Special report
스마트 팩토리를 지원하는 제조 소프트웨어 기업들
어떤 제조 소프트웨어 업체가 스마트 팩토리 잘 지원하나?

제조 산업을 강화하기 위한 새로운 제조전략으로 전 세계적인 주목을 받고 있는 Industry 4.0이나 제조IoT가 지향하는 것은 필드 디바이스단부터 상위 ERP까지 유연하게 통신으로 이어지는 스마트 팩토리(Smart Factory)다.
스마트 팩토리는 빅데이터를 수집 및 분석하고, 데이터 커뮤니케이션을 최적화하며, CPS(Cyber Physical System) 개념 하에 MES(Manufacturing Execution System), PLM이 접목되어 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.
이 스마트 팩토리에서는 하드웨어뿐만 아니라, 소프트웨어의 중요성이 과거에 비해 중요해지고 있는 것이 특징으로, 이러한 맥락에서 다쏘시스템이나 지멘스에서는 MES 업체를 새롭게 인수하고 ERP단과의 연계를 강화해 나가고 있다.
시뮬레이션과 엔드 투 엔지니어링을 통해 자원효율을 높이고, 제조업의 서비스화를 지원해 제조경쟁력을 높일 수 있도록 하는 솔루션 포트폴리오를 제공함으로써, 제조기업의 스마트 팩토리 구축을 지원하고 있는 것이 제조 소프트웨어 업계를 주도하고 있는 메이저 PLM 기업들의 공통된 행보. 
이들 메이저 PLM 기업들은 디자인-설계-시뮬레이션-물류계획-제조실행-최적화까지 아우르는 표준화 기반의 통합 플랫폼을 제공하는데 초점을 맞추는 한편, 이를 통해 센서, 모바일 디바이스, 컨트롤러 등을 아우르는 사물인터넷과 PLM, SCM, CRM, ERP 등을 연결하는 CPS의 연계, 시뮬레이션, 검증, 실행까지 아우르는 포트폴리오를 제시하고 있다.
스마트 팩토리를 지원하는 메이저 PLM 업체들의 최근 행보를 취재했다.

<기획ㆍ취재/최교식 기자 cks@engnews.co.kr>

Special report

“지멘스는 PLM과 MOM, Automation을 연결해 디지털 엔터프라이즈를 구현할 수 있게 하는 전 세계 유일한 기업”

PLM의 확장 및 TIA와의 통합에 초점

지멘스 PLM 소프트웨어 옥희동 전무(왼쪽)?조현수 상무(오른쪽)

-제조업계가 왜 인더스트리 4.0과 같은 새로운 트렌드에 주목해야 하나.

▲두 가지 측면에서 설명할 수 있다.

첫 번째는 전 세계적인 제조업 경쟁력 강화 움직임이다. 미국이나 독일 등 주요 선진국뿐 아니라 중국 등 전 세계 경제를 이끌어 나가고 있는 각 국가들이 자국 산업의 재도약을 위해 제조업의 부흥을 시도하고 있다. 이 가운데 인더스트리 4.0은 제조업을 중심으로 경제 르네상스를 실현하고자 하는 독일 정부의 전략으로, 잘 알려져 있다시피 지멘스도 독일의 대표 기업으로서 적극적으로 동참하고 있다.

한국은GDP의 28~30%가 제조업에서 차지하고 있고, 이 수치는 중국의 33%에 이은 전 세계 두 번째 순위에 해당한다. 따라서 우리나라는 제조업이 국가경쟁력에 미치는 영향이 대단히 크다는 것을 알 수 있다. 따라서 제조업의 경쟁력 강화를 위해 새로운 트렌드에 주목해야할 필요가 있다.

또 한 가지는 인구학적인 측면이다. 2015년 현재 약 73억 명인 전 세계 인구가 2030년이면 85억 명을 넘을 것으로 예상된다. 중국이나 인도 등과 같은 신흥국의 고성장에 따라 제품의 사용주기가 짧아지고, 제품 및 자원의 소비가 늘어나고 있다. 이는 자원의 효율화라는 과제가 대두될 수 있다는 것을 의미한다. 지금까지는 공급자 중심으로 생산이 이루어졌지만, 앞으로는 고객의 개발 요구사항에 맞춰 제품을 개발해 적절한 시기에 시장에 출시해야만 자원이 낭비되지 않고 자원을 효율적으로 운용할 수 있게 된다. 앞으로는 효율적인 자원 운용과 최적화된 소비를 위한, 개인 요구사항에 맞는 제품 개발과 생산, 이것이 대단히 중요해질 것으로 전망된다.

