IoT로 설비 분석하고, AI가 공정 제어… “기술격차 가른다” 고도화 경쟁[Who, What, Why]

■ What - 스마트팩토리의 진화
ICT 기술 통해 설계·개발·제조
공장 전체가 유기체처럼 움직여
불량률 확 낮추고 생산성 향상
BMW, 세계 공장들 3D로 구현
각국 전문가 가상현실서 협업
LG엔솔, 오창에 ‘마더 팩토리’
국내에 허브 두고 해외서 양산
SK온, 대전 배터리연구원 신·증설

‘4차 산업혁명’ 시대를 맞아 산업계를 중심으로 스마트팩토리 고도화 작업이 본격화하고 있다. 사진은 미국의 한 자동화된 완성차 조립 공장 모습. 게티이미지뱅크

인공지능(AI)과 빅데이터, 사물인터넷(IoT) 등 첨단 기술이 빠르게 발전함에 따라 제조업 분야를 중심으로 ‘스마트팩토리’ 고도화 작업이 본격화하고 있다. 스마트팩토리는 설계, 개발, 제조, 품질, 유통 등 제품의 다양한 생산 과정에 정보통신기술(ICT)을 적용한 지능형 공장이다. 대량 및 개인 맞춤형 생산이 가능한 것은 물론 효과적인 품질 관리도 가능해 4차 산업혁명 시대의 성패를 좌우할 핵심 기술로 꼽힌다.

◇미래 경쟁력을 좌우할 스마트 공장 = 스마트팩토리를 어떻게 규정할 것인가에 대한 개념은 전문가 및 기업마다 의견이 조금씩 다르다. 스마트팩토리를 완전히 새로운 개념으로 보는 전문가가 있는가 하면, 기존 공장 자동화의 연장선에서 보는 시각도 존재한다.

국내에서 스마트팩토리가 본격 논의되기 시작한 것은 지난 2016년 세계경제포럼에서 ‘4차 산업혁명’이 화두로 떠오른 직후부터다. 이를 고려하면 최근 국내에서 주목받고 있는 스마트팩토리의 개념은 ‘AI, 빅데이터, IoT 등 다양한 기술이 융합된 자율화된 공장’으로 규정할 수 있다. 예컨대 스마트팩토리에서 IoT 기술은 센서와 디바이스 간 통신에 활용된다. 센서에서 다양한 데이터를 수집하고 이를 게이트웨이(Gateway)나 서버에 전송하면 서버는 데이터를 분석, 결과를 관리자에게 전송한다. 이때 AI와 머신러닝(Machine Learning) 기술이 적용된 서버는 빅데이터를 분석해 설비의 고장이나 이상을 예측하고, 생산성 향상을 위한 방법을 제시해준다.

최근에는 ‘디지털 트윈’ 등 한층 다양한 기술이 융합되면서 스마트팩토리 역시 한 단계 진화하고 있다. 디지털 트윈은 컴퓨터에 현실 속 사물의 ‘쌍둥이(Twin)’를 만들어, 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터로 시뮬레이션함으로써 결과를 예측하는 기술이다. 대표적으로 BMW는 지난해 ‘i팩토리’ 전략을 발표하며 스마트 공장 등을 통한 생산 시스템 개편 계획을 제시했다. BMW는 특히 세계 모든 공장을 3D 형태의 디지털로 옮기는 ‘디지털 트윈’ 작업을 추진, 세계 각국의 전문가들이 가상현실 공장에서 실시간 협업하는 방식으로 생산성을 높이겠다는 비전을 내놨다. 업계 관계자는 “디지털 트윈 기술을 활용하면 작업 프로세스를 미리 시뮬레이션해봄으로써 손실을 줄이고 작업의 효율성을 높일 수 있다”고 설명했다.

충북 청주 오창 에너지플랜트에 위치한 LG에너지솔루션 FMCC(Factory Monitoring Control Center)에서 직원이 폴란드공장 현지직원에게 원격지원을 하고 있다. LG에너지솔루션 제공

◇스마트팩토리 기반 ‘마더 팩토리’ 도입도 속속 = 미·중 패권 경쟁 심화로 각국이 자국 내 핵심 생산시설을 확보하려는 움직임이 빨라지면서 우리 정부 역시 ‘마더 팩토리(Mother Factory·제품 개발과 제조의 중심이 되는 공장) 전략’으로 돌파구 마련에 나서고 있다. 마더 팩토리 전략은 최첨단 설비를 갖춘 ‘마더 팩토리’를 국내에 설치하고 해외에는 양산 공장을 두는 분업 시스템을 구축, 핵심 기술과 역량을 보호하는 동시에 효율적인 양산 체제를 갖추겠다는 것이다.

이에 따라 최근 국내 업체들은 스마트팩토리 기술을 기반으로 마더 팩토리 구축에도 한층 공을 들이고 있다. 대표적으로 LG에너지솔루션은 지난달 25일 충북 청주 오창 에너지플랜트를 전 세계 배터리 생산공장의 기술 허브인 마더 팩토리로 육성하기 위해 6000억 원을 투자할 예정이라고 발표했다. 마더 팩토리는 차세대 설계와 공정 기술이 적용된 제품의 시험 생산뿐 아니라 양산성 검증까지 가능한 것이 특징이다. 제조 업계에서 통상적으로 쓰이는 파일럿 라인은 시험 생산만 가능해 양산성 테스트 등 별도의 후속 작업이 필요하다.

LG에너지솔루션 관계자는 “글로벌 배터리 수요가 확대되면서 좋은 품질의 제품을 적기에 생산할 수 있는 ‘양산 리더십’의 중요성이 커지고 있다”며 “마더 라인 구축을 통해 고객들에게 세계 최고 수준의 ‘QCD(품질·비용·납기)’를 제공함으로써 더욱 차별화된 경쟁력을 갖출 것”이라고 밝혔다.

SK온 역시 4700억 원을 투자해 대전 배터리연구원 신·증설을 진행 중이다. 이곳에 차세대 배터리 파일럿 플랜트와 글로벌 품질관리센터(G-VC·Global Validation Center)를 갖춰 기술 경쟁력을 확보한다는 계획이다.

조 바이든 미국 행정부의 인플레이션 감축법(IRA)과 반도체법 등 미래 신산업 관련 규제를 앞세워 글로벌 기업의 생산기지를 자국으로 끌어들이는 상황에서 마더 팩토리의 중요성은 향후 더욱 부각될 전망이다.

이창양 산업통상자원부 장관은 지난 3월 제14차 비상경제민생회의에서 “시장 진출 등을 위한 해외 생산공장 운영은 불가피하다”며 “첨단 기술과 최첨단 설비를 갖춘 공장은 국내에 설치하고 양산 공장은 해외에 구축해 시장을 공략하는 마더 팩토리 전략을 구사하겠다”고 말했다.

장병철 기자 jjangbeng@munhwa.com