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[오피니언] 스마트공장의 핵심 SW, MES(제조실행시스템)에 주목하자글로벌 상용SW 백서 프로젝트 마감 소회⑦: 송병준 대구가톨릭대 산학협력교수(공학박사)

   
▲ 송병준
대구가톨릭대학교
산학협력교수(공학박사)
[컴퓨터월드] 기업용 SW 분야는 산업특성과 보는 관점에 따라 다양하게 나눌 수가 있으나 이번 글로벌 상용SW 백서에서는 모든 산업의 기업들이 공통적으로 사용하는 SW 제품들을 중심으로 분류했다.

기업용 SW는 크게 문서도구, 경영협업, 자원관리 제품군으로 분류했으며 오피스 등의 문서저작 및 문서 변환 SW는 문서도구 제품군에, 그룹웨어(화상통화 포함), KMS(EDMS 포함), 기업용 SNS 등은 경영협업 제품군에 포함시켰다. 그리고 ERP(Enterprise Resources Planning), BI (Business Intelligence), CRM(Customer Relationship Management), SCM(Supply Chain management), MES(Manufacturing Execution System) 등은 자원관리 제품군으로 분류했다.

이 중 기업의 경영활동을 지원하는 자원관리 SW는 기업 내부 및 외부의 인적, 물적, 정보 등의 모든 자원을 관리함으로써 기업의 생산성을 향상시키는 데 도움을 준다.

자원관리 SW는 기업 경영자원을 통합적으로 관리하고 경영의 효율화를 지원하는 ERP, 기업에서 발생하는 데이터를 수집하고 분석해 경영자의 의사결정을 돕는 BI, 고객관리와 영업 및 마케팅 활동을 지원하기 위한 CRM, 기업의 원재료의 생산·유통 등 모든 공급망 단계를 최적화해 수요자가 원하는 제품을 원하는 시간과 장소에 제공하는 ‘공급망 관리’를 지원하는 SCM, 제조기업의 생산계획·작업지시·자재소요·생산추적·설비관리·생산성과분석 등을 맡아 생산관리의 효율성을 높이는 MES SW 등으로 분류된다.

이들 소프트웨어는 국내는 물론 전 세계적으로 커다란 시장을 형성하고 있을 만큼 널리 사용되고 있다. 국내 시장에서는 외산 SW들이 주류를 이루긴 하지만, 국내 제품들도 시장에서 일정부분 확고한 경쟁력을 확보하고 있다.

필자는 자원관리 SW 중 우리 제조기업의 성공적인 디지털 전환을 이루기 위해 정부주도로 추진 중인 스마트공장보급/확산 사업(’17년까지 5,003개 기업의 스마트공장 구축실적, ’22년까지 2만 개 및 ’25년까지 3만 개 구축계획)에서 가장 중요한 역할을 하는 MES를 다루고자 한다.


정부주도로 스마트공장 보급/확산 사업 추진

MES(Manufacturing Execution System, 제조실행시스템)는 제조기업의 생산계획·작업지시·자재소요·생산추적·설비관리·생산성과분석 등의 생산관리 효율성을 지원하는 시스템이다.

제조 업체들은 원자재 투입부터 공정, 제품생산까지 생산의 모든 과정을 데이터로 기록해 생산의 효율을 높일 수 있는 최적화된 정보를 제공하는 통합 시스템, 즉 MES를 필요로 한다. MES는 하위계층으로는 자동화 시스템(장비, Moving 설비, PLC 등)과 상위계층으로는 계획(Planning) 시스템, ERP시스템과 인터페이스 되어 전사적인 자원관리부터 최하위 생산 장비까지의 제어를 통합하는 시스템이다. 주택에 비유하면 주춧돌에 해당하는 아주 중요한 제조 기업용 SW인 것이다.

제조현장의 전반에 걸친 통합화 및 최적화된 생산 활동을 지원하고, 제조운영관리의 4대 경쟁 요소인 QCDF(Quality(품질), Cost(원가), Delivery(납기), Flexibility(유연성)) 개선으로 생산성 지표를 향상시키고 기업 경영에 적극적으로 기여하는 리얼타임(Real-Time) 통합생산정보시스템인 MES는 ERP(전사적지원관리), SCM(공급망관리), PLM(제품정보통합관리)시스템의 중앙에 위치하여 제조시스템 정보 허브 역할을 담당하고 ERP/SCM/PLM 시스템으로 부터 생산/납품계획, 제품/자재 등의 정보를 제공받아 전반적인 생산제조활동을 실행한다.

