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Think Smart, Work Smart

모든 산업 분야에서 탄소 절감은 최고의 화두. 자동차 회사들도 생존을 위해 다방면에서 체질 개선 중이다. 그 가운데 핵심은 스마트 팩토리다. 지속 가능한 생산, AI의 데이터 관리와 분석, 메타버스와 3D 프린팅 등. 디지털화에 성공했거나 진화 중인 자동차 회사들의 스마트 팩토리를 둘러본다

2022.07.27

아우디 뵐링거 회페
 
 
아우디 뵐링거 회페 공장은 공상과학 영화 속 장면을 떠올리게 한다. 10대의 로봇이 장인들과 더불어 자동차를 완성한다. 로봇의 빠르고 정확한 기술과 장인의 감각이 상생 중인 것이다. VR 같은 디지털 솔루션을 도입하고 고성능 엔진차와 전기차를 같은 라인에서 만든다. R8과 e-트론 GT를 동시에 만드는 유연함이 존재하는 것이다.
 
아우디는 이를 위해 생산시설을 확장하고 전환했다. 확장된 조립 라인은 이전의 16 사이클이 아닌 36 사이클로 연장돼 정밀하게 돌아간다. 이곳의 생산방식은 그룹 내에서 유일하다. 수작업의 강점을 유지하고 활용하면서 동시에 자동화와 디지털화에 대한 새로운 역량을 추가했다. 장인 정신과 스마트 팩토리의 완벽한 결합이다.

뵐링거 회페 공장에는 새롭고 다채로운 디지털 솔루션도 가득하다. 5G를 공장 내 직렬 애플리케이션에 도입하기 위한 솔루션 개발 또한 거의 마쳤다. VR을 사용해 새 모델 생산계획을 수립, 장인들이 가상현실에서 조립 과정을 학습한다. 여기서 만든 e-트론 GT는 물리적 프로토타입 없이 생산을 계획한 최초의 아우디 모델이 됐다.
 
 
3D 스캔과 머신러닝 프로세스, 가상현실 등을 활용해 모든 조립 과정과 작업을 디지털 공간에서 재현했다. 완벽한 제조 과정과 원활한 생산 라인 가동을 가상현실에서 끝낸 셈이다.

가상 공장에서 장인들의 모델링은 매우 정확하고 세밀하게 제작됐다. 특수 하드웨어와 소프트웨어를 사용해 장비, 툴 등 모든 운영 시설을 3D 스캔으로 복제해 생성했다. 네카줄름의 뵐링거 회페 공장이 가상 세계에도 완벽하고 온전히 존재하는 셈이다.

가상 공장에서는 몇 년치 새 모델 생산계획을 미리 수립할 수도 있다. 장소나 시간 제약 없는 작업 수행 역시 가상 공장이기에 가능하다. 아우디는 지금 디지털 트윈을 단계별로 구현 중에 있다. 디지털 트윈의 기본인 생산 라인의 디지털화를 위해 지속적으로 3D 스캔 중이다.

가상 세계뿐 아니라 현실 속 뵐링거 회페 공장 또한 스마트하다. 100% 친환경 전기를 공급받고 생산 시스템과 로봇도 탄소중립 전기로 작동된다. 지속가능한 생산을 위한 아우디의 환경 프로그램 ‘미션: 제로’의 주요 목표는 탈탄소, 물 사용 절감, 자원 효율성, 생물 다양성 등이다. 2025년까지 순수 이산화탄소 중립 생산지로 거듭나는 것도 목표 중 하나다.
 
 
메르세데스-벤츠 팩토리 56
 
 
전 세계에 걸쳐 30개 넘게 포진한 메르세데스-벤츠 공장 가운데 대표적인 스마트 팩토리는 독일 진델핑겐의 팩토리 56이다. 7억3000만 유로(약 1조350억 원)를 들여 만든 이곳은 기존 공장보다 무려 25%나 에너지 사용량을 줄였다. 물론 사용량 감소도 중요하지만 이곳을 주목해야 하는 더 큰 이유는 바로 메르세데스-벤츠가 보여줄 미래 자동차 생산 원칙을 확인할 수 있다는 데 있다. 지속 가능성, 생산의 유연함과 효율, 디지털화가 그것이다.
 
