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스마트 제조

1. 중소기업 창업지원계획
   • 혁신‧신산업분야 창업 활성화 빅3(BIG3), 데이터·네트워크·인공지능(D.N.A), 탄소중립 분야를 3대 유망분야로 설정하고 별도 사업을 통해 해당 혁신 스타트업을 집중 육성할 계획
2. 협력과 상생 기반 혁신창업 육성
   • 대기업 과제 제시, 스타트업 해결 방식
3. 지역기반 건강한 창업생태계 조성
   • 창조경제혁신센터를 지역창업의 중심 거점으로 개편하고 지역별 창업거점 연계와 함께 지역특화 스타트업을 집중 육성
   • 지역 창업활성화의 한 축인 대학의 역할 강화
4. 교류 및 기술창업 저변 확대
   • 혁신 창업의 원동력인 기업가정신 확산을 위해 창업교육전문가 양성, 기업가정신 스쿨 운영, 창업교육 거점대학 중심의 창업교육 협업체계를 구축해 나갈 계획
5. 창업정책 총괄‧관리 강화
   • 창업자들의 혼란과 부담을 덜기 위해 범부처가 공통으로 사용하는 ’창업지원사업 통합관리규정‘을 마련하고 범정부 창업정책 거버넌스 확립을 위해 창업지원정책협의회의 역할도 강화할 계획
6. 창업 친화적 제도 기반 마련
   • 정부와 스타트업이 최신 정책‧기술‧시장동향 등을 실시간 공유하고 규제 해소를 위해 함께 노력하는 소통 플랫폼을 구축하고, 창업휴학에 대한 법적근거를 마련과 함께, 교원 창업에 필요한 승인절차 등을 간소화할 계획

스마트제조

개요

스마트 공장 정의

제품의 기획부터 판매까지 모든 생산과정을 ICT(정보통신) 기술로 통합해 최소 비용과 시간으로 고객 맞춤형 제품을 생산하는 사람 중심의 첨단 지능형 공장

스마트 공장 특징

공장 자동화vs스마트 공장

공장 자동화(FA : Factory Automation)

• 컴퓨터와 로봇 같은 장비를 이용해 공장 전체의 무인화
• 생산과정의 자동화(수직적 통합)
• 대량 생산

스마트 제조

• 사물인터넷 연결(수평적 통합)
• 자율적인 데이터 연결, 수집, 분석
• 다품종 소량 생산
• 공정 시뮬레이션(돌발 장애, 품질 불량 등의 정확한 원인과 해결책 제공
• 고객 맞춤형 제품 생산(ex 삼성전자 Bespoke), 주문제작

물류

오토스토어는 1996년 설립된 로봇기술 회사로 ‘큐브 스토리지 자동화(Cube Storage Automation)’ 기술을 개발해 물류기업이나 전자상거래 기업 등에 공급

• 적시에 올바른 물건 전달
• 공간의 재정립/온라인 부상
• 최적화(인공지능 기술)
• 스마트 로봇 혹은 협동 로봇

공간의 재정립

NVIDIA Developer

GAN은 평면도와 건물 전체를 설계하는데 활용

건물 외곽설정 매스작업->프로그램 재분할->가구 배치

온라인 시장 부상

협동 로봇등장

산업용 Human-Machine 협업 패키지 기술

필수 조건

스마트 제조 9가지 핵심 기술

• 사물인터넷(IoT)
• 5G
• 빅데이터
• 스마트 머신->로봇->인공지능 인간
• 클라우드 컴퓨팅
• 인공지능
• VR/AR
• 3D프린팅
• 가상 물리 시스템(CPS)/디지털 트윈

