당사는 산업용 PC 및 각종 필드배스 대응 I/O, 드라이브 테크놀로지, 자동제어 소프트웨어 등 PC기반의 오픈된 자동제어 시스템을 제공하고 있는 독일 제조사이다.
최근 독일의 제품제조 정책 「Industrie 4.0」이 일본에서 주목을 받고 있다. 필자도 전시회 및 강연회 등 공공의 장소에서 이것을 소개하는 기회가 늘어났다. 또 기업, 관청, 내각관방, 연구기관, 증권회사 및 기관투자가로부터도 소개해 달라는 의뢰를 받고 있다. 그 실태와 영향을 파악하고 싶다는 산관학의 강한 관심이 놀라울 따름인데, 그만큼 일본의 제조업 내에서 중요한 동향이라고 회자되고 있다.
본 원고에서는 메르켈 수상이 개입했다고 하는 정책의 개요와 목적, 각 국의 노력, 그리고 독일이 지향하는 새로운 이노베이션 본연의 자세를 소개하고자 한다.
글 ｜ 카와노 토시미쯔 베이코프 오토메이션

Industrie 4.0
Industrie 4.0(I4.0)이란 제조업의 국제적인 경쟁력을 높이는 것을 목적으로 독일의 국가전략의 하나이다. 2006년 독일에서 처음으로 제정된 과학기술이노베이션 정책의 「High-Tech Startegy(하이테크 전략)」이 2010년에 발표된 「High-Tech Startegy 2020(하이테크전략 2020)」에 인계되어 사회의 지속적인 이노베이션을 낳는 구조 만들기를 정책적으로 실시하고 있다. 「하이테크전략 2020」에서는 10개의 프로젝트가 병행되어 실시되고 있으며, 그 중에 하나가 I4.0이다. 정보기술과 제조기술의 통합을 실시함으로써 제조업의 생산성을 높이는 이 시도에 「I4.0: 제4차 산업형명」이라는 원안의 정리가 산관학의 공동 프로젝트로써 2011년부터 추진되어, 과학공학 아카데미「acatech(National Academy of Science and Engineering)」이 산관학의 엘리트로 구성된 작업부회 「Industrie 4.0 Working Group」과 함께 이 작업을 실시했다. 이렇게 완성된 제언서「Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE4.0」이 소위 I4.0의 바이블로써 널리 읽혀지고 있다. 이것이 2012년 10월 2일에 베를린에서 개최된 「Industry- Science Research Alliances Implementation Forum」에서 독일정부 요인에게 넘겨져 I4.0이 프로젝트로써 정식으로 시작되었다. (그림1)독일의 유력한 업계단체인 BITKOM(ICT업계), VDMA(기계업계), ZVEI(전기, 전자업계)가 사무국이 되어 「Industrie 4.0 Platform」라고 명명된 운영위원회가 산관학의 엘리트를 모아 2013년 4월에 발족되었고, 이를 계기로 다양한 워킹그룹이 I4.0의 실현에 필요한 기술개발 및 표준화논의를 전개하고 있다. 이 세가지 업계단체의 가맹기업수를 합산하면 5000사가 넘기 때문에 I4.0가 독일의 산업계 전체를 둘러싼 횡단적인 노력을 하고 있음을 실감할 수 있다.

I4.0이 지향하는 것은 「사이버 피지컬 시스템」에 의한 「스마트팩토리」의 실현
역사적으로 18세기 후반에 시작된 증기기관에 의한 공장의 기계화가 제1차 산업혁명, 19세기 후반부터 시작된 전자활용에 의한 대량생산의 시작이 제2차 산업혁명, 20세기 후반에 시작된 PLC 등의 전자기기 및 ICT를 활용한 생산자동화가 제3차 산업혁명으로 정의되어 있다.
