21일 의왕연구소서 'E-포레스트 테크 데이' 개최
디지털 트윈으로 실시간 점검·데이터 수집해 공정 고도화
[더팩트 | 김태환 기자] 현대자동차와 기아가 소프트웨어 중심 자동차(Software Defined Vehicle, SDV)에 이어 소프트웨어 중심 공장(Software Defined Factory, SDF) 전략을 통해 제조업에서의 소프트웨어 혁신을 추진한다. 디지털 트윈(Digital Twin, DT) 기술을 통해 공장의 제조현황과 상태를 관리자가 실시간으로 정보와 데이터를 제공받고, 이를 토대로 인공지능(AI) 기술을 활용해 공정 개선과 생산 효율화를 추진한다. 각 공정 단위별로 로봇과 AI, 비전 기술 등을 결합해 작업자가 찾기 힘든 결함을 탐색하고, 프레임이나 도색 불량 확인, 파워트레인 호스 체결과 같은 섬세한 작업의 부담도 덜어준다.
현대차와 기아는 21일 경기도 의왕시에 위치한 현대차·기아 의왕연구소에서 기자들을 초청해 스마트 팩토리 혁신 제조 기술을 공유하기 위한 신기술 전시회인 'E-FOREST TECH DAY(이포레스트 테크데이) 2024'를 열고 SDF로의 전환을 위한 미래 비전을 소개했다.
'이포레스트'는 고객의 가치를 실현하기 위해 모든 것을 유기적으로 연결해 제조시스템의 혁신을 추구하는 현대차와 기아의 스마트공장 브랜드이다. AI와 로봇을 활용한 자동화 기술 및 인간 친화적인 스마트 기술을 도입해 제조 시스템을 혁신하고 나아가 모빌리티 산업 전체를 고도화하는 것을 목표하고 있다고 현대차·기아는 설명했다.
첫 글자인 'E'에는 보다 효율적(Efficient)이고 경제적(Economical)으로 모빌리티 산업 환경(Environment) 전체의 진보를 달성하겠다는 의미를 담았다. 또 고객·파트너사에 최고의 만족(Excellence)을 선사하기 위해 AI, 로봇 기술, DX(디지털 트랜스포메이션), ICT(정보통신기술) 등의 요소와 가치를 연결해 모두(Everyone)를 위한 혁신을 이루겠다는 뜻도 담았다.
이포레스트가 기반으로 삼는 'SDF'는 데이터 연결과 디지털 전환을 통해 고객의 요구사항이 반영된 제품을 누구보다 빠르게 제공하는 생산공장으로 SDV를 생산하는 기지 역할을 수행하게 된다.
현대차·기아는 하드웨어와 소프트웨어를 분리해 혁신을 이룬 SDV처럼, 제조 부문에서도 하드웨어와 소프트웨어를 분리·강조한 것이 SDF의 개념이라고 설명했다.
SDV의 경우 차량 전체를 제어하는 소프트웨어를 하나의 운영체제(OS)로 통합하고, 마치 스마트폰 업데이트하듯, 소프트웨어에 대한 고도화와 차량 제어를 통해 새로운 성능과 고객 만족을 제공한다.
SDF 역시 기존 공정별, 공장별로 제각기 운영되던 하드웨어(제조설비)와 소프트웨어를 분리해 하나의 거대한 공장 운영 제조 운영체제를 구축하고, 이를 통해 전 공정의 효율화와 개선, 작업자 부담 완화 등을 이루겠다는 전략이다.
이를 위해 SDF 기반 공장은 4개 층으로 구분된 계층을 가지게 된다. 1층은 실제 제품이 생산되는 가장 밑 단위의 '공장 하드웨어 계층', 2층은 하드웨어를 조정하고 제어하는 '아키텍처', 3층은 1층과 2층에서 올라온 정보를 활용하는 '데이터 플랫폼', 4층은 모든 계층의 필요한 기능을 구현한 소프트웨어 기반 '애플리케이션'이다.
이를 통해 1층과 2층에서 나온 데이터와 문제점을 3층 데이터플랫폼이 수집해 분석하고, 4층의 앱을 통해 명령을 내리고 다시 2층에서 구동·제어하고, 또다시 나온 데이터와 요구사항 등을 반영하는 방식으로 운영된다. 이에 따라 신속하고 독립적인 의사결정도 대응할 수 있게 된다.
SDF의 4개 층 모델을 위해 DT 기술을 활용한다. 수집된 데이터를 활용해 실제와 똑같은 가상의 공장을 만들어 미리 시뮬레이션을 돌리고, 이를 기반으로 생산 지시를 내리는 방식으로 진행된다. 이를 통해 생산설비의 문제점을 사전에 파악하고 차단하는 생산설비 예지보전 솔루션(PHM)을 구축할 수 있고, 지능형 제조 솔루션(F-BI)과 AI 기술 개발을 운영 지원하는 F-AI 솔루션을 활용해 생산 설비와 운영 방침 등을 고도화해 나가게 된다.
