도란시스템 - 설비관리 칼럼

산업혁명 발전사 속 스마트팩토리

스마트팩토리연구소 소장 정일영

정비부서 업무는 정비관리업무와 설비관리업무로 구분한다.

정비관리업무는 설비의 고장을 빨리 고치는 것이고 설비관리업무는 설비가 고장 나지 않게 하는 것에 중점을 둔다. 여기서 설비관리업무의 다음 항목들이 스마트팩토리 측면에서의 접근이 필요하다.

- PM (예방보전)의 PM 업그레이드

- PdM (예지보전)의 진동분석, 전기해석법, 모델링법, 계전기법

- PaM (선행보전)의 FMEA, RCA, 데이터 분석

이와 같은 과제들을 스마트팩토리로 어떻게 접근할 것인가?

이것이 현 시대의 과제이다.

그런데 우리는 스마트팩토리가 무엇인지, 디지털 트랜스포메이션이 무엇인지 그 차이를 알고는 있나?

1780년 증기기관의 상업화는 노동력의 혁명이었다. 인도에 의존했던 영국의 섬유산업이 역수출하는 변화를 만든 것이다. 방적기가 탄생한 것이다. 방적기는 실을 짜서 생계를 유지하던 많은 가정을 위협했다. 기계가 사람의 일자리를 뺏기 시작했다. 하지만 증기기관은 섬유산업뿐 아니라 타 산업의 발전도 가져왔다. 섬유산업은 매해 발전했고 원부자재의 요구도 늘어갔다. 방적기를 갖춘 공장은 원부자재 수급만 되면 24시간 Full 가동을 했다. 필요로 하는 원부자재는 바로 목화였다.

당시 미국은 전 세계 목화의 약 70%를 공급하는 국가였다. 영국의 산업혁명은 미국 목화산업의 발전도 이끌었다. 미국은 고민에 빠졌다. 목화는 꽃을 따서 바로 사용할 수가 없다는 것 때문이다. 목화꽃 속에는 검은 씨가 많이 들어 있다. 이 씨들은 손으로 하나하나 제거해야만 했다 한마디로 말해서 목화재배는 많은 인건비가 필요한 사업이다. 정상적인 인건비를 주고는 수지타산이 안 맞는 산업인 것이다. 그래서 미국에서 발전한 것이 노예시장이다. 목화 수출이 증가할수록 농장에 노예는 더 필요했다. 한때 몇십 불하던 노예 한 명의 가치가 몇천 불까지 오르기도 했다.

1차 산업혁명 산업이 안정화될 무렵 미국의 북부와 남부 경제 차이는 매우 컸다. 북부는 상공업이 시작하던 때였고 남부는 목화산업으로 안정화를 넘어 매출이 크게 증가하던 때였다. 1854년 미국 북부에서 링컨이 대통령으로 선출됐다. 현 상황을 누구보다도 잘 알던 그는 강력한 중앙정부가 국내 안정과 번영을 가져올 것이라는 생각 속에서 수출 관세를 40% 이상 올렸다. 한마디로 남부를 궁지로 몰아붙인 것이다. 그러자 남부는 독립을 주장했다. 고민 끝에 링컨은 ‘노예해방’이라는 명분으로 남북전쟁을 시작했다. 수적으로 불리했던 남부는 목화의 주 수입국인 영국의 지원을 요청했으나 이미 1800년부터 ‘인권’을 주요 이슈로 주장했던 국가로서 명분이 노예해방 전쟁에서 남부를 지원할 수 없었다. 결국 남부는 패했다. 그 결과 미국 내 노예는 법적으로 해방되었다. 하지만 그 후 100년 동안 큰 변화는 만들어지지 않았다.

1840년대 1차 산업 발전 속에서 미래를 바꿀 이론이 정의되고 있었다. 영국 대학에서 수학 발전을 만들어 가던 찰스 베비지가 결혼 하면서 수학을 버리고 목사가 되려고 했다. 하지만 사회는 그를 비애국적인 자유주의자라고 평하면서 목사의 길을 막았다. 어쩔 수 없이 그는 다시 전공인 수학의 길로 돌아왔다. 그 후 미분 기계를 만들었고 다음으로 기계식 컴퓨터인 해석기관을 정의하는 논문을 쓰고 있었다. 논문의 본문은 그가 쓰고 부록은 그의 연구원으로 들어온 아이다 러브레이스가 썼다. 그 부록에 100년 후 프로그램에서 주요하게 사용되는 몇몇 제어문의 개념(function)들이 정의됐다. For, Loop, If, sub routine 등등 그녀가 정의한 제어문을 기반으로 현대 프로그램이 탄생한 것이다.