「I4.0 : 제4차 산업혁명」에서는 이것보다 한발 더 나아가 「사이버 피지컬 시스템 : Cyber Physical System(CPS)」 기준으로 「스마트 팩토리」의 실현이 목표다. 여기서CPS는 인터넷 및 클라우드 빅데이터 엑세스가 가능하고, 시뮬레이션 모델 및 높은 연산능력을 갖춘 컴퓨팅 (Cyber) 리소스와 센서, 모터 및 로봇 등 물리적(Physical)인 리소스가 통합된 생산장치(System)이다. 생산공정 일부의 자동화를 책임질 수 있는 「미니 스마트팩토리」를 장치 및 기계라는 형태로 실장하는 것이라고 생각하면 이미지가 잘 떠오를 것이다. 센서 및 주위의 장치, 생산품, 함께 움직일 작업자로부터의 정보와 빅데이터 해석결과, 공정 시뮬레이션 결과 등을 활용해 자율적인 판단을 실시하는 인텔리전트한 장치 (CPS)를 조합해 「스마트 팩토리」를 만들고, 제조업 생산성을 높인다는 구상이다.
전술의 제언서에서 CPS의 응용 예로써 상징적으로 이야기되는 것이 「다이나믹셀 생산」 방식이다. 이것은 조립작업을 실시하는 산업용 로봇(CPS)이 네트워크로 상위계의 시스템 및 주위 장치, 현장의 작업자와 항상 정보교환을 실시해 상황에 따라서 생산공정 및 생산대상을 동적으로 방식을 바꾸어서 공정의 전체 최적화를 실시한다. 소위 변량다품종 생산을 효율적으로 자동화할 수 있는 생산방식이며, 지나치게 말하면 전체 사양이 다른 제품이라도 대응이 가능하게 된다. 즉 「하나의 흐름」 속에 자동화를 진행하는 매스 커스터머제이션이라고 할 수 있다. 이것이 실현되면 생산직전 또는 생산 중에도 사양변경에 대응할 수 있다고 한다.
예를 들면, 자동차 생산은 정해진 공정에 따라서 진행되는 라인생산방식이 현재 주류이지만, 이 방식은 제품사양을 다양화하고 동적으로 공정을 최적화 하기에는 부적합하다. 또 생산 라인에서 움직이는 작업자도 현장상황 전체상을 파악한 뒤에 「판단」을 하는 경우가 적고, 맡은 역할을 다한다라는, 어떤 의미로는 「로봇적」인 작업을 실시하는 것이 현실이다. 결과는 온디맨드로 고객마다의 개별 요망에 대응하는 것이 어렵고, 또 폭스바겐에 포르쉐 시트를 부착해달라는 고객의 커스터마이즈 요청이 있더라도 이것을 현재의 생산 시스템에서 실현하는 것은 쉽지 않다.
I4.0이 지향하는 스마트 팩토리는 고정적인 생산라인의 개념이 없어지고, 동적, 유기적으로 재구성할 수 있는 셀생산방식을 취하는 것이 장래상의 하나로써 상정되어 있다. CPS로 동작하는 생산셀 사이를 조립 중에 있는 자동차가 자율적으로 왔다갔다 하는데, 만약 공정의 어딘가에서 생산능력 또는 부품공급에 병목이 발생하면 다른 차종의 생산셀 및 부품을 융통하고 생산을 지속할 수 있다. 차종마다 적절한 셀을 자율적으로 선택하고 공정의 동적인 재구성을 실시하면, 설비 가동률을 지속하면서도 생산품종을 다양화할 수 있다는 것이다.
이러한 I4.0의 세계관을 이해한 뒤에 필독해야할 것이 「독일의 표준화 로드맵 『Industrie 4.0』」이다. 이 세계관의 개요, 표준규격의 현상과 과제, I4.0에서 그대로 사용되는 규격과 추가로 표준화가 필요한 분야 등이 관련된 표준 규격 일람과 함께 정리되어 있다. 「어디까지나 드래프트」로 간략하게 요약되어 있으며, 독일어판 외에 영어판도 공개되어 있다.
