- 스마트 팩토리 핵심 기술인 PLM의 역할 ‘세 가지’ 관점에서 정리

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스마트 팩토리에서 PLM은 왜 필요한가?

스마트 팩토리는 기업에서 크게 세 가지를 언급한다. 첫 번째 생산성 제고, 두 번째 효율성 제고, 그 다음이 저성장 제로 시대를 준비해야 하기 때문에 스마트 팩토리가 기업의 임원 분, 특히 사장님이 고민을 많이 한다. 그 중에서 미래 제조 경쟁력 강화를 위한 PLM의 역할은 첫 번째 스텝에 필요한 데이터와 정보를 제공하고, 그 데이터를 가지고 협업하는데 사용한다. 협업은 효율적으로 해야 되고, 또 의사결정이 중요하고, 마지막으로 비용 절감을 해야 한다.

이 네 가지를 위해 어떻게 적절한 계획을 세우고, 투자를 하고, 교육을 통해서 문제를 해결해 나가야 할지 많은 회사들은 고민하고, 문제 해결 방안을 찾는 데 몰두하고 있다. 그런 의미에서 PLM은 굉장히 중요하다. PLM에는 네 가지 포인트가 있다. 먼저 관찰이 되어야 한다. 그 다음 컨트롤이 돼야 되고, 세 번째가 최적화가 되어야 되고, 마지막으로 예측이 되어야 한다. 네 가지를 체크해보면 어느 정도 수준인지 알 수가 있다. 

PLM은 미래 제조 경쟁력 강화를 위한 스마트 팩토리 핵심 기술이다. 본고에서는 PLM의 역할에 대해서 chat GPT와 공동으로 연구했고, 주요 질문 항목을 정리하여 chatGPT에 물어봤다.

GPT-3.5라서 2021년 데이터 기반이지만, 생각한 것보다 조리 있게 답변을 하였다. 여기에서는 chatGPT와 나눈 대화를 바탕으로 내용을 정리하고, 한 장의 스토리보드인 [콘셉트 맵 1]을 만들었다. 

스마트 팩토리가 어떻게 생산성을 향상시키는가

스마트 팩토리는 다양한 방식으로 생산성을 높일 수 있고, 몇 가지 예를 들었다.

•예측 유지보수 : 스마트 팩토리는 센서와 데이터
분석을 사용하여 장비가 고장날 가능성이 있는 시기를 예측하고, 문제가 발생하기 전에 유지 보수
일정을 잡을 수 있다. 이렇게 하면 가동 중지 시간이 줄어들고, 기계가 항상 최고의 성능으로 실행된다.
•자동화된 프로세스 : 스마트 팩토리는 로봇과 자동화를 사용하여 수동 노동의 필요성을 줄이고 효율성을 높인다. 여기에는 자동화된 자재 취급에서
로봇 조립 라인에 이르는 모든 것이 포함될 수 있다.
•실시간 데이터 분석 : 스마트 팩토리는 센서와 데이터 분석을 사용하여 생산 프로세스를 실시간으로 모니터링한다. 이를 통해 운영자는 모든 문제를
신속하게 식별 및 해결할 뿐만 아니라 프로세스를 최적화하여 효율성을 극대화할 수 있다.
•공급망 최적화 : 스마트공장은 재고 수준을 실시간으로 추적하여 부족이나 과잉 재고가 없도록 한다. 이를 통해 낭비를 줄이고, 전반적인 효율성을
높일 수 있다.

전반적으로 스마트 팩토리는 기술을 활용하여 사용되는 기계부터 공장 현장의 작업자에 이르기까지 생산 프로세스의 모든 측면을 최적화한다. 또 실시간 데이터 분석 및 자동화를 사용하여 Smart Factory는 비용을 절감하고, 생산성을 높이며, 품질을 향상시킨다. 궁극적으로 보다 경쟁력 있고 지속 가능한 제조 산업으로 이어진다.
스마트 팩토리 핵심 기술인 PLM의 역할을 세 가지
관점에서 정리했다.
1. 스마트 팩토리 전망과 도전과제
2. 스마트 팩토리를 위한 PLM의 가치와 역할
3. 스마트 팩토리 도입/고도화를 위한 기업의 준비 항목

1. 스마트 팩토리의 전망과 도전과제

Industry 4.0으로도 알려진 스마트 팩토리는 자동화, 로봇공학, 사물인터넷(IoT) 및 데이터 분석과 같은 첨단 기술을 활용하여 생산 프로세스 및 공급망 관리를 최적화하는 제조 시설이다. 스마트 팩토리는 많은 이점과 기회를 제공하지만, 고려해야 할 과제와 잠재적인 단점도 있다.
스마트 팩토리의 전망은 다음과 같다.
1. 자동화 및 실시간 데이터 분석을 통한 효율성 및 생산성 향상
2. 3D 프린팅과 같은 고급 제조 기술을 통해 향상된 유연성 및 사용자 정의
3. 예측 유지보수 및 실시간 모니터링을 통해 가동 중지 시간 및 유지보수 비용 감소
4. IoT 및 기타 기술을 사용하여 공급망 관리 및 추적 가능성을 개선한다.

