최근 전 세계적으로 화두가 되고 있는 '디지털화'의 물결은 금속 산업에서도 요동치고 있다. 금속 산업의 디지털화의 노력은 '수익 극대화'와 '탈탄소화 이룩'이라는 두 마리 토끼를 잡기 위한 과정이다.
디지털화의 핵심은 제품과 기계 데이터를 다양한 공정 단계에 거쳐 분석하는 것이다. 정확하게 예측하고, 오차 허용치를 철저히 준수하는 것. 그것이 디지털화의 핵심이다. 금속 산업은 디지털화를 통해 확고한 산업 경쟁력을 제고할 수 있다.
금속 산업의 새로운 어젠다로 떠오르고 있는 디지털화는 금속 업계의 새로운 먹거리다.
급속한 디지털화를 진행 중인 금속 산업
독일의 '아르셀로미탈', '티센트루프' 등 철강 기업의 디지털화 바람은 금속 산업에도 거세게 불고 있다. 금속 산업의 디지털화는 기존 방식을 대체하는 비즈니스 모델이 아니라, 기존의 수익을 개선하고 서비스 포트폴리오를 확장하려는 노력의 일환이다.
고도로 자동화한 금속 산업에서 데이터는 오랫 동안 중요한 역할을 담당했다. '티센크루프'는 뒤스부르크의 '핫 스트립 밀' 한 곳에서만 16,500톤의 스틸 슬랩과 12억 개 단위의 측정 데이터를 처리한다. 제철업계 종사자들은 빅데이터, 디지털 트윈, 머신러닝 등의 용어를 잘 알고 있을 만큼, 금속 산업에서 디지털화는 활발하게 진행 중이다.
이에 AI 전문가와 앱 프로그래머 등의 디지털 관련 인재들이 금속 산업에 유입되고 있다. 제조 전 공정을 관장하는 디지털 트윈은 생산 공정을 처음부터 끝까지 매핑해 제품, 공장 및 서비스의 모든 밸류체인 단계에서 '스틸 밀'과 함께 활용할 수 있다.
제품 생산 공정에서 오차범위를 최소화하고 제품의 표준화를 위해, 수천 개의 센서들이 품질과 생산 데이터를 수집한다. 해당 데이터는 생산 프로세스의 실시간 관리 및 분석의 기반이 된다.
독일 도르트문트에 있는 '티센크루프'의 '8번 핫 딥 코팅 라인'은 데이터 분석 결과를 이용해 '스킨 패스 밀' 관리의 수학적 모델을 생성한다. 이 데이터 모델을 통해 스틸 스트립의 조도값이 원하는 수준에 도달하도록 관리한다. 필요 시, 온라인을 통해 운전 모드를 조절할 수도 있다.
해당 사례와 같은 과정을 통해, 철강 업계는 고객에게 새로운 서비스를 제공할 가능성을 열었다. 티센크루프의 로타르 팟베르크 혁신팀장은 "미래에는 자신이 주문한 제품의 상황을 고객이 추적하고, 생산 과정에서의 품질 데이터를 받아 볼 수 있을 것이다. 이에 따라 코일이 납품되기 전에 고객 공장의 프로세스를 조정할 수 있을 전망이다"라고 말했다.
올 6월 뒤셀도르프에서 개최하는 'GMTN 2023(GIFA·METEC·THERMPROCESS·NEWCAST)' 전시회는 기존 용광로의 변화, 제철소의 자동화 비전, 디지털 용융 작업, 파운드리 4.0 등 금속 산업의 새로운 솔루션을 선보일 예정이다. 이번 GMTN 2023은 금속 산업의 핵심 주제가 될 예정이다.
SMS 디지털 : 대기업의 시장 개척
최근 금속 산업의 제조 공정은 용광로 및 철강 제품 등에 대해 총체적 수준으로 생산 라인을 연결화했다.
'SMS 그룹'은 디지털화로 개발할 수 있는 새로운 비즈니스 라인의 가능성을 초기에 열어 둔 기업이다. SMS 그룹의 자동화 기술은 수 년 전부터 SMS 그룹의 DNA였다. SMS 그룹의 엔지니어들은 '인더스트리 4.0'이 대중화하기 전부터 가상현실(VR), 증강현실(AR), 디지털 트윈 등을 제철소 공정에 적용했다.