팩토리 56에서는 신형 S-클래스와 EQS를 같이 만들며 유연성을 구체화했다. 그렇다면 효율성은? 이곳에서 만들어지는 S-클래스는 다른 공장에서 조립했던 이전 모델보다 25% 넘게 효율성을 키웠다. 공정 시스템을 체계화한 덕이다. 이른바 생산 체계의 디지털화다.
 
이들은 디지털 생태계를 MO360(Mercedes-Benz Cars Operation 360)이라 부른다. 생산의 모든 단계와 요소를 디지털화해 시스템으로 관리한다는 뜻이다. MO360은 고성능 WLAN과 5G 같은 최신 디지털 인프라를 활용한다. 공정에서 기록되는 모든 데이터는 5G 네트워크를 타고 클라우드에 저장된다.
 
팩토리 56에서 일하는 모든 사람들은 인테그라(Integra)라는 프로그램을 통해 클라우드에 접근할 수 있다. 디지털화된 공장 생태계에서는 재고나 품질관리 등 모든 정보를 빠르고 투명하게 정리하고 공개한다. 투명성은 자연스럽게 생산 효율의 증가로 이어진다.

또한 공장 내 모든 설비는 100% 클라우드에 연결해 공유한다. 더불어 MO360의 다양한 애플리케이션을 통해 조립 라인에서 발생 가능한 고민과 이슈에 대해 팀 멤버들 간 의견 교류는 물론 지속적인 추적 관찰도 가능하다.

지속 가능성 또한 시스템이 구현한다. 공장 지붕 위 태양광 패널이 전체 소비 에너지의 30%를 충당하고 추가 생산한 전력은 재활용한 자동차 배터리에 저장된다. 공장 옥상의 40%에 나무와 잔디를 심어 오염된 물과 빗물을 분리하는 시스템도 적용했다. 
 
 
BMW 디지털 트윈
 
 
BMW 스마트 팩토리의 핵심은 디지털 트윈, 이른바 공장의 완벽한 복사다. 실제 생산시설과 똑같은 시설을 가상 세계에 구현한 것이다. 자동차 공장은 거대하고 복잡하며 매우 정밀하다. 이토록 복잡다단한 공장을 가상에서 어떤 플랫폼으로 구현할 수 있을까? 바로 엔비디아의 옴니버스 플랫폼이다.

옴니버스 플랫폼 속 공장은 매우 정교하게 실제 같은 디지털 이미지와 질감으로 구현됐다. 엔비디아 CEO 젠슨 황은 “미래 공장에서는 로봇과 사람이 함께 일할 것이다. 엔지니어는 가상 공간에서 공장을 관찰하며 참여하는 방식으로 업무를 진행하고 확인하게 될 것”이라고 말했다.

디지털 트윈의 가장 큰 장점은 시뮬레이션이 가능하다는 것이다. 실제로 설비를 새로 구축하고 공정을 돌리기 전 가상 공장을 통해 오류를 수정하고 보완할 수 있다. 시간과 비용 모두를 압도적으로 아낄 수 있어 수익성 제고에도 크게 한몫한다. 디지털 트윈은 어쩌면 가장 완벽한 스마트 팩토리가 될지도 모른다.
 

물론 가상 공장의 완벽한 구현과 실제 사용이 말처럼 쉬운 것은 아니다. 다양한 애플리케이션의 호환성과 업데이트가 관건이다. 옴니버스 플랫폼은 공장 내 모든 데이터를 실시간 수집한다. 업데이트와 호환성 또한 완벽히 해결했다. 수집 정보는 누구든 접근할 수 있도록 투명하게 보관, 관리되며 각 분야의 전문가들이 복잡한 생산 시스템을 빠르고 정확히 다루게 된다.
 
어디서 누구든 가상 공장에 접근해 일하고 확인이 가능하다. 굳이 출근하지 않아도 자동차를 개발하고 만들 수 있는 것이다. 옴니버스 클라우드에 실시간 동기화 되는 데이터는 세계 각국의 다른 시간대를 사는 전문가들과 동시다발적으로 공유되어 공정과 생산계획을 수립할 수도 있다. BMW는 이 어려운 과정을 이미 구축했고 상용화했다.
 
 
포르쉐 프로덕션 4.0
 
 
포르쉐는 독일 주펜하우젠 공장에 약 8000만 유로(약 1024억 원)를 투자해 미래 공장을 구축하고 있다. 프로덕션 4.0(Production 4.0)이 그것이다. 생산 관련한 기술에만 100가지나 되는 혁신 기술이 적용되며, 하루 최대 200대의 엔진을 조립할 수 있게 된다.