스마트 팩토리의 도전과제는 다음과 같다.
1. 초기 투자 및 구현 비용이 높음
2. 첨단 기술과 데이터 시스템 통합의 복잡성과 어려움
3. 자동화 및 인건비 절감으로 인한 실직 가능성
4. 디지털 시스템에 대한 연결성 및 의존도 증가로 인한 사이버 보안 위험
5. Industry 4.0 기술의 표준화 및 상호운용성 부족
6. 스마트 팩토리 환경에서 일하는 데 필요한 기술을 갖춘 직원을 찾고 교육하는데 어려움

전반적으로 스마트 팩토리는 많은 이점과 기회를 제공하지만, 제조업체는 잠재적인 문제를 신중하게 고려하고, 스마트 팩토리의 이점을 얻기 위해 적절한 계획, 투자 및 교육을 통해 문제를 해결하는 것이 중요하다. 다음 그림은 스마트 팩토리를 한 장의 맵으로 만들었으며, 스마트 팩토리는 한마디로 ‘기업의 생존전략’이다. [콘셉트 맵 2] 참조.

① 스마트 팩토리의 정의는 무엇이고, 전망과 도전과제는
스마트 팩토리는 제조 및 생산과정 전반에 정보통신기술(ICT) 기반의 자동화 솔루션을 결합시켜 생산성과 품질을 획기적으로 높일 수 있는 지능형 팩토리를 의미한다. 스마트 팩토리는 생산과정에서 발생하는 데이터를 수집하고 분석하여 생산성을 높이고, 불량률을 낮추며, 생산과정을 최적화하는 등의 효과를 가져온다. 스마트 팩토리는 4차 산업혁명의 핵심 기술 중 하나로 꼽히며, 국내외에서 많은 관심을 받고 있다. 스마트 팩토리의 전망은 매우 밝다. 스마트 팩토리는 생산성과 품질을 향상시키는 효과를 가져오기 때문에 국내외에서 많은 기업들이 스마트 팩토리를 도입하고 있다. 하지만 스마트 팩토리를 도입하면서도 많은 도전과제가 존재하다. 스마트 팩토리를 도입하면서 발생하는 보안 문제, 인력 양성 문제, 기술적 문제 등이 그 예라고 하겠다.
다음은 스마트 팩토리의 국내외 동향으로 [그림 1]의 좌측은 국내 스마트 팩토리 국가지원사업을 정리해 놓은 것이고, 오른쪽은 글로벌 스마트 팩토리 사장규모이다. 국내의 경우 2014년 277개사 지원을 시작으로 2016년(1560), 2017년(2203), 2018년(2900), 2019(42 83), 20 20(1317) 순으로 보급되었으며, 스마트공장 보급 현황은 사업 완료(19,799), 도입 공장(17,555), 고도화사업(2,800)이 진행되고 있다. 2023년은 사업 신청(3,122건)이 접수되었다고 한다(출처 : 중소벤처기업부 KOSMO 홈페이지). 스마트 팩토리 구축의 단계별 세부 분류를 고려하여 일회성에서 다년간 심도 있게 지원하는 정책의 양상을 보인다. 따라서 기업체에서는 체계적인 전략을 수립하여 기업의 가치, 하려고 하는 목적 등을 잘 부각하여 체계적인 접근을 하는 것이 유리하다. 글로벌 동향을 보면 탄소중립과 같은 친환경 트렌드로 확산되는 추세이며, 에너지 절감, 탄소, 폐기물 최소화 등의 필요성으로 스마트 팩토리가 대안으로 떠오르고 있다. 국내에도 ESG 방향으로 스마트 팩토리 사업이 전개될지 지켜봐야 할 것 같다.
 

