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기획특집 효율적인 스마트공장 구축 방안과 SCADA의 중요성

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작성자 최고관리자 댓글 0건 조회 662회 작성일 19-07-12 11:36

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1. 서 론

2019년 제조업의 가장 큰 화두는 스마트공장이다. 정부는 8대 선도 사업 중 하나로 스마트공장을 선정하였다. 2019년에는 지원 금액을 늘리고, 스마트공장을 4천개 추가 보급할 계획을 가지고 있다. 지자체에서도 지역 제조업의 경쟁력 강화와 스마트화를 위하여 추가로 지원을 해주고 있는 상태다.

이렇다 보니 대부분의 제조업 공장들은 스마트공장 도입을 추진 또는 검토를 하며 업무 개선을 이루고 있는 많은 업체들이 있다. 하지만 기 구축된 스마트공장 중에는 투자비용만큼 효율적으로 업무가 진행되지 못하는 곳도 많았다. 정부에서 지원을 해준다고 하니 지원사업을 도와주는 업체의 말만 듣고 과감한 투자를 결정한 업체들이 그러했다. 공장 운영자, 담당자 등 실무진 그 누구도 원하지 않는 결과물이 나온 것이다.

왜 그런 것일까? 스마트공장은 각 공장 상황에 맞게 도입이 되어야 하는데, 획일화된 시스템을 도입하였기 때문이다. 스마트공장 도입을 검토하는 회사라면 우리 회사의 운영 환경과 자동화 수준을 고려하여, 그에 적합한 스마트공장이 무엇인지를 고민해보고, TF팀을 구성하여 진행하여야 한다.

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2. 스마트공장 구축의 우선순위

스마트공장을 구축하기 위해서는 우선 목표를 정하는 것이 중요하다. 스마트 공장에 기대하는 요구사항들은 <그림 1>처럼 담당자별로 상이할 것이다. 실제로 구축되는 상황을 보면 경영자나 추진하는 부서의 원하는 요구사항들이 우선으로 반영되어 스마트공장이 구축이 된다. 그렇기에 생산, 품질, 보전, 생산계획 등 다양한 부서의 담당자들로 TF팀을 구성하여 요구사항을 정의하고, 그 요구사항을 달성하기 위한 구성 방안을 도출하는 것이 필요하다.

현장 상황에 따라, 목표에 따라 구현하는 방법과 비용은 상이하기에 스마트공장을 구축하려는 기업은 다각도로 검토해볼 필요가 있다. 요구사항에 따른 목표는 여러 가지가 있지만, 일반적으로 많은 기업들이 목표로 잡는 것은 크게 4가지가 있다.

1) 품 질
경쟁사에 비해 상대적으로 월등한 제품을 제공하기 위해 제품의 설계를 고급화하고, 제조 공정이 이러한 설계에 맞추어 제품을 생산하도록 관리

2) 원 가
제품이나 서비스의 생산시설에 투입되는 설비투자비용과 시설을 운영하기 위해 필요한 비용을 포함한다. 따라서, 보유 설비의 효율 증대와 재고 최소화 및 생산 공정의 재작업이나 폐기로 인한 비용절감을 관리

3) 시 간
생산 공정의 단순화, 병목 공정의 제거, 낭비의 제거 등을 통해 자재와 정보 흐름의 속도를 높임으로써 제품이나 서비스의 공급에 소요되는 시간을 단축

4) 유연성
시장이 급격히 변화하거나 주문량이 일정하지 않더라도 이러한 변화를 효율적으로 대처할 능력을 갖추고, 신제품 개발 및 고객 설계 변경 요구 등을 쉽게 수용할 수 있는 능력을 갖추는 것이다.

자이솜에서 추천하는 목표 순서는 <그림 2>와 같다.
 
첫 번째는 품질이다. 한국 사람들은 품질이 좋다고 하면 더 많은 비용을 내서라도 제품을 사용한다. 원가 관리를 위해서, 또는 빠르게 생산하기 위해서 품질이 나빠진 제품은 고객들이 등을 돌리고 사용하지 않는다. 그렇기에 품질이 가장 중요하다.
 
두 번째는 시간이다. 생산 소요시간의 절감은 생산 효율이 올라가는 것이고, 생산 단가가 줄어드는 것을 의미한다. 생산 단가 절감은 곧 원가절감까지 이어진다. 그리고 고객이 원하는 시간 내로 제품을 만들어 납품할 수 있는 기반이 마련된다.

세 번째는 원가절감이다. 원가절감을 위해서 여러 가지의 요소들을 복합적으로 적용할 필요가 있다. 하지만 원가절감 방안이 품질을 떨어뜨리고, 시간을 더 소요하게 한다면 그 방안은 도입을 하지 않는 것이 맞다.

네 번째는 유연성이다. 요즘같이 고객들의 다양한 요구들을 반영하기 위하여, 다품종 소량생산 시스템을 구축하는 것은 모든 스마트공장의 목표라고 할 수 있다. 다만, 그 목표를 수행하기 위한 시간과 노력이 많이 필요하기에 네 번째로 설정하였다.

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정리하면, 최소 비용 & 최대 효과를 구축하기 위한 1차 목표를 ‘품질’과 ‘시간’을 두는 것이 가장 효율적인 방법이다. 물론 초반에 스마트공장을 구축하기 위해 수집한 우리 공장의 요구사항들을 버릴 필요는 없고, 필요한 사항이라면 그 요구사항을 반영해 향후 로드맵을 작성하는 것이 필요하다.


