제조업의 미래를 예측하는 '스마트매뉴팩쳐링'
후지츠 텔레콤 네트웍스(이하, F TN)는 일본 도치기현고야마시 고야만 공장에서 네트워크기기, 장치, 시스템을 제조하고 있다. 연간 생산하는 제품의 종류가 2500종에이른다. 변종변량생산방식을 취할 수밖에 없는 현실에서 CPS(CYBER PHYSICAL SYSTEM)로 현장을 가시화하고 생산의 최적화를 통하여 스마트매뉴팩쳐링 성과를 내고 있다.
출처: monoist / 번역: K-Smart Factory
더욱더 진화한 스마트매뉴팩쳐링를 향하여
<후지츠 테레콤네트웍스 스마트매뉴팩쳐링 실천라인>
FTN은 일본 도치기현 고야마 공장에서 1959년부터 네트 워크 기기, 장치, 시스템을 생산해왔다. 2015년부터 스마트 매뉴팩쳐링을 추진하여 왔고, 2018년 3월부터는 이 스마트 매뉴팩쳐링을 한층 더 진화시키기 위하여 「Connection & Creation Center (C&C 센터)」를 개설하였다.
목적은 이 공장의 스마트매뉴팩쳐링 추진내용을 가능한 한 가시화하여 후지츠와 고객기업 간 가치창조공유 (Co-Creation)를 가능하게 하고 스마트매뉴팩쳐링 실천의 장으로 만들기 위함이다. C&C 센터와 스마트매뉴팩쳐 링 실천라인에는 이미 여러 기업이 방문하고 있어 새롭게 시작된 가치창조공유의 장으로 발전되어가고 있다. 스마 트매뉴팩쳐링과 관련하여 자사의 성과를 아낌없이 타사에 공개하는 사례는 좀처럼 찾기 힘들다. FTN은 왜 이렇게 하고 있을까?
2500품종 이상의 변종변량생산제품을 어떻게 대응할 것인가?
스마트매뉴팩쳐링을 처음 시작하는 단계에서 FTN의 과제가 되었던 것은 '연간 2500품종에 이르는 제품을 어떻게 효율적으로 생산할 것인가' 이다. FTN은 광 전송 장치, 무선전송장치, 옥내기지국장치, 가옥내장치를 제조하 고 있는데, 이들 제품은 고객요구에 따라 사양이 다르기 때문에 생산하는 품종이 2500품종을 넘고 있다.
생산하고 있는 품종 중 매주 제조하는 품종은 전체의 약 5%이며, 연간 1~9주 정도만 생산하는 품종도 74%를 차지하고 있다. 더욱이, 최신제품~레가시장치, 코아네트 워~가옥내장치 등 폭넓게 생산하기 때문에 월별 생산 변동이 최대 3배나 된다.
현재 FTN이 생산하고 있는 장치는 과거 3개 공장에서 생산했는데 생산환경이 변함에 따라 제조력 강화 목적으로 고야마 공장 한곳에서 집약 생산하게 되었고 변종변량 생산은 더욱 가속되고 있다. 특히, 실장라인에서 생산하는 회로기판 품종은 과거에 비해 2배 증가한 5000품종 이상이 되었다고, FTN 생산기술 제조담당 임원은 설명했다.
CPS 범위 내에서 49종류를 가시화한 콘텐츠 구축
<스마트 매뉴팩쳐링 실천라인에 설치된 콘트롤 센터. 미래를 예측하는 방법으로 개선을 하고 있다.>
사진출처: 모노이스트
FTN의 스마트매뉴팩쳐링 구축은 기존 실장라인에서 과거 대비 약 2배에 달하는 회로기판의 품종 수 대응부터 시작된다.
먼저, 수많은 조합이 발생하는 표면실장(SMT) 공정에서 최적으로 생산하기 위한 설비재배치와 품종 준비교체 회수를 최소화하기 위해 생산할 실장기판 조합을 수학적 수법으로 해결하였다. 그 결과 과거 3개의 공장에서 각각 생산하고 있던 SMT 기판을 설비와 공간을 확대하지 않고 고야마 공장 1개소에서 생산할 수 있게 되었다. 제조현장에서 수리계획법, 크러스터 분석을 통하여 생산성을 향상시킨 사례는 많지 않다.
