궁극적으로 자동차 제조업체들은 스마트 제조를 추구해야 한다. 시작은 기존 장비를 지능형 기술로 업데이트해 기존 생산 시스템에서도 실행 가능한 통찰력을 얻을 수 있도록 하는 데 있다. 이런 정보는 제조공장을 신속하게 현대화할 수 있도록 새로운 생산라인의 설계 및 커미셔닝에 활용될 수 있다. 뿐만 아니라 실제 생산 데이터는 생산라인의 가상 모형을 개발하고 모든 엔지니어링 분야의 상호 연결을 설정할 때 도움이 된다. 



글 | 오 병 준 한국지사장, 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어 

오 지사장은 IT 업계에 30년 이상 몸담으며 쌓아온 엔터프라이즈 소프트웨어 경험을 바탕으로 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어의 한국지사장직을 수행하고 있다. 그는 한국의 여러 글로벌 IT 기업을 거치며 성공적 비즈니스 및 기술 전문성을 구축해 왔다. 지멘스 디지털 인더스트리 소프트웨어 전엔 SAS(Statistical Analysis System) 코리아 대표이사를 지냈으며, 오라클 코리아, 테라데이터 코리아, IBM 코리아 임원으로 재직한 바 있다. 엔지니어링, 영업, 채널 관리, 마케팅 등 다양한 관련 분야 전문성을 보유한 기업인으로 알려져 있다. 연세대학교에서 경영학 학사를, 숭실대학교에서 정보공학 석사를 취득했다.  







다양한 산업 트렌드가 융합되면서 자동차 산업 또한 재편되고 있다. 자율주행 시스템, 5G 연결성, 전동화된 파워트레인과 같은 기술 발전은 기존의 차량을 보다 높은 지속가능성, 접근성, 편리성을 갖춘 운송 수단으로 변화시키고 있다.
이러한 추세는 올해 3월 30일부터 4월 9일까지 진행된 한국의 국제 자동차 전시회 ‘2023 서울모빌리티쇼(Seoul Mobility Show)’에서도 확인할 수 있다. 서울모빌리티쇼에서는 ‘지속가능하고 지능화된 이동혁명(Sustainable·Connected·Mobility)’을 주제로, 여러 국가의 160개 이상의 업체가 참여해 친환경적이고 지능화된 모빌리티를 선보였다. 국내에서도 현대자동차, 기아, KG모빌리티(구 쌍용자동차) 등 다양한 브랜드가 행사에 참여했다.

기아는 이번 행사에서 모든 차량을 전기차로 전시했으며, 특히 EV9에는 무선 소프트웨어 업데이트는 물론이고 전자식 변속 레버(Shift by Wire, SBW), 고속도로 자율주행(Highway Driving Pilot, HDP) 등 첨단 기능이 포함됐다.
그러나 차량의 발전과 함께 규제 기관은 차량 설계 및 생산 시설 모두에 대해 점점 강력한 배기가스 배출 및 지속가능성 관련 지침을 부과하고 있으며, 자동차 시장에 신규 진입 업체가 급증하면서 경쟁이 치열해지고 있다. 이 경쟁 속에서 스타트업과 기존 자동차 제조기업 모두 제품 개발과 도입 주기에 대한 압박을 받으며 오늘날의 시장에 미래차를 출시하기 위해 노력하고 있다.








기존 제조방식의 리스크

자동차 산업에서 광범위한 변화가 일어나고 있음에도 불구하고, 기성 자동차 제조기업들은 기존의 제조 프로세스, 장비, 설비에 투자를 집중하고 있다. 그러나 이는 오히려 제조 효율성과 유연성 면에서 뒤처질 위험을 가중시키는 일이다. 오늘날 기성 자동차 공장들은 대부분 재개발용 시설이며, 오래된 장비와 새로운 장비가 혼합되어 있다. 새로운 장비들은 네트워크를 통해 데이터를 공유할 수 있도록 구축된 반면, 오래된 장비들의 경우 일반적으로 외부 연결이 어렵거나 불가능한 데이터 아일랜드(data island) 형태다. 따라서 이전에 쓰이던 제조방식으로는 데이터를 지능적으로 활용할 수 없다. 제조기업들이 프로세스를 업데이트하고 있기는 하지만, 일반적으로 현대적인 과제를 해결하는 데 필요한 인사이트를 공장으로부터 얻을 수 있을 정도는 아니다. 현대 시장에서 이러한 문제는 다방면으로 자동차 회사의 사업을 위태롭게 할 수 있다.



