스마트 팩토리의 유연 생산을 지원하는 ‘모듈 조합형 자동화 기술’

국내 현황 및 과제

독일의 Acatech 보고서는 Industry 4.0 솔루션을 공급할 수 있는 규모와 환경을 갖추고 있는 국가 중 하나로 한국을 지목한 바 있는데, 이는 제조업에 관한 전략 수립의 필요성을 역설한 것이라고 할 수 있다. 국내 제조업이 GNP에서 차지하는 부가가치 비율은 28%인데, 이는 중국(31%) 다음으로 높은 수치로, 제조업이 부가가치 창출의 중요 원천임을 나타낸다. 한편, IoT 기반의 스마트 팩토리 세계 시장 규모는 매년 6.8%씩 성장해 2020년에는 2,806억 달러의 경제적 가치를 창출할 것으로 보인다. 아시아 시장에서는 중국이 높은 ICT 시장 점유율을 견인하고 있는데, 중국은 스마트 팩토리 확대 정책으로 인해 2019년에는 규모면에서 미주 시장을 추월할 것으로 보인다.

그런데 국내에서는 여전히 독자적 공장 생산 환경이 주를 이루고 있기 때문에 공장의 물리적인 확장성과 가변성 측면에서 한계가 나타나고 있는데, 이는 결국 제조 유연성과 시장에 대한 반응 속도 저하 등과 같은 문제로 이어질 수 있다. 또한, 국내 제조업의 외산 솔루션 도입 비율은 약 90%에 근접해 있는데, 이로 인해 국내 업체들은 하드웨어 및 소프트웨어를 구성하는 기초 부품 및 구성요소 연구나 IT 원천 기술 개발에 있어서 취약한 모습을 보이고 있다. 이에 국내 제조업계는 유연생산체계를 뒷받침할 수 있는 모듈 조합형 현장 자동화 장비 및 운영 핵심 기술 개발에 적극 나설 필요가 있으며, 응용 애플리케이션과의 상호호환을 지원하는 표준화된 인터페이스 기술 지원에도 힘써야 한다.

핵심 기술 및 주요 연구 내용

• SBB 기반의 모듈형 공정 장비

유연 생산을 구현하는 스마트 공장의 생산 라인은 로딩·조립·검사 등과 같은 핵심 공정에 필요한 다수의 모듈형 공정 장비들 간의 상호 연결 하에서 구성된다. 이를 통해 생산 라인은 다양한 제조 장비 사이에서 인터페이스가 보다 유동적으로 연계되도록 지원할 수 있는데, 이를 위해서는 제조업체가 독립적인 모듈 조합이 적용된 형태의 자동화 플랫폼인 SBB(Smart Base Block) 기술과 관련된 인터페이스 기술을 개발해야 한다. 이 같은 SBB의 주요 연구 개발 내용은 △ 표준 블록 하드웨어 및 유니버설 연결 링크 개발 △ SBB에 기반을 두고 있는 6개의 핵심 공정 장비(로딩·조립·이송·포장·검사·유틸리티 공정 장비) △ 대표 공장과의 디지털 동기화 등으로 이뤄져 있다.

• 모듈형 현장 자동화를 위한 정보 교환 기술

공장에서 실시간으로 현장 정보를 수집해 통합한 후 이를 상위 플랫폼으로 전달하기 위해서는 백본 네트워크를 통해 필드 영역에 있는 다양한 SBB 공정 장비와의 동적 연결 및 통합 공정을 지원하는 마스터 컨트롤러가 필요하다. 또한, 마스터 컨트롤러와 SBB 간의 표준화된 정보 교환 기술이 필요한데, 이와 관련된 주요 연구 개발 내용은 △ 모듈형 현장 자동화를 위한 네트워크 구조 개발 △ 공정 정보를 실시간으로 전달하는 연결 및 수집 구조 설계 △ 마스터 컨트롤러와 SBB 간의 통합형 네트워크 기술 개발 등이다.

• F-TOP(Factory-Total Operation Package, 공장통합관제패키지) 기술

F-TOP은 공정 장비 간의 연동과 함께 엔터프라이즈 영역의 MES(생산관리시스템), PLM(제품수명주기관리시스템), ERP(전사적자원관리시스템) 등과 같은 상위 제조 실행 애플리케이션과의 연동을 지원한다.

이에 더해 F-TOP은 산업용 Ethernet을 통해 공장 정보를 수집하며, OPC-UA 통신으로 실시간 정보를 전달하는 ‘통신 미들웨어’와 공정 통합 데이터 관리 자료에 기초해 대용량 공정 데이터를 처리하는 ‘실시간 데이터베이스’, 장기 이력 및 이벤트 데이터를 관리한다. 이와 같은 F-TOP과 관련해서는 △ F-TOP용 랙 기반 하드웨어 개발 △ F-TOP 운영을 위한 데모 공장 관리 시스템 개발 △ F-TOP 기반의 공정 가상화를 통한 운영·검증 기술 개발 △ F-TOP에 기반을 둔 스마트 공장 간의 연동 기술 연구가 주요 연구 개발 내용을 이루고 있다.

기대 효과 및 파급 효과

다양한 고객의 요구에 대응 가능한 모듈 조합형 자동화 기술 개발 시 제조업체가 고객에게 제공하는 전반적인 서비스의 경쟁력이 강화될 것으로 보인다. 이를 좀 더 자세히 살펴보면, 제조업체가 표준 기술이 적용된 모듈형 장비 및 인터페이스를 구현해 전체 시스템의 상호 운용성을 향상시킬 시 다양한 제품 생산과 빠른 공정 재구성, 생산성 증가 및 생산 기간 단축 등의 효과가 발생함을 알 수 있다. 이뿐만 아니라 이 기술이 국산 현장 자동화 기술 개발로 이어진다면, 국내 중소 제조업체의 신규 시장 진입이 보다 용이해지고, 경쟁력이 강화될 것으로 보인다. 끝으로 모듈형 자동화 기술은 전반적인 유관 산업과 산업 간의 융합 IT 서비스에 있어서 동반 성장 및 경쟁력 강화를 촉진시킬 것으로 보이는데, 이로 인해 국내 시장은 2020년에 이르러서는 약 66조 9천억 원 규모까지 성장(연평균 42.9%)할 것이다.

자료 제공 : 한국산업기술평가관리원