독일의 경우 제품을 구매할 때 고객이 정할 수 있는 선택 사양이 갈수록 증가하고 있다. 일예로, 자동차 중 세계에서 단일 브랜드로 가장 많이 팔리는 폭스바겐 골프 모델의 경우 11가지 엔진, 3가지의 기어, 10가지 타이어, 6가지 전화옵션, 45가지 색상 등을 선택할 수 있으며, 이 결과 최종적으로 생산되는 조합 수는 수조 가지 이상이다. 몇 가지 색상 선택을 기본으로, 많아야 수백 가지 조합이 전부였던 과거의 생산 방식과는 엄청난 차이를 보여주고 있다. 이 골프는 시장 요구사항이 소비자 중심으로 이루어지고 있다는 것을 보여주고 있는 단적인 예라고 할 수 있다.

제조업은 대량생산과 생산성, 이 두 가지에 의해 이익을 확보할 수 있어야 한다는 것이 전제조건이다. 그러나 전통적인 방식의 대량생산으로는 더 이상 기업의 영속성을 보장하지 못한다.

에너지 및 자원 효율의 극대화, 다양한 제품의 빠른 시장 출시, 다양한 고객요구에 대응하는 다품종 대량생산, 이 모든 것을 만족시켜 줄 수 있는 것이 인더스트리 4.0이다.

스마트 팩토리의 대표적인 사례로 꼽히는 독일 암베르그(Amberg) 공장.

-지멘스가 정의하는 스마트 팩토리(Smart Factory)란 어떤 모습인가.

▲공장자동화 즉, 기존의 FA(Factory Automation)는 PLC와 같은 하드웨어가 중심이 되어 공장의 운영을 자동화하는데 초점이 맞춰졌다면, 스마트 팩토리는 이보다 더 큰 개념으로 빅데이터를 수집 및 분석하고, 데이터 커뮤니케이션을 최적화하며, CPS(Cyber Physical System)개념 하에 MES(Manufacturing Execution System), PLM이 접목되어 생산성을 향상시키는 것을 목적으로 한다. 과거에 비해 소프트웨어의 중요성이 더욱 강조되고 있는 것이 스마트 팩토리의 특징 가운데 하나다.

-기업이 스마트 팩토리를 단계적으로 구현해 나가는 방법은 무엇인가.

▲스마트 팩토리의 모습 및 구현 전략은 각 고객별 산업 특징 및 현재 상황에 따라 달라질 수 있다.

스마트 팩토리를 구현하기 위해서는 제품 및 생산 관련 데이터와 디지털 모델이 있어야 한다는 것이 전제조건이다.

첫 번째 단계는 제품 정보 관리 체계인 PLM과 생산 운영 체계인 MES 환경 구축이라 할 수 있다. 국내 대기업의 경우 상당 부분 구축되어 있다고 볼 수 있다. 두 번째 단계로서 PLM과 MES의 네트워크 통합을 포함한 연계를 통하여 제품 개발 프로세스와 생산 프로세스를 긴밀하게 연결하는 것이 필요하다.

그 후에 개별 단위공정에 대한 자동화 수준을 높이는 것이 효과적일 것이다. 즉, 데이터를 관리하는 PLM과 MES 등이 연결되어 있을 때 각 비즈니스 케이스에 따라 로직을 관리하는 오토메이션 프로세스를 만들고 적용할 수 있다.

중견 기업의 경우, 대기업에 대비해서 상대적으로 MES가 제대로 구축되어 있지 않은 경우가 많은 편인데, 이 경우 MES 체계 구축이 우선순위라고 할 수 있다.