- 잠재적인 생산 라인 중단 - 예상치 못한 고장, 유지보수 지연, 품질 문제로 인해 납품 지연, 비용 초과, 재무 지표 달성 미흡 등의 문제가 발생할 수 있다.

- 유연성과 탄력성 부족 - 변화나 새로운 요구사항에 신속하게 대응할 수 없거나, 예상치 못한 다운타임으로부터 복구하지 못하거나, 한 제품에서 다른 제품으로 신속하게 전환할 수 없을 경우 사업 운영에 유의미한 영향을 미칠 수 있다.

- 규제 및 지속가능성 목표에 대한 미준수 - 현대의 제조 환경은 갈수록 증가하는 규제 의무 및 요구 사항에 직면해 있다. 자칫하면 벌금과 처벌, 심지어는 기소로 이어져 문제가 더 복잡해질 수 있고, 결국 구속 내지 주가 하락을 초래할 수 있다.

- 사이버 공격의 위험 - 최근 랜섬웨어가 전체 제조 생태계를 차단해 재정 손실, 지적 기술 유출, 고객 신뢰도 저하 등의 문제를 일으킬 수 있다는 점이 강조되고 있다.



전반적으로 기존의 제조 공정들은 급속하게 뒤처지고 있으며, 기업들은 평판, 경쟁력, 나아가 사업의 손실까지도 초래할 수 있는 중대한 생산 문제에 노출돼 있다. 오늘날 기업들은 국가 정치 및 경제적인 요구에 따라 전 세계로 신속하게 이전하거나 생산라인을 복제할 수 있어야 한다. 새로운 기능의 출시와 혁신을 가속화하고 복잡성을 줄이고, 출시 시간은 단축해야 한다는 압력에도 대처해야 하며, 새로운 지속가능성 관련 요구사항 및 규정 또한 준수해야 한다.

제조 설계에 대한 기존의 접근 방식은 기계, 전기, 소프트웨어 및 제어 팀이 독립적인 운영으로 인해 도메인 간 통신이 제한되는 리스크가 있으므로 병렬적인 운영 방식으로 최적화가 필요하다. 도메인 간의 제조라인을 커미셔닝할 때가 되면 여러 엔지니어링 팀은 다양한 시스템 설계를 여러 형식으로 동기화해야 한다. 가령 전기 시스템, 소프트웨어, 네트워크 설계 파일이 모두 다른 형식을 사용하는 식이다. 각각의 설계는 서로 분리된 상태에서는 잘 작동하지만, 이들 팀이 사전에 설계 통합을 테스트할 기회가 없기 때문에 통합시 종종 새로운 문제가 발생된다. 이러한 예상치 못한 문제로 인해 커미셔닝 프로세스를 지연시키고 성공적인 출시를 방해한다. 물론 이들 라인 중 상당수가 재개발용 프로젝트이므로 기업은 새로운 장비와 기존 장비를 혼합해 생산라인을 설계, 위탁, 유지보수해야 한다.








스마트 제조의 이점

자동차 제조기업이 성공하려면 증가하는 복잡성을 성공적으로 관리하고, 제조의 미래를 받아들일 수 있도록 보다 탄력적이고 민첩하게 움직여야 한다. 이를 위해 자동차 제조기업은 모든 엔지니어링 분야의 데이터를 현장 지식과 연결함으로써 제조공정을 현대화해야 한다. 여기에는 센서와 처리 기능이 내장된 새로운 기계와 기존 장비를 통합하는 것 등이 포함된다. 센서와 인텔리전스를 생산시설에 통합하면 기업이 엔지니어링 및 제조 데이터의 폐쇄형 루프 구축을 통해 제조 성능과 제품 품질을 모니터링하고 개선할 수 있다. 또 이러한 폐쇄형 데이터 루프는 기업이 실시간으로 운영 관련 문제를 예측할 수 있도록 돕는다.