또한, POP(생산시점관리), DAS(데이타수집관리)을 제어해 생산 장비의 자동화를 가능케 한다. MES는 업종별 공정특성과 현장에 설치되는 설비에 따라 다양한 기능이 요구되어짐에 따라, 업종별 공장자동화에 필요한 표준기능을 준수하는 것이 중요하다.

   
▲ MES 개념도 및 주변 SW와의 관계

4차산업혁명 시대의 스마트공장 구현을 위한 MES 기술동향을 살펴보면 먼저 IIoT, 빅데이터와 같은 플랫폼 전문기업들의 제조업 지원 솔루션 개발이 이루어지고 있고, 생산시스템의 부가가치를 극대화하기 위해 기존 장비(공작기계) 위주의 생산시스템 공급을 탈피해 하드웨어와 소프트웨어가 결합된 ICT융합 형 기계, 장비 및 생산시스템 패키지 공급이 확대되고 있다는 점을 들 수 있다. 또한 생산시스템 공급업체들이 ICT를 접목해 장비들의 최적운영을 지원하는 소프트웨어를 동반 개발하고 장비와 결합된 형태로 패키지화해 공급하는 경향이 늘어나고 있다.

특히 다품종 생산체계 하에서는 이 기종 장비들을 신축적으로 운영하기 위한 통합운영 솔루션의 중요성이 더욱 부각되고 있어 공작기계도 다양한 ICT 접목이 필요하다고 할 수 있다. 즉, 공작기계 간 네트워크, 주변장치와의 인터페이스, 상·하위 시스템으로의 확장이 고려된 하이엔드(High-End) 장비가 필요하며, 실시간 데이터 수집, 모니터링, 제어, 활용을 가능케 하는 ICT를 공작기계 및 공정기술에 융합, 응용하여 생산시스템을 지능화, 고 유연화, 친환경화 하는 고부가가치 기술 확보가 필수적이다.

전 세계 MES 시장은 2015년 76.3억 달러 규모에서 2016년에는 13.6% 성장한 87억 달러 규모를 형성했으며 2022년까지 CAGR기준 13.6% 성장, 약 186억 달러 규모에 이를 것으로 전망된다.

국내 MES 시장은 기존 제조기술에 IT 기술이 접목되고 있다. 제조 기술에 센서기술, 정밀제어 기술, 네트워크 기술 그리고 데이터 수집 및 분석 기술 등 다양한 기술이 융합되어 서비스되고 있다.

2014년 국내 제조 IT서비스 시장은 신규 시스템 및 애플리케이션 등의 도입보다는 운영 효율성 개선에 초점을 둔 기존 시스템의 최적화 작업을 기반으로 전년 대비 3.0% 성장했다. 장기적으로 제조 IT서비스 시장은 전반적인 IoT 확산 추세와 함께 인더스트리 4.0에 대한 움직임이 부각될 것으로 보이며, 그 일환으로 빅데이터, 에너지 효율화 등을 통해 산업 지능화 구현을 위한 움직임이 확대될 것으로 보인다.

2018년까지 국내 제조 IT서비스 시장은 전체 IT서비스 시장 평균 성장세(3.1%)와 비슷한 연평균(CAGR) 3.2% 성장, 2조 1,940억원 규모 시장을 형성할 것으로 전망된다. 그러나 국내 제조 IT서비스 시장은 스마트공장의 핵심 요소기술인 생산설비 기반 솔루션(PLC, 센서, CAD 등)이 글로벌 기업의 기술에 종속되는 것으로부터 벗어나야 한다는 과제를 안고 있다.


