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협력 위에 펼쳐진 상생의 길, Industrie 4.0
 
4차 산업혁명의 물결, 쓸려갈 것인가 끌고갈 것인가 - 독일편
 
박진아기자 | 2016.07.04 | 2016년 7월호
 
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.세계 제조 강국의 4차 산업혁명 전략과 특징을 살펴보는 특집이 본격적으로 시작됐다.첫 번째 주자는 독일. 독일은 4차 산업혁명을 어떻게 이끌어나가고 있을까? 독일 산업의 최신 현황과 트렌드를 파악할 수 있는 하노버 산업박람회부터 현지 공장 투어까지, MFG가 보고 느낀 독일의 ‘Industrie 4.0’을 생생히 기록해보았다.에디터|박진아 | 독일 현지취재·사진|이상준.
독일이 만들어가는 4차 산업혁명을 찾아서
MFG는 지난 4월 24일부터 30일까지 총 5박 7일 간, 4차 산업혁명의 진원지 독일에 다녀왔다. 목표는 하노버 산업박람회 참관 및 독일 스마트공장 전문기관 및 연구소, 관련 산업 선도기업 시찰. 이곳에서 우리가 주목한 키워드는 ‘스마트공장’, ‘공장 자동화’ 그리고 ‘Industrie 4.0’이다.
 
  방문 도시 : 프랑크푸르트(Frankfurt) - 하노버(Hannover) - 브라운슈바이크(Braunschweig) - 디첸바흐(Dietzenbach)
 
 
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1. 독일, 그 곳은
4차 산업혁명의 진원지, 제조 강국. 독일을 부르는 다양한 수식어들이다. 문득 궁금해진다. 독일의 어떤 점이 이런 별명들을 얻게 했을까? 4차 산업혁명을 이끌어가는 독일의 저력을 파악하기 위해 독일 제조 산업의 특징을 주요 통계 수치들을 통해 간단히 살펴보자.
 
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성장하는 제조업 부가가치
유럽 내 가장 막대한 제조 산업 기반을 가진 독일. 그래서 이 나라 경제를 이끄는 저력은 제조업과 연관 산업에서 나온다. 독일 무역투자진흥청의 페기 괼리츠 (Peggy Gorlitz) 선임 투자컨설팅 매니저는 “제조업은 독일 경제에 중추적인 역할을 한다. 독일 제조 산업과 생산 기반 산업은 독일 경제의 총 부가가치 중 약 30% 이상의 비율을 차지하고 있다”고 밝혔다.
 
 그래서일까. 주춤하던 독일의 GDP가 2014년 폭발적으로 증가했다. 무엇 보다 이 시기가 독일에서 추진한 In dus tr i e 4.0이 세계적으로 급물살을 타고 퍼져나간 시기라는 점은 주목할 만하다. 2016년 현재 독일의 GDP 규모는 미국과 중국, 일본에 이어 세계 4위를 자랑한다.
 
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98% 미텔슈탄트의 저력
독일 제조 산업의 또 다른 특징은 기업체 규모다. 조사를 실시한 총 24만 8,100개의 독일 기업체 중 250명 이하 중소기업의 비율이 약 98%에 달한다. ‘히든챔피언’을 뜻하는 미텔슈탄트(mittelstand)라고도 불리는 이들로 인해 독일 경제가 탄탄하게 성장하고 있다.
 더 놀라운 점은 여기서 74%에 달하는 기업체의 직원 수가 최대 9명 남짓이라는 것. 이러한 소기업을 제외하 고도 직원 수가 채 50명이 안 되는 곳도 나머지 비중의 절반을 넘는다.
 
 
 
 
 
 
 
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높은 R&D 투자로 제조업 선순환
출처 German Institute of Economic Research [ DIW] 2015
독일은 유럽 내에서 R&D 투자 선도국이라 일컬어진다. 제조 산업에서 R&D 투자 비율이 OECD국 평균 수치와 비교 하여 꽤 높은 비중을 차지하기 때문이다. 이를 통해 제조업 에서도 첨단 기술이 많이 개발되고, 이것을 기반으로 만든 제품들은 다시 해외로 널리 수출되는 선순환이 이뤄진다.
 
  R&D 비중이 높아지면 그만큼 첨단 기술이 발전하는 것은 인지상정. 기계제조, 자동차, 전기/전자장비, 화학 산업등 4대 제조 산업을 분류해봤을 때, 이 분야에서 첨단 기술로 인해 창출되는 독일의 부가가치 역시 높은 비중을 차지하고 있다.
 
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꾸준한 기계제조업 매출 증대
출처 VDMA 2015, GTAI Research 2015 (*2015년은 예상치)
이 모든 결과는 결국 꾸준한 기계 제조업 매출 증대로 이어진다. 독일 기계 제조 산업의 연간 매출량을 보면 유럽 전체에 경제적 위기가 있었던 시기를 감안하여도 여전히 꾸준하게 성장하고 있음을 볼 수있다.
 
