1. 하드웨어에서 소프트웨어로
: 변화의 시작

오랜 기간 제조 물류 자동화의 발전을 주도한 건 하드웨어였다. 19세기 중반 처음으로 자재 반송 컨베이어가 등장했고, 20세기에 들어서면서 생산라인 컨베이어, AGV(Automatic Guided Vehicle) 등이 개발, 적용됐다. 혁신 하드웨어의 등장과 함께 제조물류 자동화 수준이 비약적으로 높아졌음은 물론이다. 그러나 21세기 초반에 접어들면 이야기가 좀 다르다. 하드웨어 개선을 통한 제조 물류 자동화 역량 제고에 한계가 보이기 시작했다.

여기엔 몇 가지 이유가 있다. 원인 중 하나는 하드웨어의 상향 평준화이다. 앞서 언급한 제조 물류 자동화의 핵심 하드웨어는 70~80년 전 이미 개발되어 생산 현장에 적용되어 왔다. 이는 하드웨어를 통한 개선이 상당 부분 이루어졌다는 걸 의미한다. 더 나아가 하드웨어의 개선만으로 치열한 경쟁 속에서 차별화 포인트를 만들어내기 어렵다는 뜻도 내포하고 있다.

하드웨어 및 제조 현장이 나날이 복잡해지는 점 또한 제조 물류 자동화 패러다임이 변화한 배경이다. 과거 제조 물류 자동화가 하드웨어를 중심으로 발전하던 시기, 제조 물류 현장의 하드웨어는 현재에 비해 단순했고, 그 숫자도 적었다. 하드웨어가 수행해야 하는 업무의 복잡도 역시 그리 높지 않았기 때문에 운용 난이도가 상대적으로 낮았다.

하지만 제조 물류 현장이 복잡해지면서 하드웨어 개수가 늘어났고, 수행 업무 또한 전과 비교할 수 없을 만큼 복잡해졌다. 다양한 타입의 자동창고와 무수히 많은 AGV, 층 혹은 다열로 배열된 컨베이어 여러 대가 동시에 분주히 움직이는 모습은 더는 낯설지 않다. 요컨대 최근의 제조 물류 자동화는 하드웨어를 제어할 수 있는 다양한 제어 시스템 및 업무 시스템과의 연계, 더 나아가 축적된 데이터를 활용하려는 쪽으로 빠르게 변모하고 있다.

2. 소프트웨어 기반 제조 물류 자동화란?

‘구슬이 서 말이어도 꿰어야 보배’라는 말은 제조 물류 현장에도 동일하게 적용된다. 아무리 좋은 하드웨어를 도입했다고 한들 이를 제대로 운용하지 못하면 수준 높은 제조 물류 자동화를 기대할 수가 없다.

해답은 소프트웨어 기반 제조 물류 자동화에 있다. 소프트웨어 기반 제조 물류 자동화는 소프트웨어를 활용해 제조 물류 자동화 역량을 극대화한다는 것을 의미한다. 특히 중요하게 봐야 하는 건 반송과 보관 단계에 관여하는 하드웨어이다. AGV·컨베이어·자동창고·스태커크레인 등이 여기에 포함되는데, ‘하드웨어를 소프트웨어로 얼마나 잘 운용해 내는가’에 따라 제조 물류 자동화의 성패가 좌우된다.

우선 MES(Manufacturing Execution System)나 WMS(Warehouse Management System) 같은 상위 시스템과의 정보 연계를 통해 작업 및 출고 지시가 이루어져야 한다. 또 AGV, OHT, 자동창고, 컨베이어 등 다양한 이기종 장비는 통합 제어할 수 있어야 한다. 단위 설비로 내려가면 AGV 군집을 제어하고, 컨베이어의 속도 및 혼잡도를 제어할 수 있어야 한다. 자동창고의 경우 적재 장소와 경로를 최적화할 필요가 있다.

