그로부터 1년이 흐른 지금, 등대공장 포스코는 그 이름이 무색하지 않게 일관제철 全 공정에서 스마트한 면모를 보여주고 있다. 단일 공장 수준으로 개발되던 스마트팩토리가 이제는 생산계획부터 출하까지 전 공정을 관통하는 수준으로 진화되는 중. 특히 포스코 고유의 연속 공정용 스마트팩토리 플랫폼인 ‘포스프레임(PosFrame)’은 포항, 광양 통틀어 20개 공장을 관통하면서 전, 후 공정의 데이터를 동시에 분석하고 인공지능화하기에 이르렀다.

포스코 뉴스룸이 등대공장 선정 1주년을 맞아 포스코 스마트팩토리에 도입된 인공지능이 무엇을, 어떻게, 얼마나 바꿔 놓았는지 한눈에 살펴볼 수 있도록 준비했다. 제조업은 노동집약적 산업이라는 선입견을 깨부수는 인공지능 제철소! 보다 자세한 내용이 궁금하다면 인포그래픽 아래까지 스크롤을 쭉~ 내려보자.

생산계획 I 소Lot 주문 자동 설계 ☞ 소요시간 12시간 → 1시간

제철소 생산 계획 담당자들은 더 이상 소Lot 주문을 처리하는 데 긴 시간을 보내지 않는다. 인공지능이 단 1시간 만에 소Lot 주문을 판단하고 설계하기 때문이다. 소Lot란 제철소에서 요구하는 최소 주문량에 미달되어 생산단계에서 제약을 받는 주문을 말한다. 기존엔 주문이 들어오면 담당자가 일일이 소Lot 주문인지 파악하고 이 주문과 함께 작업할 수 있는 다른 주문이 있는지 확인해야 했다. 고객 입장에서도 양이 적은 주문은 출강 될 때까지 시간이 오래 걸리다 보니, 급한 주문일 때는 납기를 맞출 수 있을지 고민이 컸다. 소Lot 주문 처리에 드는 평균 시간은 무려 12시간이었다.

이제는 단 1시간이면 인공지능이 자동으로 주문의 소Lot 여부를 판단해 준다. 포스코는 그간의 데이터를 분석해 소Lot 주문에 영향을 주는 인자 12개를 도출해내고, 인공지능이 스스로 주문을 판단할 수 있도록 학습시켰다. 그 정확도는 무려 97%에 달한다. 소Lot 주문이 원가 낭비 없이 최적으로 제작될 수 있도록 설계 사이즈를 맞추는 것도 정확도가 99.9%다. 그야말로 완벽에 가까운 수준이다.

제선(원료야드) I 드론으로 원료 재고 분석 ☞ 소요시간 4시간 → 1시간

포항제철소와 광양제철소에는 총 2.73km²의 원료야드가 있다. 여의도 면적의 3분의 1에 달하는 드넓은 원료야드를 이전엔 사람이 직접 관찰하고 관리했다. 재고 측정엔 1시간 20분, 재고 분석엔 4시간이 소요됐다. 사람이 하는 일이다 보니 시간이 오래 걸릴뿐더러 정밀도도 낮았던 게 사실.

이랬던 원료야드 공중에 새로운 눈이 등장했다. 포스코가 원료야드 재고 관리용 드론을 도입한 것! 포스코는 드론을 활용해 원료야드 재고 측정 시간을 단 20분으로 줄였다. 자체 개발한 데이터 처리 알고리즘을 활용해 재고 분석 시간도 단 1시간으로 단축했다. 축구공 크기만 한 구형(球形) 드론은 사람이 접근하기 어려운 협소한 곳까지 정밀하게 점검하고 추적한다. 덕분에 재고 현황을 보다 정확하게 파악할 수 있을 뿐만 아니라 위험 지역에 사람이 아닌 드론을 투입하면서 혹시 모를 안전사고 역시 예방할 수 있게 됐다.

제선(소결) I 소결 공정 자동화 ☞ 연료비 연 19억 원 절감

철의 원료인 철광석은 용광로에 들어가기 전 소결 공정을 거친다. 균일한 크기와 성분의 소결광을 만드는 것이 작업의 핵심. 하지만 철광석과 코크스는 육안으로는 확인하기 어려울 만큼 알맹이가 작다. 작업자의 숙련도와 노하우에 따라 소결광의 품질이 달라질 수밖에 없었다.

이제는 인공지능이 자동으로 공정을 제어한다. 포항제철소 제선부 3소결공장은 스마트 센서를 활용해 작업자가 육안으로 확인해야 했던 부분들을 데이터화하고 이를 딥러닝을 통해 인공지능이 스스로 실시간 제어할 수 있도록 했다. 자동 제어 시스템 적용 결과 조업 편차는 60% 개선됐으며 3%에 달하는 연료비가 절감됐다. 연 단위로 환산하면 19억 원의 비용 절감 효과가 기대된다.

제선(고로) I AI 용광로 ☞ 쇳물 연 8만 5천 톤 추가 생산

용광로는 높이가 110m, 내부 온도는 최대 2,300℃에 이른다. 포스코는 안을 들여다볼 수도 없는 이 뜨겁고 거대한 설비를 4차 산업혁명 기술 집약체로 탈바꿈하는 데 성공했다. 포항제철소 2고로는 세계에서 가장 스마트한 용광로라고 해도 과언이 아니다. AI 용광로라고 불릴 만큼 인공지능 수준의 자체 제어와 예측이 가능하기 때문. 포스코의 스마트 용광로는 일일 용선 생산량을 240톤가량 증대시켰다. 1년간 8만 5천 톤의 쇳물을 추가 생산하는 셈인데, 이는 중형 승용차를 연간 8만 5천 대 더 생산할 수 있는 양이다.

포스코의 AI 용광로는 수많은 변수와 케이스를 스스로 학습하고, 연·원료의 성분과 용광로 상태를 스스로 체크한다. 이를 바탕으로 조업 결과를 미리 예측한 뒤 조업 조건을 선제적으로 자동 제어한다. 그 결과 품질 편차가 적은 최고의 산출물(쇳물)을 결괏값으로 뽑아낸다. 포항 2고로를 포함, 최근 2차 개수(改修)를 마치고 조업을 재개한 광양 3고로 등 포스코는 포항과 광양에 각각 2기씩 총 4기의 스마트 고로를 구축 또는 가동하고 있다.

제강 I 원터치 출강 자동화 시스템 ☞ 성분 이상률 0%

포항제철소 제강공장에서는 버튼 하나로 출강이 이루어진다. 출강은 고로 쇳물(용선)을 전로에 받아 정련한 뒤 깨끗한 쇳물(용강)만 분리하는 공정이다. 이전에는 작업자가 일일이 수십 차례의 출강 작업을 직접 감당했다. 고온, 고열의 작업 환경 상 안전사고 위험이 있고 작업자의 숙련도와 집중력에 따라 미세한 품질 편차가 발생하기도 했다.

이에 포스코는 2018년 제강 공정에 스마트 기술을 도입하기로 결정, 하드웨어와 소프트웨어 개선에 나섰고 2020년 5월 국내 최초로 출강 공정 자동화 시스템을 구축했다. 작업자들은 현장에서 일정 거리가 떨어진 조작실에서 원격으로 고열의 출강 조업을 면밀하게 살피고, 정밀하게 조작한다. 컴퓨터 화면 속 시작 버튼을 누르면 출강 공정에 필요한 일곱 가지 절차가 자동으로 이뤄진다. 포스코의 원터치 출강 자동화 시스템은 성분 이상률 0%를 기록했다.

압연 I 세계 최초 열연 全 공정 스마트팩토리 통합운전실 구축 ☞ 열연재 연 9만 톤 증산

포스코가 2020년 7월, 세계 최초로 열연 전 공정(가열, 압연, 권취)에 스마트 기술을 적용하여 한곳에서 컨트롤할 수 있는 통합운전실을 구축했다. 기존에는 압연된 소재를 두루마리 형태로 돌돌 말아주는 권취 공정의 운전실이 분리되어 있어 작업 효율이 떨어졌다. 이를 해결하고자 포항제철소는 권취 자동 운전 기술을 개발하고 권취 운전 기능을 가열·압연 운전실로 이전해 전 열연 공정 운전실을 통합했다.

가열 공정의 경우, 인공지능을 적용해 품질 편차를 획기적으로 줄였고, 압연 공정은 조업 상황에 따라 최적의 압연량을 자동 설정해 주는 스마트 기술로 제품 손실을 크게 줄였다. 전 공정에서 스마트화를 추진해 통합운전실을 갖춘 포항 열연부는 연 9만 톤의 열연재 증산을 기대하고 있다. 열연 전 공정이 스마트팩토리화되어 통합운전실에서 컨트롤되는 것은 포스코 포항제철소가 세계 최초 사례다.

도금 I 초정밀 도금 제어 ☞ 도금량 제어 적중률 89% → 99%

앞선 공정을 통해 생산된 강재 중 일부는 그 목적에 따라 도금 공정을 거치게 된다. 기가스틸 등 고급 자동차 강판이 도금 공정을 거치는 대표 강종. 그 세부 과정을 쉽게 말하자면 먼저 열처리한 강재를 용융아연 욕조에 담갔다 꺼낸다. 그다음 강판 표면에 응고되기 전의 아연을 Air knife가 미세하게 깎아내 도금량을 제어한다. 숙련된 작업자가 일일이 이 과정을 제어했는데, 정확한 도금량은 아연이 완전히 응고된 후에야 측정이 가능했기 때문에 실시간으로 최적의 도금량을 제어하는 것이 난제였다.

포스코는 이를 해결하기 위해 인공지능 초정밀 도금 제어 기술을 개발했다. 딥러닝을 이용해 제품의 강종, 두께, 폭, 조업 조건과 목표 도금량을 스스로 학습해 정확히 제어하는 것! 기존에는 89% 수준이었던 도금량 제어 적중률이 이제는 99% 이상을 웃돌고 있다. 이 기술은 포항, 광양제철소 모든 도금공장에 적용되었고, 우리나라 ‘국가핵심기술’로 등재되어 있다.

출하 I 포항/광양 제철소 – 출하 목적지 최적 매칭 ☞ 물류비 연 5억 원 절감

포스코가 인공지능과 로봇 기술을 기반으로 한 물류 플랫폼을 육성해 ‘스마트 물류’에 나선다. 예를 들어 인공지능과 빅데이터 기술을 적용한 ‘AI 배선 시스템’ 구축을 통해 선박이 항구에서 대기하는 시간을 최소화해 손실과 비용을 줄여나갈 예정. 그리고 그 성과는 물류 파트너사와 공유하여 산업 생태계를 강건화하는데 힘쓴다는 방침이다.

또 고객이 요청한 출하 목적지별로 포항, 광양 제철소의 물류비를 계산해 어느 제철소에서 생산하는 것이 물류비 절감에 더 도움이 되는지를 인공지능이 스스로 판단한다. 인공지능 제철소 지정 시스템을 가동하면 물류비가 연 5억 원가량 절감될 것으로 예상된다.

환경 I 가열로 NOx 배출농도 예측 ☞ NOx 배출량 사전 제어 가능

인공지능은 제철소의 환경도 개선한다. 환경부 대기관리권역법(‘20.4월 시행)에 따라 포스코는 제철소 전역에서 굴뚝 배출 총량규제 대응을 위해 노력 중인데, 그 일환으로 인공지능을 통한 가열로 NOx 배출농도 예측 시스템을 구축한다.