② 스마트 팩토리의 미래는
스마트 팩토리는 4차 산업혁명의 핵심 기술 중 하나이며, 미래의 팩토리로 꼽힌다. 스마트 팩토리는 디지털 데이터와 ICT 기술을 결합해 디지털 자동화 시스템으로 운영되는 새로운 플랫폼으로, 인력 의존도가 높았던 전통적인 제조업의 한계를 극복한 대안으로 꼽힌다. 스마트 팩토리의 미래는 매우 밝다. 스마트 팩토리는 생산성과 품질을 향상시키는 효과를 가져오기 때문에 국내외에서 많은 기업들이 스마트 팩토리를 도입하고 있다. 또한 스마트 팩토리는 인공지능, 로봇, 빅데이터 등의 기술과 결합하여 더욱 발전할 것으로 예상된다. 단지 스마트 팩토리를 국가 지원 자금으로만 구축하고 고려할 때는 갈수록 자격 요건이나 결과물을 검증하는 절차가 까다로워 세밀히 준비할 필요가 있다.
스마트 팩토리에 들어가는 기술에는 다섯 가지가 대표적으로 언급된다. 첫째 CPS(사이버물리시스템)로, PLM이 핵심 역할을 한다. 둘째 로보틱스, 셋째 3D 프린팅, 넷째 IoT 기반 포그 컴퓨팅, 다섯째 사이버 보안이다.
[그림 2]는 스마트 팩토리에 들어가는 핵심 기술의 포지셔닝을 나타낸다.

 

2. 스마트 팩토리를 위한 PLM의 가치와 역할

스마트 팩토리를 위한 PLM(제품 라이프사이클 관리)의 가치는 스마트 팩토리에서 사용되는 고급 기술과 프로세스를 지원하는 데 필요한 데이터와 정보를 제공하여 생산 및 공급망 관리를 최적화하는 데 도움이 된다. PLM은 다음을 통해 스마트 팩토리에서 중요한 역할을 한다.
1. 설계 파일, 엔지니어링 사양 및 BOM과 같은 제품 관련 데이터를 위한 중앙 저장소를 제공한다. 이 데이터는 자동화 및 로봇 공학을 추진하고, 고급 분석 및 의사결정을 지원하는 데 사용할 수 있다.
2. 엔지니어링, 제조, 공급망 등 다양한 팀과 부서 간의 실시간 협업 및 커뮤니케이션을 활성화하고, 신제품의 신속한 개발 및 출시를 지원한다.
3. 고급 시뮬레이션 및 모델링을 지원하는 데 필요한 데이터를 제공하여 생산 프로세스를 최적화하고, 가동 중지 시간을 줄이며, 전반적인 성능을 개선하는 데 사용할 수 있다.
4. 추세를 파악하고, 의사결정을 개선하며, 생산 성능을 최적화하는 데 사용할 수 있는 고급 분석 및 보고를 지원하는 데 필요한 데이터를 제공한다.
5. 전체 생산 공정을 통해 제품의 추적 및 가시성을 향상시키고, 팩토리의 전반적 성능을 향상시킨다.
6. 설계에서 수명 종료에 이르기까지 전체 제품 수명주기를 더 잘 관리하여 팩토리의 전반적인 성능을 향상시킬 수 있다.
7. 공급업체에서 최종 사용자에 이르기까지 전체 공급망을 관리 및 추적하여 더 빠른 의사결정과 운영 비용 절감에 도움을 준다.

요약하면, PLM은 스마트 팩토리에서 사용되는 고급 기술과 프로세스를 지원하는 데 필요한 데이터와 정보를 제공하여 생산 및 공급망 관리를 최적화하고, 팩토리의 전반적인 성능 개선에 도움이 되는 스마트 팩토리의 핵심 기술이다.

[콘셉트 맵 3] PLM role 맵은 PLM의 역할에 대해서 한 장으로 표현한 콘셉트 맵이다. 맵의 오른쪽 부분의 ‘회사의 가치’와 ‘지식 자산’을 어떻게 잘 축적할 것인지가 기업에서의 큰 숙제이며, PLM을 통해서 어떻게 전개해 나갈지에 따라 기업의 자산과 가치를 잘 담아서 핵심 전략 자산으로 가치를 가질 것이고, 또한 잘못 구축할 경우 기업의 구성원들로부터 ‘왜 써야 하는지’, ‘도움이 되는지’ 등의 저항을 지속적으로 받을 수 있다. 구축 시에는 믿을 만한 회사와 윈윈전략으로 구축하는 것이 최선이다. 도입 기업에서는 목적과 비전을 세우고, 전직원이 같은 곳을 바라봐야 ‘성공적인 구축’으로 한걸음 다가갈 수 있다. 또한, PLM 솔루션 구축 회사는 ‘스마트 팩토리 전문 기업’으로 도입 기업의 업의 본질을 이해하고, 변화 관리에 혼란이 생기지 않도록 세심한 배려를 가지고 차근차근 구축해야 한다.
 
