[글 한국인더스트리4.0협회 박한구 명예회장] 독일의 Industrie4.0의 2030 비전에서는 사이버 물리 시스템(CPS) 기반의 자율생산 공장을 2030년까지 완성하는 것을 목표로 하고 있다. 이 비전은 2020년 독일 정부의 디지털 서밋에서 발표됐으며, 디지털, 네트워크화, 지속 가능한 제조 산업을 구축하는 것을 중점으로 한다. 미국은 세계 최고의 지위를 유지하면서 자국민에게 좋은 일자리와 여유로운 삶을 목표로 신제조 정책을 추진하고 있다. 해외로 나갔던 공장을 다시 들어오게 하고, 각국이 미국에 제품을 수출하려면 미국내 공장을 신축하지 않으면 관세 폭탄을 내리겠다는 정책이다. 결국 미국 중심으로 세계는 재편되고 있고, 이에 대응하는 EU는 2050 탄소중립 달성을 목표로 EU 27개국에 수출하는 나라의 제품은 저탄소의 제품을 공급하고, 설계 당시부터 재사용, 재활용성을 높이는 친환경적인 제품을 생산하도록 각종 규제를 강화하고 있다.

지금까지는 수출하는 기업만 잘하면 큰 문제가 없었지만, 이제는 가치사슬상에 있는 모든 기업이 데이터 교환 및 협업하지 않으면 안된다. 이유는 첫째, 2013년 10월부터 적용중인 탄소국경조정제도(CBAM, Carbon Board Adjustment Mechanism), 올해부터 실행 예정인 에코디자인 규정(ESPR, Eco design for Sustainable Products Regulation), 2026년도에 실행 예정인 디지털 제품 여권(DPP, Digital Product Passport)에 대응해야 하기 때문이다. 이는 원료를 채굴하는 탄광부터 운송, 제련, 가공 및 조립해 제품을 수출하는데 배출된 탄소 배출 총량을 가치사슬상에 있는 모든 기업이 산출하지 않으면 안된다. 나의 기업이 저탄소의 제품을 생산해도, 소재를 공급하는 회사가 높은 탄소 배출을 하게 되면 수출시 탄소세를 많이 내야만 한다.

둘째는 지난 2011년부터 추진해온 인더스트리4.0의 최종 결과물은 친환경적이고, 친인간적인 제품을 고객 맞춤 생산하는 자율제조 공장이기 때문이다. 자율제조 공장은 소재를 공급하는 기업부터 자율생산 작업 순서에 맞추어 적기 공급하지 않으면 안된다. 나의 기업만 자율생산을 구축할 수 있는 것이 아니고 전후 기업간 적기에 정확한 제품을 공급해야 한다. 전후 공급 및 운송회사가 상호 데이터를 실시간 공유하면서 협업 생산해야만 가능하다는 뜻이다. 글로벌 제조 경쟁기업들은 이미 준비하고 있다. 이제 수출하는 기업과 이에 원료/소재를 공급하는 모든 기업간 필요한 정보를 공유, 협업해 저탄소의 제품을 경제적으로 생산해 글로벌 시장에 팔지 않으면 경쟁 시장에서 도퇴되는 것은 시간문제다.

EU는 서로 다른 언어와 문화를 가진 27개국이 하나의 나라 처럼 행동하고, 산업을 일으켜 양질의 일자리를 창출해 풍요로운 삶을 누리도록 만드는 것을 목표로 하고 있다. 이를 위해 국가간 서로 다른 것을 하나의 기준과 국제표준을 만들어 기업간, 국가간 쉽게 데이터의 주권을 지키면서, 데이터를 공유하고 협업하는 ‘데이터 스페이스 플랫폼 전략’을 수립하고, 인프라를 구축하고 있다. 수출 중심의 우리나라는 이들이 만든 규칙에 따라 제품을 만들어 수출하지 않으면 안되고, 이미 미국, 일본, 중국 등의 제조 강국들은 동참해 대응하고 있다.