1881년 프랑스 파리에서 열린 전기박람회에 에디슨이 백열전구를 선보였다. 전 세계가 극찬했다. 그때 경복궁에도 백열전구가 들어왔다. 이듬해 에디슨은 3대의 직류전동기로 3,000여 대의 백열전구에 전기를 공급하면서 2차 산업혁명의 시작을 알렸다. 지인의 소개로 테슬라라고 하는 천재적인 청년이 입사한 것도 이때였다. 당시 에디슨은 직류전동기 문제로 고민하고 있었다. 그는 테슬라에게 그 과제를 주었다. 그리고는 “이 과제만 해결하면 현재 가치로 300억 원 정도를 지급하겠네.”라고 약속했다. 얼마 후 고질적인 문제가 해결됐다. 그런데 에디슨은 약속했던 300억 원이 아닌 단 몇만 원만 주고 말았다.

화가 머리끝까지 난 테슬라는 GE를 뛰쳐나와서 웨스팅하우스로 갔다. 그곳에서 교류를 더 연구하고 발전시켰다. 비로소 에디슨의 직류와 테슬라의 교류가 전쟁을 시작했다. 에디슨은 교류가 세상에 나오지 못하게 방해를 계속했다. 그런 그의 대표작품이 바로 사형장의 전기의자였다. 혹시 그 의자에 테슬라를 앉히고 싶었던 것은 아니었는지?

2차 산업혁명은 전기로 시작해서 자동화로 완성됐다. 대표적인 자동화가 포드사의 컨베이어시스템과 분업이었다. 컨베이어시스템과 분업의 탄생은 아주 우연이었다. 하루는 포드가 인근에 있는 도살장에 갔고 그곳에서 컨베이어시스템의 분업에 대한 아이디어를 얻었다. 이 자동화는 2011년 포드 T-1 시리즈 생산라인에 적용되었으며 그 결과로 5.6 배의 생산성 향상을 가져왔다. 하지만 2차 산업혁명은 두 번의 세계대전으로 발전하는 대부분 기술이 군수공장으로 흘러 들어갔다.

최초의 컴퓨터가 무엇인가? 많은 분이 1946년 미국 펜실베니아 대학에서 탄도 추적용으로 개발한 애니악(ENIAC)이라고 답할 것이다. 1940년 당시 유럽은 1939년 독일이 폴란드를 침공하자 영국과 프랑스가 연합군을 형성해서 대항한 세계 2차 대전이 한창이던 시기였다. 1년 남짓한 전쟁 결과는 비참했다. 영국을 제외한 대부분의 국가에서는 ‘하이 히틀러’가 울렸다. 영국 처칠은 계속해서 미국에 ‘SOS’를 보냈지만 매번 받은 답변은 ‘NO’였다. 그 당시 미국 국민은 남북전쟁으로 많은 젊은이들을 잃은 기억이 남아있던 때였다. 그런 기억속에서 다시 전쟁 속에 자신들의 자녀를 보내고 싶지 않았다. 그런 상황은 진주만이 폭격 당한 1941년 12월까지 계속되었다. 절박함과 긴박함 속에서 처칠은 수세에 몰리고 있는 근본 원인을 찾고 있었다. 분석을 통해 원인을 찾았다. 그 원인은 독일군이 사용하는 암호기인 에니그마였다. 이 암호기는 전기장비에 난수표를 사용했다. 연합군은 독일이 통신하는 한 문장도 알 수 없었지만 독일은 연합군의 통신 내용을 다 알고 있었다. 독일이 유럽 전 지역에서 우세한 것은 당연했다.

처칠은 영국의 천재 과학자이자 수학자인 앨런 튜링을 중심으로 한 5명의 과학자에게 에니그마를 해독하라는 프로젝트를 지시했다. 3년이 지난 1943년 어느 날 해독에 성공했다. 연합군은 그날부터 D-Day(1944년 6월 노르망디 상륙작전)까지 첩보전에 들어갔다. 암호기가 해독된 1년 후 독일군은 프랑스 서북부에 위치한 칼레로 최정예 부대들을 집결시켰다. 1944년 D-Day, 연합군은 칼레가 아닌 노르망디로 상륙작전을 감행했다. 그리고 칼레로 집결한 독일군을 후방에서 공격하고 베를린을 함락하면서 전쟁을 끝냈다. 에니그마를 해독한 컴퓨터도 ENIAC과 같은 크기의 컴퓨터였다. 하지만 이 컴퓨터가 알려지지 못했던 이유는 이 모든 사항이 1970년대까지 영국정부의 X 파일로 보관되어 왔기 때문이다.

우리는 3차 산업혁명의 시작을 1970년이라고 말한다. 최초의 컴퓨터라는 애니악이나 앨런 튜링의 암호해독용 컴퓨터 모두 1940년대에 발명이 되었는데 말이다. 그런데 왜, 1970년이 3차 산업혁명의 시작점이라고 하는 것일까?

그것은 1940년대 컴퓨터들은 특정한 하나의 목적에 맞춤형 연산기에 불과하다. 산업체에 영향을 주기 시작한 것은 그로부터 20년이 지난 후였다. 1967년 DDC (Direct Digital System)이 등장했다. DDC는 컴퓨터 한 대로 플랜트를 운전할 수 있도록 구성한 제어시스템이다. 초기 컴퓨터 모델로 만들어진 DDC는 많은 문제가 있었다. 수시로 DDC는 셧다운(Shutdown)되었고 그때마다 공장도 셧다운 되었다. 초기에 잠깐 사용하다가 현장에서 외면당했다. 그런 문제들을 보완하기 위해 연구하고 발전을 거듭했다.