 
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2. 제조업 표준을 위한 빈틈없는 전략
독일의 업종별 협회, 기업체 그리고 대학과 연구기관 모두가 적극적으로 활동하는 ‘플랫폼 I4.0’과 제조업 표준을 위한 참조모형 ‘RAMI 4.0’에 대해 샅샅이 파헤쳐본다!
 
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개방형 의사소통 시스템, 플랫폼 I4.0
독일 프랑크푸르트에 있는 VDMA 본사 전경과 내부
지난 2013년 첫 총포를 울린 독일의 4차 산업혁명 (Industrie 4.0, 이하 I4.0)은 독일 정부의 주도로 시작되었지만, 오늘날 주도적인 역할은 독일기계공업 협회(이하 VDMA)와 같은 중소기업을 대변하는 산업계 업종별 협회, 기업 그리고 대학과 연구기관이 맡고 있다. 이들은 모두 ‘플랫폼 I4.0(Industrie 4.0Plattform)’을 통해 적극적으로 활동한다. 플랫폼 I4.0이란 독일의 개방형 의사소통 시스템으로, 하나의 표준화된 의사소통과 시스템 인프라 적용을 통해 I4.0 시스템의 통합과 효율적인 구축을 지원 하는 플랫폼이다.
 
 이 플랫폼은 지난 2013년 4월, VDMA를 포함하여 독일전기전자제품제조업 협회(이하 ZVEI), 독일 정보통신기술신매체 협회(이하 BITKOM)가 주축이 되어 구축하였다. 현재는 2015년 11월 기준 250여 명, 100여 개 조직, 7,000개 이상의 기업이 참여 중이다. 이들은 I4.0의 방향과 전략을 수립하는 모든 단계에서 독일정부에 협력하며 많은 조언과 정보를 제공하고 있다. 그러던 중 지난 2015년 4월, 독일의 플랫폼 I4.0은 I4.0의 참조모형을 공개하기에 이른다. 그리고 이것은 다음과 같이 불렸다. 바로 ‘RAMI4.0(Reference Architecture Model Industrie4.0)’이다.
 
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상호호환성을 위한 참조모형 RAMI 4.0
성경의 바벨탑 이야기를 모르는 사람은 없을 것이다. 높고 거대한 탑을 쌓아 하늘에 닿으려 했던 인간들의 오만한 행동에 분노한 신은 본래 하나였던 언어를 여럿으로 분리하는 저주를 내렸다. 서로 언어가 통하지 않자 큰 혼란이 왔고, 결국 바벨탑 건설은 실패하고 말았다. 탑을 세우려 했던 인간들 역시 불신과 오해 속에 전 세계로 뿔뿔이 흩어지게 된다.
 
  짧지만 강렬한 이 일화가 오늘날 I4.0에 주는 교훈은 무엇일까? 흔히 I4.0에서는 서로 다른 시스템 간의 상호호환성을 강조한다. 그런데 사람과 사람도 서로 다른 분야간 협의를 이끌어내고, 서로 이해 가능한 설명을 위해서는 공통된 기준을 통한 상호호 환성이 필요하다. 수많은 학문과 산업 분야가 생겨 날수록 전공이 다른 연구자들은 의사소통에 문제가 생길 수밖에 없고, 같은 주제로 말을 해도 가리키는 용어가 다를 수 있기 때문이다.
 
  이때, 바벨탑 사건과 같이 서로 다른 용어로 인한 혼란과 오해를 줄이고, 타 업종 간의 원활한 의사소 통을 도와주는 도구가 바로 참조모형인 ‘RAMI 4.0’이다. RAMI 4.0은 3개의 요소를 3차원 모델을 통해 동시에 제시하며 I4.0을 구성하는 모든 요소를 포함할 수 있다. 이를 통해 기계, 전자, 로봇 등 다양한 분야의 전문가들이 모여도 서로가 논의하는 대상의 좌표를 3차원 그림 안에서 정확히 규정할 수 있게 된다.
 
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RAMI 4.0의 구성요소
RAMI 4.0에서 가장 왼쪽의 세로축은 수직적으로 통합된 레이어(Layers)다(왼쪽그림). 이 6개의 층을 간단히 살펴보자. ‘Asset’이란 물리적인 실체다. 본래 펌프, 실린더, 축 등이 해당하지만, 넓게는 소프트웨어와 인간도 디지털 세계의 연결을 위한 자산이라고 본다. ‘Integration’은 물리적인 실체와 디지털 세계가 통신하기 위한 것이다. 예를 들어 RFID 태그, QR코드는 물론 HMI 디바이스나 모든 센서 정보들도 포함한다. ‘Communication’은 하나의 자산이 또 다른 자산으로 옮겨갈 때필요한 것으로 OPC-UA, 오픈 코어 인터페이스 등을 들 수 있다. ‘Information’이란 말 그대로 사용되고, 발생하는 모든 데이터를 정보를 가리킨다. ‘Functional’이란 각 자산의 역할을 말한다. ‘Business’는 말 그대로 경영적인 부분으로 주문, 가격, 효용성 등이다.
 
