LS산전 청주사업장, 자재관리~조립·포장까지 알아서 ‘척척’

황교안 국무총리는 지난해 12월 LS산전 충북 청주공장을 방문한 자리에서 “2020년까지 1만개의 스마트공장 확산 목표를 달성하겠다”고 말했다.

제조업의 위기를 극복할 수 있는 대안으로 ‘스마트공장’이 떠오르고 있다. 설계, 생산 등 제조 전 과정에 사물인터넷(IoT), 센서, 빅데이터 등 각종 정보통신기술(ICT)을 접목해 생산 시스템을 최적화하면 적은 인원으로도 높은 효율을 올릴 수 있을 것이란 계산에서다.

‘죽은 제조업’도 살릴 수 있는 솔루션으로 평가받는 스마트 공장.

현재 국내 사업장 중 최고의 스마트공장으로 불리고 있는 LS산전 청주사업장을 직접 가봤다.

◆전 라인 완전 자동화 구현

충북 청주시 흥덕구 송정동에 위치한 LS산전 청주 1 사업장 G동.

부품 공급부터 조립, 시험, 포장 등 전 라인에 걸쳐 자동화 시스템이 구축된, 이른바 제조업 혁신의 핵심으로 꼽히는 ‘스마트 공장’이다.

G동은 LS산전의 주력 제품인 저압차단기와 개폐기를 생산하는 곳. 먼저 저압차단기를 생산하는 G동 1층에 들어서면 생산 라인이 쉴 새 없이 움직이고 있다. 연간 2600만 대의 산업용 차단기를 생산하는 라인으로, 자재는 정확히 1.5일 분으로 유지되도록 설계됐다.

각 공정에는 LS산전을 대표하는 자동화 기기인 PLC(Programmable Logic Controller)가 설치돼 있다. 각 공정의 PLC가 상위 PC를 통해 제조실행시스템인 MES(생산관리시스템, Manufacturing Execution System)과 연계돼 있다. MES 허브(Hub)는 각 공장과 상위 시스템 간 네트워크를 구성하는 통신 중계 역할을 수행한다.

생산 라인 사이 통로 바닥을 보면 청색 테이프가 부착된 표시가 눈에 띈다. 테이프가 연결된 길을 따라 들어가다 보니 무인 운반차가 완성된 제품을 실어 나르고 있다. 단순한 테이프가 아니라 AGV(무인 운반차 ; Automated Guided Vehicle)가 다니는 궤도다.

무인 운반차는 프로그래밍된 명령에 따라 각 부품을 라인으로 운반하고, 완성된 제품을 포장라인으로 이동시킨다. 물리적 충격이 느껴지면 그 자리에서 정지하고 요란한 불빛과 함께 경고음을 내는 ‘똑똑한 일꾼’이다.

AGV가 이동시킨 제품들은 포장하는 라인 역시 완전 자동화되어 있다. 중량감지센서를 통해 포장의 정확도를 자동 검출하고, 커다란 포장 로봇(Robot)은 품목별로 다른, 크고 작은 상자에 일정한 간격에 맞춰 제품을 넣어 포장하고, ERP를 통해 명판정보를 받아 상자에 자동 부착까지 한다.

◆구석구석 설치된 PLC, 빅데이터 생성

G동 2층은 전기회로에서 부하를 개폐하는 전자개폐기 조립 라인이다. 연간 1200만 대의 제품을 생산하는 2층 역시 스마트 생산 라인이 완비됐다. 처음 마주한 전자개폐기의 핵심 부품인 코일 권선 설비는 권선은 물론 시험과 적재를 전 자동으로 생산하고 있다.

작업자는 모니터를 통해 해당 조립라인 구석구석에 설치된 PLC로부터 온 데이터를 확인할 수 있으며, 실시간으로 수집된 데이터는 MES를 통해 향후 생산성 개선 데이터로도 활용된다.

