산업기술/제조/경영

보이기 시작한
연결되는 공장

각종 다양한 기기와 시스템이 연대해서, 상황에 따라 자율적으로 가동한다.
이러한「연결되는 공장」을 지향한 움직임이 국내외에서 급속하게 진행되고 있다.
Concept으로 선행하는 구미 세에 대해서, 현장에서부터의 움직임을 겨냥하여 가는 일본 세의 구도이다. 최 선단의 대응을 정리했다.


Part. 1 총론 :
도요타의 본격시동으로 변화하는 경계 --- 공장이 다양한 것들과 연대

「연결되는 공장」의 실현을 향해, 도요타자동차가 커다란 첫 걸음을 내 디뎠다. 동사는 공장 내 네트워크의 새로운 자사표준으로, 독일 발 통신규격인「EtherCAT」를 채용한 것이다. 향후는 전 세계의 주요 Supplier에게 EtherCAT를 권장한다고 한다. 2016년 4월에 독일 하노버에서 개최된 산업기술 전시회「Hannover Messe 2016」에서 도요타가 이 방침을 발표하면서, 업계의 화제를 독차지 했다.

Hannover Messes의 최근 수년은 독일이 추진하는 고도기술전략「Industrie 4.0」이 화제의 중심이 되었었다. 독일을 시작으로 한 구미의 기업이,「연결되는 공장」에 관련한 참신한 컨셉을 계속해서 제안한다. 그 흐름은 2016년이 되어 한군데로 모아지는 것일까, 더욱 가속화가 되고 있다. 그러나 도요타가 EtherCAT를 를 채용했다는 뉴스가, 이것들을 상회하는 충격을 주었고, 그것은 도요타자동차가 Supplier를 포함한「연결되는 공장」실현을 위해 본격적으로 움직이기 시작했다는 것이다.

-- IoT로 생산시스템을 진화시킨다 --
공장 내의 네트워크는, 공장의 다양한 기기나 시스템을 접속하는 네트워크이다. 그 접속대상은, 생산현장에서 가동하는 기계와 센서, 그들을 제어하는 콘트롤러, 그리고 상위에서 가동상황을 관리하는 서버 등, 다양한 분야에 걸쳐있다.「연결되는 공장」을 실현하는데 대단히 중요한 역할을 하는 부분이다.

종래, 도요타는 공장 내 네트워크의 자사표준으로「FL-net」을 사용했었다. FL-net은 일본의 주요한 FA기기 메이커가 가맹하는 일본 전기공업회에서 책정된 통신규격으로, 다른 메이커의 PLC(Programmable Logic Controller)나 수치제어(NC) 장치를 상호 접속할 수 있는 특징을 가지고 있다.

하지만, 기존의 공장보다는 상당히 많은 기기나 시스템을 연대하여, 리얼타임으로 대량의 데이터가 교환되는「연결되는 공장」의 실현을 목표로 한 도요타에게는, FL-net의 기능과 성능은 만족스럽지 못한 것이었다. 그리고 FL-net에 대응하는 FA기기 메이커가 거의 국내에 한정된 것도, 세계규모의「연결되는 공장」을 지향하기에는 한계가 있었다.

한편, EtherCAT는 독일 FA기기 메이커인 Beckhoff Automation사가 개발한 Open Field Network의 규격으로, 그의 보급과 도입지원을 하는 EtherCAT Technology Group(ETG)에는 3500사 이상의 기업이 가맹하고 있다. 공작기계 등을 중심으로 전 세계에서 셰어가 확대되고 있고, 최근에는 일본의 FA기기 메이커들도 EtherCAT 대응제품의 라인업을 강화하는 경향이다. 더욱이, ETG가「연결되는 공장」을 상정한 기능확장과 성능개선에 적극적인 것도, 도요타의 결단에 도움을 주었다.

