[첨단 헬로티]
한화에어로스페이스는 국내 유일, 국내 최대 항공기엔진 부품 제작사이다. 항공기의 심장이라 할 수 있는 항공 엔진 부품은 제조업 가운데서도 가장 까다로운 수준의 품질을 요구한다. 이곳에서 제작하는 항공기 엔진부품은 첨단 항공 엔진의 케이스와 엔진 내부 회전부에 들어가는 초정밀 가공품이다.
항공기 엔진 부품 특성상 1400도 이상의 고열을 견뎌야하는 니켈/티타늄과 같은 난삭 소재를 정밀 가공하고, 제품에 따라 머리카락 굵기의 100분의 1인 미크론(1000분의 1mm) 단위 오차까지 관리하며, 각 공정에서는 장비 마다 최대 1초에 20회 이상의 데이터를 측정하고 수집하고 있다.
▲ FACTORY CUBE-데이터 수집/중계 모니터링 화면
한화에어로스페이스는 스마트 팩토리 운영 경험을 통해 확보된 제조 경쟁력을 기반으로 P&W사의 차세대 엔진인 GTF엔진 국제공동개발(RSP) 프로그램에 참여함으로써, 글로벌 항공 엔진 제작사의 핵심 파트너로 인정받아 최근 연이은 대규모 수주에 성공했다.
스마트 팩토리 구축 배경
한화에어로스페이스 신공장은 공장자동화 수준을 넘어 생산 과정에 ICT 기술을 접목하여 생산성과 품질을 향상시키고, 고객의 갑작스러운 요구에도 능동적으로 대응하는 차세대 공장 구현을 목표로 단계별로 스마트 팩토리 구현을 진행하고 있다.
2018년에 첫 단계인 지능화 플랫폼 구축을 완료하여 현장의 데이터를 추출하는 데 매진하고 있으며, 2019년부터 신공장에 구축된 스마트 팩토리 핵심 영역을 해외 공장에 확대 적용하고 있다. 또한, 데이터 분석 기술을 적용하여 공정 개선, 불량 예방 등에 활용할 계획이며 2021년까지 스마트 팩토리 통합 구현을 완료할 계획이다.
스마트 팩토리 구축 과정
한화에어로스페이스의 스마트 팩토리 구축을 위한 3가지 콘셉트는 ‘초연결·실시간·시각화’이다. 초연결이란 설비, 제품, 계측기 등 데이터를 발생하는 모든 사물에 대해 센서 등 IoT 기술을 이용해서 연결하고 ERP, MES, SCM 등 레거시 데이터와의 연동을 통해 모든 대상을 연결하여 데이터를 추출하는 개념이다. 그리고 실시간이란 설비, 제품, 계측기 등 제조 현장 데이터를 실시간으로 수집하여 수집된 데이터로부터 걸러진 이상 상황 및 모든 잠재적 위험 요소를 실시간으로 공유하는 개념이다. 마지막으로 시각화란 현장에서 발생한 데이터를 가공하여 설비, 제품, 오더 등의 운영 상황을 시각화하여 주요 데이터에 대해 직관적으로 문제를 인지할 수 있도록 표현하는 개념이다.
이러한 콘셉트를 바탕으로 한화에어로스페이스는 자체적으로 설계하여 업종의 개념에 맞는 독자적인 스마트 팩토리 솔루션을 만들었다. 한화에어로스페이스는 스마트 팩토리 추진 방향을 먼저 정하고 각 영역의 최적 솔루션을 도입하여 하나의 시스템으로 통합시켰다. 이 과정에서 기계 가공 설비를 연결하는 IoT 기술, PLC 및 계측기 연결, 제품 위치 추적용 비콘 적용 및 각 시스템에서 발생하는 데이터를 통합 관리하는 솔루션을 적용하였고, 현장 상황을 실시간으로 보여주는 3D 모니터링 시스템을 구축했다. 이처럼 전 영역에 걸쳐 다양한 솔루션을 도입하여 하나의 통합된 스마트 팩토리 시스템을 구축한 사례는 많지 않다.
에스아이티는 데이터 통합 관리와 3D 모니터링 영역에서 당사의 솔루션인 FACTORY CUBE를 적용하여 한화에어로스페이스의 스마트 팩토리 구축 프로젝트에 참여했다.
▲ FACTORY CUBE-데이터 가공을 위한 연산 기능 화면(왼쪽)과 FACTORY CUBE-3D 모니터링 화면
구축 과정을 자세히 살펴보면, 스마트 팩토리 시스템 구축을 위해서는 먼저 데이터 표준화가 필요했다. 데이터를 수집하는 기술은 최신의 기술이 아니라 오래 전부터 존재했다. 한화에어로스페이스 역시 오래 전부터 기계가공 설비를 연결하는 PLC 및 계측기 연결을 통해 시스템에서 발생하는 데이터를 일부 수집하고 있었다. 하지만 각 기계(설비, 계측기)들의 벤더사들마다 제공해 주는 데이터 연결 방식이 다르다 보니 일부 데이터 누락과 잘못된 데이터 수집 등으로 명확한 생산 집계를 이루지 못하고 있었다. 따라서 에스아이티는 데이터 표준화를 위해 각 설비 벤더사들과의 협업을 통해 ‘분석, 검토, 적용, 표준화, 검증’의 반복된 프로세스를 통해 당사의 데이터 수집/중계 시스템에 적용할 수 있도록 데이터 표준화 작업을 진행했다.
