오토메이션 4.0

생산 현장의 자동화와 관련하여 약간의 변화가 있었지만, 앞으로는 자동화가 전반적으로 이루어져야 한다. 지금까지는 암베르크에 쇼케이스 공장을 두고 있는 Siemens 같은 몇몇 기업만 제조 현장을 네트워크로 적절하게 연결하였다. 중소기업들은 이를 따라 잡아야 한다. 이를 위해 무엇이 필요한지, 어떤 보안 조치를 취해야 하는지, 흥미가 있는 사용자라면 독일 뉘른베르크의 PLC IPC Drives 박람회에서 이 모든 것에 대한 정보를 얻을 수 있었다.

라인홀드 쉐퍼

청회색 기계 프레임이 줄지어 서 있고, 그 사이에는 데이터들이 줄지어 나타나는 모니터가 있다. 표시등이 다채로운 색상으로 깜빡인다. 푸른 가운을 입은 몇 명의 직원들만 소리 없이 흰색과 회색이 섞인 대리석 문양의 PVC 바닥 위를 걸어 다닌다. 언뜻 보기에 병원의 거대한 수술실처럼 돌아가는 이 곳은 Siemens의 EWA(암베르크 전자 공장)의 홀이다. 

Siemens는 1989년부터 이 곳에서 PLC를 생산한다. Simatic이라는 이름에서 Siemens를 추론할 수 있다. Simatic은 기계와 시스템을 자동화하는 데에 이용된다. 산업 시스템만 해당되는 것은 아니다. 크루즈 선이나 스키 리프트 시설 그리고 자동차 산업에서도 Simatic이 컨트롤 목적으로 사용되며, 주로 개별 프로세스를 자동화 하는 데에 이용된다. 연간 1,200만 Simatic 제품을 판매하는 Siemens는 전자 컨트롤 분야에서 세계 시장의 리더로 간주되고 있다. 암베르크 공장의 품질률은 99.99885 %이다. 그리고 미미하게 나타나는 고장 자체도 공장에 설치된 각기 다른 테스트 스테이션들이 미리 감지해 낸다. “이렇게 오작률이 낮은 공장은 세계 어디에서도 보지 못했습니다.“ (칼하인츠 뷔트너 교수, EWA 대표)

제조 자체는 광범위하게 자동화되었다. 가치 창출의 75%는 기계와 컴퓨터가 책임진다. 작업의 1/4만 사람이 한다. 여기서 특별한 점은 컨트롤이 스스로 처신한다는 점이다. 생산 초기부터 납품까지 Simatic 컨트롤이 제조를 제어하기 때문이다. 

제조 장치가 포괄적으로 자동화되었다

처음에는 빈 회로 기판이 컨베이어 벨트를 통해 프린터에 도달하고, 프린터가 스텐실 프린팅 기법을 이용하여 무연 땜납 페이스트를 도포한다. 이후 실장 헤드가 저항, 커패시터, 마이크로 칩과 같은 개별 소자들을 실장한다. 가장 빠른 생산 라인은 시간 당 250,000개의 소자를 만든다. Simatic 컨트롤이 이 프로세스를 제어한다. 실장된 회로 기판은 납땜 공정 후 광학 테스트 시스템에 도달한다. 한 대의 카메라가 납땜된 소자의 위치를 점검하고, X선 시스템이 납땜 연결 위치의 품질을 점검한다. 검사에 통과하면 회로 기판은 하우징에 조립된 후 다시 테스트를 거치고, 뉘른베르크의 납품 센터로 운송된다. 거기에서 컨트롤은 60,000 이상의 전 세계 고객을 향해 나간다. 20%는 중국으로, 나머지는 주로 독일, 미국, 이탈리아로 판매된다.

암베르크에서도 고도로 자동화되어 생산이 이루어진다. 그러나 마지막에 결정권을 행사하는 것은 사람이다. 전문 기술자인 요하네스 젱어가 소자와 회로 자체는 테스트하지 않고, 실장된 회로 기판에 대한 테스트 스테이션을 감시한다. “제 작업장은 컴퓨터입니다“(요하네스 젱어) 여기서 그는 동료들과 마찬가지로 가치 창출 체인 전체를 조망한다. 생산 기계와 통신할 수 있도록 각각의 회로 기판이 지니는 개별적인 바코드를 만들 수 있다. 천 개 이상의 스캐너가 실시간으로 제조 공정 중의 모든 단계를 기록하고, 납땜 온도, 실장 데이터 또는 시험 결과와 같은 제품 정보를 수집한다. 

제조 이력을 상세하게 추적한다

자동화에서도 디지털화가 진행되고 있다. 데이터를 케이블을 통해 전송하느냐 아니면 무선으로 전송하느냐는 각각의 여건에 달려 있다
자동화에서도 디지털화가 진행되고 있다. 데이터를 케이블을 통해 전송하느냐 아니면 무선으로 전송하느냐는 각각의 여건에 달려 있다

“각 제품의 제조 이력은 매우 세부적으로 추적 가능합니다.“(뷔트너) 매일 약 5천만 개의 프로세스 정보가 형성되고, 이러한 정보는 Simatic IT의 생산 관리 시스템으로 공급된다. 이 소프트웨어는 모든 제조 규칙과 공정을 정의한다. 이로써 생산이 처음부터 끝까지 가상으로 파악하고 제어된다. 또한 이 소프트웨어는 R &D 부서와 긴밀히 연결되어 있다. 최신 Simatic 개발 데이터는 PLM 소프트웨어 솔루션 NX와 Teamcenter를 통해 바로 제조 공정에 공급된다. 암베르크에서는 총 수 천 개의 제품이 제조되기 때문에, 이렇게 개발과 밀접하게 관련을 맺고 있는 것이 매우 중요하다.