광양제철소는 올해 6월까지 열연 가열로 NOx 발생의 메커니즘을 분석해 주요 원인 인자를 찾았고, 빅데이터와 인공지능 알고리즘을 통해 가열로의 조업 상황에 따른 NOx 배출농도를 예측하는 모델을 개발했다. 이는 RIST 미세먼지 연구센터와 협업하여 올해 말 실제 조업에 적용할 계획이다. 인공지능이 실시간으로 NOx 배출농도를 예측하게 되면 NOx 저감약품(요소수) 사용량을 약 40% 낮출 수 있고 동시에 가열로 연소 수준도 최적으로 조절할 수 있어 NOx 배출량이 사전에 제어 가능해진다. 광양제철소는 이 시스템을 통해 열연 가열로로 발생되는 NOx 배출량이 저감될 것으로 예측하고 있다.

안전 I 설비 점검에 드론 도입 ☞  작업자 안전 확보

포항제철소는 사람이 쉽게 볼 수 없고 닿을 수 없는 곳까지 드론을 활용해 꼼꼼히 안전 점검을 하고 있다. 그동안 제철소 내에서 높거나 뜨거운 위험 작업장은 인력에 의존해 설비를 점검했다. 포스코는 이러한 한계를 해결하기 위해 열화상 카메라를 탑재한 소형 드론을 도입해 위험 설비 점검에 나섰다.

이는 누구나 특별한 기술이 없어도 조종 가능한 소형 무인항공기로, 작업자들은 위험 지역을 직접 점검하는 대신 드론을 날려 임무를 수행할 수 있다. 이로써 작업자의 안전을 확보한 것은 물론 구석구석 숨어 있던 설비의 결함 유무도 더욱 철저히 확인하고 예방 정비를 할 수 있게 됐다.

안전 I 현장 근무자 안전 확보 스마트워치 ☞ 최대 60초 내 긴급 구조 메시지 발송

포스코가 2020년 7월, 포항제철소와 광양제철소에서 위험 개소 업무를 수행하는 현장 근무자들 1,200여 명에게 스마트워치를 배포했다. 스마트워치는 현장 근무자의 넘어짐, 심박 이상, 추락 등 신체 이상이 실시간 감지되면 주변 동료들에게 즉각 구조 신호를 보냄으로써 구조 골든 타임을 확보할 수 있게 해준다. 예를 들어, 작업자의 심박 이상이 감지되면 스마트워치가 최대 60초 내 긴급 구조 메시지를 발송한다.

시스템 l 스마트팩토리 플랫폼 PosFrame ☞ 제철소 20개 공장 관통

포스프레임(PosFrame)은 포스코가 개발한 세계 최초의 연속 제조 공정용 스마트팩토리 플랫폼이다. 포스프레임은 여러 공장에서 발생하는 서로 다른 특성의 데이터들을 유기적으로 수집하여 저장하고 관리한다. 연속 공정이 생명인 제철소에 특화된 플랫폼. 포스프레임은 현재 포스코 제철소 내 20개 공장을 관통한다. 올해 안에 양소 통틀어 27개 공장에 포스프레임을 적용하는 것이 목표다. 스틸을 만드는 과정을 A부터 Z라고 가정했을 때, 포스프레임을 사용하면 Z에서 발생한 불량의 원인을 A까지 추적해 잡아내는 게 가능하다.

2016년 시작된 포스코의 스마트 제철소 구축. 이제는 단일 공장을 넘어 생산계획부터 출하까지 전 공정을 관통하는 수준으로 진화하고 있다. 주문투입 단계부터 제품 출하까지 각 공정마다 생산성과 효율성이 눈에 띄게 높아지고 이는 오롯이 고객과 파트너사의 가치창출로 이어진다. 또 과거의 수작업을 인공지능이 컨트롤하면서 작업자들은 단순 반복적인 업무를 넘어 더욱 창의적이고 생산적인 일에 몰두할 수 있게 됐다. 제철소의 위험 요소들은 사람 대신 드론과 기계가 감지하고 처리하며, 환경 유해 요소 역시 인공지능을 통해 저감시킬 수 있다.

등대공장 1주년을 맞아 제철소의 A부터 Z까지 적용된 스마트 기술을 함께 살펴봤다. 지금 이 순간에도 더욱 안전하고 스마트한 제철소를 만들기 위해 끊임없이 노력하고 있는 포스코. 등대공장 10주년에는 어떤 모습일지 벌써부터 기대가 된다.

포스코 포항제철소는 지난해 7월 세계경제포럼(WEF, World Economic Forum, 다보스포럼)에 의해 전 세계 제조업을 이끄는 ‘등대공장’으로 선정되며, 스마트용광로의 새 지평을 열었습니다. 등대공장 심사를 위해 포항제철소를 방문한 WEF의 컨설턴트는 복잡하고 거대한 용광로를 작업자의 노하우와 인공지능을 결합해 실시간으로 제어하는 모습에 큰 관심을 보였다고 합니다. 9일에는 문재인 대통령도 현장을 찾아, 세계에서 가장 스마트하게 쇳물을 생산하는 모습을 직접 지켜봤습니다.

포스코는 자체적으로 개발한 스마트팩토리 기술을 중소기업 등 비즈니스 파트너에 전수해 산업생태계를 강건화하는데도 힘쓰고 있습니다. 포스코의 스마트팩토리와 기업시민 행보, 한번 자세히 살펴보겠습니다.

l 4차산업혁명의 선두 자리에 당당히, 포스코의 용광로

4차산업혁명이라는 용어는 2016년 다보스포럼에 등장 후, 산업 분야를 불문하고 가장 큰 물줄기가 되었습니다. 빅데이터, 인공지능, 사물인터넷 등 4차산업혁명의 핵심 기술들을 발 빠르게 습득하기 위한 기업들의 노력이 이어졌죠. 다보스포럼은 이 기술들을 적극 도입해 세계 제조업의 미래를 혁신적으로 이끌고 있는 기업을 ‘등대공장’으로 명명하고 연간 두 차례 발표하고 있습니다. 지난 7월, 포스코는 대한민국 최초의 등대공장으로 선정됐죠.

포항제철소 2고로는 4차산업혁명 기술의 집약체입니다. 포스코는 4차산업혁명이라는 키워드가 꿈틀거리던 2016년, 곧장 용광로의 ‘디지타이제이션(Digitization)’에 착수했습니다. 그간 작업자의 숙련도에 의지해 관리하던 용광로의 각종 지표를 모두 정형화하고, 데이터화한 것이죠. 용광로는 아시다시피 높이가 110m에 달하는 40층 아파트 수준의 거대한 설비입니다. 내부 온도는 최대 2,300℃에 이르고 뜨거운 액체와 고체가 뒤섞여 있는데요. 안을 들여다볼 수 없는 블랙박스와 같은 이 거대한 용광로의 변수들을 디지털화한다는 것은 상상 이상으로 복잡하고 어려운 일이었습니다. 인간의 노하우를 ‘데이터화’한다는 불가능해 보이는 일, 그것이 스마트용광로의 첫 시작이었죠.

그렇게 축적한 데이터들은, 빅데이터의 초석이 되었습니다. 포스코는 2017년부터 빅데이터를 가지고 용광로 스스로 수많은 케이스를 학습하는 딥러닝을 시작했습니다. 알아서 변수를 제어하고, 최적의 결괏값을 산출할 수 있도록 하는 ‘스마타이제이션(Smartization)’이 본격 추진된 거죠. 사물인터넷도 스마트용광로의 탄생을 앞당겼는데요. 과거에는 투입되는 연·원료의 양, 노열(爐熱) 등을 작업자가 일일이 측정해야 했지만, 스마트용광로는 설비에 설치된 카메라와 센서가 그 작업들을 대신하고 알아서 데이터화합니다.

▲ 용광로의 내부 온도는 부분적으로 최대 2,300℃. 속에서는 철광석과 코크스 등 연원료가 뒤섞여 여러 가지 화학반응을 동시에 일으키고 있죠. 아파트 40층 높이의 거대한 ‘압력 용기’와 같습니다. 포스코는 이 용광로를 ‘데이터화’하고, ‘자동화’ 했습니다.

그 결과, 포항 2고로는 ‘AI용광로’라고 불릴 만큼 인공지능 수준의 자체 제어와 예측이 가능해졌습니다. 제선 현장에서 30년 이상 근무한 베테랑들의 노하우가 녹아있는 스마트용광로는 일일 용선 생산량을 240톤 증대시켰습니다. 매일 240톤이면 1년간 8만 5천 톤을 추가 생산하는 셈인데요. 이는 중형 승용차를 연간 8만 5천 대 더 생산할 수 있는 양입니다.

여기에 늘 이어지는 염려가 있죠. “사람들 일자리가 줄어드는 것 아니야?” 하지만 대답은 “그렇지 않다.”입니다. 작업자들은 하루 종일 용광로를 바라보며 상태를 관리하는 대신, 고유의 Domain Knowledge를 통한 고도화 업무에 몰입할 수 있습니다. 반복 작업을 벗어나 창의적 퍼포먼스를 낼 수 있는 가능성이 커진 겁니다.

l 포스코의 스마트팩토리가 특별한 이유

유수의 세계적 기업들이 스마트팩토리를 표방하고 있습니다. 그중, 포스코의 스마트팩토리가 특별한 이유는 ‘연속 공정’이라는 제철소의 특수한 조건에 최적화한 시스템을 구축했기 때문이죠. 포스코는 용광로뿐 아니라, 일관제철공정의 전반에 스마트팩토리를 확산하고 있습니다. 포스코 스마트팩토리의 엔진인 ‘포스프레임(PosFrame)’은 세계 최초의 연속 공정용 스마트팩토리 플랫폼입니다.

제철소는 생산 계획을 세우는 일부터 최종 제품을 고객사에 인도하는 일까지 끊김 없이 연속적으로 이어져 있습니다. 때문에 제철소에 스마트팩토리를 적용한다는 것은, 1개 품목을 생산하는 단일 공장에 스마트팩토리를 적용하는 일과는 차원이 다른 스케일입니다. 포항제철소는 여의도 3배가 넘는 부지에 몇백 개의 공장들이 즐비하고, 생산하는 대표 강종만 수백 가지가 넘습니다. 그 생산 정보들이 산발되지 않도록 한곳에 모으고, 누구나 가공할 수 있게끔 정형화·데이터화하는 것이 포스프레임의 주요 기능 중 하나입니다. 포스프레임이 제철소에 100% 적용되면, 강철을 만드는 과정을 A부터 Z라고 가정했을 때, Z에서 발생한 불량의 원인을 A까지 추적해 잡아내는 것도 가능해집니다.

▲ 일관제철소의 스마트팩토리 운영 개념도. 후공정에서 발생한 문제의 원인을 상공정까지 자동으로 추적하여 진단하고, 개선할 수 있을 것으로 기대됩니다.

l 포스코만의 기술? 비즈니스 파트너와 함께 나눈다

이런 독보적인 기술력, 기업시민 포스코는 어떻게 관리하고 있을까요? 우리만의 기술이라고 꽁꽁 묶어 놓았을 것이라 짐작했다면 오산! 포스코는 스마트팩토리 기술을 중소기업 등 비즈니스 파트너에 전파하기 위해 전국으로 뛰고 있습니다.