스마트 팩토리는 다양한 요소로 구성된다. 이에, PLM을 도입한 것도 스마트 팩토리 구현의 일부라고 할 수 있고, MES를 도입한 것도 스마트 팩토리가 될 수 있다. 그러나 진정한 스마트 팩토리를 구축하기 위해서는 제품 개발 환경과 생산 환경을 통합/연계시키고 발전시켜 나가는 것이 중요하다.

지멘스PLM 소프트웨어는 설계-시험/검증-생산 라이프사이클의 디지털화 및 프로세스 통합을 지원한다. 제품 및 프로세스 정의와 생산 실행을 디지털화함으로써, 실제 환경과 가상환경의 데이터 연결 및 순환을 가능하게 하는 것이다.

-그렇다면 스마트 팩토리를 구현하기 위한 지멘스의 제품 포트폴리오는 어떻게 되나.

▲지멘스의 스마트 팩토리 전략은 제품 개발 및 공정 설계를 위한 PLM, 제품 생산 계획, 품질 및 운영을 위한 MOM(Manufacturing Operation Management), 그리고 하드웨어 바탕으로 자동화를 위한 IPA(Integrated Production Automation), 이 3 가지 영역을 통합하는 ‘Digital Enterprise’ 환경을 구현하는 것이다.

PLM 부분 제품 포트폴리오는, 크게 제품 정보 관리 및 협업 솔루션인 Teamcenter, CAD/CAM/CAE 통합 솔루션인 NX, 디지털 매뉴팩츄어링을 위한 테크노매틱스(Tecnomatics), 그리고 시뮬레이션 및 테스트 솔루션인 LMS 등이 있다.

지멘스는 이러한 제품과 솔루션을 통해 제품개발 단계와 생산 단계를 완벽하게 통합하는데 주력하고 있다.

기존의 공장 관리가 설비와 기계 등 하드웨어 관리를 중심으로 이루어졌다면, 스마트 팩토리 환경에서는 소프트웨어를 통해 더욱 유연하게 공장과 생산 프로세스를 관리하는데 초점을 맞추고 있다. 여기에서 중요한 것이 생산 프로세스를 사전에 검증하고 그 결과를 실제 운영에 반영할 수 있는 공장 전체의 시뮬레이션이다. 지멘스 PLM 소프트웨어에서는 제품 설계 솔루션인 NX에 생산라인 설계역량을 확장해 공장 시뮬레이션 데이터의 백본으로 활용할 수 있도록 지원하고 있다.

-지멘스는 인더스트리 4.0을 구현하는데 있어서 PLM인 팀센터를 백본으로 하고 있다. PLM이 왜 그렇게 중요한가.

▲현재 ‘무엇을 혁신할 것인가’로부터 ‘어떻게 혁신할 것인가’로 혁신의 초점이 바뀌고 있다.

제품수명주기관리(PLM)를 이용해서 스마트한 아이디어를 만들 수 있으며, 고객으로부터의 피드백을 수집해 실제 개발에 반영하여, 제품을 적시에 좋은 품질로 적절한 가격에 출시하고 관리하기 위해서는 디지털화 전략이 필요하다. 디지털화(Digitalization)는 스마트 혁신(Smart Innovation)을 실현하는 세부전략으로서, 구상과 실현, 활용의 모든 국면을 통합하는 디지털 과정이다. 디지털화를 통해 제품은 지능과 수명주기를 갖고 의사결정을 위한 행동을 할 수 있도록 서로 연결되며, 이러한 디지털화된 혁신 환경은 미래의 제조 기업에게 지속적인 경쟁력을 제공한다.

기계와 설비 등 공장의 하드웨어가 ‘어떻게 만들 것인가’에 초점을 맞추고 있다면, PLM은 ‘무엇을 만들 것인가’라는 측면에서 콘텐츠를 생성하고 관리하는 제품 데이터 정의의 핵심 역할을 한다.

설계 데이터를 효율적으로 관리하고 최신 데이터에 대한 신뢰성을 높이기 위해서는 장비에 분산된 데이터 체계로는 한계가 있다. 따라서 관리규칙(Rule)과 프로세스를 바로 잡고 서버가 최신의 데이터를 관리하도록 하는 PLM 시스템이 절대적으로 필요하다.