사람이 전혀 없고, 기계만 있다면 EWA에서 생산은 멈출 것이다. “사람 없이 독립적으로 생각하고 똑똑하게 일하는 기계가 조만간 존재할까 하는 의심이 듭니다.“(뷔트너) EWA의 홀을 보면 이러한 점이 확인된다. 하나의 근무 조에 약 300명의 직원들이 일하고 있다. EWA에는 모두 합쳐서 약 1,100 여명의 직원들이 근무한다. “언젠가 사람이 없는 무인화 공장을 만드는 게 우리의 목표가 아닙니다.“ (뷔트너) 당연한 이야기이다. 기계가 아무리 효율적이라 해도 시스템을 최적화할 수 있는 새로운 방법 즉, 번뜩이는 아이디어는 기계 스스로 접근할 수는 없다. 암베르크 공장의 본질적인 성공 요소는 제안 시스템에 있다고 한다. 매년 40%의 생산성 증대의 공로는 직원들의 개선 아이디어에 나온다. 나머지 60%는 새로운 조립 라인 구매나 물류 장비 혁신과 같은 인프라 투자로 커버된다. 뷔트너는 기본 아이디어를 다음과 같이 설명한다. “일상의 작업 속에서 뭐가 제대로 돌아가고 뭐가 그렇지 않은지 그리고 어떻게 공정을 최적화시킬 수 있는지는 관리 기능이 아니라 기계에서 일하는 직원들이 훨씬 더 잘 평가할 수 있습니다.“ EWA는 2013년에 이러한 아이디어 13,000개를 운영에 고려하였고, 이는 대략 1백만 유로의 가치에 상당하는 것이다.

Siemens와 같은 큰 기업은 당연히 새로운 기술에 일찌감치 투자하는 것이 쉬울 수 있다. 2011년 독일 연방 정부의 촉구로 중소 기업도 연속적인 자동화의 행렬을 놓치지 않도록 하기 위해, 미래 프로젝트 인더스트리 4.0이 하이테크 전력의 범위에서 제시되었다. 미래 프로젝트 인더스트리 4.0은 최적화된 그리고 개별화된 생산을 약속한다. 산업 통신, 모듈러 자동화, IT 보안 및 기능 보안은 당연히 인더스트리 4.0을 실현하는 데 있어서 본질적인 전제 조건이다. 그러나 이 주제도 TÜV Nord가 이미 언급한 바와 같이, 극복해야 할 리스크를 내포한다. TÜV Nord 기능 안전 제품 매니저인 페터 바움의 말이다. “시스템과 제품을 자격이 없는 외부 공격으로부터 보호하기 위해 효과적인 IT 보안 조치에 대한 요구가 까다롭습니다. 한편으로는 여전히 시스템과 제품의 기능적 안전이 중요한 역할을 합니다. 높은 안전 레벨을 달성하기 위해 당사는 이 두 영역에서 고객과 긴밀히 협력하고 있습니다.“ 

사이버 공격 예방하기

독일 BSI(IT 보안청)는 독일 산업에 대한 사이버 공격의 위협 정도를 위험으로 분류한다. 사이버 공격과 해커 공격은 산업에 있어서 갈수록 위협이 되고 있으며, 재산 손해와 인체 상해 그리고 이미지 손상을 초래할 수 있다. TÜViT의 인식에 의하면 실질적으로 취해지는 보호 조치가 매우 드물다. 이러한 위험을 지속적으로 낮추기 위해 TÜViT 전문가들은 광범위한 정보를 분석하고, 위협을 식별한 후 그로부터 적절한 보호 목표와 보호 조치를 도출한다. 네트워크로 연결되고 자동화된 시스템이 마찰 없이 작동하고 그와 더불어 안전을 보장하기 위해 TÜV Nord는 프로세스 검사와 컨셉트 시험과 구상 시험을 제공한다. 기능 안전에 초점을 맞춘, 적합한 교육을 통해 TÜV Nord는 신뢰할 수 있는 안전한 제품 솔루션과 시스템 솔루션을 개발할 때에 기업을 지원한다. 국제적으로 인정받는 TÜV Nord 인증서는 안전 기술적으로 품질이 매우 높다는 점을 증명한다. “기업이 보다 복잡한 새로운 시스템에 일찍 적응할수록, 더욱 효율적으로 그리고 보다 안전하게 작업을 실행할 수 있습니다.“ (바움)

Mesco Engineering은 공장 자동화와 공정 자동화 분야의 장치 제조사를 위한 산업적 하드웨어 및 소프트웨어 개발 서비스를 제공한다. 이 업체는 보다 신속하고 저렴하게 기능하는 안전한 제품을 개발하고 TÜV Nord와 협력하여 인증 절차를 훨씬 줄이기 위해, 자사 고객에게 IEC 61508에 따르는 자체 안전 디자인 패키지(Safety Design Package)를 사용하고 있다. Mesco Engineering과 TÜV Nord는 PLC IPC Drives 박람회에서 4차 산업 혁명을 위한 광범위한 스펙트럼의 기술과 서비스를 선보였다.