포항과 시흥에 공장을 두고 있는 ‘동국산업’은 포스코 열연재를 가공해서 고급 냉연재로 만든 뒤, 이를 자동차 부품사에 공급하는 기업입니다. 동국산업에서는 염산(HCl)을 이용해 소재 표면 스케일(Scale)을 제거하는 ‘산세 공정’을 거치는데, 고객들의 까다로운 품질 조건을 맞추고자 산세 공정에 많은 시간을 투입해야 했죠. 포스코에서 받은 열연재마다 스케일의 정도는 다르고 고객의 요구도 각기 달랐지만, 그 모든 조건을 맞춰 건건이 산세할 수 없기에 일단 모든 소재를 강제로 산세 처리하고 있었죠. 당연히 생산성은 떨어질 수밖에 없었습니다. 이 고질적인 문제를, 포스코의 스마트팩토리 기술이 획기적으로 해결했다는데요.

우선 포스코는 동국산업으로 열연재를 공급할 때 마다, 소재에 스케일이 어느 부분에 어느 정도 있는지를 예측한 데이터를 포스프레임을 통해 함께 보냅니다. 이 데이터는 어디에서 받느냐? 바로 동국산업에 구축한 ‘최적 산세 AI’입니다. 과거에는 작업자가 수작업으로 판단하던 산세 조건을, 이제는 이 AI가 포스프레임으로 부터 얻은 데이터를 바탕으로 분석해 자동으로 뽑아냅니다. 그 최적값으로 산세 처리를 하고 나면, 결과 데이터는 다시 포스프레임으로 넘어갑니다. 포스코 열연재가 동국산업에서 고급 냉연재로 가공되는 과정이 빅데이터로 포스프레임에 쌓이고 반복 학습을 거쳐 고도화됩니다. 양쪽의 데이터가 유기적으로 순환하며, 연결된 공장처럼 최적화된 제품을 생산하게 되죠. 동국산업의 스마트팩토리 가동 결과, 고객이 요구하는 품질을 확보하면서 산세 공정에 투입되는 시간은 최소화해, 생산성은 60%가 향상되고 고급재 판매량도 종전 대비 1.5배 상승하였습니다.

▲ 포스코와 함께 스마트 팩토리를 구축한 ‘동국산업’. 왼쪽 상단부터 시계열 순으로 포항공장 전경, 산세라인, 수소로, 광폭 전단 라인. (사진제공=동국산업)

포스코는 위와 같은 중견기업과 더불어, 중소기업을 위한 스마트팩토리 컨설팅에도 집중하고 있습니다. 포스코의 직접고객사뿐 아니라, 비거래사와 2차고객사들까지 그 대상에도 한정이 없죠. 중소기업벤처기업부와 공동으로 추진하는 ‘상생형 스마트공장 구축지원’ 사업으로 작년까지 110개의 기업에 스마트팩토리를 구축했는데요. 동시에 ‘스마트화 역량강화 컨설팅’도 패키지로 제공해, 포스코 고유의 현장 혁신 기법인 ‘QSS(Quick Six Sigma)’를 통한 선진적 현장 노하우를 전수하고 있죠. 2023년까지 200억 원을 출연하여 총 1,000개의 기업이 스마트팩토리 구축을 시행착오 없이 이뤄낼 수 있도록 힘을 보태고자 합니다.

이와 함께 포스코는 7대 상생협력 프로그램을 운영 중입니다. △공정한 거래기회를 부여하는 ‘개방형구매’, △최저가 낙찰제를 폐지하고 100% 현금 제때 주는 ‘제값 제때 주기’, △구직청년을 자체 교육하고 협력기업에 취업을 알선하는 ‘기업시민 잡매칭’ 등이 있는데요. 또한 1조 원을 출연해, 총 2조 원의 벤처펀드를 조성하고 아이디어 투자까지 일괄 지원하는 벤처밸리를 구축하여 청년들을 위한 창업지원 활동에도 앞장서고 있습니다.

스마트용광로를 중심으로 세계 제조업의 ‘등대’가 된 포스코. 국내에서는 직접 중소 비즈니스 파트너를 찾아가 스마트팩토리 구축을 위한 길잡이 역할에 적극적으로 임하고 있습니다. 포스코와 함께 더욱 스마트해질 대한민국 제조 산업을 함께 응원해주세요!

스마트제철소로의 도약은 포스코의 곳곳을 어떻게 진화시키고 있을까요? 손에 잡히지 않고 눈에 보이지 않기에 조금은 막연했던 ‘스마트제철소’라는 개념. 정확히 제철소를 어떻게 탈바꿈 시키고 있는지, 포스코 뉴스룸이 각 공정별로 소개해드립니다.

l 스마트제철소, 이렇게 달라졌습니다

앞서 설명드린 대로, 스마트제철소의 주요 골자는 이렇습니다. △포스프레임을 이용해 전 공장의 데이터를 수집하고, 정형화한다. △포스프레임이 사물인터넷, 빅데이터, 인공지능 등 신기술을 이용해 데이터를 스스로 학습하여 최적의 공정 조건을 내놓고, 공장을 제어한다.

그렇게 되면 작업자들은 경험에 의존하는 의사 결정을 최소화하고, 휴먼 에러를 방지할 수 있습니다. 객관적이고 정확한 데이터가 그동안 인간이 미처 발견하지 못했던 문제 해결 방법을 도출해낼 수 있고요. 잠깐! 그럼 이제 사람이 할 일이 없어지는 거 아니냐고요? 섣부른 오해입니다. 작업자들은 단순 반복 업무는 기계에게 맡기고, 그간 쌓아온 제철 노하우를 이용해 99%의 완성도에서 1%의 부족함을 채우는 고도화 업무에 더욱 몰입할 수 있습니다. 그리고 그 결과물을 다시 포스프레임에 입력하고요. 기술과 인간의 궁극의 시너지를 도모할 수 있는 거죠.

그럼 스마트팩토리를 적용한 각 공정, 어떻게 달라졌는지 본격적으로 살펴보겠습니다.

[수주공정] 수작업하던 ‘소Lot’ 주문, AI가 예측하고 판단하자 소요시간 12시간에서 1시간으로

제철소 생산 계획을 담당하는 수주공정그룹. 그들의 시간을 가장 많이 뺏는 일 중 하나는, ‘소Lot’ 주문을 처리하는 것입니다. 소Lot란 강종별로 제철소에서 요구하는 최소 주문량에 미달되어 생산상 제약을 받는 주문을 말하는데요.

기존에는 주문이 오면, 주문 조건을 파악하고, 이를 ‘소Lot 기준’과 비교해서, 이 주문과 함께 작업할 수 있는 다른 주문이 있는지 일일이 확인했습니다. 기준은 직원이 수작업으로 만들어 두고 반기마다 갱신해주고요. 최악의 경우에는 너무 많은 주문 속에 소Lot 주문이 묻혀버리는 경우도 생겼습니다. 판매담당자나 수주담당자가 모든 주문을 일일이 확인해서 소Lot인지 아닌지도 걸러내야 했죠. 급한 주문인데 계속 소Lot로 분류되어 출강이 어려울 때는 어쩔 수 없이 다른 주문들에 합류할 수 있도록 주문 조건을 변경해야 하는데요. 여기에도 거의 6시간 이상 소요됩니다. 소Lot 처리에 드는 평균시간은 자그마치 12시간입니다.

이제는 인공지능이 자동으로 주문의 소Lot 여부를 판단해줍니다. 그간의 데이터를 분석해, 소Lot 주문에 영향을 주는 인자 12개를 도출해내고, 인공지능이 스스로 주문을 판단할 수 있도록 학습시켰죠. 그 정확도는 97%에 이른다고 하네요. 또한 소Lot 주문이 다른 주문들과 함께 원가 낭비 없이 최적으로 제작될 수 있도록 설계 사이즈를 예측하는 것도 정확도가 99.99%입니다. 이제는 시간이 얼마나 걸릴까요? 단 1시간입니다.

[제선] 국가핵심기술! 스마트고로, 육안으로 확인하던 것이 데이터가 되어 자동으로

용광로의 통기성, 연소성, 용선 온도, 출선량… 이 모든 걸 어떻게 예측하고 관리할 수 있을까요? 과거에는 작업자가 일일이 쇳물의 온도를 2시간마다 체크하고, 연원료를 샘플링해 상태를 확인하는 등 모든 게 수작업이었습니다. 이제는, 인공지능이 스스로 확인하고 상태를 제어까지 합니다!

포항제철소 제선부는 이를 위해 우선 용광로 상태를 결정짓는 변수를 정의하고, 서로 다른 정보들의 모양을 하나로 통일시켰습니다. 전문용어로 ‘데이터를 정형화했다’고 하죠. 작업자들의 경험에 따라 다르게 관리해오던 지표들을 하나로 정리해, 스마트팩토리 기술로 수작업들을 자동화했습니다. 이제 쇳물의 온도는 사물인터넷이 데이터화하고, 고화질 카메라가 연원료의 상태를 알아서 확인합니다.

2017년부터는 본격적으로 제동제어 시스템을 구축했는데요. 딥러닝을 이용해 인공지능이 데이터를 학습하여 예측하고 관리할 수 있도록 만들었습니다. 단순히 현재의 필요 작업을 자동으로 해주는 단계를 넘어, 앞으로의 변수를 예측하고 제어해 최적의 결괏값을 도출해내는 겁니다. 오늘 노황이 좋다고 해서 끝이 아니라는 거죠. 내일의 노황도 최적의 상태가 되도록 ‘스마트고로’는 스스로 제어합니다. 이 기술이 최초로 적용된 포항 2고로가 하루에 만들어내는 쇳물의 양은 240톤 늘었습니다. 스마트고로 기술은 올해 7월, 우리나라의 국가핵심기술로 지정되기도 했답니다.

[제강] 대한민국에 KTX가 있다면, 포스코 제강에는 PTX(Posco sTeelmaking eXpress)가!

제강은 약 1,650℃의 고온에서 작업이 이루어지기 때문에 실시간으로 온도 측정이 어렵고, 성분 제어도 복잡해 작업자의 경험과 노하우가 중요했습니다. 즉, 작업자에 따라 미세하게나마 편차가 발생할 수밖에 없었죠. 연속 공정 중간에 이상이 발생하면, 앞뒤 공정 모두를 멈추고 점검이 필요하기도 했습니다.

포항제철소 2제강공장은 전로부터 연주까지의 타이밍과 온도, 성분을 제어하는 통합 제어 시스템을 개발했습니다. 생산 제품별로 대표적 경우의 수를 산출해보니 12만 5,000개의 공정이 나왔는데요. 이를 모두 디지털화 및 정형화하고, 2018년 7월 PTX 시스템 개발을 완료했죠. PTX 시스템을 이용하면, 전로부터 연주까지 멈춤과 지연 없이 연속 공정이 가능해집니다. 주요 공정별로 도착 시간과 온도, 성분을 실시간 확인할 수 있죠. 마치 KTX가 정확히 매 역에 도착하고 승객을 태우는 것처럼요. PTX는 용선의 온도와 성분, 원료가 달라도 조건에 맞게 인공지능이 학습하도록 설계되어 있습니다. PTX 도입 전 제강부의 온도 적중률은 80% 수준이었지만, 이제는 90% 이상입니다. 원료 사용량도 60%나 줄었습니다.

