독일의 교육과학부는 자국의 중소기업들이 점차 경쟁력을 잃어가고 있는 현상을 극복하고, 미국의 첨단제조업 부흥에 대응함과 동시에 부상하는 중국의 제조기술력을 따돌릴 수 있는 획기적인 산업생산시스템을 강구하고자 노력했다. 이 결과 ‘산업4.0(Inderstrie 4.0)’이란 새로운 개념을 만들어 냈고, 독일은 이를 국가산업전략으로 채택했다.

‘산업 4.0’ 개념은 산업설비의 디지털 공장과 현장의 자동화 공장이 모든 조업데이터를 공유하고 최적 조업조건을 사이버 상에서 예측해 내는 사이버-물리 연동 시스템을 유연한 생산 시스템의 해법으로 삼는다.

이 새로운 개념의 스마트 공장 시스템은 많은 전문가들의 주목을 받았고 2016년 다보스 포럼에서는 제4차 산업혁명의 모델로 다뤄졌다. 세계경제포럼 의장인 클라우스 슈밥(Klaus Schwab)은 독일식 ‘산업 4.0’ 모델에 인공지능과 유전공학이 결합되면 산업의 기틀이 전혀 다른 형태로 바뀌어 제4차 산업혁명이 촉발된다고 주장했다.

이와는 별도로 미국의 제너럴 일렉트릭(GE)은 그들이 생산하는 산업설비 속에 센서들을 장착하여 설비의 가동 상태를 실시간으로 모니터링하고 설비를 관리해주는 산업인터넷 기술을 개발하여 고객에게 설비관리 서비스를 제공하기 시작했다. 이는 제조업이 설비를 만들어 내는데 그치지 않고 고객의 설비 가동상태를 해석해 주는 서비스를 겸하게 되었다는 점에서 제조업의 대변신이라고 할 수 있다.

GE가 보여준 산업인터넷 기술과 독일이 추구하는 사이버-물리 시스템을 채택한 스마트 공장 개념이 미래를 기약하는 제조업의 혁신적 사례로 평가되면서 각국 정부는 이를 미래산업기술전략의 모델로 삼고 있다.

제품의 수요변동에 따라서 설비가 자동으로 설정되는 기술은 이미 첨단제조공장에선 흔한 일이지만 대부분 같은 제품을 대량으로 생산하는데 초점이 맞춰져 있다. 하지만 상품의 주문단위가 소량으로 바뀌면 생산 설비의 설정 조건이나 부품의 교체가 빈번하게 발생하고 심지어 원료 조건도 다양해 진다. 이로 인해 생산원가가 상승하고 생산성이 하락하는 문제를 수반한다.

또 단위 공정만 소량 주문생산 체제로 바뀐다고 문제가 해결되지 않는다. 주문에서부터 원료 수급, 각 단계 별 생산설비 조정, 공장내 물류, 공급망에 이르기까지 모든 단계가 소량 다품종 생산에 맞게 유연생산체제로 바뀌어야 한다. 원료나 부자재 공급부터, 생산 일정, 생산 공장, 설비 정비, 물류에 이르기까지 서로 데이터를 공유하면서 실시간으로 최적 생산조건을 찾아내고 결함 발생을 최소화해야 한다.

고객 별로 다양한 옵션을 부가한 맞춤형 제품을 소량이라도 공급해 주는 방향으로 시장이 바뀌면서 모든 산업계가 유연한 생산시스템을 갖춘 스마트 공장을 채택해야만 하는 혁신과제를 안게 된 것이다.

기간산업으로 분류되는 철강업은 전통적 제조방식을 따를 것이라고 생각하기 쉽다. 하지만 철강제조공정은 고열 작업이 많고 고속·고압 생산 조건에서 연속으로 제품을 생산하는 설비들로 가득 차 있어 일찍부터 자동 조업 방식을 적용해 왔고, 근접 작업에 위험이 따를 수 있는 작업자들은 중앙운전제어실에서 설비가동상황을 감시하는 일을 맡아왔다.

조업방식의 자동화에 머물지 않고 포스코에서는 전체 제철 공정을 21세기형 스마트 공장으로 바꾸는 작업을 이미 시작해, 설비, 품질, 에너지, 안전관리 등 모든 분야를 스마트 공장으로 바꾸는 프로젝트를 2017년까지 완성할 계획이라고 한다.

포스코가 추구하는 미래형 제철공정인 스마트팩토리(Smart Factory)는 공장 설비에 설치된 사물인터넷(IoT; Internet of Things) 센서를 통해 데이터를 실시간 수집하고, 이를 기반으로 목적에 맞게 스스로 가동하는 공장을 말한다. 수집된 데이터는 설비 상태를 실시간 진단·예측하는데 활용하여, 안정적인 조업환경을 유지하고 설비 수명도 연장할 수 있다.