자율제조는 양질의 일자리 제공과 가치 창출의 시작

이번 AM 칼럼에서는 이제부터 우리나라 제조기업에 친환경 제품을 경제적으로 생산해 제조 경쟁력을 향상하고, 탄소 규제에 따른 통상 압력을 극복하기 위해 추진해야 할 자율 제조(Autonomous Manufacturing)에 대해 개념부터 어떻게 준비하고 시작할지를 공유한다. 자율 제조는 기계, 로봇 및 인공지능(AI)을 활용해 제조 공정을 자동화하고 최적화하는 개념이다.

주요 특징으로는 △자동화(생산라인에서 작업자의 개입을 최소화하고, 로봇이 제품을 조립하고 검사하는 등의 작업을 수행) △데이터 기반 의사 결정(센서 데이터, 빅 데이터 및 AI를 활용해 생산 과정을 모니터링하고 최적화) △유연성(생산라인을 신속하게 재구성하거나 다양한 제품을 생산) △품질 향상(자동화된 공정은 일관된 품질을 제공하며 결함을 최소화하는 것) 등을 들 수 있다. 경제적으로 볼 때, 자율생산은 초기 투자 비용이 크지만 다음과 같은 이점을 제공한다. △생산성 향상(자동화된 공정은 생산량을 늘리고 생산 시간을 단축) △인력 비용 절감(작업자의 개입이 줄어들어 인력 비용을 절감) △품질 향상(일관된 품질과 결함 최소화로 인해 불량률이 낮아짐) △유연성(다양한 제품을 생산하거나 생산라인을 조정) 등이다. 자율제조는 제조업 분야에서 혁신적인 변화를 가져오며, 기업은 이러한 기술과 개념을 적극적으로 채택하여 경쟁력을 강화할 수 있다.

자율제조는 수작업 자동화부터 시작

자율제조는 우리나라 제조기업에게는 먼나라의 이야기로 들릴 수 있겠지만 기본적으로 자율제조를 달성하려면 수작업을 자동화하지 않으면 불가능하다. 따라서 지금부터 수작업으로 생산중인 작업을 자동화하는데 역량을 집중해야 한다.

자동화된 공정을 설계하는 데에는 여러 가지 엔지니어링 분야와 기술이 필요하다. 다음은 자동화 기계 설계를 위해 배워야 할 주요 항목이다. △기계 공학 원리(기계 공학 원리 즉 운동학, 역학, 재료 과학, 기계 시스템, 메커니즘, 운동 및 힘 전달의 원리를 이해) △전기전자공학(자동화 기계는 전기 및 전자 시스템에 의존함으로 전기 회로, 배전, 모터, 센서 및 액추에이터에 대한 지식 필요) △PLC 프로그래밍(프로그래밍 가능 논리 컨트롤러를 이해하고 프로그래밍하는 능력 필요) △로봇 공학 및 메카트로닉스(로봇 시스템과 메카트로닉스의 원리를 이해하여 로봇 기능을 갖춘 고급 자동화 기계 설계) △CAD 및 3D 모델링(CAD 소프트웨어를 사용하여 3D 모델을 생성하고 기계 구성 요소를 시각화해 동작 시뮬레이션) △안전 및 표준(자동화 기계의 안전 규정과 산업 표준을 숙지해 설계) △산업용 통신 및 네트워킹(다른 기계, 컨트롤러 또는 인간-기계 인터페이스와 통신하는 국제 표준 및 방법 이해) △프로젝트 관리 및 문서화(프로젝트 관리 및 문서 작성 능력) 등이 필요하다. 자동화 기계 설계는 이러한 다양한 항목을 종합적으로 고려해 효율적이고 안전한 시스템을 구축하는 것이다.

국내 많은 제조기업에서 노동 집약적으로 가공 및 조립하는 기업들이 대부분이다. 이들 기업이 스스로 기존 수작업 공정을 자동화하는 것은 어렵지만 정부와 협업해 추진해 나가야 한다. 자율 제조 첫걸음의 자동화는 기업의 경쟁력을 향상시키고 지속 가능한 생산을 위해 필수적이다.

