스마트팩토리 이란 ?

스마트팩토리란 제품의 기획, 설계, 생산, 유통, 판매 등 전 과정이 사물인터넷 (IoT), 사이버-물리 시스템 (CPS), 임베디드 운영체제 등의 ICT와 전력기기가 융합하여 자동화 및 정보화 되는 시스템입니다.

스마트팩토리는 생산성 향상, 에너지 절감, 무인화, 인간중심 작업 환경 구현, 최적 비용 및 실시간 고객 맞춤형 다품종 유연 생산이라는 패러다임의 전환을 이끌 수 있습니다.

스마트팩토리 구축에 성공한 국내외 사례를 몇 가지 소개하겠습니다.

대성아이앤지: 현대기아자동차의 미션 및 자동차 에어컨에 사용되는 관련 부품을 생산하는 업체로, 서버 및 OS·DB, PC 및 모니터, 게이지 Mux 등 하드웨어를 구비하고, 이에 따른 소프트웨어를 개발, 적용했습니다. 그 결과 데이터 관리의 투명성이 증대되면서 신뢰도가 확보되었고, 그동안 감춰졌던 공정 불량 원인이 오픈되면서 개선 방안이 도출됐습니다.

연우: 국내 최초로 화장품용 디스펜스 펌프를 개발하며 글로벌 시장에서도 인정받고 있는 기업으로, 전사정보 시스템과 연계된 MES를 구축해 생산 계획, 실적 관리, 품질관리, 금형 및 설비 관리, 기준 정보 관리를 하고, 설비와 직접 연동된 POP 시스템을 통해 현장 작업 과정의 데이터를 집계하는 시스템을 갖췄습니다. 제조업체에서 ‘4M’, 즉 인력, 설비, 재료, 작업 방법 (Man, Machine, Material, Method) 관리는 가장 기본이며 사업의 성패를 좌우하는 중심축이라고 할 수 있는데, 연우는 MES를 통해 4M의 정보를 실시간 관리하여 생산정보 경영을 구축할 수 있게 되었습니다.


영신금속공업: 6대 뿌리산업에 속하는 주조를 제외한 다섯 기술로 연간 약 25억 개의 볼트, 스크류를 생산해 GM, 현대·기아차, 삼성전자, LG전자 등 국내 기업뿐 아니라 전 세계 주요 자동차 기업들에게 납품하고 있는 기업으로, 스마트공장 추진 사업지원을 받아 현장 단말기를 37대 설치했습니다. 작업자들이 일일이 손으로 기록할 필요 없이 생산 실적과 품질 공정에 관한 정보를 실시간으로 확인하고, 공유할 수 있게 됐습니다.

이 외에도 스위스 다보스 포럼에서 등대공장으로 선정된 ‘포스코’와 ‘LS일렉트릭’, 오픈소스 통해 적용한 스마트 팩토리 식음료산업 다양한 기술과 사례들, 스마트화 기술 - 제조에서의 빅데이터의 활용 사례 등 다양한 스마트팩토리 활용 사례가 있습니다.

스마트팩토리의 장점은 다음과 같습니다.

- **노동력 문제를 해결**할 수 있습니다.
고령화와 인구성장 정체에 직면한 나라 경제에 인력 부족이 심각한 문제인데, 스마트팩토리는 자동화와 무인화를 통해 노동력의 수요를 줄일 수 있습니다.

- **데이터로 문제점을 대처**할 수 있습니다. 스마트팩토리는 IoT, AI, 빅데이터 등의 기술을 활용하여 공장의 상태를 실시간으로 모니터링하고 분석하여 문제가 발생할 가능성이 있는 설비는 사전에 조치하거나 예방할 수 있습니다. 또한, 품질관리나 생산성 향상을 위한 최적화 방안도 데이터를 통해 도출할 수 있습니다.

- **숙련공의 노하우를 자료화**할 수 있습니다. 오랜 경험으로 문제를 발견하고 해결할 수 있는 숙련공들이 줄어들면서 제조업의 지식과 기술이 소실되는 위험이 있습니다. 스마트팩토리는 숙련공들의 노하우를 데이터베이스화하고 AI로 학습시켜 숙련되지 않은 작업자들도 데이터를 통해 설비의 문제점에 대처할 수 있게 합니다.