이러한 폐쇄형 루프에는 스마트 제조 기계만 중요하게 작용하는 것은 아니다. 기존 장비의 현대화와 정보·운영 기술(IT/OT)의 융합 또한 새로운 기계의 커미셔닝을 알리고 전체 공장의 현대화를 가속화할 수 있는 귀중한 통찰력의 원천이 된다. IT/OT 융합은 기본적으로 기기(OT)와 기계 및 설비를 상위 수준에서 모니터링하는 비즈니스 시스템(IT) 간에 정보를 전달할 수 있도록 통신 표준의 통합을 수반하는 중요한 단계이다. 그 결과 공장과 기계 모두의 수준에서 운영 효율성이 향상되며, 더불어 설계 프로세스 전반에 걸쳐 엔지니어링 분야가 통합되도록 보장하면 생산라인의 커미셔닝이 더욱 빠르고 쉬워져 보다 완벽한 출시로 이어질 수 있다.

그렇다면, 어떻게 하면 이러한 단계에 이를 수 있을까? 핵심은 바로 제조 계획과 설계, 커미셔닝을 디지털화하는 것이다. 디지털화를 통해 자동차 제조기업은 생산기계, 라인은 물론 전체 설비를 최소한의 위험으로 신속하게 설계, 테스트하고 커미셔닝할 수 있다. 또한 디지털화는 엔지니어링부터 생산 현장에 이르기까지 제조 라이프사이클 전반에 걸쳐 지속적인 정보의 흐름을 생성하는 데 도움이 된다. 이와 같은 디지털 백본(backbone)을 활용하면 기업은 작업 현장으로부터 고급 분석, 예측 유지 프로그램 등 여러 프로세스에서 사용할 수 있는 귀중한 데이터를 수집할 수 있으며 이를 통해 연결된 시스템을 최대한 활용할 수 있다. 나아가 자동차 제조기업은 엔지니어링, 정보 기술, 운영 기술, 작업 현장을 연결하는 완전한 스마트 제조 접근방식을 구현할 수 있다. 이로써 시장 변화에 대한 적응력과 탄력성을 높이는 동시에 제조 유연성을 통한 미래 제품 혁신 또한 지원할 수 있다.

제조 설계 및 엔지니어링의 연결성은 프로세스 계획에서부터 시작된다. 디지털 스레드를 통해 프로세스 계획을 연결함으로써 작업 셀 및 생산라인에 대한 초기 계획을 파악하고 각 분야와 팀, 다운스트림 프로세스에 액세스할 수 있다. 이것이 스마트 제조라인의 가상 버전 또는 디지털 트윈을 구축하기 위한 첫 번째 단계이다.

첫 단계 이후에 자동차 제조기업은 공정계획에서 개발된 셀의 가상 표현을 사용해 생산공정의 시뮬레이션을 시작할 수 있다. 엔지니어는 시뮬레이션을 통해 다양한 라인 구성을 평가하고 새로운 시스템과 오래된 시스템의 통합을 테스트하며, 시뮬레이션 결과에 따라 업그레이드가 필요한 위치를 식별할 수 있다. 또 디지털 트윈 시뮬레이션은 자동화 로직을 실행해 기업이 이미 검증·확인된 생산라인을 가상으로 커미셔닝할 수 있게 함으로써 출시 시에 기계와 셀이 함께 작동해 고품질 부품을 생산하도록 보장할 수 있다. 이러한 시뮬레이션 과정을 거쳐 수집된 데이터는 생산 운영 검증 및 확인의 중추가 된다.

생산라인의 설계, 커미셔닝, 설치가 완료되면 자동차 제조기업은 작업 현장에서 중요한 데이터를 파악하는 동시에 생산을 시작할 수 있다. 운영 데이터에 대한 실시간 액세스는 필요에 따라 제조 환경을 쉽게 관리하고 조정할 수 있도록 한다. 예를 들어 실시간 제조 데이터는 병목 현상을 식별하거나 생산라인의 품질 문제의 원인을 정확히 파악하는 데 도움이 될 수 있다. 해당 정보가 데이터 백본에 입력되면 제조 계획, 엔지니어링, 실제 운영의 폐쇄 루프가 생성된다. 또한 라인에서 파악되는 생산 데이터는 AI, 머신러닝, 시뮬레이션 플랫폼을 제공하는데, 이를 통해 기업은 기계에 대한 예측 유지보수를 수행하고 품질 오류를 방지하며, 전체 생산 라이프사이클에 걸쳐 시정 조치를 시작할 수 있다.








