 클라우드 서비스는 어디에서나 액세스할 수 있으며 일반적으로 강력한 보안 및 백업 기능을 제공합니다. 또한 제조업체에서 필요로 하고 실제로 사용한 애플리케이션 및 인프라 용량에 대해서만 비용을 지불합니다.
• 빅 데이터. 제조업체는 스마트 공장에서 대량의 데이터(빅데이터)를 수집하고 분석합니다. 강력한 전사적 자원관리(ERP) 시스템에서 지원하는 애플리케이션으로는 예측 유지 보수, 이상 감지, 품질 검사, 폐기물 절감, 프로세스 개선, 시장 예측 등이 있습니다. 예를 들어 특정 제품에 대한 수요 급증 예측이 예상되는 경우 제조업체는 해당 제품에 더 많은 조립 라인을 할당하거나 다른 제품보다 재고를 더 많이 확보할 수 있습니다.

스마트 공장 사례

대부분의 제조업체는 여전히 스마트 공장을 구축하려는 열정만 갖고 있지만, 조기에 도입한 업체들은 앞으로 나아가야 할 방향을 제시하고 있습니다.

LG전자의 창원 스마트파크는 세계경제포럼(World Economic Forum)에서 생산 효율성, 안전성, 낮은 환경 영향으로 '등대(Lighthouse)' 공장으로 선정되었습니다. 가전제품을 생산하는 제조업체 공장 내부에서 냉장고 및 기타 가전제품 부품은 오버헤드 컨베이어 시스템 또는 5G 네트워크를 통해 관리되는 무인 안내 차량(AGV)을 통해 생산 라인으로 이동됩니다. 각 라인에 연결된 '지능형 물류 창고'는 재고를 실시간으로 모니터링하고 필요에 따라 추가 부품 및 비품을 요청합니다. LG전자는 3D 물류 자동화 시스템을 통해 기존 시스템에 비해 필요한 물류 창고 공간을 30%까지 최소화하면서 자재 운송에 소요되는 시간을 25% 단축했다고 밝혔습니다. 기계 외부 또는 내부에 부착된 센서는 잠재적인 제조 문제를 식별하고 문제가 발생하기 전에 로봇에 지시하여 문제를 해결합니다. 또한 용접 및 중장비 들어올리기와 같은 위험한 작업을 로봇이 수행하여 작업자에게 보다 안전한 환경을 조성합니다. 2022년 LG는 창원 스마트파크에서 선보인 이러한 스마트 생산 기술을 13개국의 총 26개 생산 시설에 적용할 계획이라고 밝혔습니다.

50MHz 대역폭에 대한 사용권을 구매한 농기계 제조업체인 John Deere는 생산 라인의 데이터를 분석하여 조립을 개선하기 위해 미국 중서부 공장에 자체 5G 네트워크를 구축했습니다. 이 업체는 작업자와 나란히 작업할 수 있는 로봇을 공장에 배치할 계획입니다. 또한 생산 기계의 3D 모델이나 디지털 트윈을 만들어 성능을 모니터링하고 기술자를 교육하며 장비를 서비스하도록 지원하고 있습니다. 이러한 모델은 태블릿과 스마트폰에서 언제든지 액세스할 수 있습니다.

F-150 라이트닝 픽업 트럭을 제조하는 미시간 주 디어본에 위치한 Ford 공장에서 생산 라인 근로자는 공장의 5G 네트워크에 연결된 태블릿을 사용하여 자재 공급 및 장비 상태에 대한 데이터에 액세스합니다. 개별 차량은 AGV를 통해 한 근로자 그룹에서 다른 그룹으로 운송됩니다. 한편 이 자동차 제조업체는 영국 전기 자동차 공장 내 센서로 용접 공정의 사진을 캡처할 수 있으며(EV 모터와 배터리에는 수천 번의 용접 필요) AI 기반 분석을 통해 특정 용접이 기준을 충족하는지를 판단할 수 있습니다. 그렇지 않은 경우 부품이 다음 생산 단계로 이동하기 전에 용접이 다시 진행됩니다. 이를 통해 해당 기능이 없으면 사용이 불가능했을 부품이 정기적으로 수정되므로 시간을 절약하고 낭비를 줄일 수 있습니다.

Oracle을 통해 스마트하게 제조 운영 혁신

제조업체는 Oracle의 스마트 제조 솔루션을 사용하여 생산성과 효율성을 극대화하고, 제품 품질을 개선하고, 생산 일정을 조정하고, 기계 고장을 예측하여 비용이 많이 드는 다운타임을 방지하고, 공급망 전반에 걸쳐 상품과 프로세스를 추적할 수 있습니다.

스마트 공장 및 스마트 제조 FAQ

스마트 제조와 스마트 공장의 차이점은 무엇인가요?
스마트 제조는 완전히 통합된 기술을 사용하여 공장 내 및 공급망 전반에서 물리적 및 디지털 프로세스를 조정하고 개선하는 광범위한 개념입니다. 스마트 공장은 그 아이디어를 실제로 구현한 것입니다.

스마트 공장에는 어떤 기술이 포함되나요?
스마트 공장은 산업용 IoT를 기반으로 하며, 제조업체는 수많은 공급망 자산, 공장 기계 및 기타 '사물'에서 생성된 데이터를 수집 및 분석하여 더 나은 의사 결정을 내리는 데 활용합니다. 이외에도 스마트 공장은 AI, 머신러닝, 고급 로봇, 3D 프린팅, 디지털 트윈 등 다양한 기술을 사용합니다.

스마트 공장은 어떤 종류의 데이터를 추적해야 하나요?
스마트 공장은 공급망, 공장 기계, 생산 프로세스 등을 통해 이동하는 자산에 대한 데이터를 추적합니다.