Industry 4.0 구원투수될까? 스마트 팩토리

조회수 2021. 04. 22. 15:20 수정
번역beta Translated by kaka i
번역중 Now in translation
글자크기 설정 파란원을 좌우로 움직이시면 글자크기가 변경 됩니다.

이 글자크기로 변경됩니다.

(예시) 다양한 분야의 재밌고 유익한 콘텐츠를 카카오 플랫폼 곳곳에서 발견하고, 공감하고, 공유해보세요.

By 이웃집과학자
아기 울음 소리 끊겼다

올해 1월 출생아 수는 역대 최저치를 기록했다. 통계청이 발표한 ‘2021년 1월 인구동향’에 따르면 1월 출생아 수는 2만 5003명으로 지난해 보다 6.3% 감소했다. 사망자수가 출생아 수를 앞지르는 자연감소도 15개월째 지속돼 인구절벽에 한층 속도가 붙고 있다. 노동인구가 감소하며 노동력은 부족해지고 생산성은 둔화된다. 마냥 출산 장려정책만 기다리기도, 외국인 노동력을 유치하기도 쉽지 않은 상황으로 제조업에도 대안이 필요한 시점이다.

그리고 그 대안으로 인공지능, 빅데이터, 5G, 사물인터넷(IoT), 로봇 같은 4차 산업의 기술로 무장한 스마트 팩토리가 떠오르고 있다. 제조업계에 변화의 바람을 불고 올 스마트 팩토리, 출연(연) 또한 이 혁신의 중심에 있다.


스마트 팩토리란 제품의 기획부터 설계, 생산, 유통, 판매까지 모든 생산 과정을 사물인터넷(IoT)나 인공지능(AI), 빅데이터와 같은 정보통신기술(ICT)로 가동하는 지능형 공장이다. 기업의 생산성과 제품의 품질을 효율적으로 높이는 데 초점을 둔다. 일반 공장을 운영하는 주체가 사람이라면 스마트 팩토리는 데이터와 인공지능이 운영한다. 

생산 시설을 무인화 하고 관리를 자동화한다는 점에서 스마트 팩토리는 ‘공장 자동화’와 비슷해 보인다. 차이가 뭘까. 공장 자동화는 단위 공정 별로만 최적화가 이뤄져 있어 전체 공정이 유기적이지는 않다. 반면 스마트 팩토리는 공장 자동화가 진화한 형태로 ICT 제조 기술과 융합한 덕에 공장 내 장비 부품들이 서로 소통하며 제조 공정의 최적화를 추구한다. 

기존의 공장 자동화는 대량 생산에 최적화 돼 있다. 반면 스마트 팩토리는 다품종 소량 생산이 가능하다. 각각의 공정이 실시간으로 데이터를 주고 받으며 필요한 작업 위주로 돌아간다. 고객맞춤형 제품뿐 아니라 다품종 복합 생산이 가능한 이유다. 예를 들어 독일 아디다스 사의 스마트 팩토리는 신발끈부터 깔창, 뒷굽 등 다양한 옵션 중 소비자가 마음에 드는 것을 선택하면, 5시간 내에 제품을 생산한다.

그렇다면 스마트 팩토리의 가장 핵심적인 기술은 뭘까? 아마도 스마트팩토리의 두뇌가 되는 ‘인공지능’ 기술과 두뇌의 판단을 온 공정으로 전달하는 신경 역할을 하는 ‘5G’기술일 것이다. 

한국전자통신연구원은 사물들이 알아서 필요한 행동을 결정해 일을 처리하는 인공지능(AI) 기술을 개발했다. 생산노동자의 행동을 인식해 모방한다. 이를 가상 시뮬레이션으로 반복해 빠르게 학습한다. 덕분에 공장의 가동 여건이 바뀌거나 생산 과정에 새로운 요구가 추가되더라도 빠르게 대응할 수 있다. 한국전자통신연구원은 이러한 조건을 반영해 자체 개발한 사물인터넷 이동통신 기술로 대전에서 경북 경산에 있는 스마트팩토리를 제어하는 데 성공했다.

스마트 팩토리가 널리 보급된다면 어떤 일이 일어날까? 