SMS 그룹은 2017년에 자회사인 'SMS 디지털'을 설립했다. 직원 열 명으로 시작한 SMS 디지털은 현재 전 세계 약 350명의 전문가를 고용하고 있는 야금 분야의 소프트웨어 산업 선도 기업으로 성장했다.
카티야 빈트 SMS 그룹 이사회 CDO는 SMS 그룹이 야금 분야에서 쌓아온 150년의 노하우가 SMS 그룹의 핵심 경쟁력이라고 설명했다. SMS 그룹의 프로세스 최적화와 에너지 관리의 디지털화는 SMS 그룹의 새로운 비즈니스 라인의 핵심이다.
SMS 그룹은 현재 이산화탄소 배출 저감과 순환 경제의 글로벌 기업이다. 탈탄소화 리사이클링 기술에 성공적인 투자를 지속했다. 수소를 기반으로 한 기후 중립적 강철 생산, 배터리 재활용, 폐가전의 금속 재가공 솔루션, 그린 합성 가스 및 합성 연료 생산 공장 신설 등 투자 분야를 확장하고 있다.
빅 리버 스틸(Big River Steel) : '학습하는 제철소'는 시작에 불과했다.
SMS 그룹은 '2019 METEC 세계 야금 전시회'에서 세계 최초로 '학습하는 제철소'를 공개했다. SMS 그룹의 미국 제철소는 'Noodle.ai'와 협력해 공장의 디지털화를 실현했다. 해당 제철소는 현재 자원 및 에너지 절감에서 분야를 선도하고 있다.
Noodle.ai의 인공지능은 과거 데이터와 5만 개 이상의 센서가 수집한 일련의 고빈도 신호를 분석한다. 제철소 자체 데이터와 외부 데이터를 활용해 제조 프로세스를 추적하고 예측하여 솔루션을 제시한다. 이를 통해, 수율과 제품의 품질은 극대화하고 안전 이슈의 리스크는 줄어든다.
카티야 빈트가 말한 SMS 그룹의 목표는 '스스로 관리하는 생산'이다. 학습 알고리즘을 통해 자동으로 운영하는 제철소와 알루미늄 공장이 SMS 그룹의 최종 목표다.
SMS 그룹의 모듈형 디지털 키트의 핵심 상품은 '데이터 팩토리'다. 센서 데이터를 수집하고 편집하는 기능을 탑재했다. 고객이 요구하는 실적 향상 정도에 따라, 데이터 팩토리에 다양한 애플리케이션을 연결할 수 있다.
디지털화의 진가는 코로나19 팬더믹을 통해 더욱 분명해졌다. SMS 그룹은 인공지능과 증강현실을 활용해 제철소를 원격으로 운영한다.
스마트 제철 기술 : 급부상하는 스타트업
스마트 제철 기술(SST)은 AI와 머신 러닝을 활용해 이산화탄소 등의 온실 가스 배출 절감의 실현한다. 현재 금속 산업은 제어 기반 생산에서 인공 지능 기반 생산으로 진화할 준비가 됐다.
최근 제철업계는 기존의 재래식 생산 공정에서 에너지 및 탄소 절감형 공정으로 대체하고 있다. 특히 환원제를 석탁에서 수소로 대체하면서, 용광로의 이산화탄소 배출은 상당량 감소했다. 제철소들은 이 과정에서 생산 공정의 이산화탄소 효율성을 평가하고 관리할 솔루션의 보유가 필수요소가 됐다.
자동차 산업에서 탄소 발자국은 철강 제품의 구매 결정 시 점점 더 중요한 평가기준이 되고 있다. 자동차 산업의 이런 요구에 대해 제철소들은 정확한 에너지 데이터와 이산화탄소 데이터를 보유해야 한다.
SST의 창립자 팔크-플로리안 헨리히는 인공지능 기반의 자동화된 분석 모델이 열쇠라고 말했다. SST의 AI 기반 소프트웨어 패키지를 이용하면, 소비한 에너지와 발생한 이산화탄소의 수치를 평강 및 스트립 제품 별로 정확히 문서화할 수 있다고 헨리히는 설명했다. 인공지능은 원료의 품질, 제품 믹스, 유지보수 등 에너지 효율성에 영향을 미치는 다양한 요소들을 고려한다.