3. 단위 설비 제어를 위한 시스템

이상의 과제를 달성하기 위해 고려해 볼 수 있는 시스템으로 무엇이 있을까? 반송 자동화 부분에선 AGV 제어 시스템인 ACS(AGV Control System)를 활용할 수 있다. 물론 하드웨어 중심 시대에도 AGV를 제어하는 시스템은 있었다. 하지만 고정된 경로를 따라 AGV를 이동시키거나, 제한된 작업 및 단순 충돌 방지 기능 정도에 머물렀던 것이 사실이다. 미라콤이 제공하는 ACS는 최적의 AI 기반 알고리즘을 기반으로 AGV에 최단 거리의 경로를 탐색, 선정하고 할당해 반송을 최적화한다. 반송 리드타임을 단축하니 물동량 처리 캐파가 늘어나고, 배터리 사용 최적화 및 교차로 구간 혼잡도 최소화 등의 부대 효과까지 기대할 수 있다.

또 자동창고를 제어하는 SCS(Stocker Control System)나 컨베이어를 제어하는 CCS(Conveyor Control System) 역시 소프트웨어 기반의 제조 물류 자동화 구현에 필요한 주요 시스템이다. SCS의 경우 이전 시대의 자동창고 제어 시스템의 기능이 단순 PLC 기반의 제어나 입출고 및 보관 자동화에 한정되었다면, 현시대에는 실시간 재고 추적 및 최적화와 공간 효율화 및 자동 재고 관리도 기대할 수가 있다.

CCS 역시 마찬가지다. 하드웨어 중심 시대엔 고정 속도로 컨베이어를 운영하거나 단순 온·오프 기능 또는 제한된 분류 능력만 가지고 있었고, 그것만으로도 충분했다. 그러나 최근엔 일렬로 된 컨베이어를 넘어 다열 및 층을 이루고 교차하는 형태의 컨베이어가 등장함에 따라 좀 더 정교한 제어가 필요해졌다. CCS를 활용하면 속도 제어를 통한 효율 향상과 혼잡 제어, 고급 분류 시스템을 한 번에 이용할 수 있다.

4. MCS를 활용한 통합 제어

이상의 시스템은 제조 물류 현장의 단위 설비를 제어하는데 뛰어난 능력을 발휘한다. 다만 여러 종류의 설비를 현장에 복합 적용할 경우, 각각의 시스템이 개별적으로 작동하면서 비효율과 복잡함이 발생할 수 있다.

이때 필요한 것이 통합 제어 소프트웨어다. 통합 제어 소프트웨어는 일련의 단위 설비 제어 시스템을 통합 및 제어한다. 미라콤의 MCS(Material Control System)은 이러한 니즈를 충족시켜 주는 솔루션이다. MCS는 물류 설비에 관한 반송 명령을 관리하는 시스템으로, 물류 이동 시간을 최적화하는 데 그 목적이 있다. 최적 경로를 탐색하는 것은 물론 물류 혼잡 제어와 대체 반송, 반송 에러 처리, 반송 이력 관리, 반송 기준 정보 관리 등이 MCS를 통해 가능하다.

MCS는 상위 시스템인 MES와 단위 설비 제어 시스템 사이의 가교 역할을 한다. MES로부터 반송 지시를 받으면 반송 우선순위를 매겨 단위 설비 제어 시스템에 반송 지시를 내려준다. 반대로 단위 설비 제어 시스템으로부터 설비 상태 및 반송 진행 정보를 취합해 상위 시스템인 MES에 반송 상태와 생산 단위(Lot) 위치를 보고하기도 한다. 과거와 달리 제조 물류 현장에서 다양한 설비를 동시에 제어, 운영해야 하는 경우가 많아지고 있다는 점을 고려하면 MCS와 같은 통합 제어 시스템은 향후 제조 현장의 필수재로 자리 잡을 가능성이 크다.