- **리쇼어링을 유도**할 수 있습니다. 리쇼어링이란 싼 인건비나 판매시장을 찾아 해외로 옮긴 생산거점을 다시 자국으로 돌아오게 하는 것입니다. 스마트팩토리는 인건비나 노동시장에 의존하지 않고 생산성과 품질을 높일 수 있기 때문에 리쇼어링을 촉진할 수 있습니다. 이는 국내 경기침체와 실업난을 해결하는데 도움이 됩니다.

- **매출을 성장**시킬 수 있습니다. 스마트팩토리는 고효율 작업으로 비용을 절감하고, 다양하고 복잡해지는 고객의 요구에 맞춰 맞춤형 대량생산을 가능하게 하며, 제품의 수명주기를 연장하고 신제품과 서비스를 창출할 수 있습니다.

이러한 이점들은 기업의 매출과 경쟁력을 높일 수 있습니다. 예를 들어, 스마트팩토리 선도 기업인 삼성SDS와 포스코ICT의 스마트팩토리 매출은 전년대비 각각 50%, 305% 증가했습니다.

스마트 팩토리에서 사용되고 있는 기술은 다양하고 복잡하지만, 대표적으로 9가지 핵심 기술을 꼽을 수 있습니다.

산업용 사물인터넷 (IIoT): 공장 내의 설비와 기계에 센서를 부착하여 실시간으로 데이터를 인터넷으로 주고받는 기술입니다. 공장의 상태와 공정을 모니터링하고 제어할 수 있습니다.

가상 물리 시스템 (CPS): 사이버상에서 공장을 가상으로 가동해 보는 시스템입니다. 공장의 성능과 효율을 예측하고 최적화할 수 있습니다.

클라우드 컴퓨팅: 공장에서 수집한 데이터를 인터넷을 통해 원격 서버에 저장하고 처리하는 기술입니다. 데이터의 관리와 분석을 용이하게 하며, 다른 기술과의 연계를 가능하게 합니다.

VR·AR: 가상 현실과 증강 현실을 활용한 기술입니다. 스마트 글라스 등을 통해 작업자들에게 실시간 정보를 제공하거나 원격 지시를 할 수 있습니다. 또한, 공장의 설계나 교육 등에도 활용됩니다.

빅데이터: 공장에서 발생하는 방대한 양의 데이터를 의미합니다. 데이터를 분석하고 활용하면 공장의 품질과 생산성을 향상시킬 수 있습니다1.

인공지능 (AI): 데이터를 기반으로 학습하고 판단하는 기술입니다. 공장의 문제점을 발견하고 해결하거나, 최적화된 결과물을 제안하거나, 새로운 제품과 서비스를 창출하는데 도움이 됩니다.

5G: 초고속·초저지연·다수접속이 가능한 이동통신 기술입니다. 공장 내의 다양한 사물들이 데이터를 신속하고 정확하게 전송할 수 있게 해줍니다.

스마트 머신: 스스로 판단하고 제어할 수 있는 기계입니다. 로봇이 대표적인 예로, 단순 작업 뿐만 아니라 복잡하고 다양한 작업도 수행할 수 있습니다.

3D 프린팅: 디지털 모델을 바탕으로 층층이 물질을 쌓아 만드는 제조 기술입니다. 여러 제품들을 한 번에 생산할 수 있으며, 맞춤형 제품도 쉽게 만들 수 있습니다.

plc제어 기술이란 ?

**PLC (Programmable Logic Controller)**라는 장치를 이용하여 제어할 수 있는 기술을 말합니다. PLC는 릴레이, 타이머, 카운터 등의 기능을 반도체 소자로 구현하고, 프로그램으로 제어할 수 있게 한 자율성이 높은 제어 장치입니다12. PLC는 다양한 산업 현장에서 자동화와 고능률화를 위해 사용되고 있습니다.

PLC의 구조는 크게 중앙처리장치 (CPU), 입출력부, 전원부, 주변 장치로 구성됩니다. CPU는 메모리에 저장된 프로그램을 해독하고 실행하는 역할을 하며, 입출력부는 외부 기기와의 신호를 연결하고 전달하는 역할을 합니다. 전원부는 PLC 내부의 각 부에 전원을 공급하고, 주변 장치는 PLC에 프로그램을 기록하거나 모니터링하는 역할을 합니다.

PLC의 프로그래밍 언어는 **래더 (Ladder)**라는 그림으로 표현되는 언어가 가장 일반적입니다. 래더 언어는 릴레이 제어반의 회로도와 유사하게 입력과 출력을 접점과 코일로 나타내고, 로직 연산을 수행합니다. 래더 언어 외에도 함수 블록, 명령어 리스트, C언어, 구조화된 텍스트 등의 다양한 언어가 사용될 수 있습니다.