[연주] 표면품질, 더 빨리 한 번에 예측하고 연간 6억 원 절감

품질 관리는 매우 중요한 과제 중 하나입니다. 하지만 셀 수 없이 많은 소재들을 매일같이 모두 검사할 수는 없었죠. 때문에 포스코는 함께 출강된 소재들 중, ‘대표소재’를 선정해 그 소재만 의무적으로 100% 표면검사를 했습니다. 그리고 그 대표소재에서 이상이 감지되면 해당 소재와 같이 출강된 다른 소재들을 모두 회수하여 검사했죠. 포항제철소 2, 4연주공장은 연간 34만 톤의 대표 소재를 검사했는데, 실제 결함은 단 3만 톤에 그쳤습니다.

이 낭비를 없애기 위해 인공지능을 적용시켰습니다. 제강, 연주의 방대한 데이터를 수합해 인공지능이 학습할 수 있도록 하고, 품질 이상에 대한 기준을 만들어 결함을 예측할 수 있는 모델을 구축했습니다. 2018년 3월부터 시스템을 적용한 결과, 이제는 시스템이 결함 있는 소재만 선별해주기 때문에 불필요한 검사를 할 필요가 없어졌습니다. 더욱이 결함의 발생 이유까지 알려주죠. 이는 연간 약 6억 원 이상의 원가절감 효과를 가져다줄 것으로 기대됩니다.

[압연] 후판 평탄도, 상관관계 분석해서 스스로 제어

후판 제품은 슬라브를 1차로 가열해, 두 번의 압연을 거칩니다. 그 후 고객 요구에 따라 TMCP(Thermo-Mechanical Control Process)라는 가속냉각 처리를 하게 되는데요. TMCP는 강판에 고속의 물을 분사해서 일정 온도까지 급속 냉각시켜 강도를 향상시키고 용접성을 좋게 하는 방법입니다. 특수 설비가 필요하고, 물을 분사하는 기술이 고난도이기 때문에 정확히 제어하지 않으면 평탄도 불량률(표면이 평탄하지 않은 제품 비율)이 높아지는 공정입니다.

과거에는 후판재의 평탄도를 TMCP 처리 후 뜨거울 때 한 번(열간평탄도), 이후 전단 과정에서 차가울 때 한 번(냉간평탄도), 총 두 번 수작업으로 분석했습니다. 당연히 시간이 오래 걸리는 작업이었죠. 열간평탄도와 냉간평탄도의 상관관계를 매번 분석하다 보니 과부하가 걸리고, 그 결과를 작업자가 하나하나 입력하면서 TMCP를 제어하는 것이 쉽지 않았습니다.

광양제철소 후판공장은 열간평탄도의 인자와 냉간평탄도의 인자를 데이터화하고 빅데이터로 분석해, 학습 모델을 만들었습니다. 어떤 조건일 때 최적의 평탄 품질이 나오는지 말이죠. 이제 작업자는 인공지능이 산출해 낸 최적의 작업조건값을 모니터링하고 공정에 이상이 없는지 확인하면 됩니다. 과거처럼 제품마다 하나하나 제어값을 입력하지 않아도 되죠. 원가절감은요? TMCP 공정을 거친 제품의 교정률이 50% 저감됐습니다. 이는 1년에 약 13억 원을 절약할 수 있는 양입니다.

[도금] 인공지능 초정밀 도금 제어 기술도 국가핵심기술로!

CGL은 Continuous Galvanizing Line의 약자로, 냉간압연된 코일을 연속으로 열처리하고, 용융아연 욕조(Zinc Pot)에 담가 아연으로 도금한 아연도금강판을 생산하는 공정입니다. 포스코의 ‘기가스틸’도 이 CGL을 통해 탄생하죠. 욕조에서 꺼낸 후 강판 표면에 응고되기 전의 아연을 Air knife가 미세하게 깎아내어 도금량을 제어하는데요. 강판 사용 목적에 따라 목표 도금량이 다양하고, Air knife를 거치고 아연이 응고된 후에나 도금량을 측정할 수 있기 때문에 실시간으로 제어성능을 확보하는 것이 어려웠습니다.

이를 해결하기 위해 개발된 포스코의 인공지능 초정밀 도금 제어 기술은, 딥러닝을 이용해 제품의 강종, 두께, 폭, 조업조건과 목표도금량을 스스로 학습해 정확히 제어합니다. 기존에는 89% 수준의 도금량 제어 적중률이 이제는 99% 이상을 웃돌고 있죠. 이 기술은 포항, 광양제철소 모든 도금공장에 적용 완료되었고, 역시 우리나라 ‘국가핵심기술’로 등재되어 있습니다.

l 안전도 진보하는 스마트 제철소

정말 스마트한 제철소는 작업자의 안전과 환경까지 책임지는 작업장입니다. 포스코는 이 부분도 놓치지 않았습니다. 포스코는 스마트CCTV를 개발하여 사용하고 있는데요. 포스코가 개발한 스마트CCTV는 녹화만 하는 일반 CCTV와 달리, 제철소 현장의 특정 문자, 형상, 움직임 등을 자동으로 감지합니다. 그리고 수집한 정보에서 이상이 감지되면 관리자에게 알려주는 지능형 CCTV죠. 기존 CCTV가 갖고 있는 문자인식, 형상인식 등 해석 기술에 포스코의 철강 도메인인 조업상황, 설비형상 등을 결합시켜 제철소에 최적화된 CCTV로 발전시켰습니다. 포스코는 작년부터 광양 3도금, 2제강, 1코크스, 포항 2후판 공장에 스마트CCTV를 적용하기 시작했는데요.

스마트CCTV를 활용하면 작업자가 일일이 육안으로 확인해야 했던 조업, 품질, 안전 정보를 시스템이 영상으로 자동 인식하고 분석해 알려주기 때문에 작업 대기시간을 대폭 줄일 수 있고 품질 향상에도 효과적입니다. 예를 들면 제강공장에서는 전로의 용강 온도를 열화상 카메라가 사람 대신 측정할 수 있죠. 도금부에서는 육안으로는 쉽게 구분하기 어려운 Coil 제품 끝 단면의 미묘한 색상 차이를 CCTV로 확인해 품질 불량에 대해 조기 대응이 가능합니다.

더불어 열화상 등 다중 영상 장치로 화재 위험을 사전에 감지해 예방할 수도 있습니다. 제철소 전반에 걸쳐 설비, 품질, 물류, 안전 분야에서 스마트CCTV가 사람보다 더 빨리, 정확하게 정보를 수집하고 문제점을 잡아낼 수 있게 됩니다.

포스코의 스마트과제를 통한 스마트제철소 구축은 지금도 현재 진행형입니다. 기존 기술로는 해결하기 어려웠던 고질적 문제를 풀어나가고, 미래에는 설비 상태가 예지되고 자동으로 제어되어 생산과 품질, 안전 모두가 확보되는 스마트제철소의 완성을 꿈꾸고 있습니다.

그리고 등대공장으로써, 우리나라 제조업의 길을 비추기 위한 노력도 아끼지 않고 있는데요. 등대공장 특집 마지막 편 <[등대공장 특집] ③ 포스코와 함께 중소기업도 스마트해집니다>에서는, 포스코의 스마트팩토리 기술로 중소기업과의 상생을 도모하는 ‘스마트팩토리 지원사업’의 현장을 찾아 떠나봅니다.

이 이야기를 왜 하냐고요? 맞습니다. 포스코가 올해 세계 제조업의 미래를 밝히는 ‘등대공장’ 대열에 합류했습니다. 포스코 뉴스룸이 대한민국 유일 등대공장, 포스코의 스마트제철소를 소개합니다.

l 등대공장 포스코, 제조업의 길을 비춰드립니다

‘등대공장’이란 사물인터넷(IoT), 클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing), 빅데이터(Big Data), 인공지능(AI) 등 4차 산업혁명의 핵심기술을 활용해 세계 제조업의 미래를 이끌고 있는 공장을 말합니다. 마치 등대가 어두운 밤하늘에 불을 비춰 길을 안내하는 것처럼 말이죠.

포스코는 철강 본원 경쟁력 강화를 위해 5년간 꾸준히 스마트제철소 구축에 힘써왔습니다. 등대공장으로 선정되었다는 것은, 포스코가 미래형 스마트제철소로 거듭났음을 국제적으로 인정받았다는 것이죠. WEF의 등대공장 심사 절차는 신청서 제출부터 WEF 컨설턴트의 현장 실사, 서류 심사까지 길고 까다로운 과정을 거칩니다. 포스코의 경우 대략 1년의 시간이 소요되었습니다.

포스코는 특히 대학, 중소기업, 스타트업들과의 산학연 협력 생태계를 형성하고 철강산업 고유의 스마트팩토리 플랫폼을 구축하고 있다는 점을 높게 평가받았습니다. 실제로 WEF 컨설턴트는 현장 실사에서 복잡하고 거대한 용광로를 작업자의 노하우와 인공지능을 결합해 실시간으로 제어하는 모습을 보고 매우 큰 관심을 보였다고 합니다.

포스코를 포함해 전 세계에는 26곳의 등대공장이 있습니다. 대표적으로 지멘스, BMW, 존슨앤존슨, 하이얼 등이 있죠. 등대공장으로 선정되면 WEF에서 관리하는 ‘등대공장 협력 네트워크’에 참여할 수 있는 자격이 주어지는데요. 등대공장들은 세계의 스마트팩토리 기술을 선도하는 기업들이기 때문에, 이 네트워크를 통해 서로 간 경험을 공유하면서 제조업의 스마트화를 더욱 고도화할 수 있습니다. 포스코도 등대공장 대열에 합류함으로써 앞으로 세계 최고 수준의 스마트팩토리 기술을 다른 등대공장들과 함께 발전시켜 나가고, 철강에 특화된 스마트팩토리 구축에도 앞장설 예정입니다.

l 이토록 복잡한 제철공정, 그래서 포스코는 더 똑똑해지기로 했다

중후장대, 굴뚝공장. 제철소를 연상할 때 이런 단어를 떠올리는 분들도 많으실 겁니다. 쇳물을 만들어 틀에 넣고 굳혀서 굽고, 누르고 자르기만 하는 단순한 공정이 아니냐고요? 크게 보면 맞는 말이지만 제품 종류, 고객사의 요구 등 공정 하나하나마다의 복잡성은 언제나 풀기 어려운 난제였습니다. 그 복잡성을 극복하고 24시간 유연하게 제철소가 가동될 수 있는 건, 포스코의 51년 노하우 그리고 그 노하우가 몸에 밴 현장 기술자들 덕분이죠.

하지만 노하우는 사람마다 다릅니다. 사람이니까요. 어제의 나와 오늘의 나도 다른데, 만 명이 넘는 작업자가 어떻게 같을 수 있겠어요? 그래서 작업자들마다의 편차도 발생하고, 만들어진 제품의 품질도 다르게 됩니다. 너무나 복잡한 제철 공정 속, 조금씩 발생하는 ‘고질적 문제들’. 포스코는 이 문제들을 잡아야 했습니다. 공정별로 어떤 문제들이 있었는지 한 번 볼까요?