 또 두 개의 가로 단면이 존재한다. 왼쪽에 있는 가로축(가운데그림)은 제품의 생애주기(Product life cycle)를나타낸다. RAMI 4.0은 생산된 제품을 시제품(Type)과 완성품(Instance)으로 구분한다. 주문 부터 기획, 설계, 테스트 등은 시제품 단계다. 제품은 이 단계 안에서 개발(Development)되고, 유지보수(Maintenance) 등을 거쳐 시제품으로써 테스트(Usage)된다. 완성품 단계는 고유의 시리즈 번호를 받고 본격적으로 생산(Production)되는 것을 뜻한다. 다만, 판매 단계에서 고객의 개선 요청을 받으면 유지보수(Maintenance) 되거나 다시 시제품 단계로 돌아갈 수 있다.
 
  축의 가장 오른쪽에 있는 가로축(오른쪽그림)은 제품생산의 자동화 계층(Hierarchy)을 나타낸다. 이는 전통적인 자동화 표준의 패러다임과 비교해봤을 때 ‘제품(Production)’과 ‘네트워크 세계(Connected world)’가 추가되었다는 점이 다르다. ZVEI 포럼에서 RAMI를 주제로 발표한 보쉬렉스로스의 마틴 한켈(Martin Hankel)은 “RAMI의 자동화 계층은 기계와 상호연결하여 생산할 수 있는 제품을 첫 단계로 추가했고, RAMI에서 보여지는 모든 구성요소에 인터넷을 더하는 의미로 마지막 단계에 네트워크 세계를 넣었다”고 설명했다.
 
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RAMI, I4.0의 모든 것을 말하다
“RAMI는 이처럼 I4.0의 환경 안에서 모든 것을 논의할 수 있도록 설계되었다. 따라서 I4.0의 모든 구성요소는 RAMI의 일부다”라고 말하는 VDMA의 크리스티안 모쉬(Christian Mosh) 박사는 I4.0의 모든 구성요소는 또한 현실 세계의 물리적 실체(Physical thing) 와 디지털세계의 관리쉘(Administration Shell)로 나눠진다고 설명한다.
  관리 쉘이란 I4.0 아래 모든 제품과 사물이 서로 연결될 때, 물리적 실체로 대표되는 기계 설비와 관련된 모든 디지털 데이터의 모음을 말한다.
 
  I4.0의 생산 시스템 환경을 예로 들어 살펴보자. 신발을 제조하는 생산설비에서 만들어내는 기존의 신발끈은 빨간색이었다. 그런데 어느날 특정 고객이 파란색 신발끈을 주문한다. 그럼 고객의 주문을 받은 기계는 서로 인터넷을 통해 정보를 주고받으며 주문 변경과 그에 대한 대응 작업을 수행한다. 그럼 ‘파란색 신발끈’을 필요로 하는 특정 주문을 수행 하도록 지정된 기계는 별도의 작업자 지시 없이도 파란색 신발끈을 만들어낸다. 이 같이 기계가 유연 하게 작업에 대응하는 이유는 기계 각각의 내부에 있는 디지털 데이터들, 즉 관리 쉘을 통해 실제로 서로의 상황을 파악하며 의사소통을 하고 있기 때문이다. 따라서 이 같은 관리 쉘이 확장될 수록 즉각적인 소량 생산, 단품 생산에 대한 대응은 물론 특정 기계의 과부하, 고장 징후, 수리, 교체 등에 대한 정보까지도 자동으로 대응할 수 있게 된다.
 
  다만 이 같은 기기와 디지털 데이터의 연결이 쉽지는 않다. 설비·기계 제조 기업, 자동화 기술 및 소프트웨어 업체 간의 치밀한 협력이 전제되야 한다. 그렇다면 요점은 다시 처음으로 돌아간다. 기기들의 유연한 상호호환성을 보이기 위해 필요한 전제, 즉표준이 필요하다. 그래서 RAMI는 기존의 표준과 적용 사례, 국제규격 등을 최대한 활용하여 종합적인 참조모형으로 설계됐다. 기존의 것을 활용함으 로써 새롭게 추가적으로 개발해야할 표준에 대한 문제를 최소화하기 위해서였다. RAMI 4.0을 좀 더 범용적인 참조모형으로 발전시키기 위한 국제 전문가들의 노력과 협력은 지금도 계속되고 있다.
 
