스마트한 제조업자를 위한 길라잡이
30여 년 경력의 스마트팩토리 컨설턴트가 알려주는 제조현장 관리 핵심 기술

산업계에서 전 세계적으로 이슈가 되고 있는 키워드는 사물 인터넷, 인공지능, 스마트 팩토리, 인더스트리 4.0, 4차 산업혁명 등이다. 그중에서도 핵심 키워드로 꼽히는 것은 4차 산업혁명과 스마트팩토리다. 스마트팩토리는 생산 활동과 연관된 모든 자원들이 IT 기술로 연결되고, 데이터 분석 결과에 따라 스스로 제어가 가능한 공장을 말한다.
제조업 경쟁력 강화를 위한 스마트공장 구축을 위한 기반 시스템으로서 MES, 즉 생산 관리 시스템(Manufacturing Execution System)은 4차 산업혁명의 핵심이 되었다. 『스마트매뉴팩처링을 위한 MES 요소기술』은 저자의 폭넓은 경험과 깊은 통찰력을 바탕으로 제조업을 위한 시스템 구축을 일목요연하게 정리했으며, 이를 통해 업계 관련자와 제조산업에 진출하고자 하는 학생들로 하여금 원활한 소통이 가능케 하고 제조 공정의 발전 방향을 제시하고자 한다.

<책속으로>
생산시스템(Production System)이란 기업 내의 제조공정을 효율적으로 수행하기 위한, 사람과 설비 및 일하는 방법인 업무 프로세스의 집합을 일컫는다. 부품이나 제품 등의 제조공정에 시스템이란 용어를 사용하는 이유는 제품이 복잡해졌고 제조공정도 과거에 비해 복잡도가 커졌기 때문이다. 또한 작업자의 수가 늘고 수작업이 아닌 설비에 의한 자동화의 수준도 높아진 연유이다. 아울러 고객에게 최상의 서비스를 제공하기 위해 더욱더 신속한 계획의 수립 및 변경이 요구되고 공정 간의 조화가 필요하다. 앞으로도 제조공정의 자동화 수준이 높아질수록 시스템적인 접근이 더욱더 필요하리라 예상된다. …… 이제는 우리나라도 제조업에 있어서 무서운 경쟁자로 떠올랐고, 최근에는 중국이나 인도가 경제발전을 바탕으로 제조업의 강국으로 떠오르고 있다. 우리나라를 비롯한 이런 나라들에 최적화된 생산시스템이 소개될 날도 멀지 않아 보인다. _ 23~24쪽, “Ⅰ_생산시스템”

제조현장을 운영하기 위해서 필요로 하는 기능은 업종별, 생산방식별 혹은 현장의 자동화 수준에 따라서 천차만별이라고 할 수 있다. 자동화가 가장 많이 진전된 반도체나 디스플레이 등의 FAB만 하더라도 SEMATECH의 ITRS(반도체국제기술로드맵)에서 제시한 바에 따르면 작업지시를 위한 Scheduling/Dispatching, 제품 추적을 위한 MES의 핵심 기능이라고 부를 수 있는 WIP Tracking/Machine Tracking, 반송장치 제어를 위한 AMHS/MCS, 장비를 대상으로 의사 역할을 하는 APC(FDC, R2R), 설비 보전과 관련 있는 Maintenance Systems/Spare Parts Management, 수율과 관계되는 Quality Management Systems/ YMS 등 그 수가 상당히 많다. _ 57쪽, “Ⅰ_생산시스템”

필드버스 계열의 통신 방식들은 아날로그에서 디지털 방식으로 전환되어 그 사용이 폭발적으로 늘었으나 각 벤더별 개별 프로토콜을 사용한다. 다른 이유는 다 차치하더라도 오픈 프로토콜이 아니라는 점은 큰 단점으로 작용한다. 이에 비해 산업용 이더넷은 빠른 속도와 유연한 Topology 구성(링 구성)으로 오류 복구 기능이 있고 무선이 가능하다는 장점이 있다. 산업용 이더넷의 대응책으로 필드버스 진영에서도 ODVA, 한국프로피버스협회, CC-Link협회, 필드버스파운데이션협회, 한국EtherCAT협회 등 단체를 구성해 벤더들을 확충하고 각종 Ethernet 호환 프로토콜 개발 등의 작업을 진행하고 있으나 Ethernet의 파도를 넘기에는 힘겨워 보인다. _ 95쪽, “Ⅱ_자동화와 제어기술”