그리고, 2017년 이후 편차요인이 크고 사람이 작업하는 조립라인이나 시험라인에도 수학적 수법을 확대 적용하였다. 실제로 생산개시 수일 전과 라인투입 직전에 "사 전 최적화"라는 시뮬레이션을 하고 있으며, 수분 후 라인 상황을 예측하는 방법까지 실험하고 있다고 한다.
또한, FTN은 제조현장에서 생성되는 각종 데이터를 적극 활용하고 있다. 인더스트리 4.0이 확산됨에 따라 IoT 디바이스가 소형화 및 LPWA(Low Power Widearea)화 되고 가격도 저렴하여 데이터 활용은 더욱 가속화될 것으로 보고 있다.
공장 관계자는 "현실공장과 가상공장을 밀접하게 연계하여 사전최적화 할뿐 아니라 실시간 최적화도 가능한 CPS(CYBER PHYSICSL SYSTEM)의 적용범위를 구축하고 점점 그 영역을 확대해나가기 위해서는 관련된 많은 사람과 함께 만들어가야 한다. 따라서 공장을 오픈하게 되었다"고 말했다.
현장에서의 데이터 수집은 단계적으로 하고 있다. 지금 은 「Raspberry Pi 3」을 비롯 많은 IoT 디바이스를 라인 내에 설치하고 있으며, LTE 기술을 활용하여 무선 LAN 선행적으로 도입하여 데이터를 넓고, 깊고, 동적으로 수집하고 있다. 그리고, 2017년 11월~2018년 3월 사이 이렇게 수집한 데이터를 토대로 가시화 활동을 추진하였다.
현재 C&C센터 중앙에 대형 모니터를 설치하여 대쉬보 드화 하였다. 후지츠의 FUJITSU Enterprise Application Intelligent Dashboard(이하, intelligent Dashboard)를 베이스로 BI툴을 사용하였고 49종류의 콘텐츠를 준비했다.
「 이상」과 「현실」의 차이를 명확히 하여 그 해결책을 모색하며, 미래도 예측한다
FTN은 생산활동과 관련된 데이터를 모아 가시화하는 대쉬보드를 완성했다. 이에 따라 스마트 매뉴팩쳐링 라인에서도 여러 활동이 추진되고 있다. FTN은 변종변량생산 상황 하에서 생산성 향상을 실현하기 위해 조립공정부터 시험, 포장공정까지 여러 품종을 1개의 라인에서 동시에 생산하는 혼류방식으로 제품 1단위씩을 흐름으로 생산하고 있다. 생산할 때 제품별 공수차이가 4배에 이르므로 공수차가 크게 발생하는 제품들이 연속되지 않도록 관리하는 일이 중요하다.
스마트 매뉴팩쳐링 실천라인에서는 생산순서 최적화를 위해 계획단계에서 수리계획법을 활용하고 있다. 그러나 실제로 제작단계에 이르면 여러 요인이 복합되어 계획 당시보다 생산성 저하현상이 빈번히 발생한다. 이렇게 사전 최적화했을 때의 「이상」과 실제 제조할 때의 「현실」 사이에 차이가 난다. 이 차이를 해소하기 위해 시행하고 있는 것이 바로 CPS를 활용한 리얼타임 최적화다. IoT를 활용하여 수집한 인적 정보와 사물의 정보를 토대로 라인상태 를 실시간으로 파악하여 조립순서를 바꾸어 가며 「이 상」값에 가깝도록 최적화하고 있다.
특히, 흥미 있는 활동은 「미래를 예측하여 개선」하는 것이다. FTN은 스마트매뉴팩쳐링 실천라인에 라인관리 자가 상주하는 콘트롤 센터를 설치하였다. IoT로 수집한 데이터를 사용하여 과거실적을 토대로 데이터 트렌드를 가시화했고 라인의 현재 진척상황을 데이터화했다.