생산계획 : 포스코의 수주공정그룹은 제철소의 ‘뇌’ 역할을 하는 곳입니다. 이곳에서는 판매담당자들의 주문을 받아 이 제품이 언제, 어떻게 제조될 수 있는지를 계산합니다. 포항제철소에서 생산할지, 광양제철소에서 생산할지도 검토하고요. 특별 요구 사항이 있어서 시간이 오래 걸리는지도 봐야 하죠. 성분이 특이한 주문이라 다른 주문들과 함께 제조되기 어려운 건 아닌지도 따집니다. 고려해야 할 변수들이 수도 없이 많죠. 표준 절차만 10개 이상인데, 이 모든 단계가 통과되어야만 비로소 제철소에 ‘출강지시’를 할 수 있습니다.

제선 : 뉴스룸의 용광로 해부학을 보신 분이라면 ‘노황관리’라는 말이 기억나실 텐데요. 속을 알 수 없는 용광로 내부의 상황을 안정적으로 관리하는 거죠. 제선부는 24시간 용광로의 불을 끄지 않으면서 내부의 적정 온도를 유지하고, 연료와 원료를 더 정확하게 투입하고, 부생가스 발생량을 예측하는 등 미션이 많습니다.

제강, 연주 : 제강부는 용광로가 만들어낸 쇳물(용선)의 불순물을 전로로 제거하고 성분을 조정한 후 ‘강’으로 만들어, 틀에 붓고 슬라브, 빌렛, 블룸 같은 반제품을 만들죠. 용선마다 생산계획에 따른 목표 성분이 다르기 때문에, 최적의 합금철을 배합하는 것이 필요합니다. 이를 위해 약 4단계의 취련(용선에 고압의 산소를 불어 넣어 불순문을 제거하는 작업)을 거치죠. 제강 정련을 마친 쇳물(용강)을 틀에 연속적으로 붓고 냉각시킨 후 절단까지 하는데요. 때문에 정확한 온도와 성분 조절, 버려지는 것 없이 가장 경제적인 절단 계산도 중요합니다.

압연 : 이제 담금질을 해야겠죠. 왕좌의 게임 같은 TV 드라마를 보시면, 대장장이들이 철을 더 단단히 하기 위해 계속 두드리는 걸 보셨을 겁니다. 제철소에서는 ‘압연’ 공정을 통해 담금질의 효과를 만들어내는데요. 회전하는 롤(Roll) 사이로 소재를 통과시키면서 힘을 줘, 두께와 폭을 고객 요구 조건에 맞추고 강재의 성질을 조정합니다. 고객이 요구한 강도, 인성, 크기를 모두 맞추어야 하기 때문에 소재마다 다른 조건의 정밀 제어를 해야 하죠. 빵을 10개 구우면서, 빵마다 크기, 바삭함, 짭짤함 모두를 다르게 만들어야 한다고 생각해보세요.

도금 : 자동차강판이나 가전강판들은 철판 위에 아연을 코팅해 내식성과 가공성 등을 확보합니다. 당연히 도금을 얼마나 정확히 코팅하는지가 기술의 관건이죠.

아무리 완벽을 기해도, 이토록 복잡한 제철공정 속에서는 셀 수 없이 많은 조건과 정보가 범람합니다. 때문에 작업자마다 편차가 발생하고, 의사결정이 달라질 수 있습니다. 포스코는 이 많은 고민들을 해결하기 위해 차세대 성장 엔진으로서 ‘스마트팩토리’를 택했습니다. 사실 스마트팩토리를 하기 위해선 공장들의 디지털화가 먼저 진행되어야 하는데요. 포스코는 이미 2000년대에 PI 프로젝트(Process Innovation Project)를 통해서 디지털화된 공장 구축을 완료하였습니다. 포스코의 ‘스마트팩토리’ 추진력이 남다른 이유는 이러한 기초 체력에 있다고 할 수 있죠. 디지털팩토리를 기반으로 구축되고 있는 스마트팩토리, 그 중심에는 포스코의 고유의 철강 스마트팩토리 플랫폼인 ‘포스프레임’이 있습니다.

l 스마트제철소의 기반 엔진은 ‘포스프레임(PosFrame)’

포스코 스마트제철소의 기원을 찾아봤습니다. 국내외로 스마트 인더스트리 열풍이 본격적으로 불기 전인 2015년으로 거슬러 올라갑니다. 포스코는 광양 후판공장에 빅데이터를 포함한 신기술을 도입해 시범적으로 스마트팩토리를 추진했습니다. 이 과정에서 포스코 고유의 스마트 플랫폼인 ‘포스프레임(PosFrame)’의 초석이 만들어졌죠.

포스프레임을 이용하면, 포스코의 51년 축적 데이터를 한곳에 모아 통합 저장, 관리, 분석할 수 있는 환경이 구축됩니다. 이것이 기존의 ‘디지털화’와는 어떻게 다를까요?

포스프레임은 세계 최초의 연속 제조 공정용 스마트팩토리 플랫폼입니다. 포스프레임을 ‘플랫폼’이라 하는 이유는 마치 기차역에서 KTX, 새마을호, 무궁화호처럼 여러 종류의 기차들이 오고 가듯이 여러 공장에서 발생되는 서로 다른 특성을 가진 데이터들을 유기적으로 수집하여 저장하고 관리할 수 있는 시스템이기 때문입니다. 연속 공정이 생명인 제철소에 특화된 플랫폼이죠. 강철을 만드는 과정을 A부터 Z라고 가정했을 때, Z에서 발생한 불량의 원인을 A까지 추적해 잡아내는 것을 목표로 합니다.

또한 포스프레임은 정보를 데이터화하여 저장하는 ‘디지털화’에서 더 나아가, 이를 분석해 자동화 모델까지 개발할 수 있도록 합니다. 자동화 모델, 그런 건 전문가만 할 수 있는 거 아니냐고요? 포스프레임의 ‘워크벤치(Workbench)’라는 기능이 그런 고민을 해결해줬죠. 워크벤치는 프로그래밍을 모르는 현장 엔지니어들도 포스프레임에 수집된 데이터를 활용하여 빅데이터 분석을 할 수 있도록 돕습니다. 누구나 쉽게 쓸 수 있도록 구성된 워크벤치를 통해 현장 엔지니어들이 자신의 노하우와 데이터를 결합시켜, 공정 곳곳에 적용할 수 있는 자동화 모델을 개발하고 있습니다. 엔지니어들은 포스프레임이 모으고 정형화한 데이터 덕분에, 본인 담당의 공정뿐만 아니라 전후 공정의 정보도 분석할 수 있어 기존에 해결하기 어려웠던 문제들에도 접근하기 쉬워졌습니다.

포스프레임의 우수한 접근성은 포스코의 스마트팩토리 실현을 앞당겼습니다. 포스프레임을 통해 포스코 전 직원이 인공지능, 빅데이터 전문가처럼 일할 수 있죠. 포스코는 이를 위해 2017년부터 지속적으로 전 직원을 대상으로 스마트 기술 교육을 실시하고 있습니다. 교육을 통해 직원들은 자신의 능력을 한 단계씩 발전시켜 나가면서, 데이터 기반의 일하는 환경을 만들고 있습니다.

등대공장 포스코의 스마트제철소, 그 배경과 핵심 엔진을 소개해드렸는데요. 그럼, 진짜 스마트팩토리가 어떻게 움직이는지 보여드릴 차례죠. <[등대공장 특집] ② 스마트제철소, 무엇을 바꿨나? 제대로 밝혀보자 (사례 편)>에서 스마트제철소로 탈바꿈 중인 포스코의 모습을 공정 별로 하나하나 만나보시죠.

이 이야기를 왜 하냐고요? 맞습니다. 포스코가 올해 세계 제조업의 미래를 밝히는 ‘등대공장’ 대열에 합류했습니다. 포스코 뉴스룸이 대한민국 유일 등대공장, 포스코의 스마트제철소를 소개합니다.

l 등대공장 포스코, 제조업의 길을 비춰드립니다

‘등대공장’이란 사물인터넷(IoT), 클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing), 빅데이터(Big Data), 인공지능(AI) 등 4차 산업혁명의 핵심기술을 활용해 세계 제조업의 미래를 이끌고 있는 공장을 말합니다. 마치 등대가 어두운 밤하늘에 불을 비춰 길을 안내하는 것처럼 말이죠.

포스코는 철강 본원 경쟁력 강화를 위해 5년간 꾸준히 스마트제철소 구축에 힘써왔습니다. 등대공장으로 선정되었다는 것은, 포스코가 미래형 스마트제철소로 거듭났음을 국제적으로 인정받았다는 것이죠. WEF의 등대공장 심사 절차는 신청서 제출부터 WEF 컨설턴트의 현장 실사, 서류 심사까지 길고 까다로운 과정을 거칩니다. 포스코의 경우 대략 1년의 시간이 소요되었습니다.

포스코는 특히 대학, 중소기업, 스타트업들과의 산학연 협력 생태계를 형성하고 철강산업 고유의 스마트팩토리 플랫폼을 구축하고 있다는 점을 높게 평가받았습니다. 실제로 WEF 컨설턴트는 현장 실사에서 복잡하고 거대한 용광로를 작업자의 노하우와 인공지능을 결합해 실시간으로 제어하는 모습을 보고 매우 큰 관심을 보였다고 합니다.

포스코를 포함해 전 세계에는 26곳의 등대공장이 있습니다. 대표적으로 지멘스, BMW, 존슨앤존슨, 하이얼 등이 있죠. 등대공장으로 선정되면 WEF에서 관리하는 ‘등대공장 협력 네트워크’에 참여할 수 있는 자격이 주어지는데요. 등대공장들은 세계의 스마트팩토리 기술을 선도하는 기업들이기 때문에, 이 네트워크를 통해 서로 간 경험을 공유하면서 제조업의 스마트화를 더욱 고도화할 수 있습니다. 포스코도 등대공장 대열에 합류함으로써 앞으로 세계 최고 수준의 스마트팩토리 기술을 다른 등대공장들과 함께 발전시켜 나가고, 철강에 특화된 스마트팩토리 구축에도 앞장설 예정입니다.

l 이토록 복잡한 제철공정, 그래서 포스코는 더 똑똑해지기로 했다

중후장대, 굴뚝공장. 제철소를 연상할 때 이런 단어를 떠올리는 분들도 많으실 겁니다. 쇳물을 만들어 틀에 넣고 굳혀서 굽고, 누르고 자르기만 하는 단순한 공정이 아니냐고요? 크게 보면 맞는 말이지만 제품 종류, 고객사의 요구 등 공정 하나하나마다의 복잡성은 언제나 풀기 어려운 난제였습니다. 그 복잡성을 극복하고 24시간 유연하게 제철소가 가동될 수 있는 건, 포스코의 51년 노하우 그리고 그 노하우가 몸에 밴 현장 기술자들 덕분이죠.

하지만 노하우는 사람마다 다릅니다. 사람이니까요. 어제의 나와 오늘의 나도 다른데, 만 명이 넘는 작업자가 어떻게 같을 수 있겠어요? 그래서 작업자들마다의 편차도 발생하고, 만들어진 제품의 품질도 다르게 됩니다. 너무나 복잡한 제철 공정 속, 조금씩 발생하는 ‘고질적 문제들’. 포스코는 이 문제들을 잡아야 했습니다. 공정별로 어떤 문제들이 있었는지 한 번 볼까요?