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RAMI가 I4.0에 미치는 영향
보쉬렉스로스의 마틴 한켈(Martin Hankel)은 RAMI 4.0을 두고 논의할 때 복합적인 주제라도 쌍방향 간 통일된 이미지를 가질 수 있게 된 점을 강조 한다. “가장 중요한 것은 우리가이 참조모형을 통해 I4.0에 대한 통일된 하나의 이미지를 가질 수 있게 된것이다. 우리는 참조모형을 기준으 로, 다양한 개별 제품은 물론 솔루션까지 I4.0의 주제에 맞춰 분류하고 제시 해볼 수 있다.
 
  같은 기준을 두고 논의할 수 있기 때문에 각각의 제품이 가진 특징이나 장점도 양방향에서 개방적으로 공개할 수 있다. 즉, 매우 다양한 분야의 자동화 기술 들도 이 참조모형 안에 넣어보면, 누구라도 같은 장소에서 같은 주제에 대해 말할 수 있게 되는 것이다.” 훼스토에서 제품 및 애플리케이션 트렌드를 맡은 미쉘 호프마이스터(Michael Hoffmeister) 박사는 RAMI4.0을 통한 장점을 세 가지로 설명한다.
 
  “RAMI 4.0을 통해 수많은 분야에서 요구되는 여러 기준을 최소화할 수 있다. 이는 큰 관점에서 고객에게 보다 원활한 공급을 가능하게 한다. 또 전반적으로 하나의 프로젝트에 대해 다양한 협력부서가 더빠르고, 효율적으로 논의할 수 있으므로 더 양질의 생산을 할 수 있다. 마지막으로 경영자는 참조모형을 통해 생성되는 일관성 있고 통일된 데이터들을 빅데이터화하는 데 있어 더욱 효율적이고 유연하게 작업할 수 있다.”
 
 
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3. 미래 스마트공장의 청사진을 그리다
지난 4월 25일부터 29일까지 개최된 하노버 산업박람회는 ‘통합된 산업의 솔루션을 발견하라!’는 모토를 내걸고 진행됐다.
  이번 행사는 특히 주제에 걸맞게 다양한 분야의 산업체가 한 자리에 모여 기술 및 연구 협력을 통해 Indu strie 4.0에 현실적으로 근접한 솔루션들을 제시했다는 평이다.
 
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완전 자동화된 맞춤형 생산 시스템 – SAP
소프트웨어 솔루션 전문업체 SAP은 기존의 비즈 니스 모델을 I4.0의 업종별 프로그램 컨설팅 영역으로 확장해 나가며 I4.0의 성공 사례 기업 중 하나로 꼽힌다. 특히 이 기업은 중소규모 기계설비 기업의 디지털 전환 사업을 지원한다. 수집한 정보에 근거에 고객 기업의 유통, 제품 개발, 주목 및 서비스에서 실시간으로 정확하게 대응하는 방안을 도출 하는 것이 목적이다.
 
  이번 하노버 산업박람회에서 SAP은 이러한 자사의 솔루션 강점을 극대화하여 자사 포함 약 10개 업체의 협력 컨소시엄으로 구성된 Open Integrated Factory를 구축하고 대대적으로 공개하였다. 이번 박람회에서 시현된 SAP 의 Open Integrated Factory는 완전 자동화된 시스템을 이용해 개인별로 차별화된 열쇠고리를 만드는 제조 환경을 선보였다. 특히 이를 통해 대량생산을 하는 것이 아니라 각각의 제품을 모두 맞춤 생산하는 공정으로 시범 운영이 진행되었다는 점이 주목할 만했다.
 
  SAP의 디지털 엔터프라이즈 플랫폼 PR팀 캐서린본 오스틴(Cathrin von Osten)은 “다양한 고객별로 개별화된 주문에 따라 신속하게 제조할 수 있는 시스템을 갖추고 있다는 것이 핵심이다. 서로 다른 고객들의 주문사항을 OPC UA라 하는 기계 언어로 변환해서 이것을 통해 각 기계에 명령을 주고 제품을 만들어내는 시스템인 것”이라고 강조했다.
 
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다양한 기업 모듈의 Plug&Play 실현 – SmartFactory KL
전기전자, 로봇생산, 기계설비, 소프트웨어와 하드 업체 등 분야도, 전문 기술도 제각각인 업체들의 모듈이 모여 마치 하나의 장비처럼 작동될 수 있을까?
 
  이렇게 다양한 제품들의 상호호환성을 최대로 이끌어내어 유연한 작업이 가능한 환경을 우리는 ‘Plug&Play’라 부른다. 플러그만 꽂으면 바로 작업이 가능하다는 말이다. 꿈 같은 소리같겠지만, 이렇게 다양한 모듈이 공통된 기술 플랫폼으로 연결되어 스마트공장의 실제 생산 과정을 시연하는 모습은 이미 작년부터 하노버산업박람회에서 공개됐다. SmartFactory KL의 이야기다.
  SmartFactory KL은 유럽 최초의 4차 산업혁명 기술 플랫폼으로 다양한 업종과 연구기관이 공동으로 참여하고 있다. 이를 통해 여러 전문 분야의 기업 들이 하나의 기술 플랫폼을 만들고, 그 안에서 다양한 제품을 생산하는 작업을 구현해내는 것이 목적이다.
 