자동화 시스템 도입시 장벽을 넘는 전략

자동화 시스템을 도입하는 데에는 몇 가지 장벽이 있을 수 있다. 예를 들어 △비용(자동화 시스템을 구축하고 유지하는 초기 비용이 크다. 로봇, 센서, 소프트웨어 및 통합에 필요한 투자를 고려) △기술적 복잡성(자동화 기술은 복잡하며, 설계, 프로그래밍 및 유지보수에 전문 지식이 필요) △작업자 저항(일부 작업자는 자동화로 인한 작업 변화에 저항할 수 있음) △안전 문제(로봇 및 자동화 시스템의 안전성을 고려) △유연성(생산라인 변경이 필요한 경우 자동화 시스템을 조정) △문화적 변화(조직 내에서 자동화 문화를 수용하고 적용하는 것) 등을 꼽을 수 있다. 이러한 장벽을 극복하려면 전략적인 계획, 교육 및 정부의 지속적인 지원이 필요하다.

작업자들이 자동화를 받아들이는 데에는 몇가지 요소가 영향을 미친다. 이러한 요소를 고려해 작업자들이 자동화를 더 긍정적으로 받아들일 수 있도록 지원할 수 있다. 먼저 △교육 및 훈련이 중요하다. 작업자들에게 자동화 시스템의 작동 방식과 이점을 설명하고 교육해야 한다. 이를 통해 작업자들은 자신의 역할을 이해하고 자동화를 효과적으로 활용할 수 있다. 다음으로는 투명성이 있다. 자동화 도입 계획을 작업자들과 공유하고, 자동화 시스템이 어떻게 작동하는지에 대한 투명성을 제공해야 한다.

또 협력 관계를 구축해야 한다. 작업자들과 협력해 자동화 시스템을 개선하고 문제를 해결하는 과정에 참여하도록 유도한다. 안전성도 강조해야 한다. 자동화 시스템이 작업자의 안전을 보장한다는 점을 강조한다. 마지막으로 변화 관리를 해야 한다. 작업자들이 자동화로 인한 변화를 받아들이기 위해 지속적인 지원을 제공해야 한다. 작업자들이 자동화를 긍정적으로 받아들이도록 지원하면 조직 내에서 자동화의 성공적인 구현이 가능해진다. 일방적으로 밀어붙이기 식의 자동화는 절대 금물이다.

작업자들의 의견을 자동화 시스템 도입에 반영하는 방법은 중요한 과제다. 다음은 작업자들의 의견을 고려해 자동화 시스템을 효과적으로 도입하는 방법이다. △교육 및 의사소통 차원에서 작업자들에게 자동화 시스템의 이점과 작동 방식을 설명하고 교육한다. 직접 의사소통을 통해 작업자들의 의견을 수렴하고 도입 계획을 조율하는 것이 매우 중요하다. 이때 포용적인 접근방식을 취해야 한다. 작업자들의 의견을 존중하고, 자동화 시스템 도입에 대한 우려나 걱정을 고려해야 한다는 뜻이다.

초기 단계에서는 △테스트와 피드백도 중요하다. 작업자들과 시스템을 테스트하고 피드백을 받아 개선해 나간다. 마지막으로 작업자들이 자동화로 인한 변화를 받아들이도록 지속적인 지원을 제공하는 등 △변화 관리를 적극적으로 해야 한다. 작업자들의 의견을 적극적으로 수렴해 자동화 시스템을 성공적으로 도입할 수 있음을 경영자는 명심해야 한다.

자동화의 성공은 작업자와 기술진간 협업 전략

작업자와 기술진 간의 협력은 자동화 시스템을 성공적으로 구현하고 운영하는 데 매우 중요하다. 여기에 몇 가지 이유가 있다. 작업자는 현장에서 실제 작업을 수행하며 기술적인 문제를 경험하고, 기술진은 기술적 지식과 경험을 가지고 있다. 두 그룹이 협력해 문제를 해결해 나갈 수 있다. 또 작업자들은 자동화 시스템이 실제 작업 환경에서 어떻게 작동하는지 이해하고 있다. 기술진은 설계 및 프로그래밍 단계에서 작업자들의 의견을 수렴해 실용적인 시스템을 구축할 수 있다.

