특집일반

혼자서, 저절로, 알아서 일하는 공장…지능화·자동화 통해 제조업에 날개

<24> 4차 산업혁명에 스마트팩토리가 있다

협동로봇은 인간과의 직접적인 상호 작용을 위해 설계됐다. 사람이 어떤 작업을 성공적으로 수행할 수 있도록 도와준다.
스마트팩토리란 사물인터넷과 인공지능(AI), 빅 데이터의 기술력을 융합해 최적의 생산현장을 구현하는 것이다.
‘스마트 팩토리’의 방점은 사물인터넷으로 상징된다. 사물인터넷을 기점으로 공장 내 전산 및 컴퓨터 기계 등과의 호환을 통해 원활한 커뮤니티의 장을 마련한다.
AR 스마트글라스는 스마트폰 화면을 보지 않고도 안경을 통해 현실 세계와 증강 현실을 겹쳐볼 수 있어 현실감 넘치는 현실을 구현한다.
4차 산업혁명의 밀알은 ‘인더스트리 4.0(Industry 4.0)’으로 보는 것이 학계의 중론이다. 2011년 독일공학협회는 인더스트리 4.0을 국가차원의 ‘미래 먹거리’로 제시했다.


대한민국 기적의 시발은 ‘한강’이었다. 유사한 궤로 독일 경제의 전초는 바로 ‘라인강’으로 상징된다.

우리는 그간 4차 산업혁명을 두고 ‘범람’이냐, ‘발발’이냐의 설왕설래를 거듭해 왔다. 유사 의미를 내포한다지만 그만큼 4차 산업은 ‘혁명’의 기치를 앞세워 ‘뜨거운 감자’ 내지 ‘센세이션’이라는 테마를 상존시켰다. 이는 곧 4차 산업의 근원이 우리 삶 저변으로 스며들었다는 방증이다.

4차 산업혁명의 밀알은 ‘인더스트리 4.0(Industry 4.0)’으로 보는 것이 학계의 중론이다. 이를 역추적해보고자 한다면 2011년을 되짚어 볼 필요가 있다. 당시 독일공학협회는 인더스트리 4.0을 국가 차원의 ‘미래 먹거리’로 제시했다.

독일에서 주창한 이 어젠더는 서두에 언급한 ‘경제 신흥국’의 발전사항과 일맥상통한다. 제조 부분에 세계 일류 수준의 기술력을 보유한 독일이 여타 신흥국들의 눈부신 (제조업) 성장 동력을 일정 부분 견제하고자 착안한 것이 바로 인더스트리 4.0 프로젝트였던 것.

인더스트리 4.0의 모토는 ‘공장의 완벽한 자동화’다. 여기에는 3차원의 현재와 4차원의 가상공간을 연계하는 ‘사이버 물리 시스템(CPS)’이 투영된다. 사물인터넷(IoT)의 활용으로 공장 전반의 상태 및 이를 토대로 한 ‘컨트롤 원격화‘야말로 인더스트리 4.0의 아이덴티티라 칭할 수 있다.

스마트의 기술력을 담뿍 담아낸 ‘스마트팩토리’의 방점은 사물인터넷으로 상징한다. 다시 말하자면 사물인터넷을 기점으로 공장 내 가상의 영역으로 일컬어지는 전산 및 컴퓨터 기계 등과의 호환을 통해 원활한 커뮤니티의 장을 마련한다는 것이다.

스마트팩토리의 자동화 과정은 총 5단계로 정의 내린다. 2019년 현재에 이르러 전 세계 기준 스마트팩토리의 기술력은 3단계로 보는 것이 정설이다. 3단계는 로봇이 미처 범접할 수 없는 생산 공정간 인력이 투입되는 수준이다.

전문가들은 진정한 의미의 스마트팩토리 구현을 위해선 ‘소프트웨어’의 획기적 발전이 동반돼야 함에 입을 모으고 있다. 사물인터넷이 접목된 자동화 장비를 운용하는 범주가 바로 소프트웨어 전문가들의 몫이기 때문으로.

◆생산성을 극대화하다

스마트팩토리의 주요 산업군은 제조업이다. 스마트팩토리의 정의를 다시 한번 짚어보자면 스마트팩토리라 함은 사물인터넷과 인공지능(AI), 빅데이터의 기술력을 융합, 최선을 넘어 최적의 생산현장 발현을 그 의의로 둔다. 이는 곧 자동화 제고를 통한 인건비 절감, ‘생산성의 극대화’라는 캐치 프레이즈를 전면에 내세우는 것으로 풀이된다.