5. AI 기술 기반 보관 최적화

MCS와 함께 WCS(Warehouse Control System)을 활용하면 보관 최적화도 도모할 수 있다. 자동창고를 활용하는 제조 물류 현장에서는 입고와 출고가 집중되는 생산 시간 동안 효율적인 보관 관리가 필수적이다. 창고 내 보관 위치에 따라 입출고 소요 시간은 크게 달라진다. 창고 입구와 가까운 위치에 보관된 물품은 빠르게 입출고가 가능하지만, 창고 깊숙한 곳에 위치한 물품은 이동에 더 많은 시간이 소요될 것이다.
최근에는 WCS와 MCS에 보관 위치를 최적화하는 다양한 AI 알고리즘이 적용된다. 예를 들어, 입고 시에는 출고 빈도가 높거나 가까운 시일 내 출고가 예정된 품목을 창고 입구와 가까운 위치에 우선적으로 배치하는 식이다. 반대로, 장기간 보관이 필요한 품목은 창고의 깊은 곳에 배치하여 전체적인 동선 효율을 높인다.

또한, 생산 외 시간인 야간 등에는 WCS와 MCS가 MES, WMS 등 상위 시스템과 연계하여 다음날 출고 예정 품목을 창고 입구 쪽으로 이동시키는 재배치 작업을 자동으로 수행할 수 있다. 출고가 집중되는 시간대에 빠르고 효율적인 물류 처리가 가능해지며, 전체 생산라인의 효율성 역시 극대화된다.

6. 미라콤의 구축 사례

다음은 미라콤의 실제 제조 물류 자동화 구축 사례다. 공장의 구성은 복잡하다. 자동창고가 있고, AGV도 20대 이상 돌아다니고 있다. 이 밖에도 무인 지게차, 컨베이어, 리프터 등 다양한 요소들이 공장을 구성하고 있다.

미라콤은 하드웨어를 전체적인 관점에서 연결하여 통합 자동화 시스템을 구축했다. 생산설비에서 자재 투입 요청이 발생하면 MCS를 통해 자동창고에 출고 명령이 자동으로 생성된다. 명령은 자동창고와 컨베이어 AGV, 리프터 등으로 전해진다. SCS는 자동창고에서 화물을 꺼낼 수 있도록 하며, ACS는 AGV를 할당하고 최적의 경로를 결정해 구간 반송을 시작한다. 반송된 자재는 리프터와 컨베이어를 타고 또다시 반송되어 작업자 앞에 도착한다. 이 과정에서 사람의 개입은 없다. 하드웨어를 제어하는 시스템이 전부 따로 구성되어 있었다면 사람의 개입이 불가피했을 것이다.

7. SDF, 소프트웨어정의 공장을 향해

제조 물류 자동화 환경을 구축하기 위해서는 개별 장비의 성능을 넘어, 전체의 최적화를 목표로 복합 설계해야 한다. 자동화 공정이 독립적으로 작동하는 것이 아니라, 전체 시스템 속에서 유기적으로 작동해야 한다. 마지막으로, 복잡 자동화 환경에서 수많은 설비와 구간을 실시간으로 통제하는 시스템이 필요할 것이다.

최근 제조 분야의 메가 트렌드는 단연 ‘SDF(Soft ware-Defined-Factory)’이다. SDF는 제조 환경의 모든 요소와 프로세스가 소프트웨어로 정의되고 제어된다는 의미다. 글로벌 주요 제조 기업들은 SDF 구현을 위해 바쁘게 움직이고 있다. 소프트웨어 기반 제조 물류 자동화의 개념은 근본적으로 SDF의 그것과 다르지 않다. 하드웨어 융복합과 소프트웨어 기반의 커넥티비티를 통해 제조 물류 자동화 경쟁력을 제고할 때다. SDF로의 전환, 그 출발선에 소프트웨어 기반 제조 물류 자동화가 있다.

ihroo.kim@miracom-inc.com