등대공장이란 사물인터넷(IoT)과 인공지능(AI), 빅데이터 등 4차 산업혁명의 핵심기술을 적극적으로 도입해 제조업의 미래를 혁신적으로 이끌고 있는 공장을 뜻한다. 세계경제포럼(다보스포럼,WEF)이 전 세계공장들을 대상으로 2018년 처음 등대공장을 선정했으며 매년 1월과 7월 두 차례에 걸쳐 발표하고 있다. 2019년 7월 한국의 포스코가 국내에서 처음 등대공장에 등재되었다. 이후 2021년 LS일렉트릭 청주 스마트공장, 2022년 3월 LG전자 창원공장(스마트파크)이 국내기업 중에서는 세 번째로 등대공장에 이름을 올렸으며 2022년 3월 기준 세계 103곳의 등대공장이 선정되었다. 등대공장에 선정된 기업은 세계경제포럼이 관리하는 ‘등대공장 협력 네트워크’를 통해 서로의 경험을 공유하며 생산성과 효율성을 높이고 있다.

LG전자는 경남 창원에 스마트파크를 조성하여 글로벌 생산거점으로 삼고 생산효율을 획기적으로 늘림과 동시에 글로벌 가전 선도기업의 위상을 높이겠다는 계획을 세우고 있다. LG스마트파크는 크게 두 곳에 조성되어있으며, 22년 3월 국내 가전업계 최초로 등대공장에 선정되었다. LG스마트파크1(창원 가음정동)은 대지면적 25만6000㎡로 냉장고, 오븐, 식기세척기, 정수기를 생산한다. LG스마트파크2(창원 성산동)는 대지면적 42만㎡로 냉장고, 에어컨, 세탁기, 모터 등을 생산한다. 세계경제포럼은 LG전자 스마트파크를 1976년 준공되어 생활가전을 생산하던 오래된 공장을 재디자인해 디지털화에 성공한 사례로 꼽았다.

국방기술품질원 관계자들은 지난 11월 8일, 공장 자동화와 디지털 성과 관리, 인공지능 도입 등을 통해 생산성과 현장 품질을 끌어올린 LG스마트파크1 공장에 방문하였다.

세계최초 5G 기반 ’공장 물류 자동화‘

LG스마트파크의 물류 자동화가 특별한 점은 국내 통신사와의 협업으로 공장 내 5G 전용 통신망을 구축하여 세계 최초 5G 물류로봇(AGV)을 활용해 거의 모든 물류 작업을 로봇이 대체하고 있다는 것이다. 물류로봇은 공장 내에서 안정적인 통신 연결을 통해 가전 생산에 필요한 자재를 자동으로 운반한다. 물류로봇은 공장 바닥에 부착된 QR코드를 인식하여 주행하며 이동 중 장애물을 인식하면 자동으로 주행을 멈추는 등 안전도 고려하여 설계되었다. 이에 더하여 최대 30kg의 박스를 운반하는 고공 컨베이어를 활용하여 천장(공중)을 활용한 입체 물류 시스템을 구축하였다. 소형 부품이 담긴 박스를 컨베이어에 얹으면 물류 엘리베이터를 이용해 부품이 필요한 작업 구간으로 자동 배송된다. 또 생산라인에 설치된 지능형 무인창고는 실시간으로 재고를 파악하고 부족하면 스스로 공급을 요청한다.¹⁾

LG전자에 따르면 입체 물류 자동화 시스템 도입을 통하여 자재 공급시간은 기존 대비 35%, 물류 면적은 30% 감소하였다고 한다.

이상상태를 10분 먼저 예측하여 대비하는 ’디지털 트윈‘

디지털 트윈(Digital Twin)이란 현실세계의 기계나 장비, 사물 등을 컴퓨터 속 가상세계에 구현한 것을 말한다. 디지털 트윈 제품은 실제 제품을 만들기 전 모의시험을 통해 발생할 수 있는 문제점을 파악하고 이를 해결하기 위해 활용된었으나, 현재는 운용 중인 제품의 상태를 미리 분석하여 대처할 수 있게 하는 용도로도 사용된다.

LG스마트파크 1층 로비에 들어서면 벽면에 대형 모니터가 보이는데, 이는 「지능형 공정 시스템」을 보여주는 버츄얼 팩토리(Virtual Factory)로, 이를 통해 냉장고 생산, 부품 이동과 재고 상황 등 실제 공장의 가동 상황을 한 눈에 확인할 수 있다. 이 지능형 공정시스템은 AI, 빅데이터와 시뮬레이션 기술인 디지털 트윈을 결합하여 LG전자에서 자체 개발하였다. 30초마다 공장 안의 데이터를 수집, 분석하여 10분 뒤 생산라인을 예측하고 자재를 적시에 공급한다. 또 딥러닝으로 제품의 불량가능성이나 생산라인의 설비고장 등을 사전에 감지해 알려준다.²⁾

로봇을 활용한 ’지능형 생산 자동화‘

LG스마트파크는 AI가 탑재된 로봇을 투입해 생산 효율을 높이고 있다. 로봇이 위험하고 까다로운 작업을 담당하며 작업자는 생산라인이나 로봇 작동 상황 등을 모니터링하고 컨트롤하는데 집중할 수 있게 하였다. 컴프레서나 냉각기 등 화염이 발생하는 용접 라인의 로봇 팔은 고주파 용접 기술을 딥러닝하고 카메라로 위치를 정밀하게 인식해 균일한 온도와 시간을 맞춰 용접하며 용접 후에는 로봇이 냉매 누설 여부를 확인한다. 또한 3D 비전 인식 기술을 이용하여 로봇이 20kg에 달하는 냉장고 도어를 들어 편측 0.25㎜ 삽입 공차임에도 불구하고 조립 작업을 정확하게 해낸다.