  이번 박람회에서 SmartFactory KL은 고객별로 각각 다른 색상과 정보 등을 적용할 수 있는 맞춤화된 명함케이스를 생산하는 과정을 시연했다. 명함케 이스를 생산하기 전 단계부터 주문자의 이름, 주소 등과 같은 개인 정보는 생산되는 제품에 내재된 작은 칩 안에 저장된다. 이를 통해 제품이 어느 단계에 있든지 각각의 설비 모듈에서 이 정보들을 실시간으로 읽고, 업데이트가 가능하다. 이는 앞서 살펴본 SAP의 Open Integrated Factory와 비슷하다. 개별적인 맞춤형 선택 주문 단계부터, 생산, 품질 검사와 유지보수까지 자동화된 설비 및 네트워크를 통해 모두 지능적으로 이뤄지고 있었다.
 
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중소 제조산업을 위한 솔루션 – It’s OWL
37개 기업체와 기술연구기관이 함께하는 It’s OWL은 독일 북서부 지역 중심의 클러 스터다. 기술 플랫폼인 SmartFactory KL 산업계의 협력 네트워크를 도모한다면, It’sOWL은 지역 클러스터 차원에서 4차 산업 혁명을 연구하고 있다.
 
  지역 클러스터인 It’s OWL은 ‘Intelligente Technische Systeme OstWestLippe’의약자로 말 그대로 서로 다른 요소와 기술간 협력을 통해 ‘지능적 기술 시스템’을 개발하는 것을 목적으로 한다.
 
  이번 전시회에서 It’s OWL은 지능형 제품과 생산 프로세스를 위한 다양한 솔루션을 선보였다. 그 중에서도 이 클러스터의 참여 기업 중 하나인 DMG MORI가 머신 툴을 위한 작업 관리 서비스와 그 시뮬레이션을 선보여 많은 참관객들의 눈길을 사로잡은 것이 주목할 만했다.
 
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지능형 센서로 I4.0의 토대 구축 – SICK
지능형 센서 및 센서 솔루션 전문기업 SICK는 “I4.0으로의 도전과 변화는 지능적이고 신뢰성 높은 센서 데이터를 통해 가능하다”고말한다. 이 주장을 증명하기라도 하듯 이번 박람회에서 SICK는 ‘Industrie 4.0을 지원한다’라는 모토를 내 걸었다.
 
  SICK는 박람회에서 최근 주요 관심사인 휴먼-로봇과의 협업 기술을 통해 다양한 최신 센싱 기술을 선보였다. 첨단 센서 솔루션이 적용된 로봇은 RFID 태그가 부착된 컵을 집어올리는가 하면, 동작하는 동안 사람이 일정 거리 안에 접근하면 움직이는 속도를 늦추 거나 아예 멈추는 등 섬세한 동작을 선보였다.
 
 또 SICK는 이력 추적 기술과 관련하여 공장내 RFID 태그가 장착된 물체의 움직이는 방향과 경로를 예측할 수 있는 판독·기록 장치를 최초로 선보였는데, 이 기술을 이용하면 공장 내 원하는 부품의 현재 위치를 실시간으로 확인할 수 있다.
 
 
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4. Industrie 4.0을 여는 열쇠 ‘융합’
독일의 플랫폼 I4.0, 그리고 하노버 산업박람회에서 만난 지역 클러스터 It’s OWL까지. I4.0을 설명할때 대표적으로 꼽히는 이 성공 사례들은 오늘날 I4.0의 발전 원동력이 ‘상호 협력’에 있었음을 한 번 더상기한다. 그렇다면 기업체가 아닌 대학 및 연구기관은 I4.0을 위해 어떤 노력을 하고 있을까?
 
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“우리의 핵심 가치는 융합에서 나온다”
브라운슈바이크(Braunschweig). 도시 자체의 면적도 작을 뿐더러 인구 규모도 20만이 채 되지 않는 독일의 작은 도시다. 그러나 지리적으로 보면 유럽의 중심 부에 위치해있으면서 근방에는 오랫동안 전문 분야에 집중해온 강소기업들로 이뤄진 산업시설이 가득하다. 이러한 지리적 이점과 환경 덕에 브라운슈바이크는 유럽의 어떤 지역보다 왕성하게 연구 개발 분야를 발전시켜왔고, 또 지금도 끊임없이 투자를 계속하고 있다.
 