스마트 팩토리 프로젝트가 성공하기 위해서는 현업 담당자들의 적극적인 협조가 필요한데, 이를 위해 공장동 내에 있는 시설물(설비, AGV, 창고)과 각각의 배치도를 3D 화면으로 보여 줌으로써 사용자들의 관심을 이끌어 내었다. 이를 계기로 일부 데이터의 실시간 연동을 통해 설비 상태(정지, 중지, 고장, 가동)를 시각적으로 보여 줌으로써 스마트 팩토리 청사진의 일부를 경험하게 해주었고, 이를 통해 현업 담당자들의 적극적 지원을 얻을 수 있었다.
한화에어로스페이스에 적용된 에스아이티의 3D 통합관제시스템(FACTORY CUBE)은 생산 현장을 대체하는 3D 가상공간을 만들어 실제 현장과 동일하게 구현하고, 실시간으로 공장 현황을 시각적으로 표현하는 역할을 한다. 3D 공장 조감도로 시작하여 공장 전체의 KPI를 한 눈에 알 수 있도록 시각화시켰으며, 하위 공장동 내부까지 3D 모델링을 통해 입체적이고 직관적으로 표현했다.
이에 따라 3D 통합 관제시스템(FACTORY CUBE)은 공장동 내의 종합 지표 현황(일생산, 설비가동, 설비, 품질 현황), 설비종합 효율 현황, 생산품의 진행 현황, 공장동 내 환경(온도/습도/전력/절삭유) 정보 그리고 이상 감지를 통해 알람 발생 정보 등을 표현하고 있다. 또한, 3D 객체(건물, 구조물, 설비, 장비 등)의 최적화된 모델링을 만들어 운영자가 직접 관리할 수 있는 기능을 제공한다. 운영자는 객체 모델링 관리 및 객체 위치 관리 기능을 통해 실제 운영 환경에 적용시키기 전, 건물/설비/시설물 등의 배치 시뮬레이션을 실행할 수 있다.
이러한 과정을 통해 현재 한화에어로스페이스는 모든 현장의 데이터를 수집해 각 공정 상태와 부품의 위치 등을 실사 기반의 3D화면으로 가시화해 실시간 모니터링이 가능한 디지털 트윈(Digital Twin)을 구현했다.
▲ FACTORY CUBE-설비 모델링 관리 화면
스마트 팩토리 도입 후 효과
한화에어로스페이스의 스마트 팩토리 구축 1단계(지능화 플랫폼 구축) 완료 후 생산성, 품질 및 납기 측면에서 많은 개선 효과가 검증됐다.
먼저, 생산성 개선 부분에서는 설비 효율과 작업자 효율이 개선됐다. 스마트 팩토리 1단계 도입 전과 비교하여 설비 효율과 작업자 효율이 향상됐다. 그리고 전반적인 직원의 업무 환경이 변화되어 업무 효율성이 상승했다. 이는 3D 가상 공장을 통해 생산 현장에 직접 가지 않아도 설비가 가동되고 있는지, 어떤 제품을 생산하고 있는지, 작업 대기 중인 제품은 얼마나 있는지를 실제와 동일하게 구현된 화면으로 실시간 확인하고 대응할 수 있기 때문에 가능한 것이다. 그리고 현재 진행 중인 베트남 공장에서의 스마트 팩토리 적용이 완료되면 베트남 현지에 있는 공장을 국내 사무실에서 관제 하는 것도 가능해 질 것이다.
두 번째, 품질 개선부분에서는 제품 이력 관리를 통해 제품 결함률이 감소했다. 이는 작업자와 작업 내용, 일시, 사용 설비와 검사 결과 등 작업의 모든 것을 구체적으로 파악할 수 있고, 불량 제품의 원인이 될 만한 요소를 사전에 파악해 방지함으로써 제품 불량률을 감소시켰기 때문이다. 이러한 결함률 감소를 통해 한화에어로스페이스는 불량으로 인한 폐기 물량을 절반으로 줄일 수 있게 되었다.
마지막으로 납기 개선 부분에서는 엄격한 납기 준수가 가능해졌다. 공정별 리드타임에 대한 데이터를 수집/가공/분석하여 공정별 소요 시간을 예측하고 이를 바탕으로 작업 일정을 조정함으로써 철저한 납기 관리가 가능하게 되었다.
맺음말
스마트 팩토리를 생각하면 빅데이터, 인공지능 등의 기술이 적용된 예지, 예방의 최종 완성 모습만을 떠올리는 사람들이 많다. 그러나 그 단계는 많은 투자와 끊임없는 노력, 시행착오가 있어야 가능하다.
빅데이터를 활용하기 위해서는 수많은 데이터가 축적되어 있어야 하나, 데이터를 수집하는 기술은 최신의 기술이 아니라 오랜 전부터 존재했던 것이다. 이것만 보고 스마트 팩토리가 아니라고 판단하거나 이 과정을 거치지 않으려고 한다면 우리가 원하는 스마트 팩토리의 완성된 모습은 얻을 수 없을 것이다.
한화에어로스페이스의 스마트 팩토리 구축이 성공적이었던 이유는, 이러한 사항에 대한 충분한 이해가 있었기 때문이고, 특히 한화에어로스페이스 자체적으로 정의한 스마트 팩토리 구축 방향과 콘셉트가 명확했기 때문이다. 좋은 기술과 솔루션을 적용하기 전, 미래 공장의 모습에 대한 청사진이 반드시 필요하며, 한 번에 모든 것을 바꾸려 하지 말고 단계적으로 추진하는 것이 중요하다. 그리고 스마트 팩토리 솔루션을 공급하는 다양한 전문회사들을 만나고 그들의 의견을 구하고 다양한 제안을 받아보는 것이 큰 도움이 된다.
