본문내용
1. 스마트 팩토리
1.1. 스마트 팩토리 정의
스마트 팩토리에 대한 정의는 각 기관과 주체마다 차이가 있으며, 현 시점에도 명확한 정의에 대한 공감대가 부족한 실정이다. '스마트 팩토리'가 지니는 사전적 의미는 '영리한' + '공장'이라 할 수 있으나, 이를 다시 풀어서 보면 '생산 전략에 기반을 둔 제조 여건 변화에 유연하게 대응하고, 공급망 관리(Supply Chain Management, SCM) 통합 관점의 QCD(Quality, Cost, Delivery) 및 제약 관리로 생산 운영을 신뢰성 있게 수행하는 공장'이라 할 수 있다. 즉, 스마트 팩토리는 첨단 기술을 기반으로 생산 현장의 모든 공정을 유기적으로 연결하여 생산성과 효율성을 극대화하는 미래형 지능화 공장을 의미한다.
1.2. 스마트 팩토리 추진배경 및 정책
스마트 팩토리 추진배경 및 정책은 제조 산업의 ICT 기반 융합 산업으로의 전환, 일자리 창출과 부국강병의 척도로 인한 제조 산업의 위상 변화, 선진국의 제조 산업 경쟁력 추진 등이 주된 배경이다.
각국의 정부들은 이러한 배경을 기반으로 스마트 팩토리 정책을 적극적으로 추진하고 있는데, 독일은 'High Tech Strategy 2020 Action Plan', 미국은 'Making in America', 중국은 '자주창신(自主創新)'과 '중국 제조 2025', 일본은 '산업재흥플랜', 한국은 '제조업 혁신 3.0' 및 '4대 실행 대책' 등을 추진하고 있다.
독일은 'Industry 4.0'을 통해 글로벌 선도국가로 자리매김하고자 하며, 고숙련 인력 유치와 중견기업의 무역 활동 및 지원 대출을 장려하고 있다. 미국은 Reshoring 세제 지원과 민·관·학 첨단 제조업 위원회를 설치하여 'Smart Manufacturing Program'을 추진 중이다. 중국은 '중국 제조 2025' 정책을 통해 초강대국 실현을 목표로 하고 있으며, 14개 시범구 지정과 산업 발전 기금 조성 등을 추진하고 있다. 일본은 첨단 설비 도입 시 세액 공제와 종합 과학 기술회의 기능 강화 등을 통해 스마트 팩토리를 지원하고 있다. 마지막으로 한국은 '제조업 혁신 3.0' 및 '4대 실행 대책'을 통해 융합 신산업 선도형 전략을 수립하고, 스마트 공장 추진단을 발족하는 등 스마트 팩토리 확산 계획을 추진 중이다.
이처럼 각국 정부는 제조 산업의 경쟁력 강화와 새로운 성장 동력 확보를 위해 스마트 팩토리 정책을 적극적으로 추진하고 있다.
1.3. 스마트 팩토리 주요 핵심기술
스마트 팩토리 주요 핵심기술에는 IoT 및 사물통신, 클라우드 기반 애플리케이션, 데이터분석 기술, 적층제조/3D 프린팅, 머신 비전 등이 있다.
IoT 및 사물통신 기술은 기존 센서에 논리, 판단, 통신, 정보저장, 기능이 결합되어 데이터 처리, 자동 보정, 자가 진단, 의사결정 기능을 수행하는 기술이다. 이를 통해 실시간 모니터링과 자동화된 제어가 가능해진다.
클라우드 기반 애플리케이션은 스마트 공장의 네트워크에서 수집한 데이터를 클라우드에서 처리 및 분석하여 공정설계, 제조실행분석, 설비보전 등을 지원하는 기술이다. 전체 수명주기에 걸쳐 최적화된 의사결정을 지원할 수 있다.
데이터분석 기술은 공정 전반의 빅데이터를 심층 분석하여 수요예측, 고객 맞춤형 설계, 실시간 피드백 반영, 라인 효율 최적화 등을 가능하게 한다. 이를 통해 생산성과 품질 향상을 꾀할 수 있다.
적층제조/3D 프린팅 기술은 디지털 설계 데이터를 이용하여 소재를 적층하여 3차원 물체를 제조하는 기술이다. 사용자 요구에 맞춘 다품종 소량 생산이 가능하고 제조 비용 절감 효과를 기대할 수 있다.
머신 비전 기술은 산업현장에서 자동 검사 및 로봇, 프로세스 제어를 위한 이미징 기반 자동분석을 제공한다. 이를 통해 품질 관리와 생산 자동화를 향상시킬 수 있다.
이와 같은 핵심기술들은 스마트 팩토리를 실현하기 위한 필수적인 요소들로, 제조 과정의 디지털화와 지능화를 가능하게 한다. 이를 통해 제품 품질 향상, 생산성 증대, 비용 절감 등의 효과를 거둘 수 있다.
1.4. 스마트 팩토리 고려요소
스마트 팩토리를 도입하기 위해서는 다양한 요소들을 고려해야 한다. 먼저 고객의 관점에서 서비스가 강화되어야 한다. 즉, 고객 요구사항을 충족시킬 수 있도록 기존의 제품 및 서비스를 개선해야 한다. 그리고 도입에 따른 재무적 효과를 검토하여 비용 대비 효과가 우수한지 확인해야 한다.