작업자들은 자동화로 인한 변화를 받아들이기 위해 지원이 필요하다. 기술진은 작업자들과 협력해 변화 관리를 수행하고, 의견을 수렴해 시스템을 조정할 수 있다. 또 작업자들은 자동화 시스템이 작업자의 안전을 보장한다는 점을 이해해야 한다. 기술진은 안전 규정을 준수하고 작업자들의 안전을 고려하여 시스템을 설계한다. 따라서 작업자와 기술진 간의 협력은 자동화 시스템의 성공적인 도입과 운영을 위해 필수적이다.

기술진은 작업자의 의견을 수렴하고 반영하기 위해 다음과 같은 전략을 사용할 수 있다. 먼저 △팀 리플렉션(Reflection) 모임이 있다. 정기적으로 팀 리플렉션 모임을 개최해 작업자들이 의견을 나누고 경험을 공유할 수 있도록 한다. 이 모임에서 다음과 같은 질문을 던져볼 수 있다. “우리가 더 잘 관리할 수 있었던 상황은 무엇인가요?”, “그때 어떤 감정을 느꼈나요? 의사 결정 과정을 설명해주세요”, “상황을 발생시킨 원인은 무엇이었나요?”, “이 경험을 방지하기 위해 어떤 점을 개선해야 할까요?”, “당시의 기대와 현실은 일치했나요?”, “이제 어떻게 결과를 바꿀 수 있을까요?”.

△프로젝트 후포담(Post-mortem) 회의는 프로젝트가 끝난 후에 팀원들이 모여 프로젝트를 돌아보고 배운 점, 문제점, 성공 요인 등을 공유한다. 이를 통해 작업자들의 의견을 수렴하고 다음 프로젝트에 반영할 수 있다. △개별 면담 방식도 있다. 작업자들과 개별적으로 면담해 의견을 듣고 필요한 조치를 취한다. △팀 커뮤니케이션 도구를 활용할 수도 있다. 팀내에서 의견을 공유할 수 있는 커뮤니케이션 도구를 활용해 작업자들이 의견을 제시하고 토론할 수 있도록 한다. 이러한 방법을 통해 기술진은 작업자들의 의견을 적극적으로 수렴하고 조직 내에서 효과적으로 반영할 수 있다.

기술진이 작업자와 소통할 때 주의해야 할 몇 가지 점이 있다. 먼저 △존중과 이해가 중요하다. 작업자들의 의견을 존중하고 이해하려 노력해야 한다. 각 작업자는 고유한 관점과 경험을 가지고 있으며, 이를 존중해야 한다. △명확한 의사소통도 필수적이다. 기술적인 용어나 프로세스를 사용할 때 작업자들이 이해할 수 있도록 명확하게 설명해야 한다. 복잡한 기술 용어를 피하고 간결하게 전달해야 한다.

또 △열린 대화로 작업자들과 대화를 이어가야 한다. 의견을 나누고 문제를 해결하는 과정에 작업자들을 참여시켜야 한다. 아울러 △피드백 수렴도 중요하다. 작업자들로부터 피드백을 받아들이고, 이를 시스템 개선에 반영해야 한다. 마지막으로 △안전성 고려를 들 수 있는데 작업자들의 안전을 최우선으로 고려해야 한다는 뜻이다. 자동화 시스템이 작업자의 안전을 보장한다는 점을 강조해야 한다. 작업자와 기술진 간의 원활한 소통은 자동화 시스템 도입과 운영에 있어서 중요한 요소다. 이는 자율제조를 통해 글로벌 시장을 선점하기 위한 자동화 프로젝트 추진의 시작이다.

최종윤 기자 다른기사 보기