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Industrie 4.0, 스마트 공장을 향한 여정의 제안(Ⅰ)
글 김홍열 부장 / 이플랜 한국지사
2011년 세계 최대 규모의 독일 하노버전시회에서 그 구체화된 모습이 처음 소개되었던 ‘Industrie 4.0’은 2015년 독일 하노버전시회에서 전기전자 및 기계, 그리고 IT의 대표적인 독일단체들로 구성된 플랫폼 Industrie 4.0이 Industrie 4.0의 표준 참조 모델에 해당하는 ‘RAMI 4.0’을 발표함으로써 새로운 전기를 맞게 될 것으로 예상된다. 본 기고문에서는 늦어도 2030년이면 안정적인 운영이 가능해질 것으로 예상되는 Industire 4.0의 현재 상황을 되돌아보고, 또 현 시점에서 실현 가능한 구현모델을 제시함으로써 이러한 혁신에 동참할 수 있는 방향성을 제시하고자 한다. 1장에서는 너무나 잘 알려진 보편적인 얘기를 생략하고, Industrie 4.0이 가지는 특별한 관점을 정리하여 소개할 계획이다. 2장에서 이러한 Industrie 4.0의 관점에서 진행 중인 프로젝트와 표준화 현황에 대해 간단히 정리할 계획이며, 2장에서 정리한 현재 진행상황에 비추어 3장에서는 Industrie 4.0을 어떻게 실현할 것인지에 대해 제안할 계획인 바, 제안의 핵심은 엔지니어링 프로세스와 시스템이다. 4장에서 이러한 실현을 위해 도움이 될 수 있는 EPLAN의 구체적인 솔루션을 소개하고, 마지막으로 5장에서 결론을 도출할 예정이다.
Industrie 4.0 무엇이 특별한가
Industrie 4.0 방법론의 근간을 이루는 것은 CPS(Cyber Physical System)이다. 10여 년 전부터 그 개념이 소개 되었지만, 아직 구체화가 미흡한 상태인 CPS보다는 Industrie 4.0의 궁극적인 목표에 해당하는 비전에 우선 집중하도록 하자. 실제 독일의 인공지능센터(DFKI)가 주도하고 있는 생산시스템을 위한 시멘틱 웹 서비스 등과 같이 CPS의 구체적인 모습은 현재 진형형인 개발 프로젝트이다. 이미 2013년 독일 Industrie 4.0 Working Group의 보고서에서 제시되었듯이 Industrie 4.0은 [표 1]과 같은 3단계의 비전을 제시하고 있다. 어찌 보면 이러한 비전은 기존에 생산현장에서 생산성을 향상시키기 위해 시도했던 여러 가지 시도들과 그렇게 차별성이 없어 보인다. 특히, 시스템레벨의 비전은 그렇게 받아들일 수 있는 개연성이 충분하다. 하지만 프로세스 레벨과 전략 레벨의 비전은 Industrie 4.0이 기존에 시스템에 집중하던 1차원적인 관점을 3차원적으로 확대하고 있다는 점에서 차별 점을 가지고 있다.
즉, Industrie 4.0에서 혁신적인 시스템의 도입뿐만 아니라 이러한 시스템을 도입하는 과정과 운영 및 보존하는 과정에서의 프로세스와 더 나아가서는 개별 기업단위가 아니라 서로 긴밀하게 연결되어 있는 가치사슬 상에서의 표준화와 통합이 강조되고 있다는 점은 우리에게 시사하는 바가 상당히 크다고 할 수 있다. 아무리 혁신적인 시스템을 도입하더라도 기존에 가지고 있던 진부하고 사람의 힘에 의존하여 운영되는 프로세스와 폐쇄적인 가치사슬 상에서의 전략이 유지된다면 그것은 더 이상 경쟁력 향상에 유효하지 않은 방식임을 이러한 3단계 비전을 통해 시사하고 있다고 할 수 있다. 최소한 Industrie 4.0을 주도하고 있는 측에서는 혁신적인 시스템뿐 아니라 혁신적인 프로세스의 강화와 혁신적인 전략적 협업의 강화가 제조업의 경쟁력강화로 이어지는 필수적인 요소로 인식하고 있음을 알 수 있는 대목이다.
[그림 1]은 이러한 프로세스 레벨에서 Industrie 4.0이 가지고 있는 차별점을 표현하고 있다. 하나의 생산 공정 혹은, 제품을 기획 및 설계하고 구현한 후 운영, 서비스를 거쳐 최종 폐기될 때까지 전체의 생명주기에 걸쳐 표준화와 통합을 이루고자 하는 것이 Industrie 4.0의 프로세스레벨 비전이라고 할 수 있다. 표준화와 통합의 목적은 명백히 기획 및 설계단계의 정보가 운영, 서비스 폐기단계까지 연속성을 가지고 활용될 수 있도록 하는 것이 목적이다. 물론 시스템 레벨에서 이러한 목적을 가지고 일찍이 PLM(Product Lifecycle Management)이 도입되어 활용되어 왔지만, 그러한 시스템이 완전히 프로세스와 결합되어 운영되는 경우, 생산이후 운영 및 서비스 단계까지 원활히 통합되어 운영되는 경우는 극히 드문 것이 현실이다. 현재 우리의 현실인 3차 산업 혁명단계에서는 앞서 언급한 PLM뿐 아니라, 3D CAD(Computer Aided Drawing), CAE(Computer Aided Engineering), MES(Manufacturing Execution System) 등의 도입을 통해 분명히 커버할 수 있는 생명주기의 영역이 과거보다 넓어진 것은 사실이다. 하지만, 이러한 시스템이 통합되어 프로세스와 통합·운영되지 못하고 있는 것이 현실이며, 특히 어떻게 보면 모든 생명주기 상의 기준이 되는 기획단계와 제조경쟁력과 밀접한 관련이 있는 운영 및 서비스단계의 연속성까지 확보하지 못하고 있는 것도 현실이다. Industrie 4.0에서는 이러한 모든 생명주기 상의 완전한 통합을 목표로 하고 있고, 이를 통해 완전한 정보화기반의 스마트한 의사결정과 정보화기반의 진정한 스마트시스템 구현이 실현될 것으로 기대하고 있다.
