스마트공장은 공장의 모든 장치·기계를 인터넷 환경과 연결함으로써 공정 데이터를 상세하게 파악·축적해 가동을 효율화하고 생산성, 품질을 향상시키는 지능형 공장으로, 생산현장에는 최근 다양한 디지털기술이 도입되고 있으나 산업에 따라 디지털화 방향이 상이하게 나타나고 있다.
디지털기술은 B2C(Business to Consumer)에 가까운 산업종 또는 조립산업에 도입되고 있으며, 특히 조립산업은 사람의 힘에 의존하는 부분이 많아 센서 등을 도입함으로써 생산효율이 대폭 향상될 것으로 기대되고 있다.
CPS 활용으로 플랜트 제어능력 향상
최근에는 가상물리시스템(CPS: Cyber Physical System) 개념이 주목받고 있다.
CPS는 IoT(사물인터넷), 빅데이터, AI(인공지능)를 포함한 IT(정보기술) 혁신에 따라 물리적인 실제 공간에서 획득한 데이터를 사이버 공간에서 분석·해석한 후 결과를 다시 실제 공간으로 피드백하는 시스템으로, 플랜트 제어 등에 필수적인 기술로 부상하고 있으며 장치산업에 보급되기 시작했다.
장치산업에 디지털기술이 도입됨으로써 근본적으로 변화하는 것은 인간의 판단이 관여하는 부분으로, 숙련된 기술자의 경험 및 지식에 의존하고 있는 부분에 디지털기술을 적용하면 유지보수 효율이 향상될 뿐만 아니라 더욱 정확한 예측·보전이 가능할 것으로 예상된다.
말로 표현할 수 없는 숙련 기술자의 지식을 형식화함으로써 이상이 발생하면 경험이 없는 작업자도 디지털기기의 지원을 받으면서 판단할 수 있기 때문에 안전성이 더욱 향상될 것으로 기대된다.
또 기기의 수명 예측은 사람이 센서를 이용해 직접 판단하고 있으나 최근 실증시험에서 AI를 이용한 데이터 해석에 따라 사람이 간과하는 변수까지도 발견할 수 있는 것으로 밝혀져 예측·보전 정밀도가 상승할 것으로 예상되고 있다.
보전 업무는 디지털화함으로써 전반적으로 가시화가 가능해질 것으로 판단된다.
화학기업들도 데이터를 일원적으로 파악할 수 있는 시스템을 구축하고 대량 축적된 빅데이터를 해석함으로써 유지보수에 활용하기 위한 대책을 추진하고 있다.
SCC, 디지털 플랜트 실현 적극화
Sumitomo Chemical(SCC)은 2016년 시작한 중기 경영계획에서 지속적인 성장을 뒷받침할 방안으로 「IoT 시대의 업무 혁신과 업무스타일 변혁」을 포함시키고 IoT를 활용한 디지털 플랜트를 실현함과 동시에 글로벌 서플라이 체인 정보를 실시간으로 가시화·고도화하는 대책을 추진하고 있다.
소프트웨어를 이용해 네트워크를 동적으로 제어하는 NEC의 SDN(Software-Defined Networking) 솔루션을 합성수지, 합성고무, 유기약품 등 석유화학제품을 생산하는 Chiba 플랜트에 도입해 신규 네트워크 기반을 구축했다.
플랜트에 디지털 기술·기기를 새롭게 도입하기 위해서는 IT 기반, 즉 통신을 포함한 네트워크 환경 정비가 필수적으로 요구됨에 따라 Chiba 플랜트의 각종 네트워크를 통합하기 위한 플랫폼으로 SDN을 도입했다.
SDN은 IT에 유연하게 대응할 수 있고 사이버 보안을 고도화할 수 있는 이점이 있는 것으로 알려졌다.
기존 네트워크는 플랜트 가동을 비롯한 업무를 효율화하기 위해 새로운 디지털기기를 도입할 때 대응하기 어려운 부분이 있으며 가동용와 감시용 네트워크를 분리해 데이터를 개별적으로 관리해야 했고 개별 네트워크의 보안 및 안정성 수준이 상이해 공통적으로 활용하기 힘든 것으로 파악되고 있다.