-- 성 배선기술을 높이 평가 --
공장 내 네트워크를 바꾸는 것은, 간단한 것이 아니다. 이제부터 도요타는 막대한 시간과 비용을 들여 공장의 기기와 시스템을 EtherCAT 대응으로 바꾸지 않으면 안 된다. 일본에 본사를 둔 기업으로, 일본 발의 기술을 버리고 독일 발 기술을 채택하는 것에 망설임도 있었던 모양이었지만, 최종적으로 채용을 결정했다.

「IoT의 Concept에 근거하여 생산시스템을 진화시킨다는 Needs에 대해서, EtherCAT이 가장 합치하고 있다는 결론에 도달했다. 독일이건 일본이건, 우리는 고객으로서 가장 좋은 기술을 사용한다」(동사 선진기술개발컴퍼니 공정개선부 오오쿠라 부장) 

예를 들면, 채용을 결정한 이유의 하나가, EtherCAT의 확장규격인「EtherCAT P」의 존재를 꼽는다. 이는 고속 데이터통신과 전력공급을 한 개의 Ethernet케이블로 통합하는 성 배선기술이다.「연결되는 공장」에는, 생산현장에 무수한 센서를 설치하고, 데이터의 분석결과를 품질이나 생산성향상에 활용한다. 현재는 센서로부터 데이터를 취득하기 위한 케이블과, 센서에 전력을 공급하기 위한 케이블을 별도로 준비해야 한다.

센서를 설치하기 위한 케이블이 늘어나서, 생산시스템의 신뢰성이 저하되어서는 본말이 전도가 된다. 그 점에서 케이블 수를 최소한으로 억제하는 EtherCAT P는「시스템의 신뢰성을 확보하기 쉽다는 의미로 매력이 있다」(동사의 오오쿠라 씨) 자사에서의 채용만이 아닌 Supplier에게도 권장하는 것도, 최종적으로는 자사제품의 품질과 비용에 관련이 되기 때문이다. 이러한 평가에서도 도요타의「연결되는 공장」의 중요도를 알 수 있다.

-- 대응 안되면 신뢰를 잃는다 --
도요타가 Supplier를 포함한「연결되는 공장」의 실현을 목표로 하고 있는 것에서도 알 수 있듯이,「연결되는 공장」은 개개의 생산라인과 공장에서 완결되는 것이 아니다.「자사의 다른 공장」「자사의 정보시스템」「고객의 정보시스템」「Supplier의 공장」등과도 연대하는 것에 의해, 생산성과 품질을 높이는 것만이 아닌, Mass ·Customization과 같은 새로운 제조업의 비즈니스 모델에도 대응한다. 그것이 연결된다는 것의 커다란 목적이며, 지향해야 할 모습이다.

최근, 이러한「연결되는 공장」의 컨셉을 구미가 적극적으로 발신해 온 것에 비해,「일본의 공장은 이미 연결되어 연결되어 있기 때문에 특별히 대응이 필요없다」는 견해도 뿌리 깊게 존재하고 있었다. 분명히, 일본의 공장은 어떤 의미에서는 이미 연결되어 있다. 그러나, 그것은 극단적으로 말하면, 생산라인과 공장의 “제어”라는 최소한의 목적을 수행하기 위하여 연결되어 있다는 측면이 크다. Industrie 4.0과 같이 전체 최적화나 Mass·Customization이라는 대국적인 관점에서 필요한 데이터나 정보를 수집하는 것을 상정한「연결되는 공장」은 현 상태에서는 거의 없을 것이다.

이번에 도요타와 같이 영향력이 큰 기업이 본격적으로 움직이기 시작한 것으로, 경계가 크게 바뀌어 질 것이다. 실제 컨셉으로 선행한 구미기업들도 따라 붙거나 추월하기 위해, 도요타 외의 많은 기업이「연결되는 공장」의 실현에 대응하고 있다. 예를 들면 도요타와 밀접한 관계에 있는 덴소는, 2020년까지 세계에 있는 130개의 공장을 연결하여, 생산성을 대폭 올리려고 하고 있다. 그를 위한 전문조직인「DP-Factory IoT 혁신실」을 생산혁신센터에 설치하여,「연결되는 공장」의 추진체제를 강화했다.