프로덕션 4.0은 기존 포르쉐의 생산 시스템에 새 기술과 방법을 더해 진화할 스마트 팩토리 시스템이다. 애플리케이션을 통해 디지털 세계와 물리적 세계를 연결한다. 이를 통해 포르쉐는 지속적으로 혁신해야 할 핵심 분야에 보다 더 집중한다. 생산 시스템과 자원 효율성, 업무 조직, 신기술, 디지털화와 커뮤니케이션이 그것이다.

포르쉐의 전통적인 제조 철학은 한마디로 사람 중심이었다. 모든 직원은 다양한 공정에서 업무를 수행할 수 있는 기능을 보유해 모든 공정에서 작업이 가능해야 했다. 이 같은 시스템을 위해 인간 공학적으로 최적화된 포르쉐의 엔진 조립공장의 모든 툴과 프로세스는 작업 중인 사람을 지원하도록 설계되어 있다. 무선 EC 스크루 드라이버 또한 작업자가 정해진 토크 특성을 쉽고 정확히 파악하도록 설계됐다.

그러나 포르쉐의 진화한 스마트 팩토리는 단지 컴퓨터 기반 또는 로봇 제어만을 의미하지 않는다. 이들의 미래 공장은 혁신적일 뿐 아니라 지속 가능해야 한다. 포르쉐 품질 센터에서는 개별 구성 부품에 대한 보다 빠르고 정확한 정보를 얻기 위해 증강현실 기술을 이용하는 시험을 하고 있다. 모든 조립작업 단계와 제품 정보가 모니터에 표시되고 컴퓨터 생성 정보로 보완된다. 이 시스템을 통해 미세한 편차도 즉시 감지하며 조립 품질은 물론 완성도를 완벽히 통제한다.
 

포르쉐가 만든 부품들은 특별한 광학 기술과 디지털 기술을 사용해 빠르고 정확하게 3차원으로 측정된다. 부품 형상을 스캔당 1600만 포인트 측정해 고해상도 포인트 클라우드로 나타낸다. 이 같은 품질 프로세스를 통해 CAD 데이터에서 벗어난 각 개별 포인트의 편차를 최단시간에 판단할 수 있게 된다.

또한 포르쉐는 지난해 말, 라이프치히 공장에서 에릭슨과 함께 첫 5G 연구 네트워크를 시작했다. 5G 네트워크는 스마트 팩토리의 실현을 향한 또 다른 단계다. 이번 5G 네트워크는 포르쉐 생산 환경에서 최초의 시도다. 직원과 기계 및 차와 차 사이의 데이터를 실시간으로 안전하게 교환할 수 있게 된다. 5G 네트워크는 독일 바이자흐의 포르쉐 개발 센터에 이미 도입됐다. 이곳에서는 자동차와 자동차 간의 안전한 데이터 교환을 수반하는 기능 개발에 중점을 둔다.

네트워킹, 디지털화, 자동화는 자동차뿐 아니라 향후 생산 프로세스에도 크게 기여할 것이다. 포르쉐는 라이프치히 공장 내 마칸 차체 프레스 공정에서 로봇과의 신호를 무선으로 교환하고 있다. 스마트화에 대한 최초의 구체적인 대처로 와이어가 아닌 5G를 통한 무선제어다. 외계인설이 나돌 만큼 자동차의 완성도는 뛰어나지만 변화에는 신중한 포르쉐도 스마트 팩토리에 어느새 바짝 다가선 것이다.
 
 
보쉬 드레스덴 웨이퍼 팹
 
 
반도체 대란이다. 반도체가 달려 차를 계약하고도 함흥차사인 시대다. 보쉬는 자동차 제조업에 큰 영향력을 미치는 부품사이자 반도체 공급사다. 이들은 자동차 회사 못지않게 적극적인 스마트 팩토리로의 전환에 열을 올리고 있다. 그중 대표적인 곳이 바로 보쉬 드레스덴 웨이퍼 팹이다.

드레스덴 웨이퍼 팹은 데이터 기반의 완전 연결을 표방하는 최첨단 공장이다. 고도의 자동화된 완전 연결 장비들은 AI와 결합해 제품을 만든다. 물리적 제약도 없다. 1만 km 떨어진 곳에서도 유지 보수가 가능할 정도다. AI와 IoT를 결합해 데이터에 기반한 생산이 지속적으로 이루어진다. 공장의 장비, 센서, 제품 등의 모든 데이터는 중앙 클라우드에 실시간 수집된다.