이번 '이포레스트 테크데이 2024'에서는 SDF와 관련한 제조 AI와 DT, 물류·조립 자동화, 로보틱스 솔루션, AAM 제조 기술 등 다양한 혁신 기술 200여 건이 전시됐다.
핵심 기술로는 △물류로봇(AMR) 주행 제어 내재화 기술 △비정형 부품 조립 자동화 기술 △무한 다축 홀딩 픽스처(고정장치) 기술 △SPOT(스팟) 인더스트리 와이드 솔루션 △UAM 날개, 동체 자동 정렬 시스템 등을 꼽을 수 있다.
'물류로봇(AMR) 주행 제어 내재화 기술'은 물류로봇 활용에 필요한 제어·관제 소프트웨어 알고리즘을 내재화한 기술이다. 기존에는 물류로봇이 전진과 직진 이동만 가능하던 것과 달리 앞뒤 관계없이 전 방향 이동이 가능하며 좌우 바퀴 회전수를 제어해 중량물을 올린 상태에서도 물류로봇이 매끄럽게 곡선 주행을 할 수 있도록 해준다.
'비정형 부품 조립 자동화 기술'은 AI 비전 알고리즘을 통해 호스류, 와이어류 등 형태가 고정되지 않은 비정형 부품도 인식하고 피킹 포인트를 자동으로 산출해 제어 명령을 내리는 프로그램으로 휴머노이드 로봇이 공장에 본격 도입될 경우 자율적인 공장 운영을 위해 필수적인 기술이다.
특히 지금까지는 작업자의 섬세한 감각이 필요함과 동시에, 일정 수준 이상 손아귀 악력이 필요해 기피 작업으로 손꼽혔다. 자동화가 제공될 경우 작업자들의 부담을 덜어줄 수 있고, 공정 효율도 높일 수 있다고 현대차 측은 설명했다.
'무한 다축 홀딩 픽스처(고정장치) 기술'은 도어, 후드, 휠 등 각종 파트를 조립하기 위해 기존에는 각 파트에 맞는 픽스처가 별도로 필요했다면 이를 하나의 픽스처로 조립할 수 있도록 해주는 기술이다. 픽스처 제작 비용 절감은 물론 다양한 제품을 하나의 장치가 고정할 수 있어 공장 유연화에 기여할 수 있다. 파트가 바뀔 때마다 해당 정보가 PC에 자동 입력되고 이를 통해 픽스처의 파트 고정 포인트가 자동으로 이동되어 해당 파트를 고정할 수 있다.
'SPOT(스폿) 인더스트리 와이드 솔루션'은 AI와 비전 처리, 빅데이터 처리 등을 활용한 지능형 점검 기술을 도입해 스폿이 눈, 코, 입에 해당하는 각종 센서를 통해 공장 환경에서 실시간 안전 점검과 설비 점검을 수행할 수 있는 기술이다.
'로봇개'로 불리는 스폿은 이미 미국 현지공장에서는 불량 검수 작업자와 함께 차체나 도장면 불량을 점검하는 임무를 수행하고 있으며, 공장 내부 '로봇 경비견' 역할도 수행하고 있다. 스폿은 인천국제공항에서 폭발물처리반(EOD) 소속으로 위험 폭발물 제거 버전, 농업용 버전 등의 제품도 개발 추진 중이다.
'UAM 동체, 날개 자동 정렬 시스템'도 AI 기술을 활용해 고도화하고 있다. 차량 대비 10~100배 이상의 조립 정밀도를 요구하는 UAM의 특성을 고려해 고중량의 UAM 동체와 날개를 0.001㎛(마이크로미터) 단위로 자동 정렬해 가며 정밀 체결하는 기술로 통상 3~5일 소요되는 과정을 단 몇 시간 작업으로 단축할 수 있다.
이재민 현대차·기아 제조솔루션본부 이포레스트 센터장은 "SDF는 데이터에 기반해 의사결정과 운영을 하는 민첩하고 똑똑한 공장이며, 생산공장의 데이터 연결과 디지털 전환을 통해 고객의 요구사항이 반영된 제품을 누구보다 빠르게 제공하는 공장을 목표로 한다"면서 "DT 기반 사전설계와 데이터를 활용한 생산계획 수립 등으로 생산 준비시간 단축과 생산속도 개선, 신차 투입 시 리툴링(공정 전환) 비용 최소화, SW 활용 기능 추가와 개선, 유연하고 자율적인 공장 제어로 고객 요구 내용을 적극 반영할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.
kimthin@tf.co.kr
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