PLC 프로그래밍 언어에 대해 자세히 알려주세요.

PLC 프로그래밍 언어에는 여러 종류가 있습니다. IEC 61131-3이라는 국제 표준에 따라 다음과 같은 6가지 언어가 정의되어 있습니다.

LD (Ladder Diagram): 사다리 형태로 표현되는 언어로, 릴레이 제어반의 회로도와 유사합니다. 입력과 출력을 접점과 코일로 나타내고, 로직 연산을 수행합니다. 가장 일반적이고 직관적인 언어입니다.

FBD (Function Block Diagram): 논리 회로와 비슷한 형태와 구조를 가지는 언어로, 각각의 블록에 입력과 출력을 눈으로 확인할 수 있습니다. 복잡한 구조를 이해하기 쉽게 단순화할 수 있습니다.

IL (Instruction List): 어셈블리 언어와 유사한 낮은 수준의 언어로, 한 줄에 하나씩 명령어를 넣어 프로그래밍하는 방법입니다. 응용 프로그램의 수행 시간을 최적화시키는데 유용합니다.

ST (Structured Text): 파스칼과 유사한 고급 프로그래밍 언어로, 다양한 종류의 데이터 타입을 갖는 변수들에 관련된 복잡한 연산 등을 표현하는데 유용합니다. if-then-else와 같은 조건부 분기문과 for와 같은 순환문을 지원합니다.

SFC (Sequential Function Chart): 시퀀스 방식을 그래픽화한 환경으로, 플로우 차트와 같이 생각의 흐름에 따라 프로그래밍하는 방법입니다. 순차적 논리를 명확히 표시하기 때문에 프로그램의 작성과 유지 보수 관리가 쉽고, 판독이 용이합니다.

CFC (Continuous Function Chart): FBD와 유사하지만, 각각의 블록에 숫자를 통해 순서를 확인할 수 있는 언어입니다.
이 중에서 LD와 ST가 가장 많이 사용되는 언어입니다. PLC CPU 입장에서는 STL이라는 기계어로 변환되어 실행됩니다.

HMI 이란?

HMI는 Human Machine Interface의 약자로, 사람과 기계의 상호작용을 가능하게 해주는 장치나 소프트웨어를 말합니다.
HMI는 산업 제어 시스템에서 장비나 시설의 상태를 모니터링하고 제어할 수 있도록 실시간 데이터를 시각화하고 그래픽 유저 인터페이스를 제공합니다.
HMI는 SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)와 같은 고급 시스템이나 터치 패널, 타워 램프, 알람 등과 같은 간단한 장치를 포함할 수 있습니다.

HMI는 다양한 산업 분야에서 사용되며, 특히 제조, 에너지, 수자원, 용수, 건물, 교통 등에서 활용됩니다13. HMI의 사용으로 다음과 같은 이점을 얻을 수 있습니다.

향상된 가시성: 전반적인 운영에 대한 가시성을 향상시키고, 원격 감시 및 제어를 가능하게 합니다.

효율성 제고: 실시간 데이터에 대한 상시 액세스가 가능하고, 수요 변화에 실시간으로 대응할 수 있습니다.

다운타임 단축: 알람 확인 및 관리를 통해 문제 발생 시 신속하게 대응할 수 있습니다.

향상된 사용 편의성: 사용자 맞춤형 대시보드를 설정하고 필요에 따라 장비를 제어할 수 있습니다.

통합 시스템: 다양한 통신 프로토콜을 지원하여 기존 시스템과의 통합을 용이하게 합니다.

최근에는 4차 산업 혁명과 스마트 팩토리의 화두에 맞춰 모바일 HMI가 주목받고 있습니다. 모바일 HMI는 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북 등 다양한 기기에서 HMI를 사용할 수 있도록 웹 기반의 솔루션을 제공합니다.

모바일 HMI의 장점으로는 다음과 같은 것들이 있습니다.

End-user의 사용 환경을 고려하지 않아도 되는 점

반응형 웹 애플리케이션으로 사용자 해상도를 크게 고려하지 않아도 되는 점

수정 사항이나 디버깅 작업 시 개별 PC에서 작업할 필요 없이 서버 PC에서만 작업해주면 되는 점

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