디지털 전환의 가속화

핵심 플레이어

• 독일-지멘스
  • 1847년 설립
  • 거의 모든 산업 분야의 제조 및 공정 자동화 솔루션 보유
  • IIoT플랫폼 마인드 스피어를 바탕으로 현존 기업 중 최고 수준
  • 산업용 엔드투엔드 솔루션
• 프랑스-슈아니더일렉트릭
  • 1836년 설립
  • 에코스트럭처 인더스트리 : 대규모 설비와 공장등에 적용될 수 있는 스마트 팩토리 구축을 위한 최적화된 플랫폼(HW부터 SW까지 종합적 솔루션 제공)
  • 안전성, 신뢰성, 연결성, 효율성 및 지속 가능성 향상
  • 증강현실(AR)기술을 접목해 빠르고 안전한 유지보수가 가능한 'EcoStruture Augmented Operator Advisor'
  • 해외에서 운영중인 장비의 개별 성능 및 상태 확인, 데이터 모니터링의 원격 지원이 가능한 클라우드 기반의 'Ecostruture Machine Advisor'
• 미국-GE
  • 1878년 설립
  • Brilliant Factory(생각하는 공장)
  • Predix플랫폼
  • 항공기 엔진이나 철도,선박 제품에 센서를 부착하여 발생하는 데이터를 분석하고 기계의 고장을 미리 예측하여 보다 나은 효율을 찾도록 돕는 스마트 팩토리 솔루션
• 일본-화낙(Fanuc)
  • 1977년 첫번째 로봇 '모델1'생산
  • FIELD(Fanuc Intelligent Edge Link&Drive system)
  • 전세계 공장에 로봇 40만대 보급, 산업용 로봇 시장1위
• 한국-삼성전자
  • 인공지능 기반의 스마트 팩토리 솔루션 '넥스플랜트(Nexplant)'를 출시
  • 제조 공정에 인공지능 기능을 적용
  • IoT를 통한 설비 데이터를 수집, 분석 후 제조 설비 상태를 실시간으로 진단하고 문제점을 신속히 파악한 다음 해결
  • 삼성SDS가 자체 개발한 빅데이터 분석 플랫폼 '브라이틱스(Brightics)'탑재
• KUKA
  • 중국 가전 기업 메이디 그룹은 산업용 로봇 업체인 독일의 쿠카를 인수, 이를 기반으로 스마트 제조, 스마트 의료, 스마트 물류 분야에 적극 진출
• 포스코
  • 용융아연 도금공정 : 인공지능기반 도금량 제어자동화 구현, 자동차 강판에 아연도금 공정, 데이터 수집과 실시간 학습으로 도금량 예측
  • 스마트고로: 숙련공 2시간마다 수동으로 노열 점검, 육안으로 색을 식별해서 내부 온도 예측했던 것을 온도 센서로 측정 후 1시간 뒤의 온도까지 예측

전략시스템

스마트제조 플랫폼

• 사물과 사람, 데이터와 서비스가 통합된 플랫폼
• 제조공정의 효율화를 위한 다양한 기술과 인프라를 포함하는 시스템
• 저렴하고 가벼운 기업형 스마트공장 공통 플랫폼
• 이슈
  • 수평/수직 통합이 가능한가?
  • 어플리케이션 기술은 이미 성숙, 기존 제조 엔지니어링 SW 공급 기업들과 비즈니스 솔루션 공급 기업들이 서비스 하던 솔루션의 영역을 넓혀 가기
  • 구성 요소 간 표준, 통신 등
  • 사이버 공간에서 발생하는 위협이 증가, 클라우드 및 포그 컴퓨팅* 보안이 핵심
  • 장비의 국산화율, 기술 경쟁력 등
  • 에너지 관리(Factory Energy Management System)

* 방대한 양의 데이터를 먼 곳에 있는 커다란 데이터 서버에 저장하지 않고, 데이터 발생 지점이나 근처에서 처리하는 시스코 기술, 데이터에 빠르게 반응

Ex) 도로에 구급차가 감지되면 신호등을 즉각적으로 초록불로 바꿔주는 스마트 교통 신호

스마트제조 플랫폼 기술

지능형 어플리케이션

• 스마트 공장 IT솔루션의 최상위 시스템
• MEX, ERP, PLM, SCM등의 플랫폼 상에서 각종 제조 전반에 걸쳐 필요한 기능을 수행하는 소프트웨어

스마트 설비 관리 시스템

• 공장 등에 설치된 생산설비에 대해 설비의 내구수명을 전주기에 걸쳐 고장을 예 측하고 수리/관리하고 업그레이드 및 새로운 설비 등으로 교체하는 등 설비 기 능을 유지 보전하는데 필요한 체계화된 토탈 시스템