인상적인 것은 여기에 장치와 장치(M2M)의 관계에 더해 인간과 장치(H2M)라는 새로운 관계가 묘사되어 있다는 점이다. I4.0의 세계에서는 생산 시스템의 「전체 최적화」가 반드시 인간을 완전하게 배제하는 전자동화에 귀결한다고 되어있지 않고, 생산공정을 동적으로 최적화하기 위해 CPS가 공정의 복잡한 인과관계를 인간이 이해할 수 있는 최적의 추상도로 전달함으로써 장치가 인간에게 협력을 구하는 구도가 만들어진다는 것이다. 이러한 장래상을 묘사하고 있는 이유는 전술의 「독일의 표준화 로드맵 『Industrie 4.0』」에 현재 제조업에서의 생산공정 복잡화가 극단적으로 진행되고 있기 때문에 모든경우의 수를 시뮬레이션하는 것이 이제는 불가능하게 되었다고 설명하고 있다. 기술적으로 어렵다는 것은 확실한 사실일지도 모르지만, I4.0의 이사회에서는 독일의 노동조합의 이름도 연결지어가면서 원래 인간을 배제하는 전자동화는 정치적으로도 받아들여지기 어렵다는 배경이 있다고 필자는 느끼고 있다. 어쨌든 「인간은 인간만이 할 수 있는 부가가치 높은 판단과 작업에 포커스를 맞춰야 한다」라는 생각에 반론의 여지는 없다.
그림 2에 I4.0이 묘사하는 CPS를 시각화하기 위해 각각의 장치에 미니 스마트 팩토리를 연상시키는 미니 피라미드로 묘사했지만, 이 부분에 상당하는「Industrie 4.0의 시스템 아키텍쳐」(참조모델)는 I4,0에 있어서 최중요 과제로서 그 규격의 표준화의론이 진행되고 있다. 단, 이 이론은 기능이 정해진 자동화 기계의 장치 프로파일 정의라는 단순한 이야기가 아니라, CPS가 행정 및 기업을 뛰어넘어 연결된다는 점에서 만들어지는 새로운 비즈니스 모델 그 자체의 의론이 되기 때문에 합의형성이 좀처럼 진행되지 않고 난항을 겪고 있는 것이 사실이다. 폐쇄된 장에서 관계 각사가 어느 정도의 손 안을 보여주면서 「유스 케이스」를 만들어 추상도를 높이고 참조(비즈니스) 모델로써 공개될 예정이지만, 공개연기가 번복되면서 난산의 모습을 보여주고 있다.

스마트 팩토리의 선구사례, 노빌리아
I4.0에 참가하고 있는 기업 중 하나로서 nobilia(노빌리아)라는 키친메이커의 사례를 소개하고자 한다. 노빌리아는 매일 2700 셋트, 연간 60만 셋트라고 하는 큰 생산량을 자랑하는 구주 최대의 고급 키친메이커다. 키친은 각 가정마다의 니즈에 맞추어서 디자인이 모두 다르기 때문에 원칙적으로는 각 제품마다 특별발주 사양이라는 것이 특징이다. 보통 수제작으로 만들어지는 이 제품을 노빌리아는 독일에서도 인건비가 가장 비싼 베스트팔렌 지방에서 생산하고 있기 때문에 생산성 경쟁력 유지가 과제였다.
노빌리아의 생산공정은 재료를 부품으로 가공하는 전공정과 부품을 완성품으로 조립하는 후공정으로 나뉘어져 있다. 주목해야할 것은 전공정 가공은 목공용 공장기계로, 후공정 조립은 KUKA의 산업용 로봇으로 고도로 자동화되어 있다.
전공정에서는 재료를 잘라내는 공장기계의 소비전력 및 낭비가 되는 재료가 최소한이 되는 방법으로 잘라 실시간으로 시뮬레이션하면서 행정을 최적화 한다. 또, 부품 및 용도마다 다른 공정을 최적화한다. 또 부품 및 용도마다 다른 조립용 벙홀 위치도 모두 오라클로 동작하는 데이터 웨어하우스로 관리되고 있다. 예를 들어 구멍 뚫기 가공 시 공작기계의 드릴 스핀들모터의 전류값 및 전력, 모터 및 워크 진동, 구멍형성 과정과 뚫고 난 찌꺼기형상, 온도 등, 생산 공정에서 일어나는 모든 데이터가 데이터베이스에 기록되어 부품 품질향상을 위해 활용되고 있다.
