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똑똑 스마트 공장
중소기업 스마트 공장 구축 위한 생생 교육현장
스마트 공장 배움터 ‘넥스트 스퀘어’

중소 제조기업 임직원이라면 한 번쯤은 꼭 가봐야 할 곳이 있다. 4차산업에 응용될 다양한 기술을 한자리에 접목시켜놓은 똑똑한 공장 ‘넥스트 스퀘어’다. 중소기업진흥공단 중소기업연수원에 자리한 스마트 공장 배움터 넥스트 스퀘어는 국내에서 유일무이한 스마트 공장 러닝센터. 지난 11월 한 달 동안 이곳에서는 개원에 앞서 시범연수 과정이 진행됐다. 총 5회에 걸친 연수 과정을 통해 미비점을 보완한 후 내년부터는 본격적인 스마트 공장 배움터로 자리매김하겠다는 각오다.

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국내 최초, 스마트 공장 구축을 위한 실무 배움터
확대보기스마트 공장 배움터인 ‘넥스트 스퀘어(NEXT SQUARE)’ 입구에 들어서면 오른편에 50여 명을 수용할 수 있는 강의실과 왼편에는 체험실이 나타난다. 체험실은 실제 스마트 공장을 그대로 옮겨놓은 현장이다. 기역(ㄱ)자 형태로 배치된 탁상용 시계 제조라인은 작업자가 시스템을 가동시키면 원재료 가공에서부터 완제품까지 일련의 제조과정이 원스톱 시스템으로 작동하면서 제조과정이 실시간으로 한눈에 드러나는 그야말로 스마트 공장의 롤모델이다.
탁상용 시계 하나가 처음 만들어지는 데 소요되는 총시간은 8분 22초. 작업이 시작되면 사람과 자동화장비 그리고 협동로봇 3자가 협업해 2분 30초마다 완제품을 지속적으로 생산해낸다. 제조공정은 크게 5단계로, 절단-이송-가공-검사-조립으로 이어진다. 가장 먼저 절단은 IoT센서가 장착된 자동화 장비가 시계의 몸체와 받침대로 사용될 아크릴 원재료를 절단한다. 110초 만에 완제품 8개를 만들 수 있는 물량이 동시에 작업된다. 다음은 반제품 이송 작업으로 이어진다. 이때는 사람의 손이 필요 없다. 가정용 청소기보다 조금 더 크고 귀여운 모바일 로봇이 자율적으로 머시닝센터 가공대기 공간으로 반제품을 옮겨놓는다. 이동 경로가 사전에 입력돼 있어 스스로 이동하며, 장애물을 만나면 알아서 피해갈 만큼 똑똑한 로봇이므로 사람과 함께 작업하기에 안성맞춤이다. 이송시간은 단 15초.
다음은 두 대의 머시닝센터에서 몸체와 받침대의 가공이 이루어진다. 한 대에서는 외관 형상 가공과 시계가 들어갈 원통(홀)따기, 그리고 다른 한 대에서는 받침대의 홈 가공이 각각 170초 동안 정교하게 진행된다. 다음은 인쇄가공이다. 레이저 인쇄기가 고객맞춤형 글씨를 새기며, 이때 QR코드 인쇄도 함께 이루어진다. 이어서 75초 동안 자동검사 과정을 거치게 되는데, 불량이 발생하면 작업자에게 알람 문자를 발송한다. 마지막 과정은 최종 조립이다. 여기에서는 사람과 협동로봇의 공동작업과 함께 RFID센서로 생산정보 관리가 이루어진다. 완성품을 모바일 로봇이 적재장소로 이동시키면 모든 작업은 끝난다.
이곳에서 만날 수 있는 또 하나의 빼놓을 수 없는 시스템은 ‘디지털 트윈(Digital Twin)’이다. 한쪽 벽면에 설치된 대형 스크린에는 생산설비와 동일하게 구동되는 가상공간 시뮬레이션이 나타난다. 사무실이나 외부의 다른 장소에서도 제조과정의 상세한 흐름을 실시간 모니터링하는 것이 가능하다. 스마트 공장 견학 경험이 없는 사람이라면 한눈에 드러나는 이 같은 완벽한 스마트 시스템에 놀라움과 함께 궁금증이 폭발하기 마련이다.

확대보기스마트 공장 체험실에서는 탁상용 시계 제조 공정인 절단-이송-가공-검사-조립의 5단계를 거쳐가며 완성품이 제조되는 전 공정을 한눈에 볼 수 있다.

