(주)에이시에스 기술연구소

1. 제조업의 중요성 및 생산정보화의 발전

1.1. 제조업의 중요성

우리나라에서의 제조업은 GDP 기여율 45%, 전체 수출액의 98%를 차지하고 있는 한국 경제의 성장엔진 역할을 수행하고 있는 전통적인 산업근간이다. 특히 한미 FTA 이후에는 제조업의 대미수출이 13억불, 무역수지 흑자가 7.5억불이 될 것으로 전망되는 등 현재뿐만 아니라 미래에도 우리나라 경제에서의 제조업의 중요성은 더욱 증가할 것으로 예상된다.

그러나 세계화에 따른 무한경쟁 시장체제에서 우리나라 기업이 핵심영역에서 경쟁력을 유지하기는 점차 어려워지고 있으며 경쟁력을 확보하기 위해서는 제품 경쟁력 향상 이외에 공정(프로세스) 효율성을 위한 생산 프로세스 정보화, 지식화를 넘어 지능화를 위한 경영 관리가 중요하게 인식되고 있다.

제조현장에서의 공정 효율성을 향상시키기 위한 방안으로서 자동화기계 및 생산기술과 융합된 생산정보화가 더욱 강조되어야 할 시점이다. 생산정보화란 정보화 기반 시스템 구축을 통해 제조 생산 활동의 디지털화로 실시간 정보 제공을 통해 생산현장의 가시성 제공으로 생산현장의 생산성을 극대화하고, 최고경영자에게 최상의 의사결정을 지원하고 주문한 고객에게 생산현황정보를 실시간으로 제공하는 경영활용이라고 정의할 수 있다.

[그림1] 제조업의 글로벌화

[그림2] Manufacturing 2.0 기능 정의

최근 제조업은 [그림1]에 보인 것과 같이 제조의 글로벌화로 급변하고 있어 새롭게 부각되고 있는 유비쿼터스 기술과 융합의 필요성이 요구되고 있다.

1.2. 생산정보화의 발전

생산정보화와 관련되는 시스템으로 많은 제조 기업에서 MRP-II를 근간으로 하는 ERP 시스템이 도입되어 활용되고 있다. ERP는 고객 오더의 수주부터 제조, 출하 그리고 회계처리에 필요한 전사적인 자원을 명확하게 하고 계획하기 위한 회계지향의 정보 시스템으로 기업기간업무를 조직 횡단적으로 파악하고 활용하는 특징을 가진 기업의 핵심운영 시스템이지만 ERP의 생산 모듈이 무한생산 능력에 근거하고 있고 생산제조현장의 상황과 능력에 대한 제약조건을 충분히 고려하지 않아 정확한 생산계획의 수립이 미흡하고 결과적으로 납기지연으로 이어질 수 있다는 점, 그리고 무엇보다도 경영관리 위주의 ERP의 한계로 인하여 생산현장의 실시간 생산현황을 제대로 반영하지 못한다는 한계를 가지고 있다.

이에 따라 경영관리의 ERP 시스템과 시시각각으로 변화는 생산현장을 효과적으로 연결시켜줄 수 있는 인터페이스로서 생산현장의 다양한 활동에 대한 정보를 실시간으로 수집하고 이를 바탕으로 생산 공정의 최적화를 수행하는 현장중심의 생산정보화의 필요성이 증가하고 있다.

특히 제조 및 물류의 세계화 요구에 따른 범세계적으로 분산된 복수 공장의 구축이 이뤄졌지만 상대적인 관리의 어려움과 유지보수 비용의 증가 등으로 인하여 효율성을 향상시키는 생산 정보화의 새로운 발전모델이 요구되고 있다.

그래서 최근의 생산정보화 발전모델은 [그림2]에 보인 것과 같은 Web 2.0 및 Enterprise 2.0 등과 같이 유사한 기능이 요구되는 Manufacturing 2.0으로 정의하고 있고, 이 핵심기능은 단일 공장의 수직 정보통합화에서 복수 기업 간의 협업을 중시한 △RFID와 센서네트워크 및 모바일 적용 △사용자 중심의 인터페이스 구현 △SOA 지원 등의 핵심기술로 요약된다.

[그림3] 4M 조사서와 Real Time Data Manager의 Finite State Machine Diagram

생산정보화에 요구된 기능을 재사용 가능한 서비스 단위의 구성요소로 표현하고 조합을 통해서 구현하고 사용자에게 변경 용이성과 편의성 등을 제공하며 기본 인프라로서 분산 환경에서 다양한 형태의 생산 장비로부터의 상태정보를 RFID와 센서네트워크 등을 통해서 구성, 편집, 추가 및 삭제의 편리성을 강조한 자율재구성능력(Autonomous Reconfigurable) 기반으로 정보를 수집하는 구성능력을 가진다.

Manufacturing 2.0을 효과적으로 구현하기 위해서 가장 기본이 되는 부분은 생산자원  정보를 정확하게 수집하는 작업이다. 데이터 수집의 정확성과 신속성이 확보되어야 이를 바탕으로 정보처리, 분석을 통해 경영활동에 필요한 의사결정 정보를 제공할 수 있다.