생산계획 : 포스코의 수주공정그룹은 제철소의 ‘뇌’ 역할을 하는 곳입니다. 이곳에서는 판매담당자들의 주문을 받아 이 제품이 언제, 어떻게 제조될 수 있는지를 계산합니다. 포항제철소에서 생산할지, 광양제철소에서 생산할지도 검토하고요. 특별 요구 사항이 있어서 시간이 오래 걸리는지도 봐야 하죠. 성분이 특이한 주문이라 다른 주문들과 함께 제조되기 어려운 건 아닌지도 따집니다. 고려해야 할 변수들이 수도 없이 많죠. 표준 절차만 10개 이상인데, 이 모든 단계가 통과되어야만 비로소 제철소에 ‘출강지시’를 할 수 있습니다.

제선 : 뉴스룸의 용광로 해부학을 보신 분이라면 ‘노황관리’라는 말이 기억나실 텐데요. 속을 알 수 없는 용광로 내부의 상황을 안정적으로 관리하는 거죠. 제선부는 24시간 용광로의 불을 끄지 않으면서 내부의 적정 온도를 유지하고, 연료와 원료를 더 정확하게 투입하고, 부생가스 발생량을 예측하는 등 미션이 많습니다.

제강, 연주 : 제강부는 용광로가 만들어낸 쇳물(용선)의 불순물을 전로로 제거하고 성분을 조정한 후 ‘강’으로 만들어, 틀에 붓고 슬라브, 빌렛, 블룸 같은 반제품을 만들죠. 용선마다 생산계획에 따른 목표 성분이 다르기 때문에, 최적의 배합으로 합금철을 만드는 것 필요합니다. 이를 위해 약 4단계의 취련(용선에 고압의 산소를 불어 넣어 불순문을 제거하는 작업)을 거치죠. 제강 정련을 마친 쇳물(용강)을 틀에 연속적으로 붓고 냉각시킨 후 절단까지 하는데요. 때문에 정확한 온도와 성분 조절, 버려지는 것 없이 가장 경제적인 절단 계산도 중요합니다.

압연 : 이제 담금질을 해야겠죠. 왕좌의 게임 같은 TV 드라마를 보시면, 대장장이들이 철을 더 단단히 하기 위해 계속 두드리는 걸 보셨을 겁니다. 제철소에서는 ‘압연’ 공정을 통해 담금질의 효과를 만들어내는데요. 회전하는 롤(Roll) 사이로 소재를 통과시키면서 힘을 줘, 두께와 폭을 고객 요구 조건에 맞추고 강재의 성질을 조정합니다. 고객이 요구한 강도, 인성, 크기를 모두 맞추어야 하기 때문에 소재마다 다른 조건의 정밀 제어를 해야 하죠. 빵을 10개 구우면서, 빵마다 크기, 바삭함, 짭짤함 모두를 다르게 만들어야 한다고 생각해보세요.

도금 : 자동차강판이나 가전강판들은 철판 위에 아연을 코팅해 내식성과 가공성 등을 확보합니다. 당연히 도금을 얼마나 정확히 코팅하는지가 기술의 관건이죠.

아무리 완벽을 기해도, 이토록 복잡한 제철공정 속에서는 셀 수 없이 많은 조건과 정보가 범람합니다. 때문에 작업자마다 편차가 발생하고, 의사결정이 달라질 수 있습니다. 포스코는 이 많은 고민들을 해결하기 위해 차세대 성장 엔진으로서 ‘스마트팩토리’를 택했습니다. 사실 스마트팩토리를 구축하기 위해선 공장들의 디지털화가 먼저 진행되어야 하는데요. 포스코는 이미 2000년대에 PI 프로젝트(Process Innovation Project)를 통해서 디지털화된 공장 구축을 완료하였습니다. 포스코의 ‘스마트팩토리’ 추진력이 남다른 이유는 이러한 기초 체력에 있다고 할 수 있죠. 디지털팩토리를 기반으로 만들어지고 있는 스마트팩토리, 그 중심에는 포스코의 고유의 철강 스마트팩토리 플랫폼인 ‘포스프레임’이 있습니다.

l 스마트제철소의 기반 엔진은 ‘포스프레임(PosFrame)’

포스코 스마트제철소의 기원을 찾아봤습니다. 국내외로 스마트 인더스트리 열풍이 본격적으로 불기 전인 2015년으로 거슬러 올라갑니다. 포스코는 광양 후판공장에 빅데이터를 포함한 신기술을 도입해 시범적으로 스마트팩토리를 추진했습니다. 이 과정에서 포스코 고유의 스마트 플랫폼인 ‘포스프레임(PosFrame)’의 초석이 만들어졌죠.

포스프레임을 이용하면, 포스코의 51년 축적 데이터를 한곳에 모아 통합 저장, 관리, 분석할 수 있는 환경이 구축됩니다. 이것이 기존의 ‘디지털화’와는 어떻게 다를까요?

포스프레임은 세계 최초의 연속 제조 공정용 스마트팩토리 플랫폼입니다. 포스프레임을 ‘플랫폼’이라 하는 이유는 마치 기차역에서 KTX, 새마을호, 무궁화호처럼 여러 종류의 기차들이 오고 가듯이 여러 공장에서 발생되는 서로 다른 특성을 가진 데이터들을 유기적으로 수집하여 저장하고 관리할 수 있는 시스템이기 때문입니다. 연속 공정이 생명인 제철소에 특화된 플랫폼이죠. 강철을 만드는 과정을 A부터 Z라고 가정했을 때, Z에서 발생한 불량의 원인을 A까지 추적해 잡아내는 것을 목표로 합니다.

또한 포스프레임은 정보를 데이터화하여 저장하는 ‘디지털화’에서 더 나아가, 이를 분석해 자동화 모델까지 개발할 수 있도록 합니다. 자동화 모델, 그런 건 전문가만 할 수 있는 거 아니냐고요? 포스프레임의 ‘워크벤치(Workbench)’라는 기능이 그런 고민을 해결해줬죠. 워크벤치는 프로그래밍을 모르는 현장 엔지니어들도 포스프레임에 수집된 데이터를 활용하여 빅데이터 분석을 할 수 있도록 돕습니다. 누구나 쉽게 쓸 수 있도록 구성된 워크벤치를 통해 현장 엔지니어들이 자신의 노하우와 데이터를 결합시켜, 공정 곳곳에 적용할 수 있는 자동화 모델을 개발하고 있습니다. 엔지니어들은 포스프레임이 모으고 정형화한 데이터 덕분에, 본인 담당의 공정뿐만 아니라 전후 공정의 정보도 분석할 수 있어 기존에 해결하기 어려웠던 문제들에도 접근하기 쉬워졌습니다.

포스프레임의 우수한 접근성은 포스코의 스마트팩토리 실현을 앞당겼습니다. 포스프레임을 통해 포스코 전 직원이 인공지능, 빅데이터 전문가처럼 일할 수 있죠. 포스코는 이를 위해 2017년부터 지속적으로 전 직원을 대상으로 스마트 기술 교육을 실시하고 있습니다. 교육을 통해 직원들은 자신의 능력을 한 단계씩 발전시켜 나가면서, 데이터 기반의 일하는 환경을 만들고 있습니다.

등대공장 포스코의 스마트제철소, 그 배경과 핵심 엔진을 소개해드렸는데요. 그럼, 진짜 스마트팩토리가 어떻게 움직이는지 보여드릴 차례죠. <[등대공장 특집] ② 스마트제철소, 무엇을 바꿨나? 제대로 밝혀보자 (사례 편)>에서 스마트제철소로 탈바꿈 중인 포스코의 모습을 공정 별로 하나하나 만나보시죠.

스마트제철소로의 도약은 포스코의 곳곳을 어떻게 진화시키고 있을까요? 손에 잡히지 않고 눈에 보이지 않기에 조금은 막연했던 ‘스마트제철소’라는 개념. 정확히 제철소를 어떻게 탈바꿈 시키고 있는지, 포스코 뉴스룸이 각 공정별로 소개해드립니다.

l 스마트제철소, 이렇게 달라졌습니다

앞서 설명드린 대로, 스마트제철소의 주요 골자는 이렇습니다. △포스프레임을 이용해 전 공장의 데이터를 수집하고, 정형화한다. △포스프레임이 사물인터넷, 빅데이터, 인공지능 등 신기술을 이용해 데이터를 스스로 학습하여 최적의 공정 조건을 내놓고, 공장을 제어한다.

그렇게 되면 작업자들은 경험에 의존하는 의사 결정을 최소화하고, 휴먼 에러를 방지할 수 있습니다. 객관적이고 정확한 데이터가 그동안 인간이 미처 발견하지 못했던 문제 해결 방법을 도출해낼 수 있고요. 잠깐! 그럼 이제 사람이 할 일이 없어지는 거 아니냐고요? 섣부른 오해입니다. 작업자들은 단순 반복 업무는 기계에게 맡기고, 그간 쌓아온 제철 노하우를 이용해 99%의 완성도에서 1%의 부족함을 채우는 고도화 업무에 더욱 몰입할 수 있습니다. 그리고 그 결과물을 다시 포스프레임에 입력하고요. 기술과 인간의 궁극의 시너지를 도모할 수 있는 거죠.

그럼 스마트팩토리를 적용한 각 공정, 어떻게 달라졌는지 본격적으로 살펴보겠습니다.

[수주공정] 수작업하던 ‘소Lot’ 주문, AI가 예측하고 판단하자 소요시간 12시간에서 1시간으로

제철소 생산 계획을 담당하는 수주공정그룹. 그들의 시간을 가장 많이 뺏는 일 중 하나는, ‘소Lot’ 주문을 처리하는 것입니다. 소Lot란 강종별로 제철소에서 요구하는 최소 주문량에 미달되어 생산상 제약을 받는 주문을 말하는데요.

기존에는 주문이 오면, 주문 조건을 파악하고, 이를 ‘소Lot 기준’과 비교해서, 이 주문과 함께 작업할 수 있는 다른 주문이 있는지 일일이 확인했습니다. 기준은 직원이 수작업으로 만들어 두고 반기마다 갱신해주고요. 최악의 경우에는 너무 많은 주문 속에 소Lot 주문이 묻혀버리는 경우도 생겼습니다. 판매담당자나 수주담당자가 모든 주문을 일일이 확인해서 소Lot인지 아닌지도 걸러내야 했죠. 급한 주문인데 계속 소Lot로 분류되어 출강이 어려울 때는 어쩔 수 없이 다른 주문들에 합류할 수 있도록 주문 조건을 변경해야 하는데요. 여기에도 거의 6시간 이상 소요됩니다. 소Lot 처리에 드는 평균시간은 자그마치 12시간입니다.

이제는 인공지능이 자동으로 주문의 소Lot 여부를 판단해줍니다. 그간의 데이터를 분석해, 소Lot 주문에 영향을 주는 인자 12개를 도출해내고, 인공지능이 스스로 주문을 판단할 수 있도록 학습시켰죠. 그 정확도는 97%에 이른다고 하네요. 또한 소Lot 주문이 다른 주문들과 함께 원가 낭비 없이 최적으로 제작될 수 있도록 설계 사이즈를 예측하는 것도 정확도가 99.99%입니다. 이제는 시간이 얼마나 걸릴까요? 단 1시간입니다.