또한, 통계적인 분석으로 라인의 10분 후 상황을 예측할 수 있기 때문에 생산활동에 대한 과거, 현재, 미래를 쉽게 알 수 있고 예측할 수 있다. 라인관리자는 라인의 과거, 현재, 미래 상황을 보면서 라인에서 일어나고 있는 문제를 잡아내고 개선에 필요한 정보를 수집한다. 동시에 지연현상이 발생될 것 같은 공정에 대책도 세우도록 지시한다. 미래예측에 의한 개선방법은 가시화 추진 활동에 의해 창출된 기법이다. 관련된 많은 사람이 가시화된 데이터를 보고 새로이 데이터를 활용하는 방안이 나오며 생산성 향상에도 연결된다. 가시화는 사람이 가지고 있는 생각을 네비게이트하는 역할도 한다.
FTN은 2018년도부터 각 제조라인에 분산되어 있는 부재를 부품창고로 집약하였다. 부품창고에서 변종변량생산에 실시간으로 최적화된 생산순서에 맞춰 부품을 피킹 하고 있다. 부품창고에도 부품을 피킹하는 작업자와 부품에서 나오는 각종 데이터를 수집하는 CPS를 구축하였다. 그리고, 사전 최적화로 부품 피킹작업 동선단축과 정체현 상이 발생되지 않도록 부품 선반을 배치하고 있다.
또한, 부품 피킹 시 원할하고 깜빡 실수를 방지하기 위한 시스템과 깜빡 실수할 뻔했던 데이터도 수집되어 가시화된다. 그 외에 후지츠의 생산라인 시뮬레이터 「GP4: FUJITSU Manufacturing Industry Solution GP4」를 사용 작업부하 시뮬레이션을 토대로 부품선반 배치 최적화와 작업부하 균일화도 시행하고 있다. 서로 상반되는 생산성 향상과 작업하기 편안한 작업환경 조성을 목적으로 하고 있다.
<광의의 CPS 실현 개념도>
사진출처: 모노이스트
최고난도 1개 단위 주문생산 대응 생산체제 구축
FTN은 스마트매뉴팩쳐링 구축을 위해 여러 각도에서 노력해 왔다. 관계자에게 앞으로 어떠한 방향으로 진화해 갈 것인지에 대해 묻자 "현재의 CPS는 공장 내 제조 과정에 포커스되어 있다. 이것을 공장 전체의 정보를 파악할 수 있는 CPS로 확대할 것이다. 그리고, 후지츠의 개발 부서와 사외 서플라이어, 고객에게도 데이터를 연결하여 새 로운 가치창조를 실현할 수 있도록 하는 것이 최종 목표"라고 밝혔다.
이처럼 CPS의 범위를 확대해 가려면 현재의 생산 중심에서 ECM이나 SCM과도 연계된 광의의 CPS로 발전해야 한다. 작게 시작한 CPS를 보다 확대 시켜나가기 위해 서는 타 시스템과의 연계가 쉽고 세큐리티도 확보되어 있는 IT솔루션이 필요하다. 후지츠의 제조디지털플레이스 「COLMINA」를 활용하는 것도 하나의 방법이다.
또한, FTN에서 경험하고 키워온 변종변량생산에 대한 스마트 매뉴팩쳐링의 성과는 앞으로 COLMINA에도 반영될 것이다. 2018년 10월에 발표한 COLMINA 신버젼「COLMINA V2」의 신기능에도 FTN의 노하우가 일부포함되어 있다. 앞으로 스마트 매뉴팩쳐링의 성과를 범용화하여 COLMINA의 솔루션으로 사외 판매 가능성도 검토하고 있다 한다.
앞으로 스마트팩토리 매뉴팩쳐링에서 중요한 역할을 담당하게 될 것은 C&C센터와 스마트매뉴팩쳐링 실천라인을 활용 외부 기업과 공동으로 새로운 가치를 창조하는 일이다. 2018년 11월 초순까지 1000명 이상의 관계자가이 센터와 공장을 견학하였다. 견학을 계기로 한층 심도깊은 비즈니스 상담이 이어지고 있다고 한다.