공상과학 영화에서만 볼 수 있었던 최첨단 스마트 시스템들이 오늘날 실제 과학기술을 만났다. SF, 판타지, 만화 이야기를 현실로 가져오는 과학자들과 엔지니어들에 의해 점점 더 빠르고 스마트한 기술 진화의 새로운 시대가 열리고 미래 트렌드가 예측되고 있다. 대표적인 기술 진화로, 혁신적인 스마트 시스템을 갖춘 공장, 집, 심지어 도시들이 놀라울 정도로 진화된 지능형으로 개발되고 있다. 최근 주목되는 이슈중 하나는, 얼마 전에 한국정부가 그동안 스마트공장의 약점이었던 실시간 제어기술을 성공적으로 시연시켰다. 언제 어디서든 스마트 공장 설비 및 로봇을 자동으로 제어하고 감시하는 산업용 사물인터넷(IIoT) 서비스 시연을 세계 최초로 성공시킨 것이다.
지금까지의 공정 자동화 기술은 자동화가 공정별로 각각 이루어져 있어 전체 공정을 관리하는 데 어려움이 있었다. 하지만 이번에 새로 개발된 스마트공장은 모든 설비나 장치가 무선통신으로 연결되어 있어, 공정간 데이터를 자유롭게 연계할 수 있다. 이를 통해 유기적이고 통합적인 생산 환경이 구축됐다. 또한 기존의 중앙집권형 생산체제를 바꾸고 제조업이 생산의 분권화와 자율화를 가능하도록 만든 것이다.
스마트 공장은 전통적인 제조업이 빠르게 변하는 혁신 트렌드라고 할 수 있다. 제조 전 과정에 정보통신기술(ICT)을 적용해 생산성을 높이고 불량률은 줄여 산업 경쟁력을 높이는 지능형 공장이다. 로봇을 이용해 작업을 자동화하면서도 언제 어디서든 원격으로 공정을 제어하는 것이 핵심이다. 스마트공장을 구현하기 위해서는 통신 오류로 인한 피해를 막기 위한 데이터 이동속도도 중요하지만, 통신 지연과 데이터 손실이 최소화되어야 한다. 통신거리가 멀고 통신망이 복잡할수록 지연과 손실이 높아지는데, 이때 필요한 기술이 저지연.고신뢰 통신기술이다.
경제 구조가 4차산업시대로 옮겨가면서 전통적인 제조업에서 제품의 수명주기는 급격하게 줄어들고, 소비자들의 수요가 다변화•다양화되면서 개인 맞춤형 생산이 요구되고 ‘소품종 대량생산’ 제조업은 타격을 입고 있다. 이러한 상황에서 수백만 명의 제조업체들이 디지털 방식으로 전환하지 않으면 파산할 수 있다는 두려움에 실제로 직면하고 있다.
이번 기술을 성공시킨 한국전자통신연구원(ETRI)에 따르면, 스마트공장의 핵심은 자동화에서 한단계 진화한 디지털화로 가는것이다. 최소 비용과 시간으로 고객 맞춤형 제품을 생산하는 사람 중심의 첨단 지능형 공장이다. 공장 내 설비와 기계에 사물인터넷(IoT)을 설치해 공정 데이터를 실시간으로 수집하고, 이를 분석해 스스로 제어할 수 있다는 것이 특징이다.
하지만 제조공정의 자동화까지는 아직 도달하지 못했다. 제조공정 혹은 물류 부문 등에서 정형화하기 어려운 부분들은 여전히 사람이 처리하고 있으며, 최종적인 스마트공장 구축을 위해서는 이를 자동화할 수 있는 비정형 자동화 기술의 발전이 이루어져야 한다고 설명한다..
기술 융합이 스마트공장 효율성 높인다.
새로운 스마트공장은 앞으로 다양한 방식의 기술과 융합하며 발전할 것으로 전망된다. 대표적인 예로는 디지털 트윈(Digital Twin)이 있다. 디지털 트윈은 컴퓨터에 현실 속 사물의 쌍둥이(Twin)를 만들고, 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터로 시뮬레이션함으로써 결과를 예측하는 기술이다. 디지털 트윈이 스마트공장과 결합된다면 작업 프로세스를 미리 시뮬레이션 해 봄으로써 손실을 줄이고 작업의 효율성을 높일 수 있다.