2. 제조업에서 생산자원 정보통합화의 중요성

생산정보화 시스템은 생산현장에서의 생산 관련된 모든 종류의 데이터를 처리하여 정보를 생성하는 기업정보시스템의 운영계층을 담당한다.

생산현장의 가시성을 확보하기 위하여 모든 활동들에 대한 정량화가 필요하며 이를 통한 지연요소들을 분석하고 개선할 여지를 제공한다.

제조활동에 필요한 자원들은 크게 4M(Man, Machine, Material, Method) 형태로 구분되는데 각 자원들은 데이터 형태로 표현되어 정보발생원으로 작용하며 적절한 가공을 통해서 의사결정에 활용된다.

정보가공을 위해서는 정보발생원에 대한 적절한 모델의 적용, 센서들을 활용한 디지털 부호화 수집, 저장, 가공 등의 기법 적용이 필요하며 생산정보화 시스템은 크게 생산기술, 정보기술, 자동화 등의 복합적인 기술이 필요하다.

2.1 데이터 생성기술

생산현장의 4M 데이터 생성을 위해서 공정 및 생산자원 관리를 위한 4M 조사서를 통하여 중점관리항목을 도출하고 이를 바탕으로 Finite State Machine 모델 등을 적용하여 시스템을 표현하고 시스템 요소들을 [그림3]에 보인 것과 같이 정량화가 가능하다. 그러므로 생산자원에 대한 정보의 흐름과 로직 구현에 대한 확인이 가능하다.

2.2 정보처리 기술

생산정보화 시스템은 생산 장비로부터 이벤트기반으로 발생하는 다량의 실시간 데이터  처리가 필수적이다. 생산규모에 따라 많은 생산설비들이 설치되고, 설비 계층별 측정 항목도 많다. 더군다나 실시간 데이터 처리로 인하여 늦어도 수초 빠르면 밀리 세컨드까지의 타임 인터벌을 가진다. 때문에 발생하는 데이터가 많아질 수밖에 없고 다량의 데이터를 효과적으로처리하는 기술이 무엇보다도 중요하다. 그래서 생산정보화 시스템은 이와 같은 이벤트기반의 다량 데이터를 정제하여 필요한 정보만 선별적으로 관리하는 정보처리 기술이 필수적이다.

[그림4] 생산현장의 4M 정보수집방법

[그림5] MESA-11, ISA-95 표준 공정 모델

[표1] MESA-11 표준 기능

2.3 자동화 기술

자동화 기술은 생산설비와의 인터페이스 기술이다. 생산수량을 측정하기 위해서 포토센서를 설치한다든지 운용 신호를 감지하기 위해서 리밋 스위치 등을 설치하는 등의 하드웨어 설치 및 연결 기술이 있고 설비와 연결된 컨트롤러와 정보시스템 사이에 [그림4]와 같은 TCP/IP, OPC(OLE for Process Control) 등과 같은 표준 프로토콜 기반 통신 인터페이스 기술이 있다.

3. 제조업과 생산정보화 표준 기능

제조분야에서의 생산정보화 추진에 있어서 효과성과 효율성을 확보하기 위해서는 다양한 제조분야별 공정 및 관리대상에 대한 표준 공정모델을 통한 접근방법이 필요하다.

표준 공정 모델의 적용은 생산정보화 도입 시 명확한 과업범위에 대한 참조모델을 제공하고 점검기준을 제시하며 전체적인 관점에서 조직 내의 다른 경영지원 시스템과도 호환성을 제공하는 등 생산정보화 추진 시 실패 위험요소를 최소화 할 수 있으며 재사용성의 강조를 통해 투자 측면에서 투자회수율(ROI: Return On Investment)을 보장하며 이를 지원하는 품질을 확보할 수 있다.

생산정보화 분야에서의 표준모델로는 MESA-11, ISA-95 국제표준이 많이 활용되며 [그림5]에 보인 것과 같은 주요 표준 기능들로 구성된다.

[표2] ISA-95 MES 표준 기능

[그림6] ACS iVisualizer의 생산 정보화 미들웨어 및 애플리케이션

MESA-11은 MESA International이 주체가 되어 표준화한 MES(Manufacturing Production System) 관련 11개 표준 기능으로, MESA International은 1992년 최종사용자, 시스템 통합업체, MES 관련 하드웨어 소프트웨어 공급사와 컨설턴트 중심으로 제조생산시스템에 대한 정보공유, 신기술의 적용, 컨퍼런스 개최에 집중하는 비영리단체이다.

또 하나의 대표적인 MES 사실상 표준으로의 ISA-95는 자동화에 관련된 분야에 ANSI (American National Standard Institute: 미국표준협회)와 공동으로 표준화를 선도하고 있는 ISA에서 제안된 표준화 모델로 생산관리 중심의 10개 주요 영역으로 구성된다.

생산정보화 표준 공정 모델의 식별은 생산 정보화 수행 시 명확한 구축범위를 제공한다는 점에서 생산정보화 구현을 위한 MES 솔루션 선택 시 중요한 평가요소가 된다. 표준 공정 모델이 준수되고 적용된 솔루션의 선택은 생산정보화 구축의 필수요소다.