-인더스트리 4.0을 구성하는 하위 요소로는 어떤 것이 있나.

▲인더스트리4.0을 구성하는 하위 요소로는 스마트한 제품(Smart Product)과 CPS, Self-Organization이 있다.

스마트한 제품은 CAD/CAM/CAE로 3D 모델링을 하고 정보를 탑재할 수 있으며, CPS는 IT를 기반으로 물리적인 환경을 가상 환경 안에서 설계하고 시뮬레이션하고 검증해볼 수 있게 한다. 지멘스는 디지털 매뉴팩처링을 위한 테크노매틱스로 물리적인 환경을 가상환경에서 똑같이 시뮬레이션하고 검증해 볼 수 있게 지원하고 있다.

또, Self-Organization은 생산설비나 생산라인이 스스로 판단하고 결정하는 진일보한 자동화를 의미한다. 지금은 도면을 해석하고 변화하는 상황에 맞춰 자동화 장비의 최적 컨트롤을 결정하는 판단을 사람이 하고 있지만, Self-Organization이 구현이 되면 이러한 해석과 판단을 지식 데이터베이스화하여 생산설비의 일정이나 방법을 기계가 스스로 통제하고 결정할 수 있는 수준에 도달할 수 있게 된다. 최적의 판단을 위해서는 빅데이터 분석을 통한 시뮬레이션이 이루어져야 하고, IoT를 기계와 제품의 커뮤니케이션에 활용할 수 있어야 한다.

지멘스 PLM 소프트웨어는 인더스트리 4.0에 기반해 스마트 팩토리를 구현할 수 있는 수단으로 스마트 혁신 포트폴리오를 제공한다.

-지멘스AG에서는 디지털 엔터프라이즈를 얘기하고, 지멘스 PLM 소프트웨어에서는 스마트 혁신 포트폴리오를 얘기한다. 디지털 엔터프라이즈 플랫폼과 스마트 혁신 포트폴리오는 어떻게 다른가.

▲지멘스는 제품영역의 PLM과 제조영역의 TIA(Totally Integrated Automation)를 결합한 디지털 엔터프라이즈 플랫폼(Digital Enterprise Platform)을 인더스트리 4.0을 위한 기본 플랫폼으로 제시하고 있다.

이 중 제품영역인 PLM 부분에 대하여, 지멘스 PLM 소프트웨어는 인더스트리 4.0에 기반해 스마트 팩토리를 구현할 수 있는 수단으로 스마트 혁신 포트폴리오(Smart Innovation Portfolio)을 제공하고 있다.

-지멘스 PLM 소프트웨어가 타 경쟁사에 비해 인더스트리 4.0 구현에 있어서 가질 수 있는 경쟁력은 무엇인가.

▲앞서 얘기했듯이, 지멘스는 전 세계 제조 자동화 기술을 주도하고 있는 대표적 기업이다. 센서와 컨트롤러, 소프트웨어에 이르기까지, 제조에 필요한 모든 제품과 솔루션을 갖추고 있으며, 필드와 컨트롤, 오토메이션, 생산 라인 관리, 엔터프라이즈의 전 레벨에 걸쳐 이를 지원할 수 있는 역량을 갖춘, 전 세계에서 유일한 기업이라고 생각된다. 이러한 점에서 지멘스는 인더스트리 4.0을 가장 앞서서 추진할 수 있는 기업이라고 할 수 있다.

-스마트 팩토리가 구현이 되면, PLM과 MES의 역할에 변화가 있게 되나.

▲인더스트리 4.0의 관점에서 PLM과 MOM의 기술은 상당히 중요하다. 인더스트리 4.0의 가장 큰 축은 통합으로, 과거 전통적으로 MOM에서 관리되던 BOP를 팀센터 메뉴팩처링에서 관리하고 MES는 본연의 임무인 Execution만 하게 하는 것이 지멘스의 방향이다.

또 가상환경과 실제 환경을 연결하는데 있어서 PLC 프로그래밍을 CAD 환경에서 할 수 있도록 하는 것도 지멘스의 방향이다. 즉, CAD 환경에서 대략적인 PLC 프로그래밍 작업을 수행함으로써 가상환경에서 사전 시뮬레이션을 강화하고, 실제 PLC단에서는 최종 검증(Validation) 및 보정(Tuning) 작업만 진행함으로써 PLC 작업 효율성을 높일 수 있게 하는 것이다.