다른 기술로는 엣지 컴퓨팅(Edge Computing)을 들 수 있다. 엣지 컴퓨팅 기술은 2018년 가트너에서 선정한 10대 전략기술의 하나로 산업현장에서 발생하는 방대한 데이터를 클라우드에 한번에 전송하지 않고, 엣지(Edge)에서 사전에 처리한 후에 선별적으로 데이터를 전송, 서버와 엣지가 연동해 데이터 분석 및 실시간 제어를 수행하는 기술이다.
엣지 컴퓨팅의 장점은 데이터 처리의 지연 시간을 줄이고, 즉각적인 현장 대처가 가능하다는 것이다. 공장에서 생산되는 데이터가 점점 기하급수적으로 늘어나 서버 부하가 염려되는 가운데 데이터를 빠르고 효율적인 처리하는 엣지 컴퓨팅은 스마트공장에서 더욱 주목받을 것으로 예상된다.
특히 엣지 컴퓨팅은 인공지능(AI), 머신러닝(Machine Learning)과 결합해 더 큰 시너지 효과를 나타낼 것으로 전망된다. 국내 엣지 컴퓨팅 선도 기업인 크레스프리에서도 클라우드에서 방대한 데이터와 알고리즘을 분석해 머신러닝 모델을 생성하고, 이를 엣지에 전달해 실시간으로 데이터를 처리하는 스마트공장 플랫폼을 제공하고 있다.
5G 시험망 통한 원격 제조 다원화 서비스
ETRI는 이번에 핀란드 오울루 대학의 5G 시험망과 국내 시험망을 이용해 한국생산기술연구원 스마트공장과 연결했다. 이번 시연은 하나의 공장을 국내•외 각국에서 독립적으로 관제하는 새로운 원격 제조 다원화 서비스를 선보였다. 이는 스마트공장 서비스 범위와 활용도를 높이려는 세계 최초의 시도로 의의가 있다.
ETRI 관제센터에서는 원격 생산관리시스템(MES, Manufacturing Execution System) 운영 및 주문과 원격 SCADA(감시 제어 및 데이터 취득, Supervisory Control And Data Acquisition) 제어패널을 통한 실시간 설비 제어 및 상태 감시 서비스 등을 시연했다. 이에 오울로 관제센터에서는 모바일 제조 로봇의 원격제어 및 상태 감시와 가상현실(VR) 장비를 이용한 원격 제조공정 관제, 협대역 사물인터넷(NV-IoT) 기반 무선 센서 데이터 수집을 통한 원격 제조공정 감시 등을 선보였다.
특히, 이번 시연은 1만 km가 넘는 유선 네트워크를 연결하면서도 국내에서는 0.01초 이내, 해외에서는 0.3초 이내의 왕복 지연으로 실시간 원격제어 및 감시 서비스 시연에 성공했다는 점이 의미가 크다.
범지구적인 자원관리-국가 간 협력 활성화 기대
한국 정부와 대기업들이 5G 기술을 활용한 스마트공장 구축 사업에 뛰어들고 있다. 포스코가 포항제철소를 ‘스마트 제철소’로 변모시킨데 이어 통신 업체들이 5G 기술을 활용한 스마트공장을 구축하고있다. 삼성전자, 현대차, LG전자, 포스코 등 대기업은 중소 제조업체를 스마트공장으로 전환하는 ‘상생형 스마트공장’ 사업을 지원하고 있다. 2018년부터 지난해까지 대기업과 정부는 총 1,116억 원을 투입해 중소기업 2,620곳에 스마트공장 구축을 완료했다.
이번 시연은 미래 스마트공장을 한걸음 앞당겼다는 평가를 받고있다. 안정적인 통신 품질을 기반으로 원격 스마트 제조 서비스의 가능성을 높임으로 인해 제조.생산 분야의 국가 간 공유와 협력이 활성화될 것으로 전망된다. 현지에 직접 방문하지 않아도 관제가 수월해진다. 또한, 각 산업의 유휴 설비를 원격 관제를 통해 효율적으로 활용할 수 있어 범지구적인 자원관리와 중소기업의 산업 경쟁력에도 탄력이 붙을 것으로 기대된다.
