[CASE STUDY] 슈나이더 일렉트릭이 제안하는 스마트팩토리 구축 방안

[슈나이더 일렉트릭 코리아 아카데미=손장익 이사] 세계경제포럼(World Economic Forum)에서는 해마다 등대공장(Lighthouse factory)를 선정하고 있다. 슈나이더 일렉트릭은 인도 하이데레바드, 인도네시아 바탐, 미국 렉싱턴, 프랑스 르 보드레이, 중국 우시 지역에 등대공장 5개를 보유하고 있으며, 렉싱턴 공장과 르 보드레이 공장은 전 세계 13개 ‘지속가능성 등대 공장’에 포함돼 있다.

슈나이더 일렉트릭은 글로벌 공급망(Supply Chain)의 공장을 스마트팩토리로 구축하고 있다. 생산관리 시스템을 통해 생산을 체계화하고 직원들에 대한 직능 다능화 관리, 에너지 관리, 디지털 전력관리 등을 통해 지속가능성에 대한 솔루션까지 구축하고 있습니다. 이러한 디지털 작업들을 통해 완성된 스마트 공장 솔루션이 바로 ‘디지털 트랜스포메이션 에코스트럭처(EcoStruxure)’이다.

슈나이더 일렉트릭은 사물인터넷(IoT)을 기반으로 효율적인 에너지 관리와 자동화 공정을 최적화하기 위해 ‘에코스트럭처’라는 기술 플랫폼을 스마트팩토리에 적용한다. 사물인터넷을 통해 디바이스간 통신이 가능한 커넥티드 제품(Connected Products)과 PLC, DCS, SCADA 등의 엣지 컨트롤(Edge Control), 오퍼레이션 단의 애플리케이션, 분석 및 서비스 (Apps, Analytics & Services)를 아우르는 3단계 레이어 구성을 기반으로 생산은 물론 관리 및 운영 전반에 혁신적인 스마트화를 지원한다.

◆ 슈나이더 일렉트릭의 익산 스마트팩토리

1981년에 설립된 슈나이더 일렉트릭의 익산공장은 종업원 40명 규모의 전자식 모터보호 계전기 EOCR을 생산하는 전통적인 노동집약형 제조 공장이었다. 슈나이더 일렉트릭은 지난 2020년 해당 공장을 자사의 통합 아키텍처 플랫폼인 에코스트럭처(EcoStruxure)을 기반으로 한 통합 엔드 투 엔드(End-to-End) 솔루션 도입을 통해 스마트팩토리로 전환했다.

익산 공장을 스마트팩토리로 전환하면서 스마트 공장의 두 가지 핵심적인 기반 요소인 에너지 관리와 자동화를 지원하며, 국내 제조 시장에 적합한 원격 관리‧증강현실‧예지보전‧보안 솔루션을 모두 구현했다.

에너지 관리를 위한 중앙 관리 소프트웨어인 에코스트럭처 파워 모니터링 엑스퍼트(EcoStruxure Power Monitoring Expert, 이하 PME)와 생산, 공장 운영관리, 인력관리 및 품질, 에너지 효율 등 각종 지수를 한눈에 볼 수 있는 린 디지털화 시스템(Lean Digitalization System)이 적용됐다. 실시간으로 공장을 안전하고 효율적으로 운영할 수 있으며, 빅데이터를 활용해 제품과 시스템의 문제를 사전에 예측해 대응할 수 있다.

익산 공장은 체계적인 모니터링과 관리 시스템 기반의 스마트팩토리 솔루션 도입을 통해 제조결함율 MDR 10~15% 감소, 에너지 소비 5% 절감, 서류 작업 60% 감소의 성과를 달성하고 있다.

◆ 슈나이더 일렉트릭 X 다농 에비앙(Danone Evian)

프랑스 다농워터스의 에비앙 공장은 1994년부터 슈나이더 일렉트릭의 하드웨어를 통해 가동되고 있었습니다. 슈나이더 일렉트릭과 다농워터스는 현대화 프로젝트를 위해 7년간 전기 설비의 현대화 및 제품의 유지보수를 위한 프로젝트를 진행했습니다.

다농 에비앙은 슈나이더 일렉트릭과 함께 장비 현대화를 선택함으로써 약 315 메트릭 톤의 CO2와 372 m3의 물을 절약했다. 현재 다농 에비앙 공장은 100% 재생 에너지로 운영되고 있으며, 2008년 이후 에너지 소비량을 리터당 34% 절감하고 있다.

다농 에비앙과 슈나이더 일렉트릭은 자동화 공장 제어 하드웨어인 PLC(Progammable Logic Controller) 중 하나인 모디콘 M580으로 공장의 자동화 시스템을 업그레이드하고, 현장의 공기 처리 장치를 현대화하는 등 계속해서 협력 프로젝트를 진행하고 있다.

◆ 슈나이더 일렉트릭의 스마트팩토리 솔루션

슈나이더 일렉트릭의 익산 스마트팩토리나, 전 세계 슈나이더 일렉트릭 공장에는 MES 생산운영 관리 시스템, 생산설비 고도화 솔루션, 운영 효율 개선 솔루션, 공장 에너지관리 솔루션, 예방 및 예지보전 솔루션, 사이버보안 솔루션 등 총 6단계의 솔루션이 구축돼 있다.