 이 같은 브라운슈바이크의 연구개발 업적과 관련한 대표적인 시설 중 하나가 바로 브라운슈바이크 공과대학이다. 1745 년에 설립된 브라운슈바이크 공과대학은 아헨 공대, 뮌헨 공대 등과 함께 독일의 대표적인 공과대학으로, 가장 오랜 전통과 역사를 지닌다. 오랜 세월 만큼 기계공학 연구분야에서도 높은 명성을 자랑한다. 지난 2006년 공학 분야 관련 독일 9개 선도 대학 중 하나로 선정된 것 뿐만 아니라, 바로 작년까지도 거대한 규모의 연구센터를 계속해서 설립 중인 사실이 그것을 증명한다.
 
  브라운슈바이크 대학이 연구개발 분야에서 이처럼 끊임없는 성장과 투자를 반복할 수 있었던 비결은 무엇일까? 크리 스토프 헐먼(Christoph Herrmann) 교수는 이 대학 연구의 핵심가치가 ‘융합’에 있다고 말한다. “우리는 서로 다른 분야간 융합을 주제로 연구한다. 하나의 분야에만 한정되는 것이 아니라 다양한 분야와 서로 융합하는 것이 중요하다.”
 
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러닝 팩토리, 산업의 현재와 미래를 링크하다
브라운슈바이크 대학은 이 같은 융합적인 연구를 목표로, 이를 실현하기 위한 세 개의 핵심 연구 인프라 를 갖추고 있다. 러닝 팩토리(Learning Factories), 배터리 랩 팩토리(Battery Lab Factory) 그리고 오픈 하이브리드 랩 팩토리(Open Hybrid Lab Factory)가 그것이다.
 
 그 중에서도 ‘러닝 팩토리를 통한 융합 연구와 교육’은 브라운슈바이크 대학의 연구 기반 내지 연구 과제의 콘셉트라고 할 수 있다. 러닝 팩토리는 연구 주제에 대해 직접 시범공정을 운영할 수 있는 테스트 베드를 말하는데, 여기에서 현장 실험과 교수가 동시에 이뤄진다. 이론적으로 가르친 내용을 토대로 직접 현장 실습을 할 수 있는 환경이 조성되는 것이다. 이를 통해 미래 공장을 구현한 러닝 팩토리에서 키워낸 전문 인력들이 현재의 교육 과정에서 배운 것을 미래의 산업 현장에서도 유연하게 활용할 수있도록 하는 것을 목적으로 한다.
 
  브라운슈바이크 대학의 러닝 팩토리는 조사 연구소(Research Lab), 실험 연구소(Experience Lap),교육 연구소(Education Lab)로 구성된다. 각 실험 실에서는 교수와 연구에 중점을 두고 있는데 조사 연구소의 경우 1:1 교육이, 실험 연구소는 소그룹으로 교육 및 연구가 이뤄지고, 교육 연구소에서는 실제로 산업현장에 바로 인력을 투입할 수 있을 만큼 체계적인 교육이 이뤄진다.
 
 이 같은 러닝 팩토리 연구 인프라를 통해 브라운슈 바이크 대학은 각각 Industrie 4.0, 생산공정에서의 에너지 효율화, 도심의 생활공간 안으로 공장 일자리를 끌어들일 수 있는 기술 연구를 목적으로 하는 ‘어반 팩토리’ 등의 주제를 연구 중이다.
 
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모든 에너지를 추적하는 미래 공장의 모습은?
브라운슈바이크 공과대학의 부설 연구소공장인 ‘배터리 랩 팩토리’로 들어가는 모습
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 브라운슈바이크 대학의 또 다른 핵심 연구 주제인 ‘에너지와 자원 효율성’은 독일의 스마트 공장 프로 젝트에서 중요한 개념이다. 브라운슈바이크 공과 대학은 여기에 Industrie 4.0 개념을 적용하여 에너지 소비를 측정하고 에너지 투명성을 높일 수 있는 시스템을 개발하여 적용한 시범공장을 설립, 실제로 운영하고 있다.
 
 이 공장이 바로 브라운슈바이크 공과대학 안에 위치한 리튬배터리를 생산하는 ‘배터리 랩 팩토리 (Battery Lab Factory)’다. 이곳은 독일의 니더작센(Niedersachsen)주와 지역 발전을 위한 유럽기금(European Fund)에 의해 설립됐다. 이 역시 보다 나은 ‘융합 연구’를 위해 독일의 대표적인 공과대학 연합인 TU의 5곳과 니더작센주립 연구센터, 그리고 다양한 전문가와 산업체들이 모여 협력을 도모하고 있다.
 
  연구의 핵심 과제는 그린 배터리(Green Battery)다. 환경적으로나 비용적으로 최적화된 자동차용 리튬배터리 모델을 만들어내는 것이다. 이에 헐먼 교수는 “다만 이러한 연구 목표를 이루기 위해서는 하나의 연구과제만 집중하는 것이 아니라 큰 그림을 보고 전체적인 프로세스에 집중하는 것이 중요 하다”며 다시 한번 협업을 통한 연구의 중요성을 강조했다.
 