공장형 환경 안전 솔루션

• 스마트공장 내 작업자의 안전사고 예방 및 생산성 향상을 위한 작업장 안전 관리 를 위한 솔루션
• 작업자의 타 애플리케이션과 연동하여 공장 내 유해물질과 작업자의 신체 위험 상태를 감지하여 작업자의 동선에 따른 안전상태를 가시화하고 관리

기술종류

• 긴급 재난안전 (건물 안전, 방화 시설, 안전 장비, 지진, 화산, 통신망, 해킹, 환경 보호 등)
• 센서기술, 제어기술, 그리고 디지털 트윈
• 노동자 건강 상태 및 개인보호구(Personal Protective Equipment)
• 재난 상황 대처 기술
  • Non-visibility 상황 극복 기술과의 융합
  • 인명 구조를 위한 골든 타임 확보, 시야가 확보되지 않은 상황에서 보조 수단을 이용한 탈출 경로 안내와 구조자 탐색
  • 연기 및 유독가스 발생 상황에서 대기 중 분포 입자의 산란 특성과 직진 투과 능력을 가진 광원에 대한 원천 기술 연구가 필요/조명 기술
  • 광학식 트래킹 모듈
  • 차폐 공간 투시 기술, 홀로렌즈 기술, 레이저를 이용한 비가시선 이미징 기술, 전파 반사 무선 신호를 이용한 동작 인식 기술
  • GIS를 이용한 산업안전 관리시스템
• 재난 예방 기술
  • 센서, 장비, 시스템, 인프라스트럭처, 서비스까지 보안과 관련된 총체적인 기술과 어플리케이션이 융복합되어 토털 안전 제품이나 솔루션으로 진화
  • 음향, 변위, 진동 등 멀티모달(Multi-Modal)을 이용한한 다각도 특이점 감지
  • 2025년에는 약 800억 개의 디바이스가 서버로 연결되고, 이 디바이스에서 180조 GB 데이터가 발생(센싱 데이터의 용량 감소 및 전송 속도 개선, 그리고 오픈 소스 라이브러리를 이용한 저비용으로 다양한 센싱 데이터 분석)

디지털 트윈 생산 시스템

• 사이버-물리 시스템(CPS)
• 사이버 시스템을 통해 실세계 사람, 운영환경, 기계 장치와 같은 물리 시스템을 네트워크로 연결하여 제어하는 시스템
• 현실 객체에 대한 디지털 재현(복제본)으로 현실세계와 가상세계의 동기화
• 동기화된 데이터를 활용하여 운영 및 의사결정
• 인프라 운영비용 절감, 위험관리 요소 개선, 효율적인 의사결정
• 초연결, 초융합, 초지능, 초실감

스마트제조용 보안시스템

• ICT 기술 의존도가 높은 스마트제조의 안전하고 안정적인 운영을 위한 공장 기 반 시설 및 센서, 디바이스, 액츄레이터, 생산공정 감시와 같은 산재된 시스템의 정보 보안을 위한 효과적인 모니터링 및 통제 시스템

스마트팩토리의 큰 틀

아날로그로 있는 제조업을 디지털로 전환 (시스템 갖추기)=사람의 디지털 트랜스포메이션

즉, 작업자의 디지털 역량을 강화해야함(민첩성, 회복 능력)

• 새로운 작업 방식 -> 인력에 권한을 부여
• 얼마나 많은 원격 근무 근로자를 확보하느냐가 관건
• 실시간 안전(Health and Safety) 체크도 중요
• 근로자의 사회적 거리두기, 직접 손을 대지않고 기계 제어 및 관리 (증강 현실 솔루션은 필수: Optimize )
• 원거리 전문가의 도움을 언제든 원할 때 받을 수 있음
• 위기 상황에 생산 공정을 그대로 유지
• 비정상적인 근무환경
  • 안전한 환경
  • 온오프라인의 다양한 공간에서 클라우드가 디지털 데이터를 공유하고 통합
  • 프로세스를 공유하고 통합하여 공정제어의 가시성이 필요
• 엔드포인트(End Point) <-> 클라우드 (Cloud) 통신 속도, 처리 능력, 대역폭
• Design and build 프로세스 -> Operated and Maintenance 오류 발생, 디지털 트윈
• 설비나 공장의 From site-by-site -> 전체 회사에서 소비되는 현상을 공유, 투명성과 가시성 (경쟁력과 효율성을 업그레이드)