[제선] 국가핵심기술! 스마트고로, 육안으로 확인하던 것이 데이터가 되어 자동으로

용광로의 통기성, 연소성, 용선 온도, 출선량… 이 모든 걸 어떻게 예측하고 관리할 수 있을까요? 과거에는 작업자가 일일이 쇳물의 온도를 2시간마다 체크하고, 연원료를 샘플링해 상태를 확인하는 등 모든 게 수작업이었습니다. 이제는, 인공지능이 스스로 확인하고 상태를 제어까지 합니다!

포항제철소 제선부는 이를 위해 우선 용광로 상태를 결정짓는 변수를 정의하고, 서로 다른 정보들의 모양을 하나로 통일시켰습니다. 전문용어로 ‘데이터를 정형화했다’고 하죠. 작업자들의 경험에 따라 다르게 관리해오던 지표들을 하나로 정리해, 스마트팩토리 기술로 수작업들을 자동화했습니다. 이제 쇳물의 온도는 사물인터넷이 데이터화하고, 고화질 카메라가 연원료의 상태를 알아서 확인합니다.

2017년부터는 본격적으로 제동제어 시스템을 구축했는데요. 딥러닝을 이용해 인공지능이 데이터를 학습하여 예측하고 관리할 수 있도록 만들었습니다. 단순히 현재의 필요 작업을 자동으로 해주는 단계를 넘어, 앞으로의 변수를 예측하고 제어해 최적의 결괏값을 도출해내는 겁니다. 오늘 노황이 좋다고 해서 끝이 아니라는 거죠. 내일의 노황도 최적의 상태가 되도록 ‘스마트고로’는 스스로 제어합니다. 이 기술이 최초로 적용된 포항 2고로가 하루에 만들어내는 쇳물의 양은 240톤 늘었습니다. 스마트고로 기술은 올해 7월, 우리나라의 국가핵심기술로 지정되기도 했답니다.

[제강] 대한민국에 KTX가 있다면, 포스코 제강에는 PTX(Posco sTeelmaking eXpress)가!

제강은 약 1,650℃의 고온에서 작업이 이루어지기 때문에 실시간으로 온도 측정이 어렵고, 성분 제어도 복잡해 작업자의 경험과 노하우가 중요했습니다. 즉, 작업자에 따라 미세하게나마 편차가 발생할 수밖에 없었죠. 연속 공정 중간에 이상이 발생하면, 앞뒤 공정 모두를 멈추고 점검이 필요하기도 했습니다.

포항제철소 2제강공장은 전로부터 연주까지의 타이밍과 온도, 성분을 제어하는 통합 제어 시스템을 개발했습니다. 생산 제품별로 대표적 경우의 수를 산출해보니 12만 5,000개의 공정이 나왔는데요. 이를 모두 디지털화 및 정형화하고, 2018년 7월 PTX 시스템 개발을 완료했죠. PTX 시스템을 이용하면, 전로부터 연주까지 멈춤과 지연 없이 연속 공정이 가능해집니다. 주요 공정별로 도착 시간과 온도, 성분을 실시간 확인할 수 있죠. 마치 KTX가 정확히 매 역에 도착하고 승객을 태우는 것처럼요. PTX는 용선의 온도와 성분, 원료가 달라도 조건에 맞게 인공지능이 학습하도록 설계되어 있습니다. PTX 도입 전 제강부의 온도 적중률은 80% 수준이었지만, 이제는 90% 이상입니다. 원료 사용량도 60%나 줄었습니다.

[연주] 표면품질, 더 빨리 한 번에 예측하고 연간 6억 원 절감

품질 관리는 매우 중요한 과제 중 하나입니다. 하지만 셀 수 없이 많은 소재들을 매일같이 모두 검사할 수는 없었죠. 때문에 포스코는 함께 출강된 소재들 중, ‘대표소재’를 선정해 그 소재만 의무적으로 100% 표면검사를 했습니다. 그리고 그 대표소재에서 이상이 감지되면 해당 소재와 같이 출강된 다른 소재들을 모두 회수하여 검사했죠. 포항제철소 2, 4연주공장은 연간 34만 톤의 대표 소재를 검사했는데, 실제 결함은 단 3만 톤에 그쳤습니다.

이 낭비를 없애기 위해 인공지능을 적용시켰습니다. 제강, 연주의 방대한 데이터를 수합해 인공지능이 학습할 수 있도록 하고, 품질 이상에 대한 기준을 만들어 결함을 예측할 수 있는 모델을 구축했습니다. 2018년 3월부터 시스템을 적용한 결과, 이제는 시스템이 결함 있는 소재만 선별해주기 때문에 불필요한 검사를 할 필요가 없어졌습니다. 더욱이 결함의 발생 이유까지 알려주죠. 이는 연간 약 6억 원 이상의 원가절감 효과를 가져다줄 것으로 기대됩니다.

[압연] 후판 평탄도, 상관관계 분석해서 스스로 제어

후판 제품은 슬라브를 1차로 가열해, 두 번의 압연을 거칩니다. 그 후 고객 요구에 따라 TMCP(Thermo-Mechanical Control Process)라는 가속냉각 처리를 하게 되는데요. TMCP는 강판에 고속의 물을 분사해서 일정 온도까지 급속 냉각시켜 강도를 향상시키고 용접성을 좋게 하는 방법입니다. 특수 설비가 필요하고, 물을 분사하는 기술이 고난도이기 때문에 정확히 제어하지 않으면 평탄도 불량률(표면이 평탄하지 않은 제품 비율)이 높아지는 공정입니다.

과거에는 후판재의 평탄도를 TMCP 처리 후 뜨거울 때 한 번(열간평탄도), 이후 전단 과정에서 차가울 때 한 번(냉간평탄도), 총 두 번 수작업으로 분석했습니다. 당연히 시간이 오래 걸리는 작업이었죠. 열간평탄도와 냉간평탄도의 상관관계를 매번 분석하다 보니 과부하가 걸리고, 그 결과를 작업자가 하나하나 입력하면서 TMCP를 제어하는 것이 쉽지 않았습니다.

광양제철소 후판공장은 열간평탄도의 인자와 냉간평탄도의 인자를 데이터화하고 빅데이터로 분석해, 학습 모델을 만들었습니다. 어떤 조건일 때 최적의 평탄 품질이 나오는지 말이죠. 이제 작업자는 인공지능이 산출해 낸 최적의 작업조건값을 모니터링하고 공정에 이상이 없는지 확인하면 됩니다. 과거처럼 제품마다 하나하나 제어값을 입력하지 않아도 되죠. 원가절감은요? TMCP 공정을 거친 제품의 교정률이 50% 저감됐습니다. 이는 1년에 약 13억 원을 절약할 수 있는 양입니다.

[도금] 인공지능 초정밀 도금 제어 기술도 국가핵심기술로!

CGL은 Continuous Galvanizing Line의 약자로, 냉간압연된 코일을 연속으로 열처리하고, 용융아연 욕조(Zinc Pot)에 담가 아연으로 도금한 아연도금강판을 생산하는 공정입니다. 포스코의 ‘기가스틸’도 이 CGL을 통해 탄생하죠. 욕조에서 꺼낸 후 강판 표면에 응고되기 전의 아연을 Air knife가 미세하게 깎아내어 도금량을 제어하는데요. 강판 사용 목적에 따라 목표 도금량이 다양하고, Air knife를 거치고 아연이 응고된 후에나 도금량을 측정할 수 있기 때문에 실시간으로 제어성능을 확보하는 것이 어려웠습니다.

이를 해결하기 위해 개발된 포스코의 인공지능 초정밀 도금 제어 기술은, 딥러닝을 이용해 제품의 강종, 두께, 폭, 조업조건과 목표도금량을 스스로 학습해 정확히 제어합니다. 기존에는 89% 수준의 도금량 제어 적중률이 이제는 99% 이상을 웃돌고 있죠. 이 기술은 포항, 광양제철소 모든 도금공장에 적용 완료되었고, 역시 우리나라 ‘국가핵심기술’로 등재되어 있습니다.

l 안전도 진보하는 스마트 제철소

정말 스마트한 제철소는 작업자의 안전과 환경까지 책임지는 작업장입니다. 포스코는 이 부분도 놓치지 않았습니다. 포스코는 스마트CCTV를 개발하여 사용하고 있는데요. 포스코가 개발한 스마트CCTV는 녹화만 하는 일반 CCTV와 달리, 제철소 현장의 특정 문자, 형상, 움직임 등을 자동으로 감지합니다. 그리고 수집한 정보에서 이상이 감지되면 관리자에게 알려주는 지능형 CCTV죠. 기존 CCTV가 갖고 있는 문자인식, 형상인식 등 해석 기술에 포스코의 철강 도메인인 조업상황, 설비형상 등을 결합시켜 제철소에 최적화된 CCTV로 발전시켰습니다. 포스코는 작년부터 광양 3도금, 2제강, 1코크스, 포항 2후판 공장에 스마트CCTV를 적용하기 시작했는데요.

스마트CCTV를 활용하면 작업자가 일일이 육안으로 확인해야 했던 조업, 품질, 안전 정보를 시스템이 영상으로 자동 인식하고 분석해 알려주기 때문에 작업 대기시간을 대폭 줄일 수 있고 품질 향상에도 효과적입니다. 예를 들면 제강공장에서는 전로의 용강 온도를 열화상 카메라가 사람 대신 측정할 수 있죠. 도금부에서는 육안으로는 쉽게 구분하기 어려운 Coil 제품 끝 단면의 미묘한 색상 차이를 CCTV로 확인해 품질 불량에 대해 조기 대응이 가능합니다.

더불어 열화상 등 다중 영상 장치로 화재 위험을 사전에 감지해 예방할 수도 있습니다. 제철소 전반에 걸쳐 설비, 품질, 물류, 안전 분야에서 스마트CCTV가 사람보다 더 빨리, 정확하게 정보를 수집하고 문제점을 잡아낼 수 있게 됩니다.

포스코의 스마트과제를 통한 스마트제철소 구축은 지금도 현재 진행형입니다. 기존 기술로는 해결하기 어려웠던 고질적 문제를 풀어나가고, 미래에는 설비 상태가 예지되고 자동으로 제어되어 생산과 품질, 안전 모두가 확보되는 스마트제철소의 완성을 꿈꾸고 있습니다.

그리고 등대공장으로써, 우리나라 제조업의 길을 비추기 위한 노력도 아끼지 않고 있는데요. 등대공장 특집 마지막 편 <[등대공장 특집] ③ 포스코와 함께 중소기업도 스마트해집니다>에서는, 포스코의 스마트팩토리 기술로 중소기업과의 상생을 도모하는 ‘스마트팩토리 지원사업’의 현장을 찾아 떠나봅니다.

포스코가 포항제철소에 스마트제철소의 컨트롤 타워 역할을 할 ‘포항 스마트 데이터센터’를 가동해 공장 스마트화에 한 발 더 다가섰다.

포스코는 23일 포항제철소에서 오인환 포스코 사장을 비롯해 이대우 노경협의회 대표, 유성 기술투자본부장, 오형수 포항제철소장, 최두환 포스코ICT 사장 등 관계자 50여명이 참석한 가운데 ‘포항 스마트 데이터센터(이하 스마트 데이터센터)’ 준공식을 가졌다.