스마트팩토리 구현을 위한 주요 사양에는 증강현실(AR)의 선제적 접목이 필수다. 스마트팩토리의 원리 자체가 컴퓨터 시스템과 인력을 잇는 교각 역할로 점철됨에 기인, 가상과 현실을 넘나드는 AR이라함은 스마트팩토리의 근간이라 정의내림에도 결코 과하지 않다.

스마트팩토리 내 AR의 기능적 측면은 다양하다. 우선 AR을 통해 노동자 개별로 작업지시 및 생산영위를 위한 갖가지 정보를 제공한다. 여기서 노동자에게 부여되는 AR은 착용이 가능한 웨어러블의 형태를 띤다. 작업자는 굳이 손을 이용하지 않더라도 착용한 AR기기를 통해 작업 간 다채로운 콘텐츠를 손쉽게 접할 수 있다.

대한민국 유수의 한 생수 업체는 ‘생산속도 제고’를 회사의 주력 방침으로 내세웠다. 500㎖ 기준으로 시간당 8만여 병 생산이 가능하다는 것이 업체 측 설명인데, 이 같은 기술력이란 우리나라를 넘어 세계 일류 수준으로 평가받고 있다.

이를 가능케 한 것이 바로 ‘자동화 공정 시스템’이다. 이 많은 제품 생성을 위해 투입된 인원은 고작 30여 명 남짓. 공정 라인에 나선 인력들은 오롯이 무인 작동을 위한 시스템 컨트롤 에 주력한다.

자동화 시스템 구축은 인력의 효율적 구상과 더불어 생산기일 단축을 통한 원활하고 유동적 공정라인 실현에 혁혁한 공적을 남기고 있다.

유력 금형개발 업체의 기본라인은 24시간 자동화 시스템이다. 설계 과정서부터 조립에 이어지는 전 과정을 ‘3D데이터’ 주축으로의 시스템적 변혁을 꾀했다. 이 같은 변화는 기존 한 달 가까이 걸려 생산된 완제품을 불과 열흘 안팍으로 앞당기는 계기가 됐다.

또 다른 사출기 업체는 재료 투입 과정부터 냉각, 성형 등의 사출 공정 중 대부분을 자동화 시스템에 투영시켰다. 여기에는 생산력 제고와 더불어 ‘안전’의 기치가 가미돼 있다. 사출 간 틀 사이 인력이 투입될 경우 자칫 돌이킬 수 없는 인명사고가 발발할 수 있음에 착안, 기계 내부에 사람이 감지되는 즉시 전 공정이 정지되는 기술력도 스마트팩토리의 빼놓을 수 없는 주요 요소다.

◆스마트팩토리와 5G의 만남

AI로 하여금 발발 가능한 이항대립 구조는 몇 해를 걸쳐 끊이지 않는 논쟁거리 중 하나다. 인간의 편의제고를 위한 측면과 ‘잉여인간 양산’이라는 이분법적 논란이 AI 고찰의 당위성을 공고히 한다는 것인데, 이를 타개하고자 하는 노력이 곳곳에서 벌어지고 있다. 이는 곧 무조건적 자동화 시스템 도입이 아닌 작업자 입장에서의 유연한 조건 설파에도 주력한다는 것.

지역의 한 항만공사는 일부 부두를 대상으로 자동화 시스템 도입 목표를 밝혔다. 정확히 말하면 자동화가 아닌 ‘반 자동화’. 이 같은 결정의 배경엔 부두 노동자들의 ‘온전한 직업 보장’이라는 패러다임이 한몫했다. 공사 측은 부두 전반으로 무인 시스템은 접목하되, 컨테이너 하역 공간은 기존 노동력으로 운영한다는 방침을 내세웠다.

‘초저지연’의 기술력을 품은 ‘5G’도 스마트팩토리의 근간 중 하나로 꼽힌다. 작업 간 끊기 지 않는 정보 공유와 원거리 진단 및 생산 전반으로 5G는 그 영향력을 떨쳐갈 기세다. 이 같은 상황을 반영하듯 유수의 통신업체 들은 제조업체들과의 적극적인 업무협약(MOU)을 통해 스마트팩토리 사업에 가일 층 박차를 가하고 있는 모양새다.