3. 스마트공장 구축 방안과 SCADA의 중요성
 
1) 자동 데이터 수집 DAS(Data Acquisition System) 구축
품질과 시간 관리의 목표를 달성하기 위해서는 가장 먼저 자동으로 데이터를 수집하는 것이다.
기존에 ERP나 MES만을 도입한 업체는 사람이 직접 현장의 데이터를 입력하였다. 구축 비용이 절감되기에 효율적인 방안이라고 이야기할 수 있으나, 실제 현장의 상황은 그렇지 않다.
직접 데이터를 입력함으로써 인력 손실, 휴먼 에러 발생이 야기된다. 인력 손실과 구축 비용을 비교해보고 투입 여부를 결정하는 게 일반적이다. 하지만 휴먼 에러 발생으로 인한 손실은 정량적으로 환산하기는 어렵고, 그 양은 상당히 클 수도 있다. 일반적인 실수로 잘못 입력하는 경우는 그 경우의 수도 적고, 그 피해도 크지는 않다. 문제가 되는 것은 작업자가 자신의 실수를 감추기 위해 조작된 값을 입력하거나, 품질 데이터를 위해 때에 맞춰 실 데이터를 측정/입력하지 않고 경험에 의한 데이터를 입력했을 경우다. 작업자가 잦은 실수를 유발되는 공정을 찾아, 생산 기술팀에서 분석을 하여 공정을 개선하려 하는데, 작업자들은 자기의 실수를 감추기에 그 요소를 찾을 수 없었던 현장도 있었다.
그렇기에 자동으로 데이터를 수집하는 기반을 구축하는 것이 제대로 데이터를 얻기 위하여 해야 할 스마트공장 첫 번째 요소다. PLC 기반의 공정이라면 PLC 통신 모듈을 추가함으로써 자동으로 데이터 수집이 가능하다. 요즘에는 통신이 가능한 센서들이 다양한 제조사를 통해 나오고 있으며, Remote I/O를 활용하여 센서 데이터 수집도 어렵지 않게 구축이 가능하다.

2) X-DAS 구성

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3) SCADA 구축
자동으로 데이터 수집 기반을 구축하거나 현장의 센서가 디지털화 되었다면, 데이터를 수집 관리할 수 있는 SCADA 시스템이 필요하다.
SCADA는 Supervisory Control And Data Acquisi tion의 약자로, 일반적으로 원거리에 있는 설비들의 데이터를 수집하여 모니터링하거나 제어하기 위한 시스템이다. DAS 위에 SCADA 시스템을 도입하여, 현장의 데이터를 Database에 수집하고, 그래픽 UI 위에 데이터를 연동하여, 관리자나 운영자가 쉽게 현장의 상황들을 인지할 수 있다. 또한, 상위의 시스템에게도 데이터를 전송해주기에 스마트공장의 필수 요소라고 할 수 있다.

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4) 구축 내용과 기대효과
SCADA를 통하여 구축하는 주요 시스템은 다음과 같다.

<SCADA 구축 내용>
I. 실시간 설비 상태 모니터링
실시간 현장 설비 상태 정보
설비 정지 시 유지보수 담당자 호출
II. 실시간 실적/품질 정보 수집
실시간 설비별 생산 정보
실시간 설비 환경/생산 제품 품질 정보
III. 실시간 설비 알람
설비 알람 정보 수집
알람 발생 시 등급에 따라 담당자 통보
IV. 이상 발생 통지
이상 발생 등급에 따라 상황 전파
설비 알람, SMS, e-Mail, 화면 표시 등

이와 같이 SCADA를 구축함으로써 도입 공장의 기대효과 첫 번째는 보이는 공장을 구축하여 제조의 투명성 확보가 가능하다. 공장의 운영 상태를 관계자들이 실시간으로 확인을 할 수 있다. 두 번째 효과는 작업자의 편의성과 신속성이 제공된다. 기존에는 수기로 입력을 하고 눈으로 확인해야 하는 설비 상태들을 시스템이 대신하여 처리해주고, 문제가 발생하면 담당자에게 즉각적인 알람으로 신속하게 처리를 할 수 있다. 이를 통하여 업무 효율의 증대가 예상된다.


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4. 마무리
 
요즘 사물인터넷(IoT)과 정보기술(IT)을 도입한 스마트공장 구축이 너무나 많은 곳에서 이야기되고 있고, 많은 업체들이 구축방안들을 문의하고 있다. 우리의 스마트공장은 무언가 새로운 기술 도입을 요청하고, 현재 공장의 운영 수준보다 효율적으로 운영 및 관리가 가능한 시스템이 구축되었다.

미디어에 나오고 대기업에서 도입되는 신기술이 우리 공장에도 도입이 된다면 좋지만, 대기업들도 그 신기술을 도입하기 위해서 단계별로 운영 수준과 자동화 기반을 마련해 나갈 것이다. 또 마케팅이나 보고의 목적이 아닌 실제적 효용성을 높일 수 있는 스마트공장 구축을 위해서라면, 하기의 내용을 바탕으로 내부적인 수많은 논의가 필요하다.

1) 스마트공장 목표 설정
2) 모니터링 설비 선정
3) 수집 데이터 선정
4) 구축 방안
5) 향후 업그레이드 방안

구축 방안을 도출하기 위해서는 자이솜과 같은 전문업체에게 의뢰를 하고, 구체화된 목적과 방안을 수립하는 것이 효율적인 스마트공장 구축 방안이라 생각한다.


kwon@xisom.com 

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