덴소에는 종래에도「1/N 라인」으로 대표되는 생산혁신을 올려온 것에 대한 자부가 있었다. 그런데, IoT와 같은 기술에 의해 제조업의 새로운 모습을 만들고자 하는 독일의 Industrie 4.0이나 미국 발「Industrial Internet Consortium」(IIC)의 움직임에 대응하지 않으면,「글로벌 기업으로서의 신뢰를 잃는다」(DP-Factory IoT 혁신실 가토 실장). 그러한 강한 위기의식이 덴소를 뛰기 시작하게 한 것이다.

물론「연결되는 공장」의 실현을 서두르는 곳은 자동차업계만이 아니다. 공작기계 메이커인 Yamazaki Mazak(본사 아찌현)은, 다양한 생산설비를 네트워크에 접속하는「iSMART Factory」를 전개하고 있다. 생산설비의 다양한 정보를 가시화하여, 생산성을 대폭 개선하는 것이 목적이다. 2015년에 iSMART Factory를 도입한 본사인근의 오오구치 제작소에서는, 가시화한 데이터를 분석하는 것으로, 생산설비의 정비시기를 최적화하는 등의 성과를 내고 있다. (동사 사례: p45-47)       

-- 이업종 연대나 표준화도 추진 --
Industrie 4.0이나 IIC와 비교해서 일본이 늦어져 있다고 지적되던 이 업종연대나 표준화도, 만회하고자 하는 움직임이 보이기 시작했다. 그 대표격이「연결되는 공장」을 향한 이 업종연대를 실천하는 장으로 되어 있는「Industrial·Value-chain·Initiative」(IVI)이다.「연결되는 공장」을 상정한 20개의 업무시나리오에 대해서, 다양한 기업의 참가자로 구성된 워킹그룹이 논의나 현장에서의 검증을 거듭해 왔다. 이러한 검증에 의해, 실제로 이 업종연대로「연결되는 공장」을 실현하기 위한 베이스를 구축하는 것이 IVI의 목표이다. (IVI의 활동: p60-61 참조)

구미의 톱다운 적인 표준화에 대해서, IVI는 현장기점의「느슨한 표준」을 지향하고 잇는 것이 특징이다. Hannover Messe 2016에서는, IVI의 니시오까 이사장(호세이대학 교수)이 해외에서는 처음 하는 강연을 실시하고, IVI의 활동을 어필함과 동시에, 구미에 대해서도 연대를 촉구했다.

IVI와 같은 이 업종연대의 장이 활성화 되고 있는 것도 있어,「연결되는 공장」을 실현하기 위한 환경이 정비되어 왔다. 이제부터「연결되는 공장」이 늘어나면, 역으로「연결되지 않는 공장」이 디메리트가 크게 된다. 이제는 일각의 지체도 허용되지 않는다.「연결되는 공장」의 실현을 위해 움직이기 시작할 때이다.
   

Part. 2 사례

OKI Digital Imaging : 바다를 넘어서 마치 하나의 공장으로

LED프린터와 LED복합기의 기간부품인 LED칩의 개발·제조를 하는 Oki Digital Imaging (본사; 군마현, ODI). 동사는 후 공정인 LED 프린터헤드의 생산과 프린터의 최종조립을 하는 태국과 중국의 거점과 자사를 네트워크로 연결하여, 현장의 생산설비 등으로부터 수집된 정보를 일원적으로 파악 기능한 시스템을 구축했다.

「3개국의 공장을 가상적으로 커다란 하나의 공장으로 간주하고, 생산정보를 리얼타임으로 파악 가능하다」(ODI 기술부 아라이 과장). 그것이「ODI Production control and Total Analysis System (OPTAS)」이다. OPTAS의 도입으로 ODI 사내의 생산정보를 후 공정을 담당하는 해외거점의 생산정보를 연결하여 분석 가능하게 되어, QCD(품질·코스트·납기)가 개선되었다.