OPC는 프로세스 제어 분야, 다시 말해 DCS, SCADA, PLC 시스템에서 아주 적절하게 사용될 수 있다. 마이크로소프트의 기본적인 OLE 기술을 기반으로 Client와 Server 사이에서 통신과 데이터의 변환을 하기 위한 산업표준 메커니즘을 제공하고 있다. OPC 사양의 개발 노력은 WinSEM(Windows for Science, Engineering and Manufacturing)으로 잘 알려진 마이크로소프트 인더스트리 포커스 그룹으로부터 시작되었다. 이 그룹은 마이크로소프트 테크놀로지를 사용하는 제품들을 개발하는 데에 공통의 관심사를 가지고 있는 다양한 회사들로 구성된 그룹이다. 초기에 5개의 회사가 프로세스 컨트롤 산업에 기여하기 위해 오픈 스탠더드의 초기 개발에 이니셔티브를 갖기로 결정했다. 처음에는 비교적 짧은 시간 내에 작고 제한적인 초기 버전을 개발하기 위해 프로세스의 값을 읽고 쓰는 기능으로 제한했고, 알람 처리, 프로세스 이벤트, 배치 구조, 그리고 히스토리컬 데이터 액세스 등은 모두 이 표준의 후속 버전에 포함되었다. _ 126쪽, “Ⅲ_데이터 수집 방법”

FDC를 활용하는 목적은 크게 3가지가 있다. 첫째는 품질사고를 사전에 예방하는 체제를 구축할 수 있다. 설비별로 핵심 입력 파라미터를 실시간으로 감지하여 이상 발견 시 조기에 대응할 수 있다. 둘째는 보전작업 전후의 설비 동일성을 검증할 수 있다. 장기 트렌드를 분석하고 동종 설비 간 변동을 분석한다. 셋째는 불량 원인 분석에 활용한다. 변경점 분석 등 다양한 설비 정보를 분석하여 업무 속도 및 정확도를 확보하고 설비 문제의 원인 분석 및 성능 개선점 도출에 사용한다. _ 234~235쪽, “Ⅵ_설비 엔지니어링”

IT의 환경이 온-프레미스에서 클라우드로 급격히 전환됨에 따라 개발자의 소스코드가 개발자의 컴퓨터에서 상용서버까지 자동화된 배포 프로세스에 의해 수행되는 것이 중요해졌다. 클라우드 환경에 맞는 새로운 개발방식과 운영방식을 클라우드 네이티브라 하는데, 클라우드 환경의 장점을 최대한 활용하기 위한 목적이다. 단절된 개발과 운영 사이의 프로세스를 끊김 없이 연결하고 자동화 방법을 통해 효율성을 극대화하는 DevOps, 독립적으로 애플리케이션을 배포 가능하게 해주는 MSA와 어디서든 애플리케이션을 빠르고 쉽게 배포·운영할 수 있게 해주는 컨테이너기술, DevOps의 철학을 구현하기 위한 일련의 프로세스인 CI/CD가 클라우드 네이티브의 핵심 요소이다. _ 290쪽, “부록 2. 최신 IT 트렌드”

Ⅰ_생산시스템
1.1 생산시스템(Production System)
1.2 계획 및 통제시스템
1.3 제조실행시스템(MES)

Ⅱ_자동화와 제어기술
2.1 자동화와 제어시스템
2.2 프로세스자동화(PLC+HMI, DCS)
2.3 산업용 네트워크 기술

Ⅲ_데이터 수집 방법
3.1 인터페이스
3.2 시리얼통신(RS­232C/422/485)
3.3 OPC 표준
3.4 SECS 프로토콜
3.5 무선통신
3.6 자동인식 및 데이터 수집(AIDC)

Ⅳ_데이터 모델링
4.1 모델링의 기본 개념
4.2 정규화(Normalization)의 필요성
4.3 데이터베이스 설계와 튜닝

Ⅴ_설비제어 및 물류자동화
5.1 공정설비제어(Level 2)
5.2 물류제어 아키텍처

Ⅵ_설비 엔지니어링
6.1 EES 개요, 종류, 특징
6.2 품질분석시스템
6.3 보전에서 전략적 자산관리(SAM)로

부록 1. MES 패키지 살짝 뒤집어 보기
부록 2. 최신 IT 트렌드