-지멘스에서는 독일 암베르그(Amberg)의 자사 공장을 스마트 팩토리의 대표적인 사례로 홍보하고 있는데, 암베르그 공장은 기존 공장과 어떻게 다른가.

▲결론부터 말하면, 암베르그 공장은 PLM과 MES, 통합 자동화가 긴밀하게 융합되어 운영되고 있는 공장이다.

독일 암베르그에 있는 지멘스의 일렉트로닉스 공장은 1,000여 가지에 이르는 제품을 매달 100만 개 정도 생산하고 있다. 이곳에서는 공장 내 센서로부터 들어오는 빅데이터를 MES인 SIMATIC IT와 PLM인 Teamcenter 등 지멘스 소프트웨어로 수집 분석함으로써, 효율적인 기계 및 공장 운영 자동화를 수행하고 있다. 지멘스는 현재, 중국 청두에도 암베르그 공장과 유사한 공장을 구축해 운영하고 있다.

이 암베르그 공장의 자동화 레벨은 75%로, 전체 프로세스는 기계 즉 컨트롤러와 센서에 의해 제어가 되고, 문제 발생시에만 작업자가 관여하는 단계까지 실현하고 있다. 1백 개중에 12개의 에러율(12dpm)을 실현하는 99.9988%의 Quality Rate를 구현하고 있으며, 1초마다 새로운 제품이 만들어지고 있다.

뛰어난 품질은 물론, 24시간 이내의 납품을 실현하고 있는 이 암베르그 스마트 팩토리에는 자동화기기는 물론, 설계와 생산을 연결하기 위해 PLM 솔루션인 팀센터와 MES 솔루션인 Simatic IT가 사용이 되고 있다. 즉, 개발과 생산이 긴밀하게 체계적으로 연결이 되어 운영되고 있는 것이 다른 자동화된 공장과의 차이로, 설계 변경시 가상 시뮬레이션을 통하여 검증 후 생산 환경으로 빠르게 적용되며, 스마트 컨트롤러 즉 PLC를 통해 자동화가 이루어지고 있다.

비용도 줄이면서 제품출시시간을 크게 단축시키고 품질을 최고수준까지 최적화할 수 있는 이 암베르그 공장은, 스마트 팩토리의 대표적인 성공 사례라고 할 수 있다.

-한국 내에서의 스마트 팩토리 구현에 대해 어떻게 보나.

▲한국이나 중국, 대만은 인더스트리 4.0에 대단히 관심이 많은 국가들이다. 이들 국가의 공통적인 특징은 패스트 팔로우, 즉 앞선 기술을 빨리 받아들인다는 것으로, 3개국 모두 제조 강국에 해당한다. 한국은 인더스트리 4.0과 같은 새로운 제조 트렌드가 제조업에 미치는 영향 때문에 많은 관심을 가지고 있다. 따라서 암베르그 공장과 같은 콘셉트를 빠르게 받아들일 준비가 되어있는 패스트 팔로우 국가로서, 제조업 3.0이 인더스트리 4.0보다 빨리 구현이 될 수 있는 가능성도 보이고 있다.

-빅데이터 및 클라우드 전략은 어떻게 되나.

▲지멘스는 지난해, 엔터프라이즈 MES(Manufacturing Execution Systems) 소프트웨어 전문 기업인 캠스타 시스템즈(Camstar Systems)를 인수하면서 빅데이터 및 클라우드 부분을 강화했다.

캠스타 포트폴리오는 고성능의 차세대 분석도구를 통해 복잡한 글로벌 프로세스 운영에 필요한 통찰력 있는 정보를 제공하며, 클라우드 환경에 기반하고 있다. 현재, 지멘스 내에 클라우드 서비스라는 전략적인 추진 조직이 운영이 되고 있다.

지멘스 제조 포트폴리오

지멘스는 PLM과 MOM, IPA를 연결해 디지털 엔터프라이즈를 구현할 수 있게 하는 전 세계 유일한 기업이다.