  배터리 랩 팩토리 내부는 특히 다양한 스마트공장 관련 솔루션들이 눈에 띄었다. 이곳에서는 센서부터 공장 내부에 있는 모든 장비들의 에너지 소모량을 실시간으로 측정한다. 직접 개발한 모바일 애플 리케이션을 이용하면 공장의 설비부터 전등 하나 하나까지 공장 내부의 모든 기기에 대한 에너지 공급 과정 및 전력 소모량에 대한 상황을 볼 수 있다.
 
 또 공장 홀 내에 설치된 36개의 센서는 공기의 움직 임이나 실내 온도 및 습도까지 기록한다. 이를 통해 습도, 온도 등의 작업 환경 변화로 인한 에너지 효율성을 연구할 수 있다.
 
  공장 관계자는 “앞으로 열리는 전기차 시대를 맞아 여기에 필요한 배터리가 환경에 얼마나 영향을 미치는 지에 대한 연구가 필요하다. 배터리의 환경 문제는 주로 공정에서 기인하므로, 배터리 생산 공정에서 소모되는 자원과 공정 환경을 면밀히 측정해야 한다”고 설명했다.
 
 
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5. ‘생산의 완전 디지털화’로 현실이 된 스마 트공장
독일 디첸바흐(Dirtzenbach)에 있는 PITTLER 본사 전경
“Industrie 4.0을 주제로 생산의 완전 디지털화를 실현한 공장이 있다?” 독일 유수의 기업인 DVS 테크놀로지 그룹과 그 산하 그룹인 PITTLER는 턴키를 통한 생산의 완전 디지털화를 구현 한다. 이들이 구축해낸 현실의 스마트공장을 직접 만나보았다.
 
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독일의 스마트공장을 가다 - PITTLER
프뢸리히(FRÖHLICH)의 스마트공장은 공장 부지를 제외한 나머지 모든 작업이 피틀러를 포함한 DVS그룹의 턴키작업으로 일괄 구축 되었다. 사진은 공사 전(좌)과 공사 후(우). 이미지 제공 PITTLER
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 126년의 역사를 가진 DVS 테크놀로지 그룹은 총 11개 계열사로 구성돼있으며 부품 제조부터 표면처리, 연삭, 공작기계 제작 까지 각종 전문 분야 계열사를 포괄하는 기업이다. 이 DVS 테크놀로지 그룹 산하에 속해 있는 그룹 중 하나가 바로 피틀러 (PITTLER). 이곳은 자동차부터 항공기까지 광범위한 부품 제조 산업을 전문적으로 취급하고 있다.
 
 이 기업은 I4.0 분야에서도 명망있는 회사중 하나로 손꼽힌다. I4.0과 관련하여 이회사가 제시하는 것은 ‘턴키(Turn Key)를 통한 생산의 완전 디지털화(Digitalisierung der Produktion)’다. ‘턴키’란 열쇠(key)를 돌리면(turn) 모든 설비가 가동되는 상태로 인도한다는 뜻이다.
 
 말 그대로 피틀러의 지역 영업 매니저 다미르 프티카(Damir Pticar)는 “고객사에서는 공장을 지을 부지만 제공한다. 필요한 것은 그것 하나다. 그럼 건축부터, 기계 구입, 설계, 전기시설과 난방 같은 공조시설까지 나머지 모든 것은 DVS 그룹에서 턴키로 진행한다”고 말한다. DVS 그룹은 이 같은 턴키 작업을 통해 이미 I4.0을 주제로 생산의 완전 디지털화를 실현하고 있다.
 
 이 사례가 바로 피틀러로부터 약 100여 km 떨어진 곳에 있는 DVS 그룹의 또 다른 계열사, ‘프뢸리히 (FRÖ HLICH)’다. 이곳 공장에 있는 모든 기계와 사물은 서로 간 소통을 통해 움직한다. 기계 사이에서 부품을 가공하고, 필요에 따라 옮기는 것은 로봇의 몫이다. 전기로 움직이는 지게차는 기계가 필요한 부품을 알아서 가져오고, 차체가 방전되면 알아서 충전소를 찾는다. 이 모든 것이 작업자 없이 오직 기계들에 의해 수행된다.
 
 또 이 과정을 거쳐 만들어진 모든 제품에는 QR코 드가 삽입된다. 이 안에는 제품 고유의 시리얼 넘버가 입력되는데, 이 QR코드 정보를 통해 20년 후라도 최종 소비자는 제품이 언제 어떤 기계에서 어떻게 가공되었는지 등을 살펴볼 수 있다.
 