스마트 제조의 시작, 디지털화

자동차 제조기업은 자체적으로 디지털 혁신을 시작할 수도 있지만, 강력한 기술 파트너의 도움을 받으면 이러한 혁신을 가속화하고 위험을 줄일 수 있도록 각종 지원과 서비스, 디지털 혁신 전문 지식을 제공받을 수 있다. 지멘스와 같은 소프트웨어 및 기술 공급업체는 다양한 프로세스의 디지털화를 지원하는 포괄적인 소프트웨어 및 디지털 솔루션을 제공한다. 기존의 프로덕션 시스템을 연결하기 위한 에지 장치 등이 그 예시이다. 에지 장치는 IT 및 OT 시스템과 통합되어 인공지능과 머신러닝을 활용함으로써 제조환경의 지속적인 모니터링, 예측, 자체 구성을 지원한다. 이들 기업은 디지털 기능의 강력한 포트폴리오 외에도 컨설팅 및 엔지니어링 서비스를 통해 디지털 전환 프로그램의 위험을 줄이는 동시에 주요 이정표에 대한 진전을 가속화할 수 있다. 또 비지니스 요건에 따라 온프레미스(on-premises)나 클라우드 또는 하이브리드 클라우드 방식을 사용할 수 있다.

국내에서도 2021년 현대자동차·기아가 디지털 혁신과 모빌리티의 새로운 미래를 가속화하기 위해 지멘스를 우선협력대상자 및 전략적 파트너로 선정했다. 지멘스와의 협력으로 통합 소프트웨어, 서비스, 개발 플랫폼으로 구성된 Siemens Xcelerator 포트폴리오의 NX 소프트웨어와 Teamcenter 포트폴리오를 통해 차세대 엔지니어링 및 제품 데이터 관리 서비스를 제공받을 수 있다. 이 기술 협력은 차량 설계 방법을 수립하고, 모든 자동차의 수명 주기를 비롯해 생산, 구매, 협력 연구, 개발과 같은 관련 프로세스 및 활동을 고려하는 맞춤형 솔루션을 개발하기 위한 목적이며, 지멘스는 소프트웨어 외에도 현대자동차·기아가 공급 네트워크 전반에서 지멘스 소프트웨어의 효율적인 사용 및 운영을 보장할 수 있도록 전문적이고 특화된 교육을 제공한다.

KG모빌리티로 사명을 바꾼 쌍용자동차 역시 지멘스의 도움을 받았다. Siemens DISW의 PLM 플랫폼인 Teamcenter 소프트웨어를 도입해 확장된 PLM 통합 시스템을 구축했다. Teamcenter는 필요한 모든 정보와 프로세스를 하나의 중앙집중식 시스템으로 통합시켜 주는 개방형 싱글 플랫폼으로, 제품 라이프사이클을 일원화할 수 있도록 시스템 기반의 접근 방식을 적용할 수 있도록 해준다. 이를 사용하면 친환경 차량과 같은 시장 요구사항에 신속하게 반응하면서도 빠른 제품 개발 및 제품 개발 공정 전반에 걸친 비용 절감이 가능해진다. 이를 통해 쌍용자동차는 설계에서 생산에 이르기까지의 프로세스를 하나의 플랫폼에서 구현함으로써 생산성을 극대화하고 운영을 간소화하면서 점차 더 복잡해지는 제품을 신속하게 공급할 수 있게 됐다.

궁극적으로 자동차 제조업체들은 스마트 제조를 추구해야만 할 것이다. 그 시작은 기존 장비를 지능형 기술로 업데이트해 기존 생산 시스템에서도 실행 가능한 통찰력을 얻을 수 있도록 하는 데 있다. 이러한 정보는 제조공장을 신속하게 현대화할 수 있도록 새로운 생산라인의 설계 및 커미셔닝에 활용될 수 있다. 뿐만 아니라 실제의 생산 데이터는 생산라인의 가상 모형을 개발하고 모든 엔지니어링 분야의 상호 연결을 설정할 때에도 도움이 된다. 완전히 현대화된 공장에서 기업은 생산 인텔리전스를 활용해 제조 데이터, 엔지니어링, 실행의 폐쇄형 루프를 생성할 수 있다. 이를 통해 자동차 제조기업은 기계 성능을 모니터링하고 작동 문제를 예측함으로써 제품 및 프로세스의 지속적인 개선을 유도할 수 있으며, 결과적으로 라인 속도 및 처리량 개선의 효과를 얻을 수 있다. 결국 디지털화는 자동차 제조업체가 완벽한 출시 실행, 시작 시간 단축, 생산 처리량 목표 달성 능력 지원 등 진정한 스마트 제조 생태계를 형성하는 데 도움이 될 것이다. 

AEM_Automotive Electronics Magazine