그러나 SDN은 가상적이고 논리적으로 개별 네트워크를 1개의 가상 네트워크(VTN: Virtual Tenant Network)로 구성할 수 있어 순차적으로 늘어나는 네트워크를 효율적으로 구축할 수 있으며 전체적인 네트워크 구성 및 통신상황을 GUI(Graphical User Interface)로 가시화한 후 마우스 등을 이용해 일원적으로 관리·제어할 수 있는 특징이 있다.
지금까지는 개별 기기를 설치하는 장소마다 네트워크를 구축했으나 소프트웨어로 디스플레이를 보면서 조작해 구축할 수 있어 기기 및 시스템을 유연하고 신속하게 변경·관리할 수 있으며 고장 발생 시에도 원인부위를 신속하게 특정해 복구방안을 강구할 수 있는 이점이 있다.
또 보안정책이 다른 시스템을 VTN으로 유연하고 신속하게 구축할 수 있고 개별 시스템별로 보안정책을 적용할 수 있어 사이버공격 피해를 최소화할 수 있는 것으로 판단된다.
네트워크 가시화로 유지비용 절감
Chiba 플랜트는 SDN을 도입함으로써 2개 공장 사이에서 발생하는 회선 장애의 영향을 최소화하는 효과를 얻고 있다.
Chiba 플랜트는 Anegasaki와 Sodegaura 지역을 네트워크로 연결하고 있으며 평소에는 Anegasaki에서 제어함으로써 동일한 세그먼트로 네트워크를 구축·운용하고 있는 가운데 SDN 도입으로 양 지역의 통합 감시가 가능해짐에 따라 기존 네트워크 기능에 맞추어 이중 관리체제를 구축했다.
또 Sodegaura에 예비 SND 컨트롤러를 설치해 평상시 운용하는 2대의 기기와 함께 예비기기를 배치하는 「듀얼 클러스터 기능」에 따라 고장 및 재해 시 일부 시스템에 장애가 발생해도 시스템 전체 기능을 유지할 수 있는 것으로 알려졌다.
한쪽 네트워크에 오류가 발생해도 플랜트에 대한 영향이 최소한으로 억제돼 Chiba 플랜트의 안전·안정가동 및 경쟁력 향상에 기여할 것으로 예상되고 있다.
Chiba 플랜트는 보전기록·자료를 전자화하고 있으며 태블릿PC를 통해 현장에서 공장 내부 도면을 확인하거나 보전기록을 작성하는 시스템을 구축하고 있다.
일부 부서에서 테스트를 시작했으며 SDN에 따른 가상 네트워크를 활용함으로써 엄격한 보안대책을 유지하면서 보전 담당자가 현장에서 공장의 장치 및 기기 정보에 쉽게 접근할 수 있는 시스템을 구축할 수 있을 것으로 판단하고 있다.
SDN을 이용해 데이터를 수집·해석함과 동시에 데이터 해석모델을 만들어 해외에도 적용하는 방안을 검토할 방침이다.
SCC는 새로운 네트워크를 유연하고 신속하게 구축하고 전체 네트워크를 가시화함에 따라 Chiba 플랜트의 네트워크 유지비용이 기존에 비해 약 30% 감축될 것으로 예상하고 있다.
싱가폴 플랜트도 빅테이터 적용 시작
해외에서는 싱가폴 플랜트에서 데이터 수집·분석을 선행하고 있다.
AI에 따른 데이터 해석으로 수명 예측모델을 만들고 있으며 과거 데이터를 이용해 검증한 결과 AI가 예측한 기기 및 장치 수명과 실제 수명이 일치한 것으로 나타났다.
이에 따라 앞으로는 컴퓨터로 도출한 기기 및 장치 수명과 현장의견을 조합해 구체적인 교체작업 등을 검토할 방침이다.
SCC는 디지털화를 추진함과 동시에 축적한 빅데이터를 해석하는 인재교육도 실시하고 있다.
실제로 작업을 하는 외부 데이터 과학자와 대화해 다른 직원에게 정보를 전달할 수 있는 인재를 육성하겠다는 목표를 세우고 있으며 모든 사원에게 IT 지식 등을 습득시킴으로써 새로운 디지털기기에 대응할 수 있는 인재를 늘려갈 방침이다.