[그림 2]는 전략레벨에서 가치사슬 상에서의 표준화와 이를 통한 통합이라는 Industrie 4.0이 가지는 차별점을 잘 표현할 수 있는 예시를 보여준다. 부품 공급사와 이러한 부품 공급사로부터 제공되는 부품을 이용하여 시스템을 설계하고, 이러한 시스템을 최종적으로 시장에 공급하는 가치사슬의 일면을 보면, 부품공급사는 물리적인 부품뿐 아니라 항상 그 부품에 관한 정보를 제공해야 하며, 시스템공급사의 설계자는 이렇게 부품공급사에서 제공되는 부품에 관한 정보를 기반으로 설계를 수행하게 된다. 현재 우리 주위에서 너무 통상적으로 이루어지고 있는 일이지만 여기에는 엄청난 비효율성과 이로 인해 전적으로 사람에 의존할 수밖에 없는 그런 상황이 펼쳐지게 된다. 부품공급사 입장에서는 이러한 정보(이후 부품사양)를 문서화된 형태로 만들기 위해 PIM(Product Information Management) 등에 이미 전산화되어 있는 정보를 확보하여 일일이 문서화 작업을 하여 부품사양을 준비한다.
이렇게 문서화된 부품 사양은 시스템공급사에 제공되어 다시 시스템 설계자에 의해 일일이 판독되어 다시 CAD 등과 같은 엔지니어링 툴에 입력된다. 이렇게 풀어놓고 보면 비효율적인 일이 이루어지는 가장 근본적인 이유는 [그림 2]의 예에서 PIM과 엔지니어링 툴 사이에 표준화된 데이터 모델이 없기 때문이다. 만약 PIM과 엔지니어링 툴 사이에 공통의 데이터 모델이 있다면, 앞서 언급한 부품 공급사의 부품사양 준비부터 시스템 공급사의 부품 사양 활용 준비는 시스템 대 시스템의 전산화된 정보 전달로 순식간에 쉽고 정확하게 마무리될 수 있다. 이렇게 서로 공유하는 정보의 표준화는 가치사슬상에서의 통합과 이를 통한 각자의 경쟁력 향상의 근간이 될 수 있으며, 더 나아가서는 표준화라는 담론에 의해 새로운 사업모델의 생성과 새로운 생태환경 구축까지 가능하게 된다.
너무 이상적인 얘기로 들릴 수 있겠지만, 이미 독일에서는 SIEMENS, CONTINENTAL 등이 참여하여 수행하고 있는 MecPro2나 EPLAN, Phoenix Contact 등이 참여하여 수행하고 있는 eCl@ss 등의 프로젝트를 통해 이러한 시도가 상당히 구체화되고 있다. 2013년 독일의 Industrie 4.0 Working Group은 보고서를 통해 3단계의 비전과 함께 [그림 3]과 같이 이러한 비전을 실현할 때 만나게 되는 다양한 도전과 제와 이를 해결하기 위한 기술전략을 제시 한 바 있다. 특히, 도전과제는 여러 산업 분야에서 실제 제조업을 운영하고 있는 여러 회사와의 설문조사 등을 통해 제시했는데, 더 많은 회사가 지목한 도전과제가 그 리스트의 상위에 위치해 있다. 그 중에서도 표준화 전략과 프로세스 및 업무 조직의 개선은 의견을 제시한 회사의 50% 이상이 지목한 과제로서 특히 주목할 만 하다. 보는 관점에 따라 조금 다를 수 있겠지만, 이미 많은 제조업체에서 는 Industrie 4.0을 실현하기 위한 시스템 자체의 기술은 이미 시장에서 찾을 수 있는 것으로 인식하고 있다. 다만 과거 PLM의 도입사례에서와 같이 이러한 시스템들 간의 완벽한 통합을 위해서는 통합의 단위가 되는 정보 수준의 표준화와 이러한 시스템들과 완전히 결합된 프로세스와 업무조직이 궁극적인 실현의 핵심으로 인식되고 있다. 이를 위해 Working Group에서 제시한 기술전략 역시 이러한 도전과제에 충실히 따르고 있는데 국제 표준화와 참조 모델의 확보, 과거 프로세스와 시스템 결합의 걸림돌이 되었던 현업 업무의 복잡성 관리기술, 그리고 이에 따른 새로운 조직구성 방안과
프로세스 운영 및 구축이 기술 전략의 핵심을 이루고 있다.(다음호에 이어짐)
<Energy News>
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