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프뢸리히 공장의 스마트 포인트
이미지제공 PITTLER
(왼쪽 위) 프렐릿에서 생산하는 부품 중 하나로, 대형 화물트럭 바퀴에 나사못을 박아 고정하는 용도로 쓰인다. 현재 이부품은 비슷한 형상으로 총 16가지 종류로 제작되고 있다.
  하루 총 생산량은 1,250개다.
 
 (왼쪽 아래) 시뮬레이션부터 작업, 모니터링, 측정, 자동화 셀, 청소, 칩 처리까지 모든 생산공정의 과정이 자동으로 이뤄진다. 이러한 가공 정보는 모두 QR코 드를 통해 저장된다.
 
 (오른쪽 세로사진) RFID칩이 장착된 지게 차는 어떤 유형의 부품이 어떤 기계로 가야하는지 등을 스스로 판단한다. 이모든 작업 요소에 대한 입력값이 치밀하게 설계 돼있기 때문이다. 이를 통해 지게차는 별도의 작업자 지시 없이도 가공할 기계에서 필요로 하는 부품을 알아서 싣고온다.
 
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스마트공장, 그것이 궁금하다
이미지제공 PITTLER
Q 이 공장을 짓는 데 들인 총 비용은?
  공장 내부에는 총 8대의 메인 스마트 장비가 있고, 가격은 대당 약 78만 유로 정도다. 그 외에 모든 비용까지 합산하면 총 1,458만 유로, 그러니까 우리 돈으로 약 191억 원이 투입되었다.
 
 Q 구축 기간은? 전체 18개월 정도.
 
 Q 공장 설비 콘셉트 및 설계 등에 소요된 기간은? 4개월.
 
 Q 이 시스템을 운영하는 데 필요한 최소 인력은?
 1교대당 3명씩 있다고 하면, 하루 3교대 8시간 작업에 총 9명의 인력이 필요하다.
 
 Q 완전 자동화 생산 시스템을 통한 직접적인 이익은?
 기존의 수작업 환경에서는 하루 3교대로 계산해 보면 약 24명 이상의 인력이 투입됐다. 이 시스템 도입 후에는 최소 운용 인력이 9명이다 보니 총15명의 인력 감축 효과가 있고, 이로 인해 인력비를 연간 25~30% 정도 절감할 수 있다.
 
 Q 예상하는 손익분기점은?
 프뢸리히의 경우 I4.0 공장을 구축하는 데 기존 공장 비용과 비교해서 약80억 정도의 추가 비용이 있었다. 여기에 15명의 인력 감축으로 인한 인건 비를 고려하면 연간 7억 5천만 원정도 절감된다. 덧붙여 장비 수명은 기본 적으로 20년 이상 보장된다. 이렇게 마이너스 되는 금액과 플러스되는 금액, 그리고 장비 수명을 모두 고려해보면 약 10년 후 원가를 회수할 수 있다는 계산이 나온다.
 
 
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Industrie 4.0이 우리에게 남긴 것
진정한 4차 산업혁명을 이룩하기 위해 필요한 ‘연결’. 이를 위한 제조업 표준의 토대를 다지고자 VDMA를 비롯한 플랫폼 I4.0은 끊임 없는 노력을 거듭한 끝에 R AMI 4.0이라는 결실을 맺었다. 그리고 이 결과물을 더욱 완벽한 제조업 표준을 위한 도구로 만들기 위해 지금 이 순간에도 많은 전문가들이 협력하고 있다. 하나의 연구가 아닌 융합적인 연구를 위해 수많은 분과와 전문가가 하나로 뭉친 브라운슈바이크 대학의 사례도 마찬가지다.
 
  이들이 하나같이 강조했던 키워드는 ‘협력’이었다. 한정된 분야의 전문가, 기술만이 아닌 누구나 참여할 수 있는 오픈 플랫폼을 통한 협력이 있었다. 이를 통해 독일은 하노버 산업 박람회에서 보여준 첨단 미래공장의 청사진 들을, PITTLER가 말하는 생산의 완전 디지 털화를 통한 무인 자동화 공장과 같은 사례를 오늘도 만들어내고 있다.
 
  I4.0은 더 이상 ‘뜬구름 잡는 소리’만은 아니다. 가장 큰 증거가 바로 RAMI 4.0이다. I4.0을 실현하기 위한 실질적인 토대가 갖춰진 것이다. 이제 앞으로의 발전 속도는 이전과는 비교할 수 없을 정도로 빨라질 것이다. 우리도 보고만 있을 수는 없다. 누군가 결론을 내려주길 기다릴 시간도 없다.
 
  어쩌면 연결이란 단순히 공장에서 보여지는 결과물만을 뜻하는 것은 아닐 것이다. 연결은 우리 제조인 서로가 먼저 손을 잡고 마음을 열어 하나로 연결되는 ‘협력’에서 시작한다. 우리 역시 이를 위한 오픈 플랫폼과 협력을 위한 노력이 절실히 필요한 때다.

 
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