실제 한 대형통신사에 따르면 생산품을 업체 니즈에 맞는 라인에 투영시켜주는 로봇과 제품의 각종 이미지를 면밀히 분석, 불량 유무를 제어 및 체크하는 머신, 공정 간 발생되는 각종 데이터를 빅데이터화 한 후 이를 상시 수집 및 분석하는 관제 모니터링 등의 이른바 ‘스마트팩토리 3종 서비스’ 개시를 위한 마지막 담금질에 매진하고 있다.

유수의 철강업체는 버퍼링 없는 5G기술력과의 융합을 통한 ‘연속 공정’ 체제를 더욱 굳건히 했다. 여기에는 앞선 공정 간 발생한 데이터를 취합·분석하는 빅데이터 기술력도 아울러 접목했는데, 이를 토대로 품질 오류 발생 시 뒤 공정에 영향을 받지 않도록 함은 물론, 막히지 않는 데이터 호환 및 연동을 통해 제품 불량에 선제적으로 대응한다.

스마트팩토리는 공정 간 자동화를 넘어 소비자와의 소통에도 적극적이다. 여기에는 애플리케이션의 역할이 주효했는데, 한 타이어 관련 플랫폼 회사는 타이어의 압력과 온도 등의 데이터 자료를 중앙 서버에 전송, 전송된 자료를 기반으로 차량 소유자 및 관리자들을 상대로 타이어 관련 데이터를 실시간으로 체크할 수 있도록 한다. 소비자는 메시지를 통해 타이어 상태를 알림 받게 되는데, 이는 타이어의 유지·보수, 효율적 사후 관리, 한발 더 나아가 운전자 안전의 견인차 역할을 할 것으로 기대된다.

스마트 공장 도입으로 인한 경제적 산출효과는 수치를 통해 더욱 가시화해가는 과정이다. 지역의 한 중소업체는 스마트 공장 도입 전 대비 20배 이상의 수출액을 기록했으며 인력 소모 없이 전 자동화 방식을 고수하고 있는 또 다른 중소업체의 사례를 비춰 봐도, 자동화 공정 도입 이후 제품 불량률이 기존 4%대에서 0.5% 이하까지 절감한 것으로 알려진다.

◆국내 도입 더욱 높아져야

스마트팩토리의 구호는 의외로 단순하다. ‘적은 인력, 신속하고 정확한 공정, 이를 통한 효율성 및 생산성의 극대화’가 바로 그것. 우리나라를 넘어 지구촌 전반으로의 경쟁력 제고를 위해서라도 최선을 넘은 최적의 생산품 생성을 위한 스마트팩토리는 ‘선택’이 아닌 ‘필수’라는 시류가 거세다.

이 같은 상황에 기인, 정부는 최근 제조업 혁신을 꾀하기 위한 스마트팩토리 전문 프로그래머 양성과 함께, 재직자의 역량 제고를 위한 각종 교육 지원을 발표했다. 이는 지난해 말 정부차원으로 공식 발표된 ’중소기업 스마트 제조혁신 전략‘에 상응하는 대처로 보여지는데 여기엔 2022년 기준 스마트 인력 ’10만 명‘ 양성 계획이 담겨있다.

사실 대한민국의 스마트팩토리 도입 수준은 5단계 중 1단계에 머물러 있는 처지다. 전 공정을 무인 제어하는 2단계 과정은 전체 스마트 공장 중 2%에 그쳐 있을 정도로 척박한 것 또한 현실이다.

이 같은 현실을 타개하고자 정부는 위와 같이 응답했다. 중소기업의 틈새시장 공략과 양질의 일자리 창출에 스마트팩토리는 터부시할 수 없는 주요정책임을 정부 차원의 자인인 것으로 풀이된다.

유수의 IT 전문가들은 스마트팩토리의 시류를 20~30년으로 내다보고 있다. 앞서 가상의 기술력을 바탕으로 탄생한 PC가 그랬고 스마트의 이름을 딴 스마트폰 역시 완급 조절을 해가며 오늘에까지 이르렀다. 물론 진화의 과정은 현재진행형이다. 스마트팩토리의 가시적 경제효과야말로 초기 비용이라는 부담을 일정 부분 해갈해갈 ‘완충 역할’을 할 것으로 기대되고 있다.

파괴는 붕괴의 의미를 내포한다. 붕괴를 두고 다만 고인 물의 정체와 고착화를 무너뜨리는 또 다른 의미의 선한 파괴로 회귀될 수 있음을 굳게 믿어 볼 때다. 그 옛날 마차의 발명을 두고 ‘파괴적 혁신’이라 지칭했듯, 파괴의 중의적 표현을 간과하지 말자.

글·사진 군월드 IT사업팀
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