철분말 공장 스마트공장화 추진 현황
설비 고도화 및 유지 보수 항목 증대로 인한 비용 증가로 스마트공장이 주목받으며 철분말 공장 역시 기술 융합을 통한 스마트 공장으로 탈바꿈하게 됐다. 철분말 공장은 인프라 구축으로써 설비 정보 디지털화, 데이터베이스 시스템 구성, 유무선 통신 인프라 구축 등으로 스마트공장 진화를 추진한다.
철분말 공장의 스마트 공장화 추진 현황에 대해 현대제철 기술연구소 나승구 차장이 지난 8월18일 열린 ‘무선인식기술 산업융합전략 컨퍼런스’에서 발표한 강연 내용을 정리했다.
▲ 나승구 현대제철 기술연구소 차장
스마트공장이 주목받는 이유
제조업 혁신, 제조업 3.0시대 등 스마트공장의 관련 기사가 쏟아지기 시작했다. 과거에는 공장의 생산성과 품질 외에 별다른 걱정이 없었지만, 현재는 두 가지 요건만 만족한다고 해서 해결되는 것이 아닌 문제들이 증가하기 시작했다. 또한, 숙련된 많은 전문가가 이직, 은퇴하면서 과거보다 경력자 수가 적다. 그리고 점점 더 많은 시스템이 도입되고 빅데이터, 클라우드, IoT와 같은 IT 기술이 쏟아져 나오면서 의문도 생겨나기 시작했다.
이러한 것들 때문에 생산시스템은 한계에 도달했고, 이를 극복하기 위해선 제조업 시스템의 고도화와 지능화가 필요해지며 스마트공장이 주목받게 됐다.
스마트공장이란 진행되고 있는 문제를 사전에 인식하고 이상 변화를 자각하고 알려주는 것이다. 사전에 인식하는 ‘상황 인지 기술’, 이상 변화를 자각하는 ‘데이터 처리 기술’, 알려주는 ‘통신기술이 덧붙어 있는 형태와 같다. 결국, 스마트공장은 스마트 센서 기술을 기반으로 공장 내외부 모든 요소가 통신으로 연결되어 지능적으로 운용되는 공장이다.
스마트공장이 우리 세계에 적용된다면, 빅데이터, 가상현실, 클라우드, IoT와 어우러지고 데이터를 통합하여 생산성 향상, 에너지절약, 환경오염 감소, 품질 관리 등을 해결해주는 좋은 솔루션이 된다.
처음 증기기관이 나왔을 때 증기기관은 과거의 스마트공장이었다. 스마트공장은 어느 순간에 뚝 떨어진 공장이 아닌 시기에 맞춰 스마트공장도 형태에 맞게 변해갔다.
기계화공장이라고 해서 기계화 전기 하드웨어 중심인 것이 디지털 아날로그시대에 들어와서 자동화 공장으로 변이됐다. 현재로써는 정보와 사이버가 결합이 돼서 스마트공장이 일궈졌다. 형태가 바뀌면서 활용하는 것도 달라져 단품종 대량 생산에서 다품종 대량 생산, 지금은 다품종 최적 생산으로 바뀌었다. 요구하는 것이 더 많아지면서 지금 나와 있는 재료, 기술로는 그 문제를 모두 해결하기 힘들어져 해결해보고자 돌파구로 찾은 것이 스마트공장이다.
철분말 공장의 스마트화 배경
현대제철이 스마트공장에 대해 갑자기 집중하게 된 배경에는 새로 지을 공장도 30년 전 콘셉트인 지금의 형태로 할 것인가, 아니면 30년 후 모델을 예상하고 그 공장을 지을 것인가 하는 두 가지 의문을 가지고 시작하게 됐다.
30년 전 모델의 공장을 지으면 설비 중심적이고 30년 경력으로 쌓여서 어떤 오류가 있는지에 대해 알 수 있어서 안정적이다. 그렇지만 단점으로 본다면, 뭔가를 바꾸려고 할 때 설비 공급자에게 일일이 허락을 받아야 하고, 엄청난 돈을 지불해야 한다. 또한, 폐쇄적인 구조로 인해 기능 확장이 어렵다.
