[LG TECH CONFERENCE 2023]#3 4차 산업혁명의 핵심 ‘스마트팩토리’, 디지털 제조 여정 살펴보기

[힘힘]

[LG TECH CONFERENCE 2023]#3 4차 산업혁명의 핵심 ‘스마트팩토리’, 디지털 제조 여정 살펴보기

2023.04.21 송시용 상무

LG TECH CONFERENCE 2023 현장

기업간 경쟁 심화, 국가간 무역분쟁이나 전쟁, 팬데믹 등 위협 요인들로 인해, 고객 수요 예측이나 부품·제품 공급망이 기존과는 판이 다른 차원으로 불확실, 또 불안정해지고 있습니다. 여기에 가중되는 인건비와 물류비의 압박으로, 기업들은 고객만족과 감동을 제공하기 위한 제조 경쟁력을 확보하기 점점 어려워지는 상황입니다.

이에 기업들은 외부환경 변화로 인한 영향을 최소화하면서도, 고객 요구에 빠르고 유연하게 대응하며 안정적인 수익을 확보하기 위한 ‘사업구조 고도화’의 전략적 수단으로서 제조 영역의 ‘스마트팩토리화(化)’를 추진하고 있습니다. 그 대표 사례로, 지난 3월 열린 ‘LG 테크 콘퍼런스 2023’에서 창원 LG 스마트파크의 디지털 전환(DX) 여정을 조망하며 미래 생산시스템을 살펴보는 시간을 가졌습니다.

1. 공장 자동화∙정보화∙지능화의 집약체 ‘등대공장’

세계 최고 수준의 지능형 자율 공장을 구축한 창원 LG 스마트파크

맥킨지와 세계경제포럼(WEF, World Economy Forum)은 2018년부터 ‘글로벌 등대공장’을 매년 선정하고 있습니다. 등대공장이란 ‘사물인터넷, 클라우드 컴퓨팅 등 4차 산업혁명의 핵심 기술을 활용해 세계 제조업의 미래를 이끄는 공장’을 말합니다. 등대가 불을 비춰 배가 나아갈 길을 안내하는 것처럼 말이죠.

글로벌 등대공장에 선정되기 위해서는 △기존 공장 대비 현저한 경영 성과 향상, △5가지 핵심 디지털 사용 사례(Digital Use Case)에 대한 기술력과 차별성을 검증 받아야 합니다.

등대 공장 선정 과정에 필요한 5가지 핵심 디지털 사용 사례

글로벌 등대공장을 보유한 글로벌 회사는 유니레버 (UAE, 중국), 아람코(사우디), 존슨앤존슨(미국, 아일랜드), 지멘스(중국), 보쉬(중국), BMW(독일) 등이 있습니다. LG전자는 2022년 국내 가전업계 최초로 LG 스마트파크가 ‘등대공장’으로 선정된 데 이어, 2023년 美 테네시 공장도 ‘등대공장’에 선정되었죠.

2. 글로벌 제조혁신 모델, LG 스마트팩토리

LG 스마트파크가 이뤄낸 성과 및 결과

LG 스마트파크는 자동화∙정보화∙지능화로 이어지는 핵심 디지털 사용 사례를 기반으로 전방위적인 제조혁신 활동을 진행해왔습니다. 그 결과 위 이미지와 같은 성과를 달성했죠.

LG 스마트파크가 완공되는 2025년에는 고도화된 생산라인을 바탕으로 연간 200~300만대 이상의 냉장고 생산 능력을 확보하게 됩니다. 이는 LG전자가 글로벌 가전업계 1위를 지속하는 밑거름이 되겠지요. 또 스마트팩토리 국제 표준을 준수하는 ‘마더 팩토리(Mother Factory)’로서, 지능형 자율공장을 전 세계로 확산하는 데에 중심 역할을 할 것입니다.

3. 개발부터 생산까지, LG 스마트팩토리의 디지털 여정

앞서 말한 스마트팩토리의 성과는 하루 아침에 완성되는 것이 아닙니다. 제품 개발부터 생산시스템 설계∙검증, 조립∙검사∙물류 영역의 지능형 자동화 구축, 오퍼레이션 단계의 DX 기반 설비 관리까지, 제조 전 영역을 꾸준히 고도화한 여정의 결과물이지요. 지금부터 공장에서 제품이 탄생하는 여정을 따라 상세히 살펴보겠습니다.

Stage1. 제품 개발 단계

① 설계 자동화 – 기존에는 설계자 역량에 따라 소요 시간, 품질이 상이했지만, 지금은 빅데이터와 AI를 활용해 자동 설계·검증 체계를 구축했습니다. 제품 설계부터 최종 검증까지 사람이 발생시키는 오류를 최소화하고 개발 속도를 획기적으로 높였죠.

② AI 기반 제품 성능 예측 – 제품 성능 예측 시, 각 연구원의 경험에 기반해 테스트를 진행하고 개인별로 데이터를 관리했으나, 스마트팩토리에서는 AI 기반의 성능시험 통합관리 시스템으로  최적의 제어값을 산출하고 예측합니다.