3. 스마트 팩토리 도입/고도화를 위한 비즈니스 체크리스트

스마트 팩토리를 도입하거나 발전시키는 것은 다양한 요소를 포함하는 복잡한 프로세스가 될 수 있다. 다음은 프로세스를 안내하는 데 도움이 되는 비즈니스 측면과 제조 기업 측면의 체크리스트이다.

① 스마트 팩토리 도입/고도화를 위한 비즈니스 체크리스트
1. 목표 및 목표 정의 : 스마트 팩토리 도입 또는 고도화를 통해 달성하고자 하는 목표를 명확하게 정의한다. 여기에는 효율성 향상, 비용 절감, 유연성
향상 또는 기타 특정 목표가 포함될 수 있다.
2. 핵심 기술 파악 : 자동화, 로보틱스, IoT, 데이터 분석 등 스마트 팩토리 구현에 필요한 핵심 기술을 연구하고 파악한다.
3. 현재 인프라 평가 : 현재 인프라를 평가하고 새로운 기술과 프로세스를 지원하기 위해 어떤 변경이 필요한지 결정한다.
4. 계획 수립 : 일정, 예산 및 리소스 요구사항을 포함하여 스마트 팩토리를 구현하는 데 필요한 단계를 개략적으로 설명하는 세부 계획을 만든다.
5. 팀 구성 : 새로운 기술과 프로세스를 구현하고 관리하는 데 필요한 기술과 경험을 갖춘 전문가 팀을 구성한다.
6. 사이버 보안 전략 개발 : 사이버 공격으로부터 팩토리를 보호하기 위한 포괄적인 사이버 보안 전략을 개발한다.
7. 구현 및 테스트 : 통제된 환경에서 새로운 기술과 프로세스를 구현하고 테스트하며 필요한 조정을 한다.
8. 직원 교육 : 스마트 팩토리 환경에서 일하는 데 필요한 기술과 지식을 갖추도록 직원 교육을 제공한다.
9. 모니터링 및 평가 : 스마트 팩토리의 성능을 지속적으로 모니터링 및 평가하고, 개선이 필요한 영역을 식별하고, 필요한 조정을 한다.
10. 지속적인 개선 : 새로운 기술과 프로세스를 구현하고, 팩토리의 성능을 지속적으로 모니터링하고 평가하여 팩토리를 지속적으로 개선한다.
이 체크리스트를 따르면 스마트 팩토리 구현 또는 발전이 잘 계획, 관리 및 실행되고, 목표와 목표를 달성할 수 있는지 확인할 수 있다.

② 스마트 팩토리 도입/고도화를 위한 제조 기업의 체크리스트
제조 회사는 스마트 팩토리를 도입하거나 발전시킬 때 다양한 문제에 직면할 수 있다. 다음은 제조 회사의 프로세스를 안내하는 데 도움이 되는 체크리스트이다.
1. 비즈니스 사례 식별 : 잠재적인 이점과 비용을 포함하여 스마트 팩토리 도입에 대한 비즈니스 사례를 이해한다.
2. 운영 현황 평가 : 운영 현황을 평가하여 스마트 팩토리 도입으로 개선할 수 있는 부분을 파악한다.
3. 필요 기술 및 시스템 파악 : 자동화, 로보틱스, IoT, 데이터 분석 등 스마트 팩토리 구현에 필요한 기술 및 시스템을 파악한다.
4. 계획 수립 : 일정, 예산, 리소스 요구사항을 포함하여 스마트 팩토리를 구현하는 데 필요한 단계를 개략적으로 설명하는 세부 계획을 수립한다.
5. 프로젝트 팀 개발 : 새로운 기술과 프로세스를 구현하고 관리하는 데 필요한 기술과 경험을 갖춘 프로젝트 팀을 구성한다.
6. 사이버 보안 전략 개발 : 사이버 공격으로부터 팩토리를 보호하기 위한 포괄적인 사이버 보안 전략을 개발한다.
7. 구현 및 테스트 : 통제된 환경에서 새로운 기술과 프로세스를 구현하고 테스트하며, 필요한 조정을 한다.
8. 인력 교육 : 스마트 팩토리 환경에서 일하는 데 필요한 기술과 지식을 갖추도록 인력 교육을 제공한다.
9. 모니터링 및 평가 : 스마트 팩토리의 성능을 지속적으로 모니터링 및 평가하고, 개선이 필요한 영역을 파악하고, 필요한 조정을 한다.
10. 지속적인 개선 : 새로운 기술과 프로세스를 구현하고, 팩토리의 성능을 지속적으로 모니터링하고 평가하여 팩토리를 지속적으로 개선한다.