포스코 스마트팩토리가 실현되면, 설비관리 부문에서는 설비의 가동상태를 실시간으로 점검할 수 있도록 스마트 센서를 통해 통합센터에서 센서정보 및 점검, 수리, 고장 등 설비 이력정보를 분석할 수 있고, 고장시점을 예측하여 사전에 조치를 취함으로써 설비수명을 연장시키는 효과가 있다. 작업자들은 웨어러블 장비를 착용하여 도면정보를 전달 받아 설비의 분해 조립 절차를 수행하므로 완벽한 정비가 가능하다.

생산관리 부문에서는 전문가 경험에 의존한 생산방식에서 벗어나 품질, 에너지, 환경 등 현장 상황을 종합 분석하는 무인 지능시스템으로 생산량을 자동으로 결정하고 설비-소재-품질 데이터를 통합분석하여 최적의 운전 패턴을 도출하므로 소단위 작업에서도 생산효율성을 높이고 품질을 향상시킬 수 있다.

품질관리 부문에서는 모든 생산공정을 영상 모니터링하여 실시간 품질관리가 가능하다. 중단이 불가능한 연속 공정이므로 품질에 영향을 주는 설비 소음 발생, 진동, 온도 등의 요소들을 실시간으로 수집/분석함으로써 불량 발생 가능성을 미리 예측하고 후 공정의 작업조건에 반영함으로써 품질 불량을 방지한다.

물류관리 부문에서는 선박으로 수입되는 원료 및 부원료를 하역하는 작업부터 생산공장 내부에서 소재와 제품을 운반하고 보관하는 전 과정을 무인 자동화해 물류관리의 효율성을 높이고 원가절감 등 생산성 향상을 도모할 수 있다.뿐만 아니라 공장에서 출고되는 제품들이 유통기지 및 고객사 창고에 도달할 때까지 입·출고 관리 및 모든 정보를 실시간으로 모니터링 할 수 있도록 제품 자동인식 시스템을 구축했다.

환경/에너지 부문에서는 공장에서 발생하는 분진, 황/질소화합물 등 유해물질을 하이-플라스마 공법으로 완전 제거해 친환경 공장을 구현하고 있다.. 또한 공장 /공정별로 에너지 소비량을 조업패턴에 따라 실시간으로 분석해서 최적의 에너지 사용 패턴을 적용하고자 한다.

안전관리 부문에서는 위험지역에 접근하는 작업자를 자동으로 인식하고 미리 경고하여 사고를 예방하고, 설비에 부착된 센서나 CCTV영상을 통해 화재, 폭발, 가스 등 위험 상황을 실시간으로 파악하여 긴급대응하는 시스템을 구축했다.

설비엔지니어링 부문에서는 단위공장 별 디지털 가상공장을 만들어서 설비 신/증설 및 생산조건 변경사항에 대해서 실제 공장처럼 설비개조 및 조업변경을 미리 시뮬레이션 해 볼 수 있다. 신규 설비의 성능, 장애 요인, 유지보수상 문제점들을 사전에 발견하여 수정함으로써 최적설계를 구현하고 비용 및 시간을 절감한다. 또한 가상공장에서 다양한 시험조업을 시도할 수 있어 실제 공장에 적용 가능한 최적생산조건도 발굴해 낼 수 있다.

포스코가 추구하는 스마트팩토리는 사물인터넷, 빅데이터, 컴퓨터 시뮬레이션, 첨단로봇, 증강현실, 사이버 보안, 생산과 경영관리 시스템 통합 그리고 인공지능기술이 가미된 최첨단 21세기형 공장 모델이다. 전 세계 철강업계는 물론이고 타 산업의 스마트공장화에도 모범이 될 수 있는 사례이다. 첨단 스마트 공장으로 변신한 포스코는 새로운 가치를 제공하는 신철강제품도 손쉽게 생산할 수 있는 기반을 갖추게 되어 21세기에도 미래문명을 개척해 나가는 산업선도자 역할을 다 할 것으로 기대된다.

* 포스코리포트는 해당 분야 전문가 필진이 직접 작성한 것으로, 포스코의 입장이나 전략을 담고 있지 않습니다.

 

 

혹시 사물인터넷(IoT-Internet of Things)에 대해 들어보셨나요? 이는 인터넷을 기반으로 모든 사물을 연결해 사물과 사물, 사물과 사람이 상호 소통하는 기술로, 미래의 산업 혁신을 이끌 주인공으로 주목받고 있는 존재인데요.

포스코는 이러한 사물인터넷을 일터에 적극 적용해 더욱 편리하고 안전한 작업 환경을 조성하고자 노력하고 있습니다. 그럼 사물인터넷의 의미와 용도, 그리고 포스코의 ‘스마트 세이프티(Smart Safety)’ 활동에 대해 함께 알아볼까요?

앞서 말씀드렸듯, 사물인터넷이란 사물에 센서를 부착해 인터넷으로 정보를 주고받는 기술인데요. 인간의 개입이나 조작 없이도, 사물끼리도 자율적이고 지능적으로 소통할 수 있는 점이 핵심입니다.

센서가 내장된 열쇠를 주머니에 넣은 상태에서 자동차에 접근하면 열쇠와 자동차가 정보를 주고받아 자동으로 문이 열리는 스마트카 기능, 하이패스 단말기를 장착한 자동차가 고속도로 톨게이트를 지날 때 자동차와 톨게이트의 단말기끼리 통신해 자동으로 통행료가 부과되는 하이패스 등이 단순한 형태의 사물인터넷 기술이랍니다.

