u-Manufacturing 기술 및 세계적인 연구 동향의 이해
u-Manufacturing 기술 및 세계적인 연구 동향의 이해
  • 산경과 USE 랩, 서석환 교수, 엄주명 박사과정
  • 승인 1970.01.01 09:00
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급변하는 시장 상황에 대처하는 강력한 해결수단

언제부터인가 우리 주변에는 u자가 접두사로 사용되는 u-Home, u-City, u-Defense, u-Learning 등의 신조어가 등장하고 있다. 말할 것도 없이, 여기서 u는 유비쿼터스 (Ubiquitous)를 지칭하는 것으로서, 1980년 후반 제록스 사(Xerox)의 팔로 알토 연구센터 (Palo Alto Institute)의 마크 와이저가 제창한 유비쿼터스 컴퓨팅 개념: 즉, “컴퓨터가 다양한 형태로 사물, 사람, 환경 속에 스며들어 서로 네트워크를 형성함으로써 언제 어디서나 컴퓨팅 할 수 있는 것”에 기인한다.

u-City처럼, u자 뒤에 붙는 City는 유비쿼터스 기술이 적용되는 영역을 일컫는대, 예컨대 u-City란 “모든 정보 시스템이 RFID/USN 등의 유비쿼터스 기술을 통하여 물리적으로 가상적으로 연결되어 있어, 각종 정보 통신 서비스가 가능한 미래형 첨단도시”를 일컫는다 (한국정보화진흥원 u-City Center). 마찬가지로, u-Manuf acturing은 유비쿼터스 기술을 제조업 분야에 적용하여 각종 생산활동과 관련된 정보통신 서비스가 가능한 미래형 첨단 생산시스템을 일컫는다. 본 글에서는 u-Manufacturing에 적용되는 유비쿼터스 기술과 이를 통한 첨단 생산시스템 기능을 알아본다.

흔히 u-Manufacturing은 RFID를 이용한 물류추적 등의 자동화 기술 정도로 인식되고 있고, 이 역시 유비쿼터스 기술의 대표 주자로 꼽히는 RFID가 생산현장에 적용된다는 점에서는 적절한 인식이라고 볼 수 있다. 그러나 ‘Manufacturing’이라는 기능이 제품의 생산 수단일 뿐만 아니라 여기에 관련된 많은 이해관계자가 존재하고, 이들 간에 구김없는 정보 교환과 정보의 실시간성을 필요로 하는 수단이라는 것을 고려한다면, u-Manufacturing은 단순히 자동화의 한 방편으로 보기 보다는 시스템 관점에서 접근해야 한다.

현재 제조업은 시장 상황이 급변함에 따라 과거 어느 때보다 많은 도전적인 문제에 직면하고 있다. 구체적으로 살펴보면 제조업은 전통적인 가격과 품질 문제와 더불어 다양한 고객을 만족하게 하기 위한 대량 주문생산 (Mass customization)을 실현해야 할 뿐만 아니라 지구 온난화와 자원 순환에 대한 중요성이 강조됨에 따라 정부와 사회단체가 요구하는 생산에서 폐기까지 발생하는 환경적/사회적 영향에 대한 책임도 만족시켜야 한다. 바야흐로, 제조업체는 종래의 제품 생산에만 국한할 것이 아니라, 제품의 전체 라이프사이클을 설계하고 생산 및 운용할 수 있는 기술이 필요하며, u-Manufacturing이 핵심사항이다.

u-Manufacturing 기술은 T형 구조를 갖는다. 세로축에 해당되는 기술은 <그림 1>에서Ubiquitous Informa tion Engineering(UIE) 기술에 해당되며, 이는  제품 / 프로세스 / 자원 / 사람 / 환경 등의 실제 세계에 존재하는 객체로부터 각종 센서 및 유무선 통신을 통하여 정보를  획득 / 가공하는 기술과 이를 최적화하는 시스템 엔지니어링 기술을 의미한다. 가로축 기술은 이들 정보를 각종 정보 수요자가 사용할 수 있도록 재구성하여 공급하는 정보 인프라 (<그림 1>의 UPLI: Ubiquitous Product Lifecycle Information Highway)와 제품 라이프사이클 관계자에 정보 서비스를 해주는 u-Service 기술로 구성된다.

▲ <그림 1> u-Manufacturing technology map

이러한 기술 구조를 통해 제조 시스템은 공장 내/외부에 존재하는 제조구성원의 정보를 실시간으로 투명하게 교환할 수 있는 체제를 갖출 수 있으며 (Information transparency), 이를 바탕으로 이상 상황에 능동적으로 대처할 수 있는 자율제어 기능을 확보할 수 있다 (Autonomous control). 대외적으로는 제품의 설계, 제조, 분배, 정비, 재제조, 폐기 등 제품 전체 라이프사이클상의 관계자에 구김없이 정보를 전달해 줄 수 있다.

나아가서는 제조환경의 목적에 맞춰 정보획득 (UIE) 기술을 특화시킴으로써 (Customization & Comprom ise), u-Manufacturing 기술은 에너지 효율화 (Energy Efficiency), 친환경 생산 (Sustainable Manufacturing)을 실현할 수 있는 강력한 수단이 될 수 있다.