사진 7로봇팔이 냉장고를 제작하는 모습(출처 LG전자)

로봇과 공장 물류 자동화는 58종의 냉장고 모델을 한 라인에서 동시 생산 가능하게 하였다. 자동화된 물류 시스템은 각기 다른 모델의 부품을 공정 순서에 맞게 투입하며 로봇은 각 모델별 도어의 색상과 크기, 정수기 유무, 컴프레서가 각기 다름에도 불구하고 조립작업을 문제없이 해내었다. 조립된 제품은 센서가 모델을 식별하여 라벨을 현장에서 제작후 로봇이 부착하였다. 모델마다 라벨의 수량, 부착 위치가 달라 수작업으로 진행할 경우 오류가 발생할 수 밖에 없을 듯한 공정을 로봇은 빠른 속도로 해내었다.

LG스마트파크는 최종적으로 2025년 완공될 예정이며 완공되면 이 공장의 냉장고 생산능력은 기존 200만대에서 300만대 이상으로 늘어날 전망이다. LG스마트파크는 오래된 공장을 디지털화한 곳으로, 공장부지나 인력을 추가 투입하여 생산량을 늘린 것이 아니다. 생산가능인구가 계속 줄어들고 있어 산업계 전반에 인력 확보 경쟁이 치열해질 것으로 예상되는 상황에서 LG스마트파크는 인력 의존도를 낮추며 생산성을 높인 시스템을 구축하는데 성공하였다.

중소벤처기업부 - 한국형 등대공장 확대를 위한 지원·교육 사업

1) 한국형 등대공장 선정 사업

중소벤처기업부는 세계경제포럼의 글로벌 등대공장을 벤치마킹하여 국내 중소·중견기업 중심의 선도형 스마트공장을 선정하여 지원하는 사업을 실시하고 있다. 스마트공장으로 선정되면 국내 제조업의 고도화 방향을 제시하는 한국형 등대공장으로 성장할 수 있도록 향후 3년간 최대 12억원을 지원한다. ’22년 5월에 중소기업 5개사, 중견기업 6개사를 선정하였으며 ‘25년까지 누적 100개사로 확대할 계획이다. 그리고 스마트 공장 구축이 끝난 후에는 학계, 업계 등을 대상으로 모범사례 공유·확산을 위해 공장견학 프로그램 운영을 지원한다.³⁾

2) 스마트공장 교육 지원사업

중소 제조기업의 스마트공장 도입에 따른 디지털 전환에 힘입어 스마트제조 기술 분야 인력 수요가 크게 증가하고 있다. 산업기술진흥협회가 2020년 7월 발표한 ’디지털전환 현황과 계획‘ 실태조사에 따르면 디지털전환 촉진을 위해 가장 필요한 정부 지원정책으로 ’전문인력 양성 및 확보‘가 32.8%를 차지하였다. 이러한 제조 중소기업의 요구를 반영하여 중소기업벤처부는 「스마트공장 전문인력 양성사업」을 추진하고 있다.

스마트제조혁신추진사업단

스마트제조혁신추진사업단은 중소기업기술정보진흥원 부설 사업단으로 국내 스마트공장의 보급과 확산 사업 총괄을 위해 2019년 7월 출범했다. 정부는 추진단을 출범시키며, 중소 제조업의 50%를 스마트 공장으로 바꾸고, 10인 이상 중소기업 6만7,000개 가운데 절반에 해당하는 3만 개를 스마트공장으로 변모시키겠다는 공장혁신을 하고자 한다.⁴⁾

스마트혁신추진사업단의 지원사업은 위와 같이 8개 사업으로 구성되며, 전국 19개 테크노파크 센터에서 각 지역별로 하나의 기업을 중심으로 클러스터로 기업들이 모여서 스마트 공장 구축 및 정보 교환을 통해 데이터의 가치를 높이도록 하고 있다.

본 기고문에서는 등대공장의 현황과 국내 스마트공장 지원 사업에 대하여 살펴보았다. LG전자 사례에서 볼 수 있듯이 4차 산업혁명은 제조업에서 근로자의 영역뿐만 아니라 품질관리의 영역도 탈바꿈시킬 것으로 보인다. 특히 로봇 등을 활용하여 기존에 사람이 품질을 확인하는 것보다 정확하고 자동화된 검사 체계로 전환할 뿐만 아니라, 제품 생산 및 운용단계에서 발생한 다양하고 대량의 품질 정보를 체계적으로 수집 정리하여 빅데이터 분석을 통해 기존에는 인지할 수 없었던 개선 사항을 찾아낼 수 있을 것이다. 이를 통해 제품의 품질과 함께 생산성과 소비자 만족도를 높일 수 있어 품질보증 체계의 차원을 한 층 높일 수 있을 것이다. 이 과정에서 AI 활용도 높아질 것으로 보이는데 LG전자는 전 세계에서 매일 수십만 건씩 발생하는 AS 정보 중 반드시 개선이 필요한 정보를 30가지 정도로 축약 정리하여 요약하고 이를 다시 생산라인에 피드백을 통한 개선을 진행하고 있으며 이 과정에서 AI를 활용하고 있다.

스마트 팩토리는 노동인구 감소, 국제경쟁력 심화에 대한 해법이며, 국방 분야에도 곧 다가올 모습이다. 따라서 4차 산업혁명 기술을 국방분야의 특수성과 결합하여 보다 혁신적인 개념의 국방 품질관리 체계로 전환할 필요가 있다. 필자는 이를 국방품질 4.0이라는 개념으로 정립할 필요가 있다고 본다. 향후 국방품질 4.0을 준비하는 과정에서 스마트 팩토리의 특성을 반영한 정책과 제도에 대해 고민해야 할 시점이 성큼 다가왔다.