Stage2. 생산시스템 설계·검증 단계

디지털 트윈 기술로 최적화된 시스템 설계 및 운영

① 공장 물류 설계·운영 최적화 – 가상 공장 ‘디지털 트윈(Digital twin)’은 현실 세계에 존재하는 사물, 환경, 시스템 등을 가상 공간에 동일하게 모사해, 가상(Virtual) 시뮬레이션 기술을 기반으로 물류 배치안을 검증하고 운영 최적화하는 기술입니다. 실시간으로 스마트팩토리 운영 현황을 모니터링하고 30초마다 공장의 물류 데이터를 분석, 관제 시뮬레이션을 통해 10분 뒤 상황을 사전에 예측하고 먼저 조치할 수 있습니다.

생상 공정에 부품과 자재를 적시 공급하는 모습

② 생산 계획 최적화 – 최적화된 공장 설계·검증 후에는 어떤 제품을 어떤 라인과 설비에서 언제 몇 개를 만들지 의사결정이 필요한데요. 생산계획을 수립할 때 지금까진 사람이 직접 개입했지만, 현재는 자사는 물론 협력사의 생산 능력과 부품 조달 가능 여부를 일괄 점검해 계획을 수립할 수 있는 플랫폼을 구축, 생산이행률과 적기공급률을 높이고 있습니다.

Stage3. 지능형 자동화 구축 단계

로봇을 활용해 자동화를 이룬 생산공정 라인

① 조립 자동화 – 이젠 제품을 만들어내기 위한 설비를 개발하고 구축하는 단계입니다. 기존에는 공정별 전용 설비를 구축해 전문가가 설계부터 설정, 안정화에 직접 개입했습니다. 스마트팩토리는 누구나 쉽게 조립하고 설정할 수 있도록 설비를 표준화하고, 원격 운영할 수 있는 로봇 응용 플랫폼이 개발∙적용되고 있습니다.

② 검사 자동화 – 당연히 고객에겐 품질 검사를 통과한 제품만 인도해야겠지요? 기존의 규칙 기반 검사는 불량을 검출하는 데 일정 한계가 있었고, 알고리즘을 개발하는 데에도 오랜 시간이 걸렸습니다. 스마트팩토리에선 검사 기술에 AI를 접목해 사용자가 쉽게 알고리즘을 학습시키고 검사에 적용할 수 있는 ‘AI 검사 플랫폼’을 사용합니다. 불량 판정의 정확도가 99%에 달하는 자동 검사가 가능해진 거죠.

지능형 관제 시스템으로 물류 자동화를 이룬 공중 물류 시스템

③ 물류 자동화 – 스마트팩토리는 자율주행 로봇과 지능형 관제시스템으로 이송 로봇 완결형 솔루션을 구축해 운영 효율을 극대화합니다. 실제 LG 스마트파크 생산라인에선 로봇 팔이 제품을 조립하고 있습니다. 물류 로봇(AGV: Automated Guided Vehicles)이 부품을 들고 지상과 공중을 이동하는 모습도 볼 수 있습니다. 고공 컨베이어 벨트에는 최대 30kg의 자재가 생산 라인을 넘나드는데요. 로봇들은 5G 통신망을 기반으로 움직이기 때문에 반응이 신속하답니다.

Stage4. 오퍼레이션 단계의 DX 기반 설비 관리

스마트팩토리 자동화가 구축되었다면, 잘 가동되고 있는지 관리가 필요합니다. 기존에는 작업자가 정해진 기간에 설비 관리를 실시하거나 고장이 발생한 이후 대응하는 방식이었습니다. 지금은 실시간 설비 데이터를 활용해 이상징후를 사전에 예지하고 자동 보정하는 수준으로 발전했습니다. 딥러닝 기반 지능화 플랫폼을 통해 엣지 컴퓨팅 환경 기반의 설비 및 품질 이상 예지 시스템이 가능해졌습니다. 사전 알람∙경고로 공정 손실을 최소화할 수 있는 것이죠.

4. ‘집을 짓는 여정’과도 같은 스마트팩토리

성과와 연계되는 솔루션들을 쌓아 올린 스마트팩토리

LG전자 스마트팩토리에 AI, 빅데이터, 지능형 로봇 등 최첨단 기술들이 활발히 접목되고 있는 것은 분명한 사실입니다. 다만 스마트팩토리가 단순히 ‘첨단 기술의 전시장’에 그쳐서는 안 된다는 점을 꼭 전하고 싶습니다.

스마트팩토리는 집을 짓는 과정과 마찬가지로, 생산현장에 대한 기본적인 관리 역량부터 갖춰야 가능합니다. 스마트팩토리 구축을 통해 얻고자 하는 가치를 분명히 정의하고, 실질적인 경영 성과로 연결되는 솔루션들을 단계적으로 단단히 쌓아올려야 합니다. 3살배기 어린 아이에게 크고 멋진 자동차가 무의미하듯, 우리의 역량 수준을 명확히 인지하고 그에 맞는 솔루션들을 적용해야 우리가 스마트팩토리를 통해 얻고자 하는 결과를 보다 빨리 얻을 수 있습니다.

LG전자 생산기술원 생산시스템솔루션담당은 스마트팩토리를 구축하고자 하는 기업에게 운영 효율화 영역에서 엔지니어링 컨설팅 및 디지털 솔루션을 제공하는 조직입니다. 우리 손을 거쳐가는 모든 공장들이 세계 최고 수준의 생산성과 운영 효율성을 확보할 수 있도록 계속 정진하겠습니다.