이와 반대로 30년 후를 내다보고 만드는 공장은 설비 중심이 아니라 인간적인 환경, 자동화 신기술, 설비 공급사 이외의 기술이 쉽게 융합이 되어 새로운 공장형태로 개발될 것이다. 또한, 개방형 구조로 인해 기능이 확장되는 장점이 있다. 이를 토대로, 공장을 운용하는 인원은 소수로 줄이고 관리 요소는 늘리며 비용 증가를 최소화하고 인원들의 숙련도 편차를 해결하기 위해 스마트공장화 기술 개발을 시작했다.
스마트 공장의 사례로, 충남 당진에 있는 철 분말 공장이 있다. 철분말 공장에서는 간단하게 철을 녹여서 분말같이 만들어 이것을 어떤 틀에다 붓고 압력을 넣고 구우면 어떠한 형태로 만들 수도 있는 3D프린터의 원료가 되는 사업이다. 작년에 완공해서 현재 운영 중이다.
스마트공장을 얘기하면서 철분말 공장을 지목하는 이유로, 철분말 공장은 스마트공장의 특징과 같이 다품종 소규모로 생산 또는 최적생산을 한다. 제품 개발부터 양산까지 자체기술로서 가능해 조건, 요구사항에 따라서 설비사에게 요구하지 않고 공장의 형태를 계속해서 변화시킨다.
스마트공장화 장점
철분말 공장의 스마트 공장화의 SWOT 분석에 따르면, 실제 철분말 공장이 양산된 게 얼마 되지 않아 기술 인력이 전국에 3~400명밖에 안 되고 노하우도 아직 부족하며 분석을 위한 하드웨어, 소프트웨어적인 인프라도 불충분한 상태이다. 외부적인 상황으로는, 지속적인 경제 성장 불투명과 더불어 환경 및 에너지 소비에 대한 규제 강화가 있어 이를 극복하기 위해 지금의 철분말 공장을 스마트공장으로 할 필요성이 제기됐다.
이를 위해 철분말 공장은 도면 및 일지 등 수기 형태의 데이터를 전산화하여 공장의 기본뼈대가 될 수 있도록 기계적인 전기요소를 디지털 정보화하고 있다. 데이터베이스를 한곳에 모으는 E-PLAN을 통해 현재 설비정보를 디지털화하고 있다.
설비 및 운전 정보를 별도 저장 후 자유롭게 데이터를 활용하기 위해서, 설비 제어 PLC가 놓인 공장 제어시스템에 OPC 서버를 넣으면 조업 및 설비 정보 데이터를 가져올 수 있다. 애플리케이션 서버를 통해서는 원하는 서비스나 원하는 항목을 개발하는 콘셉트, 기계적 시스템에 영향을 주지 않은 상태에서 실제 원하는 프로그램이 개발되는 토대를 만든다.
만들어진 정보들이 사용되며 도움을 주는지 알기 위해서는 로컬을 통해 데이터를 수집하거나 애플리케이션 서버로 무선을 이용해 모니터링 정보를 수집한다. 무선기술로는 와이파이기술로 편리하게 스마트폰으로 확인할 수 있다.
이러한 방법을 활용해 공장을 운영한다면, 현장에 나간 신입사원들이 도면정보나 생산정보 정비 상황 등을 실시간으로 받아볼 수 있고 숙련자들은 이를 잘 감시하여 바로바로 조언해줄 수도 있다. 이렇게 된다면 공간적인 한계를 극복할 수 있다.
이러한 인프라가 구축된다면 다른 공장으로부터 원료를 받고, 철분말 공장과 수소공장 간의 시공간 제약을 극복하여 효율적으로 운영할 수 있다.
공장 운영 시 대화창을 열어놓으면 품질보상이라는 상태 데이터가 바뀌었을 때 설비를 어떻게 변경할지에 대해 예측하고 바로 요청할 수 있다. 또한, 데이터를 보고 변화가 있는 것을 실시간으로 서로 얘기하며 언제쯤 어떤 물건을 요구할지에 대해 유연하게 대응할 수 있다.
자동화공장이라고 하면 하드웨어, 소프트웨어, 품질관리가 직접 현장에서 바로바로 공유하고 개발이 되며 IT 기술 하나로 설비 상태에 따른 품질 예측도 가능하다. IoT 기술, 빅데이터, 클라우드 등을 접목하면서 인프라가 구축되고 시스템이 통합되면서 스마트공장은 계속 진화한다.
정리: 김연주 기자 (npnted@hellot.net)