MES 생산운영 관리 시스템 

생산 관리 시스템(MES, Manufacturing Execution System): 슈나이더 일렉트릭은 소프트웨어 자회사 아비바를 통해서 전세계 슈나이더 일렉트릭 스마트팩토리에 클라우드 기반의 MES 솔루션을 구축하고 있다. 안돈, 퍼포먼스, WOM, WI 등 기본적인 4가지 모듈을 통해서 개별 제조공정의 운영 효율을 향상시키고 생산중단 시간을 감소시킨다.

생산설비 고도화 솔루션 

Modicon M262 Logic Controller (Modicon PLC): 공장 자동화의 핵심이라고 할 수 있는 모디콘PLC (Modicon M262 Logic Controller)가 각 장비마다 설치돼 자동화 시스템을 구축하고 있다. 프로토콜을 활용하기 위해서 별도의 게이트웨이를 사용해야 했던 기존과 달리, 스마트팩토리용 PLC에는 이러한 프로토콜을 내부에서 구성하기 때문에 별도의 게이트웨이를 구축하지 않고도 상위 IT와 OT를 연결할 수 있는 시스템 구성이 가능하다.

HMI Centric: 장비에는 사람과 머신을 인터페이스하기 위한 HMI 장치가 필수이다. 슈나이더 일렉트릭 프로페이스 HMI 및 IPC는 단순한 운영 터미널인 터치스크린을 넘어서, IT/OT의 연결 중심 역할을 수행한다. HMI와 IPC는 로봇, 인버터, 모션 컨트롤러, PLC 등 주요 개방형 네트워크와의 호환성을 통해 수많은 장치와 연결된다. OT장치와 공장 네트워크와 사무실 간에 데이터 게이트웨이로 사용할 수 있어, OT와 IT를 연결하는 중심 역할을 담당한다.

운영 효율 개선 솔루션

EcoStruxure Augmented Operator Advisor (증강현실 솔루션): 운영 효율을 높이기 위한 슈나이더 일렉트릭의 대표적인 솔루션에는 산업용 증강현실 솔루션이 있다. 증강현실 솔루션은 가동 중인 복잡한 기계 설비를 직접 조작하거나 패널을 열어보지 않아도 각종 기기 및 설비의 운전상태를 모니터링, 점검할 수 있다. 태블릿 등을 사용해 클라우드 데이터에 접근할 수 있고 특정 기기에 어떤 조치가 필요한지 분석도 가능하다. 기계 가동 중단 없이 쉽고 안전하게 예방보전업무를 할 수 있고 해당 기계 장비에 대한 도면 및 기술자료 등을 바로 스마트 디바이스를 통해 확인할 수 있다.

EcoStruxure Machine Advisor (장비 모니터링 솔루션): 클라우드 기반의 장비 모니터링 솔루션을 통해 장비를 원격 감시하고 제어할 수 있다. 특히 데이터 분석에 의한 비정상 탐지를 통해 장비 가용성을 향상시키고 이상징후 발생 시 사용자에게 즉각 알려 예지보전 서비스를 제공한다는 것이 가장 큰 장점이다. 기계설비의 데이터를 정보화해 보여주고 다양한 위젯 구성을 통해 원하는 정보를 알기 쉽게 확인할 수 있다.

공장 에너지 관리 솔루션

EcoStruxure Power Monitoring Expert (공장 에너지관리 시스템): 현재 지속가능성에 대한 솔루션들은 공장의 규모와 상관없이 필수적으로 꼽히고 있다. 스마트 공장의 효율적인 에너지 관리 시스템을 위한 통합 전력 모니터링 솔루션인 ‘에코스트럭처 파워 모니터링 엑스퍼트’는 안전성, 신뢰성, 에너지 성능 개선, 용량 관리 및 균형 잡힌 전력 인프라 활용을 위해 설계 적용됐다. 실제로 어떤 설비나 라인에서 에너지를 가장 많이 쓰고 있는지 확인할 수 있고, 시간대별, 요일별로 에너지 사용량 패턴을 분석하고 관리할 수 있는 다양한 에너지 관리 시스템 대시보드가 구축돼 있다.

예방‧예지보전 솔루션

EcoStruxure Asset Advisor (클라우드 기반 실시간 설비 모니터링 솔루션): 슈나이더 일렉트릭은 IoT 및 클라우드 기반 기술과 슈나이더 일렉트릭의 전문가 및 기술 지원이 결합한 예지 보전 솔루션을 적용하고 있다. 지속적인 실시간 모니터링을 통해 예기치 않은 가동 중단 시간을 방지해주고, 운영 손실 및 유지보수 비용을 줄일 수 있다. 해당 데이터는 고객이 자산관리를 위한 중대한 비즈니스 결정을 할 수 있도록 선택의 폭을 넓혀 주며, 슈나이더 일렉트릭의 기술 지원 전문가로부터 연중무휴 모니터링 및 지원을 받을 수 있다.

사이버보안 솔루션

사이버 보안 컨설팅 및 솔루션: 사이버 보안은 스마트팩토리 구축을 위한 중요한 요소 중 하나이다. 다양한 기기들이 클라우드에 연결되면서 커넥티드 자산을 활용할 수 있게 됐지만, 정보가 노출될 수 있는 위험도 증가했다. IT 레벨 최상위의 시스템들은 사이버 보안에 강한 편이지만, PLC, DCS, SCADA 등과 같은 OT 시스템들은 해킹에 취약한 편이다. 슈나이더 일렉트릭은 자산을 보호할 수 있는 사이버 보안 솔루션을 제공한다.