제조업의 미래를 예측하는 스마트매뉴팩쳐링, CPS로 가시화 실현

후지츠 텔레콤 네트웍스(이하, FTN)는 일본 도치기현 고야마시 고야마공장에서 네트워크기기, 장치, 시스템을 제조하고 있다. 년간 생산하는 제품의 종류가 2500종에 이른다. 변종변량생산방식을 취할 수 밖에 없는 현실에서 CPS(CYBER PHYSICAL SYSTEM)로 현장을 가시화하고 생산의 최적화를 통하여 스마트매뉴팩쳐링 성과를 내고 있다.

출처: Monoist
번역: K-Smart Factory

배경: 더욱더 진화한 스마트매뉴팩쳐링를 향하여

FTN은 일본 도치기현 고야마 공장에서 1959년부터 네트워크 기기, 장치, 시스템을 생산해왔다. 2015년부터 스마트 매뉴팩쳐링을 추진하여 왔고, 2018년 3월부터는 이 스마트 매뉴팩쳐링을 한층 더 진화시키기 위하여 「Connection &Creation Center (C&C센터)」를 개설하였다. 목적은 이 공장의 스마트매뉴팩쳐링 추진내용을 가능한 한 가시화하여 후지츠와 고객기업 간 가치창조공유(Co-Creation)를 가능하게 하고 스마트매뉴팩쳐링 실천의 장으로 만들기 위함이다.
C&C센터와 스마트매뉴팩쳐링 실천라인에는 이미 여러 기업들이 방문하고 있어 새롭게 시작된 가치창조공유의 장으로 발전되어가고 있다. 스마트매뉴팩쳐링과 관련하여 자사의 성과를 아낌없이 타사에 공개하는 사례를 좀처럼 보기 어렵다. FTN은 왜 이렇게 하고 있을까?

<후지츠 테레콤네트웍스 스마트매뉴팩쳐링 실천라인>
사진출처:모노이스트

과제: 2500품종 이상의 변종변량생산제품을 어떻게 대응할 것인가?

스마트매뉴팩쳐링을 처음 시작하는 단계에서 FTN의 과제가 되었던 것은 연간 2500품종에 이르는 제품을 어떻게 효율적으로 생산할 것인가 이다. FTN은 광전송장치, 무선전송장치, 옥내기지국장치, 가옥내장치를 제조하고 있는데, 이들 제품은 고객요구에 따라 사양이 다르기 때문에 생산하는 품종이 2500품종을 넘고 있다.
생산하고 있는 품종 중 매주 제조하는 품종은 전체의 약 5%이며, 연간 1~9주 정도만 생산하는 품종도 74%를 차지하고 있다. 더욱이 최신제품~레가시장치, 코아네트워~가옥내장치 등 폭 넓게 생산하기 때문에 월별 생산변동이 최대 3배나 된다.
현재 FTN이 생산하고 있는 장치는 과거 3개 공장에서 생산하였데 생산환경이 변함에 따라 제조력 강화 목적으로 고야마 공장 한곳에서 집약 생산하게 되었고 변종변량생산은 더욱 가속되고 있다. 특히, 실장라인에서 생산하는 회로기판 품종은 과거에 비해 2배 증가한 5,000품종 이상이 되었다고, FTN 생산기술 제조담당 임원은 설명했다.

추진방법: CPS 범위 내에서 49종류를 가시화한 콘텐츠 구축

FTN의 스마트매뉴팩쳐링 구축은 기존 실장라인에서 과거 대비 약 2배에 달하는 회로기판의 품종수 대응부터 시작된다.
먼저, 수많은 조합이 발생하는 표면실장(SMT) 공정에서 최적으로 생산하기 위한 설비재배치와 품종 준비교체 회수를 최소화하기 위해 생산할 실장기판 조합을 수학적 수법으로 해결하였다. 그 결과 과거 3개의 공장에서 각각 생산하고 있던 SMT기판을 설비와 공간을 확대하지 않고 고야마 공장 1개소에서 생산할 수 있게 되었다. 제조현장에서 수리계획법, 크러스터 분석을 통하여 생산성을 향상시킨 사례는 많지 않다. 그리고 2017년 이후 편차요인이 크고 사람이 작업하는 조립라인이나 시험라인에도 수학적 수법을 확대 적용하였다. 실제로 생산개시 수일전과 라인투입 직전에 "사전 최적화"라는 시뮬레이션을 하고 있으며, 수분 후 라인상황을 예측하는 방법까지 실험하고 있다고 한다.
또한, FTN은 제조현장에서 생성되는 각종 데이터를 적극 활용하고 있다. 인더스트리 4.0이 확산됨에 따라 IoT 디바이스가 소형화 및 LPWA(Low Power Widearea)화되고 가격도 저렴하여 데이터 활용은 더욱 가속화 될 것으로 보고 있다.
현실공장과 가상공장을 밀접하게 연계하여 사전최적화할뿐 아니라 실시간 최적화도 가능한 CPS(CYBER PHYSICSL SYSTEM)의 적용범위를 구축하고 점점 그 영역을 확대해나기 위해서는 관련된 많은 사람들과 함께 만들어가야 한다. 따라서 공장을 오픈하게 되었다고 공장 관계자는 말하고 있다.
현장에서의 데이터 수집은 단계적으로 하고 있다. 지금은 「Raspberry Pi 3」을 비롯 많은 IoT 디바이스를 라인 내에 설치하고 있으며, LTE기술을 활용하여 무선 LAN 선행적으로 도입하여 데이터를 넓고, 깊고, 동적으로 수집하고 있다. 그리고, 2017년 11월~2018년 3월 사이 이렇게 수집한 데이터를 토대로 가시화 활동을 추진하였다.
현재 C&C센터 중앙에 대형 모니터를 설치하여 대쉬보드화하였다. 후지츠의 FUJITSU Enterprise Application Intelligent Dashboard(이하, intelligent Dashboard)를 베이스로 BI툴을 사용하였고 49종류의 콘텐츠를 준비했다. 이 콘텐츠를 사내 다른 경영활동에도 활용하기 위해 검토하고 있다고 한다.