디지털 트윈(Digital Twin)
생산설비와 동일하게 구동되는 가상공간 시뮬레이션 시스템으로, 현재 생산되는 과정에서 일어나는 모든 실제 상황을 사무실이든 어디서든 자세하게 확인할 수 있다는 것이 특징이다. 또한 생산하고자 하는 제품을 사전에 가상으로 만들어볼 수 있어서 품질 수준과 납기가능 여부를 예측할 수 있다는 것도 큰 장점이다. 연수원의 ‘넥스트 스퀘어’ 체험실 내부 한쪽 벽면에는 이 시스템이 설치돼 있어, 연수생들로 하여금 디지털 트윈의 중요성과 필요성을 피부에 와닿게 보여주고 있다.

4차산업 현장이 요구하는 장비와 SW기술 총집합
스마트 공장 배움터의 체험실 내부는 이를테면 4차산업 현장에서 필요로 하는 장비와 소프트웨어 기술들의 총집합 장소로 보면 된다. POP(생산시점 관리), MES(제조실행 시스템), 디지털 트윈(생산설비와 동일 구동 시스템), 머시닝센터, 협동로봇, 사물인터넷(IoT) 기반의 센서, 로트추적 시스템(QR코드) 등이 갖춰진, 사람과 로봇이 함께 소통하며 일하는 스마트 공장의 롤모델인 셈이다.
스마트 공장 배움터가 문을 연 것은 지난 11월 초. 중소기업연수원이 중소기업의 스마트 공장 추진 실무 전문가 양성 플랫폼을 마련하고자 6월 30일부터 10월 30일까지 4개월에 걸쳐 ‘탁상시계 제조라인’ 스마트 제조혁신 시스템 작업을 진행했다. 여기에 든 비용은 총 10억 원 규모로, 최소 비용으로 효과적인 모델을 구축했다는 평가를 받고 있다.
넥스트 스퀘어 준비 및 구축은 스마트생산연수원팀이 맡았다. 운영과 교육에 직접 참여하고 있는 백종엽 팀장, 이명선 부장, 임복규 차장이 주축이 되어 올 상반기 동안 기획 및 준비작업을 거쳤고, 실제 설비 시공과 시스템 구축 시에는 전문업체를 선정하여 함께 머리를 맞대고 진행했다. 백종엽 팀장은 “처음에는 생산 아이템으로 드론도 생각해봤지만, 교육현장으로서 제조원가는 적게 들고 교육효과는 높여야 했기에 탁상용 시계로 결정했다”고 밝혔다.
‘구슬이 서 말이라도 꿰어야 보배’라고 했다. 잘 구축된 교육센터라면 실제 활용도가 높아야만 그 진가를 발휘하기 마련이다. 연수원 측은 내년 초부터 진행될 본격적인 연수에 앞서 지난 11월 한달을 시범교육 기간으로 정하고, 총 5회에 걸쳐 중소기업 임직원들을 대상으로 연수과정을 운영했다. 9일부터 10일까지는 ‘러닝 팩토리를 활용한 스마트 공장 체험’ 과정을 18명이 이수했고, 13일부터 14일까지는 ‘스마트 공장의 RFID, 협업로봇, CPS 활용’ 연수에 26명이 다녀갔다. 또 17일 ‘스마트 공장 핵심기술 기초(MES, Digital Twin, Individual)’ 과정에는 25명이 참여했다. 20일 이후로는 ‘스마트 공장의 MES와 CPS 기초’, ‘스마트 공장의 품질관리와 비전검사’ 등의 연수에 40여 명이 참석했다.

확대보기사무실이나 외부에서도 제조과정을 모니터링할 수 있게 해주는 디지털 트윈 시스템.