현재 세계적으로도 <그림 1>의 u-Manufacturing 기술이 망라된 사례는 없으나, 부분적으로 연구 개발 중이거나, 간단한 형태로 구현된 사례는 많이 있다. 유럽은 제조업의 부가가치 창출 효과를 혁신적으로 개선하기 위하여 유비쿼터스 기술을 제조업에 총체적으로 접목하고자 하는 기술정책을 2009년도에 발표한 바 있다. Manufuture (Manufacturing + Future의 합성어)라고 명명된 이 기술 로드맵의 요지는 유비쿼터스 기술을 제조업의 정보화 수단으로 삼아 CSM (Competitive Sustainable Manufacturing)체제구축을 목표로 하고 있다. 여기에는 532개의 정부ㆍ기업ㆍ대학교ㆍ연구기관이 참여하고 있으며, 향후 유럽의 주체적인 R&D로 자리매김 할 것으로 전망된다.

유럽 내 주요 연구 기관으로는, 독일 최고의 연구 기관인 프라운호퍼 연구소(Fraunhofer-Gesellschaft)가 있으며, 여기에서는 ‘Smart Factory’라는 개념으로 유비쿼터스 기술을 생산 환경에 접목하는 연구를 수행하고 있다. 한편, 카이저스라우테른 대학교(TU Kaiserslautern)에서는 생산현장 제어 중심의 ‘Smart Factory’를 정의하고 구현기술 개발과 데모에 역점을 두고 있다. 이 대학은 지멘스(SIMENS), 보쉬(BOSCH) 등 주요 유비쿼터스 기술 관련 하드웨어, 소프트웨어 15개 제조업체와 컨소시엄을 이루어 <그림 2>의 통신구조를 갖는 시범공장을 개발한 바 있으며, 많은 호응을 받고 있다. 향후 구현 범위와 규모 확대를 통해 유럽의 유비쿼터스 표준공장으로 자리매김할 가능성이 크다.

▲ <그림 2> Kaiserslautern 대 Smart factory 시범공장의 통신구조

국내의 경우, u-Manufacturing 기술을 제조 시스템에 총괄적으로 적용한 사례나 연구는 아직 없다. 다만, RFID/USN 하드웨어 및 미들웨어 등의 원천기술 연구, 자동화 선상에서 적용 사례는 늘고 있다. 가까운 예로, 포스코의 경우, 후판과 냉연코일의 물류 자동화를 위하여 RFID 기술을 시범 적용하고 이를 실용화하기 위한 비접촉식 물체인식용 RFID tag 개발 사업을 진행하고 있으며, Finex공장에 실시간 위치추적 시스템(RTLS: Real Time Locating System)을 도입하여 작업자의 위치를 실시간으로 모니터링함으로써 안전상태를 관리하는 데에 활용하고 있다. 또한, 삼성전기의 반도체 공정 시설에 USN을 설치하여 공조 시스템 관리 및 유독 가스 모니터링 기능을 구축하였고, 기아자동차에서는 조립 라인에 RFID 기술을 적용하여 실시간 부품 소모량을 파악하고 안전재고를 확보하는 데에 활용하고 있다.

POSTECH u-Manufacturing 센터에서는 유비쿼터스 기술을 제조시스템에 접목하고자 하는 Top Down 연구, 즉 u-Manufacturing 시스템의 구조 설계 및 최적 구현을 위한 시스템 엔지니어링 연구를 수행하고 있으며, 이를 바탕으로 국내 유수업체의 u-Manufacturing화를 위한 컨설팅 연구를 수행한 바 있고, 독일의 브라운슈바이그 대학과 유비쿼터스 시스템 엔지니어링 기술을 이용한 친환경 생산시스템의 구현에 관한 국제 공동 연구를 수행한 바 있다.

최근 2018 포스코의 철강 IT화 사업의 u-Factory 부분에 참여한 바 있고, 포스코 u-Factory 시범공장의 구현에 관한 연구를 수행 할 예정이다. 또한, EU와의 공동 연구로서 4년에 걸쳐 수행될 FP7 Smart Factory 프로젝트에 국제 파트너로 선정되어 유럽 유수의 산업체, 대학교, 연구 기관 등과 함께 친환경 미래형 공장 구축 연구를 수행 중에 있다. 한편, 국제교류 활동으로서 앞서 언급한 독일의 카이저스라우테른 대와 한독 연구촉진 사업을 통해 u-Manufacturing 핵심기술 개발을 위한 국제공동 워크샵 개최 및 방문연구를 수행할 예정이다.

향후 u-Manufacturing은 유비쿼터스 기술의 단편적 적용 단계를 거쳐, 제조시스템 전체를 대상으로 적용되어 현재 제조업이 직면하고 있는 친환경 및 지속가능한 생산, 그리고 CO2절감에 대한 요구를 수용할 수 있는 강력한 해결 수단으로 대두될 전망이다. 세계적으로도 아직 시작 선상에 있는 만큼, 정보 통신 기술 분야의 세계적인 리더인 한국의 기술을 집중한다면 향후 이 분야를 충분히 리드할 수 있을 것으로 사료된다.


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