-- 일본, 태국, 중국에서 분업 --
-- 3개국 공장을 일원화 파악 --
-- 1억엔/ 년 이상의 코스트 삭감 --


Yamazaki Mazak : 샅샅이 안전하게 데이터를 수집

-- 20년 전부터 이어지는 계보 --
-- 안전하지 않으면 의미가 없다 --
-- 30일에 없어지는 Glease --
-- 생산성 50% 향상이 목표 --


YKK : 가동 데이터에 근거하여 설비를 개량

-- 12개 공장에서 가동 데이터를 수집 --
-- 설비상황을 명확한 수치로 정의 --
-- 공장과 설비로 제조 코스트다운을 겨냥 --
-- 데이터를 활용하여 설비를 진화시킨다 --
-- 수명기준을 고 정도화로 설정 --


Panasonic Ecosystems : 정보일원화로 고객대응력 강화

-- 내작화 율 90% 가까이 --
-- 국내외 4거점의 정보를 연결 --
-- 계획 계의 정보와도 연동 --


Citizen Machinery : 기계의 가동상황을 공유 가능하게

-- 놓치고 있던 것에 착안하여 --
-- 언젠가는 고객에게 제공


Denso : 「제조를 아는 사람」에게 유익한 정보를

-- 정보의 양과 질을 높임 --
-- 사람은 창조적인 업무에 전념 --


Analog Devices : 대량의 센서로 예지 보전을 실현

-- 모터의 진동에 착안 --
-- 노하우도 함께 제공 --


Part. 3 독일편
인더스트리 4.0은 사람을 지원하는 기술부터 시작한다

독일이 추진하는 Industrie 4.0 이라면, 장래의 제조업에 관한 콘셉이나 국제표준 등의, 생산현장과 조금 동떨어진 것 같은 인상이 있다. 그러나, Hannover Messe 2016 에서는 생산현장에의 도입을 상정한 전시도 많이 보였다. 이곳에서는「사람과 로봇의 협동」「스마트 어시스트」「예지 보전」이라는 3개의 테마에 초점을 맞추어 주목의 기술을 소개한다

[사람과 로봇의 협동]
「연결되는 공장」에 관한 다양한 기술 중에, 특히 현장에의 도입이 가깝다고 느껴지는 것이, 사람과 로봇의 협동이다. 많은 기업이「연결되는 공장」의 목표의 하나로, Mass·Customization으로 대표되는 유연성이 높은 생산체제의 실현을 들 수 있다. 그때 어떠한 상황에서도 임기응변에 대응 가능한 사람과, 생산성과 반복작업에 뛰어난 로봇의 협업은 불가결하게 될 것이다. 이러한 장래가 올 것을 예상하여, 독일은 사람과 로봇의 협업이라는 테마에 대해 힘을 기울이고 있다.   

-- 로봇이 사람에 맞춘다 --


[Smart Assist]

「연결되는 공장」에 대한 기대의 다른 하나로, 현장의 상황을 리얼타임으로 파악·분석하는 것으로, 사람이 보다 적절한 행동을 취할 수 있도록 하는 것을 들 수 있다.종래에는 사람이 능동적으로 정보를 수집하기 위해 현장에 가야만 했지만, IT에 의해 스마트한 형태로 사람에게 필요한 정보를 줄 수 있게 되었다. 이러한「스마트 어시스트」라고 할 수 있는 기술이 주목되고 있다.

-- 작업자의 교육도 기계에 맡긴다 --


[예지 보전]

「연결되는 공장」에서는, 생산현장에서 대량의 데이터를 수집하여 그 분석결과를 활용하는 것으로, 품질과 생산성을 대폭적으로 높일 수 있게 된다. 그 구체적인 효과로서 주목되고 있는 것이, 생산설비의 고장을 미연에 방지하는 예지보전(豫 知保全)이다. Hannover Messe 2016 에서는「Predictive Maintenance 4.0」이라는 명칭의 특별전시코너가 설치되어, 가동데이터의 분석결과를 활용한 차세대 보수정비기술을 많은 독일 기업들이 제안하고 있었다.      


      -- 끝 --