1972년에 DDC를 여러 대 묶고 분산제어로 발전한 DCS (Distributed Control System)이 탄생했다. 시스템은 시간이 지날수록 더 안정화되었고, 사용자 편리성도 좋아졌다. 그 결과 지금까지도 공장 제어에 사용되고 있다. 이 시기에 PLC도 탄생했고 SCADA와 결합해서 새로운 제어시스템 계보를 만들었다. 비로소 소프트웨어가 산업에 영향을 주게 된 것이다.

3차 산업혁명까지 각각의 산업혁명을 보면 100년의 주기를 가지고 있다. 기술의 발전과 안정화 그리고 산업발전까지 거의 100년이 걸렸다. 그런데 2016년 다보스 포럼에서 4차 산업혁명이 주제가 되었다. 3차 산업혁명이 시작된 지 불과 50년도 안 되었는데 말이다. 특이한 것은 이전 산업혁명처럼 하나의 기술이 산업구조를 바꾼 모습도 아니었다.

3차 산업혁명은 ICT를 수단으로 아날로그를 디지털화하는 것이 목표였다. 생산 공정의 실시간 데이터를 저장하는 RTDB나 밸류체인 별 수직통합화 한 전산시스템 구축 등 전산화가 그것이다. 그럼 4차 산업혁명은 무엇인가? 3차 산업혁명의 디지털화, Digitalization을 기반으로 융합과 네트워킹을 수단으로 수직·수평 통합을 이뤄 새로운 가치를 도출하는 것을 목표로 하는 것이다.

한 예로 스마트제조혁신추진단의 30,000개 스마트팩토리 구축을 보자. 구축한 결과를 보면 MES (제조운영시스템) 비율이 약 68% 정도로 매우 높았다. 그 결과를 놓고 ‘3차 산업혁명 과제를 했다.’라고 말들이 많다. 아마 2000년부터 MES가 3차 산업혁명의 전산시스템으로 구축되었기 때문이다. 그래서 어떤 사람들은 “어떻게 MES 구축이 스마트공장이 될 수 있냐?”고 말하고 있다. 여기서 우리는 수단과 목적으로 MES를 다시 바라봐야 한다. 3차 산업혁명 과제로 MES는 구축하는 것이 목적이다. 이는 3차 산업혁명의 전산화와 디지털화를 한 것이다. 반면에 MES를 구축하는 것이 목적이 아니라 수단이라고 생각하면 어떨까? MES를 구축 후 시스템을 통해 제조 경쟁력을 향상하는 것이 목적이라면? 이것이 새로운 가치창출이 될 수 있고 4차 산업혁명 과제라고 할 수 있다. 2016년 이런 모습으로 시작한 것이 제조산업의 스마트팩토리이다.

2010년 이후 우리 주변을 돌아보면, 기술과 환경 변화가 급변하면서 발전하고 있다. 중장기로 봤을 때 스마트팩토리만으로는 한계를 느꼈다. 스마트팩토리는 4차 산업혁명의 스마트 시리즈 중에 공장에 초점을 둔 분과이다. 그 정의를 보면 ‘기술의 변화로 경쟁력을 높이는 것’이다. 그럼 한계를 느꼈다는 것은 기술적인 변화만으로는 안 된다는 것이다. 대표적인 기업이 바로 가솔린 엔진 부품을 만드는 기업의 경우다. 이와 같은 기업은 이대로 가다 가는 환경 변화에 의해 7~8년 안에 문을 닫을 수밖에 없다. 그럼 이런 기업들은 어떻게 해야 하는가?

기술변화를 포함한 경영전략의 변화로 경쟁력을 높이는 디지털 트랜스포메이션 (DT/DX)로 전환해야 한다. 이는 기업의 전략과 포트폴리오 등의 경영전략 전반과 공장 부분의 기술변화까지 포함하고 있다.

그럼 우리 기업은 스마트팩토리를 해야 하는지 아니면 디지털 트랜스포메이션을 해야 하는지 고민부터 해야 한다. 그 시작은 “우리는 왜 해야 할까?”라는 근본적인 질문부터일 것이다.

10년 전까지만 해도 현장과 관련된 기술발전 속도가 지금과 같지 않았다. 고질적인 문제를 가지고 있으면서도 어쩔 수 없었다. 하지만 지금은 자고 일어나면 환경이 변화하고 기술이 발전하고 있다. 우리 기업은 변화하지 않는데 경쟁사가 변화에 적응하려고 움직이거나 또는 발전된 기술로 가지고 있는 고질적인 문제를 해결해 나간다면? 몇 년 후 우리는 경쟁할 수 있을까?

이것이 우리가 스마트팩토리나 디지털 트랜스포메이션을 해야 하는 첫번째 이유이다. 

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