사람과 로봇이 협업해 완제품 생산하는 生生배움터
11월 17일 오후, 기자가 찾아간 넥스트 스퀘어 강의실에서는 ‘스마트 공장 핵심기술 기초과정’ 이론교육이 진행 중이었다. 품질기술사이자 스마트생산연수팀 교수인 이명선 부장은 참석한 수강생들을 대상으로 스마트 공장의 개념에서부터 시작하여 MES, 그리고 디지털 트윈의 원리와 중요성에 대한 실무 중심의 이론을 강의했다. 이어서 3시가 되자 25명의 연수생들은 옆의 스마트 공장 체험실로 자리를 옮겼다.
체험실 문이 열리자, 탁상시계 제조 시스템이 실제 상황으로 가동됐다. 자동화 장비에서 원재료 절단이 시작되고, 모바일 로봇이 반제품을 이송하고, 머시닝센터는 본격적인 가공을 진행했다. 가공된 몸체와 받침대의 검사가 이어지고, 협업로봇과 현장관리자 협업으로 인해 완제품이 만들어졌다. 동시에 현장에 설치된 모니터에는 생산시점 관리를 위한 상세한 현황들이 데이터화되어 실시간으로 나타났다. 사람과 로봇들의 손발이 척척 맞아떨어지면서 협업하는 장면과 물 흐르듯이 진행되는 경이로운 제조과정에 연수생들은 하나같이 눈을 어디에 두어야 할지 모른다는 표정이었다.
각 과정마다 이명선 부장의 상세한 설명을 듣고 있던 연수생들은 처음 보는 모바일 로봇과 협업로봇, 그리고 한쪽 벽면을 채운 ‘디지털 트윈’ 시스템에 대해 질문을 이어갔다. TV 화면에서나 볼 수 있었고 말로만 듣던 스마트 공장이 실제로 가동되는 현장을 보며 연수생들은 각 과정마다 놓치지 않고 스마트폰으로 촬영하기도 했다.
올 한 해 동안 안산 중소기업연수원을 비롯해 부산, 대구, 광주에 각각 위치한 지방연수원에서는 스마트 공장 구축 및 추진 실무 연수교육이 진행되었다. 11월 현재 연수를 받은 중소기업 임직원은 총 881명으로, 12월에 예정된 교육인원까지 합치면 당초 목표였던 1,000명을 훌쩍 넘길 것으로 예측된다.
이명선 부장은 “스마트 공장의 현장을 실감나게 재현시키고 있는 ‘넥스트 스퀘어’로 인해 내년부터는 이론 중심의 교육이 가졌던 한계점을 극복하고 연수생들에게 보다 실질적인 현장 중심의 교육이 되어 중소기업 스마트 공장 확산에 큰 기여를 할 것”이라고 말했다.

2018년 15개 신규 연수 프로그램 마련
확대보기 넥스트 스퀘어의 오른편에 자리한 강의실은 50여 명이 교육받을 수 있는 이론 교육장이다. 4차 산업혁명이 화두가 되고 있는 시점에서 스마트 공장은 제조기업들이 피해갈 수 없는 최대 관문이나 다름없다. 앞으로 넥스트 스퀘어는 스마트 공장 구축을 희망하는 중소 제조기업들에게 현장 실무를 익히고 벤치마킹할 수 있는 살아 있는 교육현장이 될 것으로 기대를 모으고 있다.
중소기업연수원 스마트생산연수팀은 넥스트 스퀘어의 장점을 최대한 활용할 수 있는 다양한 신규 연수 프로그램들을 2018년에 한껏 펼쳐 보이겠다는 계획이다. 스마트 공장 쇼룸 체험 프로그램인 ‘이것이 스마트 공장이다’를 비롯해 ‘스마트 공장 추진 전문가 양성’, ‘생산·품질 KPI와 통합 모니터링 실무’, ‘스마트 공장의 New 품질관리’, ‘제조 Big Data & CPS를 활용한 생산 최적화’, ‘스마트 공장 구축 실무(IoT, 비전, 협업로봇, 모바일 로봇)’, ‘스마트 공장 제조실행 시스템(MES) 구축 실무’ 등 15개의 프로그램을 준비 중이다.
이에 따라 내년도에는 현재로서 미흡한 점들을 충족시키고자 빅데이터에 기반한 지능형 공장 구현을 위한 소프트웨어와 R&D 지원 장비 및 스마트 공장 실습 키트를 대거 도입한다는 방침이다. 기존의 고도화 라인 구축을 위해 데이터 분석 및 예측이 가능한 ‘빅데이터(S/W)’, 천정 공간을 활용한 무인 이송장비인 ‘공중반송기’, 모바일 로봇, 데이터 저장 및 분석을 위한 ‘클라우드 시스템’, 제조현장의 실시간 모니터링이 가능한 ‘웹캠’ 등을 갖출 계획이다. 또 3D프린트(컬러)로 시제품 제작 실습과 3D레이저스캐너로 우수제품 디자인 벤치마킹을 하고, 역설계 소프트웨어로 설계 변경이 가능한 관련 R&D 지원 장비를 갖춘다. 이외에도 가상현실(VR), IoT, 협업로봇, 비전검사, 센서를 실습할 때 필요한 실습 키트들을 구입할 예정이다. 이를 위해서는 10억여 원의 예산이 소요될 것으로 예상된다.
중소기업연수원 구재호 원장은 “넥스트 스퀘어는 중소기업 임직원들이 연수 프로그램에 참여해 교육을 받고, 현장 실습을 통해 자사의 스마트 공장 구축에 맞는 시스템과 요소들을 찾아 사전준비와 실행을 해볼 수 있도록 합니다. 이럴 경우 연수교육에서 확보한 경험치를 실제 스마트 공장을 구축할 때 접목시킬 수 있는 효과 만점의 살아 있는 배움터가 될 것”이라고 자신감을 전하면서 앞으로 스마트 공장 인력양성의 메카로 자리매김시키겠다는 의지를 피력했다.