글로벌 기업의 기술 종속에서 벗어나야

현재, MES SW분야의 주요 이슈는 제조 기업정보시스템의 문제점 해결을 위한 IoT/빅데이터 기반 생산자원 4M(Man, Machine, Material, Method) 정보의 실시간 융합 서비스로 스마트팩토리 산업구조 변화에 대한 대응 마련이 시급하다는 점이다. 또한 글로벌 제조환경변화에 대응하기 위한 MES 성능이 복수 공장 간의 유기적 협력화, RFID와 무선센서 네트워크 및 모바일과의 완벽한 적용, 사용자 중심의 인터페이스 및 구현, SOA(Service Oriented Architecture) 지원 등의 요구사항 등도 MES SW분야의 주요 이슈이다.

MES의 향후 발전방향은 다음과 같이 정리할 수 있다.

첫째, 생산 공정의 4M(Man, Machine, Material, Method) 자원, 즉 생산, 품질, 설비 가동 정보를 RFID/USN과 유무선 센서 기반 M2M 기술을 활용하고 SOA를 지원하는 애플리케이션의 중앙 집중화로서 글로벌로 산재된 복수공장에 대한 관리를 최적화할 수 있는 종합관리시스템으로 발전해야 한다. 산업구조는 서비스와 콘텐츠 중심으로 변하고 있지만 이를 구현해주는 제조업이 뒷받침해주지 못한다면 소용이 없기 때문이다. 또한, 이를 최적의 상태로 관리할 수 있는 제조IT 융합화 시스템(POP/MES : Point of Production / Manufacturing Execution System)의 성공적인 구축도 이루어져야 한다.

둘째, 생산 공정에 설치된 생산설비에 센서를 추가로 부착해 생산설비의 가동상태를 실시간으로 수집하고, 센서 값과 특성 값을 측정하여 예지 관리를 수식의 알고리즘으로 직접 제어기기를 최적화 하여야 한다. 또한, 설비 고장 발생으로 인한 문제를 최극소화해 생산설비의 연속 운전을 보장함으로써 생산종합효율을 극대화하는 공정 최적화 기술이 MES에 요구된다.

셋째, 시시각각 변화하는 생산 공정의 생산자원을 국제표준 기반의 시간모델 방식으로 정보를 관리하여 국제표준 ISO 22400(KPI for MES)이 요구하는 성과지표로 표준 관리할 수 있는 에너지 최적화 관리 기술이 적용되어야 한다.

넷째, 전통적인 MES는 미국을 중심으로 PLC, DCS, SCADA 등의 제어기기 관련 기업이 주축이 되어 Bottom up 방식의 실시간 처리 중심으로 시스템이 구축되었으나, 최근에는 10대 정보통신 전략기술로 선정된 사물 기반 인터넷(The Internet of Things), 클라우드 컴퓨팅(Cloud computing), 빅 데이터(Big data), 인-메모리 컴퓨팅(In-memory computing) 등의 급속한 발전과 보급에 힘입어 COTS(Commercial Off The Shelf) 개념으로 상용화 기술을 모듈 형태로 융합하는 방식으로 발전하고 있다. 즉, 제조업의 강국인 한국에서 이와 같은 전략기술을 기반으로 민첩하게 구축하여 노하우 축적과 성공사례의 정보공유로 제조업의 대외 경쟁력 강화와 MES 전문 공급기업의 글로벌 영업 확대를 기대해 볼 수 있을 것이다.

마지막 다섯 번째는 CPS패러다임에의 대응이다. 스마트공장이 공장인터넷, 상호운영 적 통합제조, 유비쿼터스 제조, 디지털 공장, 자동화 및 자율기반 유연 제조시스템 등의 진화와 WSN(Wireless Sensor Network), MES(Manufacturing Execution System), M2M(Machine to Machine), WoT(Web of Things), IIoT, IoF(Internet of Factory Things), CPS등 기술 패러다임을 상속한 결과로 볼 때, 스마트공장의 최근 기술은 IIoT와 CPS 패러다임이라고 할 수 있다.

IIoT의 IoT가 사물객체들의 인터넷 기반 연결이고 CPS는 가상과 현실세계 객체의 통합 연결 시스템이라면, 스마트공장은 공장 사물인 센서, 액추에이터, 설비 등 모든 현실세계 객체와 이들 간의 네트워크, 인터넷으로 연결 구성된 가상세계를 제어하고 관리하는 종합 시스템으로 발전하여야 할 것이다.

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