‘스마트 데이터센터’는 본사 전산실과 포항제철소 내 32개 공장에 설치된 사물인터넷(IoT) 센서를 통해 얻어진 빅데이터를 실시간으로 수집·저장하는 곳으로 포스코가 추진하는 스마트 팩토리 사업의 컨트롤타워 역할을 하는 핵심 인프라다.

오인환 포스코 사장은 준공 기념식에서 “포스코의 스마트 팩토리는 인공지능 기술을 적용해 최적의 생산 환경을 만들어 내는 것으로 이번에 준공된 스마트 데이터센터는 각종 데이터를 빠르고 안정적으로 처리해 포스코의 제조 경쟁력을 더욱 향상시켜 줄 것으로 기대된다”고 밝혔다.

‘포항 스마트 데이터센터’ 준공을 기념해 테이프 커팅식을 하는 모습. 왼쪽부터 조일현 투자엔지니어링실장, 최두환 포스코ICT사장, 이대우 노경협의회 대표, 오인환 포스코 사장, 유성 기술투자본부장, 오형수 포항제철소장, 정덕균 정보기획실장

‘스마트 데이터센터’에 모아진 공장의 각종 정보들은 소프트웨어인 포스프레임(PosFrame, 포스코 고유의 스마트팩토리 플랫폼)에 축적되고 이를 통해 분석하고 예측한 정보를 바탕으로 포스코는 현장에서 최적의 생산 환경을 구축하게 된다.

총 1년 3개월간의 공사기간을 거쳐 완공된 ‘스마트 데이터 센터’는 총 2550㎡(772평) 부지에 3층 규모로 지어졌으며 외관은 데이터센터 이미지에 맞게 ‘QR 코드’로 형상화했다.

‘QR 코드’를 형상화한 스마트 데이터센터는 모아진 공장의 각종 정보들을 소프트웨어인 포스프레임(PosFrame)에 축적하고 이를 통해 분석하고 예측한 정보를 바탕으로 포스코는 현장에서 최적의 생산 환경을 구축한다.

1층에는 전기실, 비상발전기실, 공조 기계실 등 기반설비가 설치되었으며 2층과 3층은 서버, 스토리지, 네트워크장치 등 최신 IT 설비와 관제시설이 들어섰다.

건축물에는 포항제철소의 월드프리미엄(WP) 제품이 적극 사용됐다. ‘녹슬지 않는 철’로 유명한 포스맥을 비롯해 고강도 강관파일, 성능 향상형 합성골조 등이 적용됐다.

‘스마트 데이터센터’는 연중 24시간 운영되며 지진, 화재 등 각종 재난으로부터 IT장치를 보호하기 위해서 규모 8.0 이상 지진에도 끄떡없는 면진설비*를 갖췄다. 또한 첨단 소화설비도 설치해 화재 시 초기에 신속하게 진화할 수 있도록 했다.

건물 외벽에는 포항산업과학연구원(RIST)에서 연구개발한 컬러 건물일체형 태양광발전 (BIPV ; Building Integrated Photovoltic) 설비를 적용했고 냉방설비도 외부 기온에 따라 연동돼 에너지절감 효과를 높였다.

포스코는 이번 준공을 토대로 스마트 팩토리 사업 구현에 박차를 가할 것이며 오는 2019년 10월에는 포항에 이어 광양제철소에서도 스마트 데이터센터를 완공할 예정이다.

* 면진설비 : 지반과 건물 사이에 고무 블록 및 베어링 등 면진장치를 설치해 지반으로부터 전달되는 지진력을 감소시키는 설비

포스코가 스마트 CCTV 인프라를 구축하고 시범 공장을 시작으로 모든 체철소에 확대 적용해 나갈 계획이다.

포스코는 지난 7월 2일 제철소 현장에 특화된 영상분석 기술을 접목해 스마트 CCTV 인프라를 오픈했다. 포스코형 스마트 CCTV를 적용하면 지금까지 작업자가 육안으로 판단하던 조업 모니터링 방식을 시스템을 통한 자동감지 방식으로 획기적으로 개선할 수 있다.

고열∙고위험 작업이 반복되는 제철소에는 조업 현장을 원격으로 모니터링할 수 있는 시스템이 필수다. 하지만 설치되어 있는 CCTV의 90%가 저화질의 아날로그 방식인데다 분진이나 진동이 잦은 조업 환경에서는 인식률이 더 떨어질 수밖에 없다. 또한 한 명의 작업자가 동시에 50여 개의 CCTV 화면을 동시에 확인해야 하기 때문에 정밀 모니터링에도 한계가 있었다.

이런 문제를 해결하기 위해 포스코는 포스프레임(PosFrame, 포스코 고유의 스마트팩토리 플랫폼) 기반의 스마트 CCTV 인프라를 구축하고, 포항 및 광양의 3개 시범 공장을 대상으로 기존 아날로그 CCTV의 스마트화 및 신규 고화질 CCTV 설치 작업을 완료했다. 광양 3도금공장과 포항 2후판공장에는 기존 아날로그 CCTV의 화질을 개선하고 디지털 변환이 가능하도록 해 영상 저장 및 인식을 통한 사후 분석이 가능하게 됐다. 광양 2제강공장에는 고화질의 스마트 CCTV를 신규로 설치하고 영상인식 기술 테스트와 현장 적용 검증을 마쳤다.

포스코형 스마트 CCTV의 핵심은 문자, 형상, 모션, 열/화상, 구역을 인식하는 상용영상 해석기술에 설비, 재료, 조업 등의 제철소 맞춤 정보를 학습시킨 데 있다. 이에 따라 설비 번호를 영상에서 자동으로 인식하고 추적해 설비 효율화를 높이거나 전수 품질 검사도 가능하다. 또한 열화상 등 다중 영상장치로 화재 위험을 사전에 감지해 예방할 수도 있다.

포스코는 스마트 CCTV를 제철소 전 공장으로 확대 적용해 설비 효율화 및 품질을 높이고 안전한 제철소를 만드는데 앞장서는 한편, 딥러닝 알고리즘을 추가로 탑재하고 영상 인식률을 98%까지 높이는 등 스마트 CCTV 인프라를 더욱 고도화 할 계획이다.

포스코가 15일 직원들의 업무를 편하게 도와주기 위한 인공지능 챗봇(ChatBot) 서비스를 오픈했다.

챗봇(ChatBot = Chatting+Robot)은 인공지능 기반 대화형 시스템으로 음성이나 텍스트로 사람과 대화를 나누며 질문에 답하거나 일정등록을 수행하는 채팅 로봇이다.

포스코는 작년 8월 챗봇의 업무 활용성 및 인공지능 기술 검증을 위해 ‘사람찾기AI’ 라는 챗봇 서비스를 시범 오픈 했었다.

당시에는 사람찾기 기능과 자동 전화걸기만 가능했었다. 이번에 도입한 챗봇은 자동 전화걸기뿐 아니라 문자, 메일, 문서 보내기도 가능해 졌으며 사내 공공장소 전화번호도 스스로 학습해 안내할 수 있도록 업그레이드 되었다.

특히, 포스코가 챗봇 표준환경(플랫폼)을 자체적으로 개발해 사용함으로써 스마트팩토리 플랫폼인 포스프레임(PosFrame)과 더불어 인공지능(AI) 기술을 보유한 기업으로, 업무의 스마트化를 주도한다는 평가를 받았다.

▲ 업무별 필요 챗봇을 담당자가 직접 구축, 운영할 수 있는 표준 개발환경 및 관리도구 제공한다.

포스코가 자체 개발한 챗봇 플랫폼은 직원들이 업무용 챗봇을 스스로 만들 수 있도록 설계 되었다. 담당자가 챗봇을 학습 시킬 수 있도록 관리도구를 제공해 본인이 직접 운영, 관리 하기 때문에 자신의 업무 지식을 챗봇에 축적시켜 스스로 학습하도록 유도하며 신규 시나리오를 추가로 개발할 수 있게 됐다.

또한 사내에서 발생하는 단순,반복 문의를 챗봇에 학습시키면 담당 직원들의 업무가 경감될 뿐 아니라 담당 직원들의 부재 시에도 24시간 내 빠른 답변을 받을 수 있어 업무 효율성을 높이는데 도움이 될 것으로 기대된다.

한편, 하반기에는 직원들의 PC관련 불편사항을 쉽고 빠르게 처리해주는 IT Help챗봇을 추가로 선보일 예정이며, 직원들의 의견을 수렴해 지속적으로 챗봇 서비스를 확대해 나갈 예정이라고 밝혔다.

포스프레임은 철강제품 생산과정에서 발생되는 대량의 데이터를 수집·정렬·저장하고 이를 고급 데이터분석기술, 인공지능(AI) 등 스마트기술을 적용하여 품질 예측, 설비고장 예지모델을 만들어 철강 고유의 경쟁력을 높일 수 있는 포스코 고유의 스마트팩토리 플랫폼이다.

▲ 사진설명 : 포스프레임(PosFrame)을 스마트인더스트리로 응용확장하는 과정

포스코는 그동안 열연 공정에 한해 포스프레임을 적용했으나 지난 4월부터 열연공정과 연계된 제강, 연주, 냉연, 스테인리스(STS) 냉연 등 전·후 공정을 모두 관통하는 포스프레임을 구축해 스마트인더스트리 구현에 앞장서고 있다.

제철공정에서 스마트팩토리가 구현되면 인공지능 기술과 사물인터넷(IoT) 센서를 통해 실시간으로 미세한 문제를 찾아내어 공정을 개선하고 품질과 생산성향상을 꾀할 수 있다.

과거 해결이 어려웠던 고질적 품질 문제도 포스프레임 기반 전·후 공정간의 연계 분석을 통해 근본원인 분석과 해결이 기대되며, 생산성 극대화도 기대된다. 이로 인해 설비효율이 높아지고 제조원가는 크게 낮추면서 수요에 부합하는 다품종 맞춤 생산이 가능해진다.

또한 철강 외 분야에서는 포스프레임을 스마트팩토리, 스마트빌딩 & 시티, 스마트에너지, 스마트매니지먼트에 확장 적용 함으로써 사업분야를 늘려나갈 계획이다.

▲ 사진설명 : 스마트팩토리가 구현되었을 때를 가상한 모습으로 설비 가동상태 및 데이터 흐름을 실시간으로 점검할 수 있다.

포항 EIC기술부 SmartFactoryTF팀 서명교 팀장은 “제조업으로서는 생소한 분야일 수도 있겠지만 기존 제조업에 IoT, 빅데이터, 인공지능 등 새로운 스마트 기술을 통해 포스코의 경쟁력을 향상시킬 수 있다”고 말하며 향후 다양한 시도를 통해 스마트인더스트리로의 변신을 예고했다.

한편, 포스프레임을 이용하는 “스마트기술 경진대회” 개최를 통해 스마트 기술에 대한 현장 엔지니어의 관심을 높이고, 고급 데이터 분석 역량을 한 단계 끌어올리겠다는 전략이다. 이를 통해 육성된 스마트 기술 엔지니어가 고성과 과제를 직접 발굴하고 자력으로 수행하는데 박차를 가하고 있다.