스마트 공장 전문가 인터뷰
중소기업연수원 스마트생산연수팀 임복규 교수

“중소기업 현장 중심 스마트 공장 실무교육에 주력”

확대보기 스마트생산연수팀 임복규 차장은 연수생들이 넥스트 스퀘어 체험실에서 실습을 거치고 나면 스마트 공장 구축을 위한 구체적인 실행계획을 세울 수 있게 될 것이라고 말한다. 스마트 공장 배움터 ‘넥스트 스퀘어’를 구축하느라 수고하셨습니다. 첫 모델이라서 나름의 애로점도 있었을 것 같습니다.
준비과정부터 구축 완료까지 10개월 정도의 기간을 가졌습니다. 힘든 점은 생산품목 결정과 비용 그리고 시간이었습니다. 한정된 비용으로 최대의 교육효과를 내기 위해서 현실적인 부분을 충분히 고려했죠. 탁상용 시계를 선택한 것도 그 이유입니다. 또 시간적 여유가 없었기에, 야근은 물론이고 주말에도 많은 시간을 할애해야 했습니다. 잘 구축됐다는 평가를 받아서 만족스럽습니다.

공학박사로서 연수생 교육에도 직접 참여하고 계시죠? 교육효과 향상을 위해 열정을 쏟는다고 들었습니다.
연수교육 프로그램에는 센서, 정보 시스템, 로봇 관련 외부 전문가들과 스마트생산연수팀 백종엽 팀장과 이명선 부장, 그리고 저도 교수진으로 참여하고 있습니다. 교수진의 전문가적인 능력도 중요하지만, 우리 연수생들이 중소기업 임직원들인 만큼 중소기업 현실을 잘 아는 분들이 강의를 하는 것이 효과적입니다. 이 점에 중점을 두고 교수진을 구성했습니다. 저희 스마트생산연수팀 교수진은 각각 품질과 기계공학 분야 전문가들이면서도 중소기업 지원 현장에서 컨설팅과 자금지원 등을 통해 다양한 경험을 쌓았기에, 연수생들에게 보다 실질적인 내용의 강의를 한다고 생각합니다. 교육 후에 그 효과를 높이기 위해서 교육한 내용을 동영상으로 만들어 연수생들에게 이메일로 발송해줍니다. 연수생들이 부담 없이 상담 및 질문을 해오고, 이를 통해 스마트 공장 실행에 한층 쉽게 접근할 수 있도록 하는 연결고리가 되는 것 같습니다.

시범연수 프로그램 진행 시 연수생들이 가장 궁금해하는 것은 무엇이던가요?
스마트 공장 교육에 참여한 연수생들은 대부분 스마트 공장을 구축하려면 사전에 무엇을 준비해야 되는가에 대한 부분을 가장 궁금해합니다. 특히 본인들과 유사한 제품이나 기업 규모가 유사한 기업들이 어떤 과정을 거쳐서 스마트 공장을 구축하게 되었는지, 상세한 스토리를 듣고 싶어합니다. 그래서 수업 중 업종별로 다양한 우수사례를 소개하면서 즉흥적인 상담도 하고 있으며, 교육 중에 인근 스마트 공장 견학도 실시하여 연수생들이 각각 올바른 방향으로 스마트 공장을 구축할 수 있도록 강의를 하고 있습니다.

넥스트 스퀘어를 통해 가장 만족스러웠던 점은 어떤 것인가요?
중소기업들의 경우 스마트 공장 구축에 대한 관심은 높지만, 막상 실행으로 옮기려면 막연하다는 입장입니다. 넥스트 스퀘어를 보고 나면 자사에 맞게 응용하여 구체적인 실행계획을 세우게 된다고 말합니다. 또 신규설비에 대한 부담을 크게 갖는 편인데, 센서 장착 등을 통해 기존 장비를 업그레이드시켜 활용할 수 있다는 것과 관련 전문가 정보를 제공해주고 있습니다. 이로 인해 연수 중소기업들의 만족도가 높아서 저희도 큰 보람과 자부심을 느낍니다.

박창수 전문기자 사진 손철희 객원사진기자

조회수 : 2,768기사작성일 : 2017-12-01
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