실시간 생성되는 무수한 데이터는 AI가 아니고는 분석이 불가능하다. 생산 시설 전반의 앞날을 예측하고, 제품의 미세한 이상 징후까지 감지해 높은 수준의 안정성을 보장한다. AI는 시설뿐 아니라 로봇들이 언제 어떤 부분의 유지 보수가 필요한지도 정확히 예측한다. 이 스마트 공장은 AI가 운영 중인 셈이다.
 

웨이퍼 팹은 현실과 디지털 세계에 각각 존재한다. 이른바 디지털 트윈이다. 공장의 모든 것이 디지털로 기록되고 3D로 모델링된다. 디지털 트윈에는 건물, 인프라, 납품과 폐기 시스템, 케이블 덕트, 장비 등 약 50만 개에 달하는 3D 오브젝트가 있다.
 
공장 운영은 그대로 유지하면서 동시에 가상현실에서 공정 최적화나 기타 다른 계획을 시뮬레이션할 수 있다. 공장의 유지 보수 업무를 지구 반대편에서 엔지니어가 진행한다. 더불어 공장 내 노동자는 빌트인 카메라가 장착된 안경을 쓰고 작업하기도 한다. 이 특별한 안경은 현장 노동자와 지구 반대편 엔지니어의 시선을 똑같이 만들어준다. 코로나19로 인한 팬데믹 상황에서 장비를 원활히 운용하고 제품을 완성하는 데 결정적인 역할을 했다.
 
 
현대·기아차 E-FOREST
현대차그룹이 스마트 팩토리 브랜드 이-포레스트(E-FOREST)를 론칭했다. 이들은 유연하고 고도화된 조립·물류·검사 자동화를 뜻하는 오토 플렉스(Auto-FLEX), AI 기반의 자율적인 제어시스템 구축을 뜻하는 인텔리전트(Intelligent), 유해 작업 환경의 자동화 및 코봇 활용과 친환경 공장을 지향하는 휴머니티(Humanity)를 전제로 사람, 자연, 기술 모두를 유기적으로 연결해 미래 모빌리티의 무한한 가능성을 열어가겠다고 포부를 밝혔다.

현대차는 완성형 스마트 팩토리의 실제 구축지로 싱가포르를 선택했다. 올 하반기, 싱가포르 서부 주롱 산업단지에 문을 열 현대자동차그룹 혁신 센터(HMGICs)가 그곳이다. 이곳에서 4차 산업혁명 기술을 접목한 지능형 제조 플랫폼을 개발 검증하는 테스트베드 역할을 수행한다. AI와 로보틱스, IoT 등 미래 기술이 결합된 지능형 제조 플랫폼을 기반으로 한 스마트 팩토리가 될 것이다.

현대차는 지능형 제조 플랫폼을 소규모 전기차 시범 생산체계, 고객 주문형 생산 시스템 등에 적용해 다양한 검증 작업을 펼칠 예정이다. 공개된 몇 가지 세부 내용은 제법 흥미롭다. 차체에 작은 태그를 부착해 하나의 생산 라인 안에서 조립 로봇이 스스로 어떤 차종인지 파악하고, 그에 맞게 조립할 수 있도록 돕는 스마트 태그 시스템을 도입한다. 

첨단 운전자 보조 시스템(ADAS) 전장 집중검사 시스템도 눈길을 끈다. 6대의 로봇이 한 팀이 돼 전방 충돌방지 보조(FCA), 차로 이탈방지 보조(LKA), 후측방 충돌방지 보조(BCA), 스마트 크루즈 컨트롤(SCC), 서라운드 뷰 모니터(SVM) 등 5가지 ADAS 관련 장치와 HUD를 약 85초 이내에 자동 검사한다. 여러 공정에서 나눠 검사해 종합적인 작동 테스트가 쉽지 않고 생산 효율도 떨어지던 기존 공정을 획기적으로 스마트화한 것이다.

VR(Virtual Reality)을 활용해 가상으로 차를 만들고 주행 환경을 구축해 디자인, 설계, 안전성 등을 빠르고 유연하게 개선하는 시스템도 도입한다. 실제 테스트카를 만들지 않고 내외부 디자인을 살피고 모든 기능을 작동시킬 수 있어 개발 기간을  약 20% 줄일 수 있다. 

 

 

 

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EDITOR : 이병진PHOTO :

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