또한 기존의 비효율적인 부분을 개선하고 핵심 역량을 고도화할 수 있는 영역을 구분해야 한다. 스마트 팩토리 도입을 위해서는 운영인력의 역량이 충족되어야 하므로, 내부 구성원들과의 공감대 형성을 통해 필요한 인력을 확보해야 한다.
더불어 스마트 팩토리를 도입해야 하는 명확한 이유와 필요성, 기대되는 효과 등에 대한 타당성을 검토해야 한다. 또한 도입 과정에서 예상되는 리스크를 사전에 파악하고 이에 대한 해소방안을 마련해야 한다.
한편, 도입 시점에 대한 판단도 중요하다. 현재 시점에서 스마트 팩토리를 도입해야 하는지, 아니면 더 나은 시점을 기다려야 하는지에 대한 검토가 필요하다. 또한 도입 후 발생할 수 있는 잉여 자원에 대한 대책도 함께 고려해야 한다.
마지막으로 현재 공장에서 겪고 있는 주요 이슈가 무엇인지 정확히 파악하고, 스마트 팩토리 도입을 통해 이를 해결할 수 있는지 검토해야 한다. 이러한 다양한 요소들을 종합적으로 고려하여 스마트 팩토리 도입 여부와 방향성을 결정해야 한다.
1.5. 스마트 팩토리 비전
스마트 팩토리 비전은 산업혁명의 중심으로서 제조 산업의 혁신을 이끌어낼 것으로 기대되고 있다. 첫째, 산업혁명은 제조 산업에서 점화되어 스마트팩토리로 실현될 것이다. 제조 현장에서의 연계성 강화와 서비스화를 통해 기존 제품보다 고객 가치를 극대화할 수 있기 때문이다. 둘째, 5G 기술은 스마트팩토리 플랫폼 운용 및 확산에 핵심적인 역할을 할 것이다. 5G의 초저지연(URLL), 대량 기계 간 통신(MMTC) 등의 기능은 제조 현장의 실시간 데이터 처리와 자동화를 지원할 것이다. 셋째, 미래 산업용 네트워크에 대한 엔지니어링 영역이 확장될 것이다. 제조설비, 생산정보 시스템, 물류 등 제조 전반에 걸친 데이터 가시화와 분석 기술이 발전할 것이다. 넷째, 스마트 팩토리 전사적 업무와 제품에 대한 표준 기술 영역이 확대될 것이다. 제품 기획부터 생산, 유통, 사용, 폐기에 이르는 전 과정에서 데이터 연계와 실시간 의사결정 지원 표준이 마련될 것이다. 마지막으로, Cyber-Physical Factory를 통한 4차 산업 혁명의 근간이 형성될 것이다. 물리적 생산 공정과 사이버 공간의 디지털 정보가 긴밀히 연계되어 제조 경쟁력이 극대화될 것이다.
2. 설비배치
2.1. Job shop
Job shop은 개별주문생산을 의미하며, 고객이 원하는 정도에 따라 알맞게 생산하는 방식이다. 남성, 여성용 옷을 주문대로 생산하거나, 조선소에서 배의 수주가 있을 때의 생산 등이 그 예이다. 수주를 함에 있어서 상황에 맞게 제조가 가능하고, 제조에 알맞게 재료비를 맞추어 낭비를 하지 않으며, 손해가 적은 것이 특징이다. 대표적인 회사로는 ASIS를 들 수 있으며, 이 회사의 모델명으로 Bumper - Fascia Rr Bpr이 있다. 이러한 제품의 설비 구성 형태는 ①사출 성형 CAE ②금형 설계 ③정밀 가공 ④금형 조립 ⑤시험 사출 순으로 이루어진다.""
2.2. 배치 생산
배치 생산은 Job shop에서 다루는 여러 가지 상품 중에 거의 매일 주문이 들어오고 공정이 비슷한 제품들을 미리 묶어서 만드는 생산 방식이다. 일정한 주기를 두고 정해진 만큼 어떠한 양의 제품을 생산한다. 예를 들면 여름철의 에어컨과, 겨울철의 난방품이 평균으로 팔리는 양을 대략 측정해서 계획적으로 생산하여 특정기간동안 수익을 창출하는 것을 들 수 있다. 배치 생산의 특징은 재고가 남지 않고, 변화에 민감하다는 것이다.
GS 칼텍스의 여수정유공장은 하루 65만 배럴 정제라는 대량생산 시설을 자랑하며, 연속적이고 일정한 공정을 거쳐 LPG, 아스팔트 방향족, 휘발유 등 표준화된 제품을 생산하기 때문에 제품별 배치 생산 방식을 사용한다고 볼 수 있다. 이처럼 배치 생산은 특정 기간 동안 일정량의 제품을 계획적으로 생산하여 재고 부담을 낮추고, 수요에 민첩하게 대응하는 장점이 있다.
2.3. 셀 생산
셀 생산은 자기완결형 생산방식으로, 기존 제조공정에서 여러명의 직원이 하나의 공정을 담당해 단순 작업을 반복하는 대량생산 방식인 컨베이어 방식과 차이가 있다. 숙련된 직원이 컨베이어 라인이 아닌 셀(Cell)안에서, 처...
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