스마트 팩토리는 검수 정확도와 불량품을 탐지하고 분류하는 시간을 줄일 수 있다. 수집된 데이터는 인공지능을 이용한 분석을 통해 불량품이나 기계의 문제점을 파악하고 어느 시점에서 불량품이 다음 공정으로 넘어가지 않도록 할 지 판단해 전체 공정을 제어한다. 한국생산기술연구원은 인공지능 기술로 마스크 품질검사를 더욱 위생적으로 처리한다. 마스크 검수 정확도는 99.7%였다. 불량품을 분류하는 데 걸리는 시간은 제품 1개당 최대 1/15초에 불과하다. 수작업에 비해 속도도 크게 향상됐다. 한국식품연구원은 식품공급망의 다양한 변온 환경에서 식재료의 식중독균 증식 여부를 실시간으로 예측할 수 있는 모델을 개발했다. 개발된 모델은 IoT로 수집된 유통 온도정보와 접목해 해당 식재료의 실시간 안전관리에 활용될 수 있다.

스마트 팩토리는 생산 현장의 인명 사고나 문제들도 해결할 수 있다. 스스로 판단할 수 있는 능력을 갖추게 된 기계는 사람에게 닿으면 자동으로 멈추거나 자신이 언제 정비가 필요한지 등을 체크해 정보를 전달한다. 또한 사람이 작업하기 힘들거나 위험한 업무를 대체할 수도 있다. 한국전기연구원은 각종 장비나 시설물의 고장 징후를 사전에 전달할 수 있는 센서 기술을 개발했다. 이 기술을 활용하면 현장에서 발생할 수 있는 사고 위험을 예측하고 진단할 수 있어 보다 안전한 작업 환경을 구축할 수 있다. 

많은 기업에서 스마트 팩토리를 구축하며 로봇을 적극 도입했다. 특히 협동 로봇이 뜨고 있다. 협동로봇은 기존의 산업용 로봇의 단점을 해결하고자 개발됐다. 기존의 산업용 로봇은 최소한의 인력 투입으로 원가절감과 생산성을 높일 수 있었으나 안전문제가 존재했고 다품종 소량 생산에 취약했다. 반면 협동로봇은 일정한 값 이상의 힘이 감지되면 작동을 즉각 멈추거나 근접 센스를 이용해 사람의 상해를 방지할 수 있다. 

협동로봇 외에도 사람을 본떠 양손으로 작업할 수 있는 양팔 로봇도 개발되고 있는데 여러 곳의 작업을 동시에 진행할 수 있어 생산 속도가 빨라질 수 있다. 한국기계연구원에서도 다양한 제조환경에 맞춰 활용할 수 있는 ‘모듈형 AI 기반 자율작업 로봇’을 개발했다. AI기술과 로봇에 장착된 카메라를 활용해 작업자가 원하는 물건이 무작위로 놓여있더라도 센서로 인식하고 집어들 수 있다. 한국생산기술연구원은 주변 환경을 인식하고 사람과 공동으로 작업할 수 있는 로봇 손가락을 개발했다. 부품 간 이격이 0.1mm 수준에 불과한 부품을 3초 내외로 조립할 수 있어 사람의 손에 상응할 정도로 빠르고 정교하다.

한국은 제조업을 근간으로 하는 수출 중심의 국가이지만 기술 우위의 제조 강국과 비용 우위의 제조 강국 사이에 끼어 어려움을 겪고 있다. 이에 한국의 제조업 경쟁력을 높이고 새로운 산업생태계에 적응하려면 반드시 스마트 팩토리를 도입해야 한다.

전 세계 스마트팩토리 시장규모는 2019년 1,537억 달러에서 2024년 2,448억 달러로 전망된다. 연평균 9.3%의 성장률이다. 한국도 역시 연 12.2% 높은 성장률을 보인다. 중소벤처기업부는 현재 스마트팩토리 지원 기업을 현재 100곳에서 2025년까지 10배 더 늘릴 계획이다. 

스마트 팩토리 생태계 구축을 위해서 최신 디지털 기술이 적용되어야 하는 만큼 출연(연)을 필두로 학계, 기업, 정부 간의 협력이 필요하다.

이 콘텐츠에 대해 어떻게 생각하시나요?