“스마트팩토리에 대한 개념을 쉽게 설명하려면 공자가 말한 중용(中庸) 사상을 빌려 와야 할 것 같습니다. 중용이 ‘훌륭한 사람이 갖춰야 할 덕목’인 것처럼 스마트팩토리는 ‘훌륭한 공장이 갖춰야 할 조건’이라 할 수 있는 것이죠”

‘공자’와 ‘스마트팩토리’는 어딘가 모르게 서로 어울리지 않는 조합이라 할 수 있다. 그런 어색한 조합을 최병규 KAIST 산업및시스템공학과 명예교수는 중용의 의미를 되새기며 이 둘을 완벽하게 융합시켰다.

지난 20일 한국과학기술회관에서 개최된 ‘2019 과총 & 학회 공동 포럼’의 기조발제자로 나선 최 교수는 첨단 기술이 아무리 발전해도 그 중심에는 사람에 대한 배려가 존재해야 한다는 점을 강조하며 이같이 말했다.

‘스마트 제조 및 물류혁신의 현재와 미래’라는 주제로 한국과학기술단체총연합회(이하 과총)가 주관한 이번 행사는 분야별 전문가들과 함께 스마트 제조 및 물류혁신의 현재와 미래를 조망해 보자는 취지로 마련되었다.

스마트팩토리 이해를 위해서는 기존 생산방식 파악해야

‘인간 중심의 스마트팩토리’를 주제로 발표한 최 교수는 스마트팩토리를 “외부 환경 변화에 대해 공장 내 기기들이 즉각적으로 반응하면서 자율적으로 연결되고 소통되는 생산체계”라고 정의하면서 “스마트팩토리 개념을 이해하기 위해서는 우선 전통적인 생산방식들에 대해 알아야 한다”라고 말했다.

그가 소개한 대표적 생산방식들은 ETO(Engineer To Order, 주문 설계 생산방식)과 BTO (Built to Order, 주문 후 조립생산 방식), 그리고 MTS(Make to Stock, 재고 비축 생산) 등이다.

ETO는 고객의 주문이 들어오면 설계부터 시작해서 자재 구입 및 생산, 그리고 조립을 하는 생산 전략으로서 항공기 같은 첨단 제품이나 금형 같은 특수 제품 제작에 해당된다.

또한 BTO는 고객으로부터 주문을 받아 제품을 조립하는 방법이다. 주문생산임에도 불구하고 최단기간에 상품을 고객에게 보낼 수 있고 대량생산에도 대응할 수 있다는 점이 기존의 주문생산방식과 다른 부분이다.

반면에 MTS의 경우는 수요예측에 근거하여 생산을 하고 재고로 비축하여 두는 특성 때문에 재고 조달이 즉시 가능하다는 장점을 갖고 있다.

기존 설비에 SW가 더 접목될수록 인간 중심 가까워져

최 교수를 포함한 많은 전문가들이 생각하는 ‘인간 중심의 스마트팩토리’는 스마트폰을 닮았다. 스마트폰과 기존의 휴대폰은 하드웨어만 놓고 보면 크게 달라진 것이 없다. 하지만 소프트웨어인 애플리케이션이 다운로드 되는 순간 전혀 다른 신개념의 전화기로 변신하기 때문이다.

최 교수는 “스마트폰처럼 기계 설비도 마찬가지”라고 밝히며 “장비의 하드웨어는 거의 그대로이지만, 소프트웨어를 추가해 전에 없던 역량을 확보하는 순간 공장은 기존의 제조 중심에서 진화하여 인간 중심으로 바뀔 수 있는 것”이라고 설명했다.

그러면서 인간 중심의 스마트팩토리가 성공적으로 운영되기 위한 기반 시스템으로 △가상물리시스템(CPS) △시간기반제조프로세스시스템(SPS) △가상생산시스템(VMS) 등을 제시했다.

가상물리시스템(CPS, Cyber Physical System)은 로봇이나 의료기기 등 현실에 존재하는 물리적 시스템과 가상 공간의 소프트웨어를 실시간으로 통합하는 시스템을 가리킨다. 현실 세계의 기계나 장비를 컴퓨터를 통해 가상의 공간에서 구현한 디지털트윈(digital twin)의 원조라 할 수 있다.

또한 시간기반제조프로세스시스템(SPS, Synchronized Pull System)에 대해 최 교수는 “3P, 즉 기획(Planning)과 사전준비(Preparation), 그리고 공정(Processing)이 핵심”이라고 소개하며 “마치 목적지에 가기 위해서는 지도로 길을 찾고, 수송기기를 확보하며, 수송기기의 이동과 같은 요소가 갖춰져야 가능한 것과 같은 이치”라고 주장했다.

마지막으로 가상생산시스템(VMS, Virtual Manufacturing System)은 가상의 공간에서 주문받은 제품을 생산할 수 있는 시스템을 뜻한다. 이 시스템은 최 교수가 과학기술정보통신부의 지원으로 지난 1999년부터 연구해 온 과제다.

해외의 경우는 일본 오사카 대학의 ‘오노 사토(Ono Sato)’ 교수가 VMS에 대해 지속적으로 연구해 오고 과학자로 유명하다. 그는 VMS 기술을 활용한 제조 시스템을 공장과 제조 준비, 그리고 제조 실시 부문의 세 영역으로 나눠 해당 영역의 가상 모델을 연구하여 주목을 끈 바 있다.

발표를 마치며 최 교수는 “최근 들어 VMS의 개념은 지능생산시스템(IMS, Intelligent Manufacturing System)으로 진화하고 있어 이에 대한 추가 연구가 필요하다”라고 강조했다.