제조 회사는 이 체크리스트를 따름으로써 스마트 팩토리의 구현 또는 발전이 잘 계획, 관리 및 실행되고, 팩토리가 목표와 목표를 달성할 수 있도록 보장할 수 있다.

다음으로는 [그림 3]과 같이 맞춤형 스마트 팩토리 서비스 공급 전략 수립이 중요하다. PLM은 가운데 디지털화의 핵심 기술로 모든 Entity가 연결되고, Data가 통합되면 왼쪽 자동화를 통해서 수직적 통합을, 오른쪽 지능화/자율화를 통해 수평적 자율화를 구축할 수 있다. 세 가지는 디지털화, 자동화, 지능화/자율화 순으로 고도화해 나간다. PLM은 시작점인 디지털화의 핵심 자산이다.
 

[그림 4]는 스마트 팩토리 도입 기업에서 고려 사항으로 단계별로 어떻게 구축할 것인지 예시를 보여준다. 프로세스, 즉 Data의 흐름 제어가 무엇보다 중요하다. 이것을 어떻게 그리느냐에 따라 전체 방향성에 영향을 준다. 전체 흐름을 표현한 다음, 어느 구간은 자동화, 또 어느 구간은 단계별로 자동화 등의 전략을 수립하기 위해 매우 중요하다. 전문 영역의 노하우를 가지고 있는 스마트 팩토리 전문 기업과 상담을 통해서 구체화해 나가는 것이 도움이 될 것이다. 비용보다는 원하는 것을 어떻게 이룰 것인가에 초점을 맞추는 것이 중요하다. 초반에 제대로 수립하지 못하면, 지속적으로 고도화할 때 기존에 구축한 내용을 손봐야 하는 번거로움이 생길 수 있다.

결론 – 스마트 팩토리를 위한 PLM의 역할

지금까지 스마트 팩토리 핵심 기술인 PLM의 역할에 대해 알아보았다. 마지막으로, [그림 5]와 같이 스마트 팩토리를 위한 PLM의 역할을 정리하였다.

가장 기본이 되는 것은 아래에 있는 기준 정보의 표준화다. 상위에 있는 기업의 목표와 비전, 전략을 중심으로 세 가지(정보화, 자동화, 지능화)의 전략을 수립하는 것 또한 중요하다.
기업의 목표와 비전과 전략이 기준 정보를 통해서 4가지 역할(관찰되고, 컨트롤되고, 최적화되고, 예측되어야)이 이루어질 때 비로소 스마트 팩토리의 열매(수확)를 거둘 수 있다.

yhryu@d-1.co.kr
seokjh@d-1.co.kr
 

스마트 팩토리 전문 기업 ‘㈜디원’
㈜디원(www.d-1.co.kr)은 모든 산업에서 지속 가능한 혁신을 추구하는 세계적인 선도 기업인 다쏘시스템의 버추얼 트윈 솔루션을 공급하는 플래티늄 파트너이자 스마트 팩토리 전문 기업이다.
㈜디원은 오늘날 빠르게 발전하고 있는 제조 생태계를 이해하고, 최신 기술 및 혁신적인 방법론을 활용하여 고객과 동반성장할 수 있도록 최선을 다하고 있다. ㈜디원의 전문가 팀은 PLM, 버추얼 트윈, 클라우드 컴퓨팅, 시뮬레이션, 인공지능 및 빅데이터 분석을 비롯한 스마트 팩토리 솔루션에 대한 수년간의 경험과 심층 지식을 고객에게 제공한다. 또한 고객과의 긴밀한 협력으로 각 기업의 고유한 비즈니스 요구사항에 따라 고객 맞춤형 솔루션을 개발하여 운영의 간소화, 효율성 제고, 비용 절감 등 공정 혁신에 기여한다. ㈜디원은 최신 스마트 팩토리 기술 적용 및 고객의 효율적인 스마트 팩토리 투자를 돕기 위해 컨설팅을 지속적으로 진행하고 있다. 게다가 도입 후 유지 보수 등 전반적인 관리에 이르기까지 포괄적인 서비스를 제공하며 시장을 선도한다.
생산 공정 혁신을 목표로 하는 소기업이든 완전한 스마트 팩토리 솔루션을 구현하는 대기업이든 관계없이 ㈜디원은 기업의 디지털 전환에 도움이 되는 전문 지식과 자원을 보유하고 있으며, 준비 태세를 강화하고 있다.