디지털 전환의 가속화

• 단순히 생산성 향상, 비용 감소를 넘어 '리스크 최소화','지속가능한 생산'
• 앞으로 언제 다시 돌아올지 모르는 신종 바이러스 상황에 대비
  • 갑작스러운 공급망 중단을 예방
  • 원격 근무조건에 민첩하게 대응
  • 뉴노멀 시대 스마트 공장 도입이 필수

스마트팩토리 중점사업

1. 자동화/ 디지털화 동시 사업
   • 제조 현장에서 3D, 단순 반복작업을 자동화 기계, 로봇, AR/VR 등 제품을 활용하여 작업자의 부하경감, 자율 생산
   • 자동화 설비 상태, 공정상태 등의 Raw Data를 수집 저장하는 인프라 구축 사업
2. 노후 PLC, Drive 교체와 디지털화 동시 사업
   • 노후화된 제어 시스템을 신규 시스템으로 교체하면서 고장 감소로 생산성을 높이고, 동시에 설비 고장 예지, 품질 예측 등을 위한 Raw Data 수집 인프라 구축 사업
3. 자동화 장치 추가 도입과 디지털화 동시 사업
   • 자동으로 생산 중인 설비에 새로운 자동화 기계 도입
   • 기존 설비와 통신하면서 설비 공정 제어 및 데이터 수집, 저장
   • 설비 고장 예지, 품질 예측 등을 위한 사업
4. 오감 작업의 센싱에 대한 IIoT 사업
   • 숙련된 작업자의 오감에 의해 온도, 농도, 시간 등 예측하여 생산하는 기계 작업을 측정 센서를 도입하여 디지털 값으로 모니터링, 제어
   • 측정된 데이터는 클라우드 데이터 센터에 저장
5. 제조 물류 최적화 및 디지털화 사업
   • 소재 입고에서 투입, 생산, 구내 물류, 제품, 검사, 창고 및 배송까지
   • ID 기반 소재, 자재, 제품을 트레킹
   • 공정 상태를 자동 설정 및 제어
   • 생성되는 모든 측정, 시험, 검사 데이터를 클라우드에 저장하는 공정단위 최적화 사업
6. 공급 사슬상 기업군별 스마트 공장 보급 확산 사업
   • 완성제품 생산기업을 중심으로 원재료, 부품을 제작 공급하는 모든 기업군을 일괄적으로 스마트 공장 신규 구축 및 고도화 사업을 수행
   • 모든 부품의 품질, 생산성을 향상, 원가절감과 납기 단축
   • 공급 사슬상 전 기업이 협업

 

제조산업의 인공지능

스마트팩토리 제어시스템과 엣지 컴퓨팅

AI Transformation Checklist

전략 시스템

산업용 Human-Machine 협업패키지

• 사람 중심의 인간-기계 협업을 위한 작업 모델링, 작업자 노하우 수집, 분석, 상 호작용 및 작업자 지원 기술 등을 통해 제조 과정에서 이와 같은 정보를 효과적 으로 인간에게 제공함으로써 친화적 협업을 유도
• 생산성과 품질을 높이기 위한 시스템

제조 및 서비스 AI 기반 군집 로봇 협업 운영 시스템

• 군집 로봇 : 수십 대에서 수백 대의 자율주행 로봇들이 서로 협업하며 업무를 수행하는 자동화 시스템

스마트제조용 빅데이터 분석 시스템

• 산업 현장에서 발생하는 다수의 데이터(설비 기기, 초기 설정값, 목표값, 작업자, 프로세스 등)를 수신하고 이를 빅데이터 플랫폼에서 분석하여 전체 최적화를 위 해 공장 전체를 상황에 맞춰 관리하기 위한 시스템

RPA(Robotics Process Automation) 시스템

• 사용자 컴퓨터 또는 단말기 상에서 수행되는 반복 업무를 소프트웨어가 대신 자동으로 수행