후공정에서는 재고로 잡힌 가공완료 부품에서 주문마다 필요한 부품을 ERP, MES가 선정하고, 피킹된 부품에는 개체식별용 2차원 바코드가 부착된다.
이 시점에서 생산공정과 ERP가 직결되어 각 부품이 개별 인식되게 된다. 즉, 이 부품이 어느 고객의 주문을 받아 어떤 디자인으로 키친의 어느 부분에 들어가는 부품인지, 어떤 로봇이 어떤 형상으로 조립되어야 하고, 검사 후 어느 시점에 어디로 전달되어야하는지를 부품마다 파악할 수 있는 것이다. 이 것으로 「하나의 흐름」 라인 속에서도 로봇에 의한 자동조립이 가능하기 때문에 복수 라인 조립능력을 동적으로 융통시켜 가동률을 향상시키거나 트러블 발생 시의 개별원인 구명이 효율화된다. 납기도 업계표준의 약 절반으로 경쟁력이 있다.
노빌리아는 트럭 500대를 소유하고 300명의 운전수를 사원으로 유지하고 있다. 매일 모든 트럭을 가득 채울 수 있도록 배송계획으로부터 역산해 후공정을 계획하고, 4일간에 걸쳐 키친이 조립되는데, 조립중 부품이 4일간 공장의 어디에 있는지를 모두 파악할 수 있다는 것이 공정최적화의 열쇠가 된다고 한다. 또 배송처에 도착하기까지 부품 및 모듈을 추적하기 때문에 만약 운송중에 상품이 파손되는 경우라도 트럭 운전수가 소지하고 있는 단말기로 바코드를 읽어 파손기록을 휴대전화망으로 송신하면 그 즉시 교환부품 생산이 시작되기 때문에 노빌리아의 서비스 품질은 고객으로부터 높은 호응을 얻고 있다. 현재는 바코드로 관리되고 있기 때문에 스캔한 곳에서만 부품 소재를 파악할 수 있지만, 앞으로RFID 관리로 바꾸면 RFID 리더의 밀도에 따른 분해능으로 부품의 소재를 파악하고, 나아가 공장 내의 정체를 줄이는 것을 계획하고 있다.
공장은 전 행정에 걸쳐있는 바코드 오토메이션 소프트웨어 PLC/ NC(TwinCAT)가 동작하는 54대의 PC컨트롤러로 자동제어하고 있다. 공장 전체에서의 1일 당 데이터 트랜젝션 수는 100만을 넘으며 이것을 트랜젝션당 100m초 정도의 시간으로 처리한다고 한다.

「Manufacturing by Wire」이라고 불리는 이 노빌리아의 생산방식은 전 부품에 소위 IoT 디바이스와 같은 아이덴티티를 부여하고 있으며, 더욱이 I4.0의 선구자라고도 할 수 있는생산시스템이다. 공정 전체에서 사용하는 에너지도 실시간으로 모니터링 할 수 있기 때문에 생산성을 유지하면서 에너지 절약을 실현하는 방책도 다양하게 실시하고 있다.
노빌리아가 키친과 같은 한 가지 제품의 생산을 공작기계와 산업용 로봇으로 구사하고 자동화해 생산거점을 독일 국내에 두고도 생산품질을 유지하면서 생산비용을 낮추어, 국제적인 가격경쟁력을 유지할 수 있는 것은 인건비가 높은 일본에서도 참고할 수 있는 부분이 있다. 두 개의 공장을 가진 노빌리아에서 일하는 종업원은 겨우 2500명임에도 불구하고 세계 70개국에 1300억 엔 가까운 매출액을 달성하고 있다. 종업원 당 매출액은 5200만엔에 달하는데, 이 금액이 인텔과 거의 같은 금액이라고 하면, 그 경쟁력을 실감할 수 있을 것이다.

<월간PT 2018년 10월호>