데이터량은 1개 라인 기준 하루 평균 50만 건 이상 발생하고 있다. 전 공장에 걸쳐 수집된 정보가 쌓여 빅데이터가 생성, 활용되는 셈이다.

바쁘게 움직이고 있는 AGV를 지나니 어디선가 카메라 플래쉬(Strobe)처럼 ‘번쩍’이는 조명 빛이 보인다. 자세히 들여다보니 완제품에 카메라 조명을 터트려서 품질을 검사하는 또 다른 로봇이다.

육안으로 검사할 경우 작업자에 따라 있을 수 있는 차이를 스마트화를 통해 최소화시킨 것이다. 이와 함께 진동센서로 개폐기가 작동할 때 발생하는 소음까지 수치화할 수 있어 제품 조립 이후에도 품질을 한 단계 업그레이드 시키고 있다. 검사가 끝난 제품은 AGV가 포장라인으로 나르고, 포장 로봇이 포장을 마무리하는 일련의 구조다.

◆생산성 60%↑, 에너지 사용 60%↓

LS산전 청주사업장 스마트 공장에는 APS(수요예측 시스템, Advanced Planning System)가 적용된 유연생산시스템으로 운영된다. APS는 주문부터 생산계획, 자재발주까지 자동 생산관리가 가능한 유연생산방식으로, 생산라인에 적용되어 조립-검사-포장 등 전 공정의 자동화를 구현하고 있는 것이다.

LS산전은 지난 2011년부터 약 4년간 200억 원 이상의 투자를 통해 단계적으로 스마트 공장을 구축해왔다. ICT와 자동화 기술을 접목해 다품종 대량 생산은 물론 맞춤형·소량다품종 생산도 가능한, 시스템의 변혁을 구현했다는 평가다. 스마트 공장 구축을 통한 성과는 기대 이상이라는 게 회사측의 설명이다.

먼저 생산성 측면에서 설비 대기 시간이 절반으로 줄었고 생산성은 60% 이상 향상됐다.

저압기기 라인의 경우 38개 품목의 1일 생산량이 기존 7500대 수준에서 2만 대로 확대, 생산효율이 획기적으로 개선됐다.

에너지 사용량 역시 60% 이상 절감됐으며 불량률도 글로벌 스마트 공장 수준인 27PPM(백만분율; Parts Per Million)으로 급감했다. 필요한 작업자 수도 라인 당 절반으로 줄어 신규 사업 라인으로 재배치 하는 등 경영 효율성에도 크게 기여하고 있다.

청주사업장 고객수요 예측시스템과 일괄 자동화 라인은 ▲기초단계 ▲중간1 단계 ▲중간2 단계 ▲고도화 단계에 이르는 공장 스마트화 4단계 가운데 중간1, 중간2 단계 수준으로 국내 기업 중 스마트공장 구축 우수 사례로 평가 받고 있다.

LS산전은 이에 그치지 않고 CPS(사이버 물리 시스템, Cyber Physical System), IoT(Internet of Things)를 지속적으로 도입하고 시뮬레이션 분석에 의한 생산시스템을 최적화해 공장 스마트화 고도화 단계까지 구현하겠다는 계획이다.

이를 위해 솔루션 도입은 물론 CPS, IoS(Internet of Service), IoT 역량 강화를 위해 내부 전문가를 지속 양성하는 한편 협력회사를 대상으로 기술교육과 현장 견학을 제공해 스마트 공장의 확대 보급을 꾀하고 있다.

LS산전 관계자는 “생산라인의 스마트화를 통해 생산성과 에너지효율이 크게 개선됨은 물론 고객만족도 향상과 근무자의 작업환경, 편리성 증진 효과까지 얻고 있다”며 “현재 중간단계의 생산라인을 스마트공장 최고 수준인 고도화 단계로 업그레이드하는 공정 혁신을 추진 중이며, 우리 사례가 제조업 혁신에 일조할 수 있길 바란다”고 말했다.