사물인터넷이 집안 곳곳에 적용된 스마트홈에서는 집주인의 움직임에 따라 보일러나 전등이 자동으로 켜고 꺼지기도 하고, 가스 밸브가 잠가지기도 하고, 집주인의 취향에 맞는 음악이 스피커에서 흘러나오기도 합니다.

요즘 뜨고 있는 웨어러블 기기에도 사물인터넷이 사용됩니다. 애플워치나 삼성 기어 시리즈, 샤오미 미밴드 등은 기기를 장착한 사용자의 심박수나 혈압 등을 자동으로 체크해 건강을 관리해주죠.

이러한 사물인터넷 관련 기술이 점점 발전하고 사용성이 확대됨에 따라, 포스코 역시 이를 적극 활용하기 위해 노력하고 있는데요. 일터의 안전의식을 높이고, 사고 위험을 줄이기 위해 사물인터넷 기술을 현장에 적극 도입하는 ‘스마트 세이프티(Smart Safety)’ 활동을 시작한 것입니다.

현재 포스코에서 현장의 안전을 도모하기 위해 펼치는 활동들은, 작업자의 안전 의식을 개선하고 주인의식을 고취시키는데 집중되어 있는데요. 이런 활동을 사물인터넷과 결합해 포스코만의 획기적이고 과학적인 솔루션을 수립하고자 하는 시도가 바로 스마트 세이프티입니다.

스마트 세이프티를 적용할 수 있는 사례를 크게 두 가지로 들 수 있는데요. 첫 번째는 제철소 및 공장의 가스 누출 사고를 막기 위한 사물인터넷 활용입니다. 작업장에 위험한 가스가 새면 바로 알 수 있도록 센서를 활용해 공기의 질을 끊임없이 점검하는 것인데요. 이러한 센서를 직원들의 스마트 워치에도 연결해 유해한 가스가 누출되면, 스마트 워치들을 통해 개별적으로 알람이 울리도록 설계할 수 있습니다. 따라서 위험이 감지되는 순간 모든 인원이 빠르게 안전한 곳으로 이동할 수 있도록 말이죠. 나아가 누출된 가스를 분석해 출처를 알아내고, 자동으로 주변부의 밸브를 잠그는 것도 가능하답니다.

두 번째로는 사물인터넷 기술을 접목한 보호구 제작 및 활용이 있는데요. 포스코 직원들이 현장에서 착용하는 안전모 및 조끼에 웨어러블 기기를 설치해, 주변의 위험 환경을 감지 및 경고하도록 하는 것이죠. 또 심박수나 체온 등의 건강 상태를 실시간으로 체크해 쓰러짐이나 추락을 방지하기도 하고, 실외에서 홀로 작업하는 인원의 위치를 GPS를 통해 실시간으로 확인할 수도 있죠.

이렇게 사물인터넷을 활용한 안전보호구가 본격 확대되면, 현장의 직원들이 더욱 안전하고 효율적인 환경에서 일할 수 있을 것으로 기대됩니다.

스마트 세이프티에 대한 인식을 확산시키기 위해, 포스코는 전 직원을 대상으로 스마트 세이프티 아이디어를 공모했습니다. 현업에서 발로 뛰는 직원들의 고민이 담겨있는 이 아이디어들은 활용성·현실성·경제성 등에 대한 심사를 거쳐 스마트 세이프티를 위한 ‘시범운영 공장(model plant)’에 적용될 예정인데요.

지역기반 네트워크로 공장 내 작업자들을 모니터링 하자는 아이디어부터 드론을 활용한 가스 누출 점검, 웨어러블 기기를 활용한 작업자의 건강 체크, 크레인 및 하역 시설 등 대형 이동 장비들에 대한 위험 관리까지, 다양한 아이디어들이 현실 속에서 구체화될 모습이 벌써부터 기대가 됩니다. 3주에 걸친 공모전에는 총 1072건이 접수됐으며, 포스코는 그 중 12건을 우수 아이디어로 최종 선정해 지난 6월 24일 시상했습니다.

 

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오랫동안 철강 산업의 혁신을 이끌어온 포스코는 언제나 최신 기술을 선도적으로 개발해 최고의 제품을 만들어 왔습니다. 이러한 노력은 안전한 일터를 만드는데도 지속적으로 이루어질 예정인데요. 임직원이 안전하고 건강하게 일할 수만 있다면, 포스코는 앞으로 어떠한 투자나 연구 개발에도 앞장설 계획입니다.

우리 삶에 획기적인 변화를 몰고 온 사물인터넷처럼, 첨단 기술을 활용해 철강산업 현장에서도 안전 패러다임의 역사를 새로 쓸 위대한 포스코의 활약을 기대해 주세요!

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사물인터넷과 스마트 세이프티 이야기! 어떠셨나요?

안전한 일터를 만들어가는 포스코의 활동에 많은 응원과 관심 부탁드리며,

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