스마트팩토리, 지능화된 유연 생산체계 필요
5G의 장점, 이동성, 구축 용이성, 초연결성
공장 간접영역 너머 직접영역 솔루션 개발 중


5G B2C 가입자 수 증가 폭이 둔화한 가운데 5G B2B 가입자 유치를 위한 이동통신 기업의 구상이 점차 진행되고 있다.

초감각 콘텐츠 등 다양한 5G 기반 BM(Business Model)이 도출되는 가운데, 5G가 적용될 수 있는 대표적인 B2B 분야로 스마트팩토리가 꼽히고 있다.

스마트팩토리는 디지털 솔루션을 결합한 ICT 기술을 생산 과정에 적용하여 생산성, 품질, 고객 만족도를 높인 지능화 공장이다. 즉, 고객 맞춤형 제품 생산을 위해 지능화되고 유연한 생산체계를 갖춘 공장이 스마트팩토리다.

5G에는 분명 스마트팩토리를 고도화할 수 있는 잠재력이 존재한다. 그 이유를 살펴보자.


스마트팩토리에서 타 통신 대비 5G가 가지는 이점
5G의 장점은 3가지다.

먼저 초고속이다. 5G의 속도는 LTE 대비 20배 빠르다. 최대 전송속도는 20Gbps이며 통상적으로는 10Gbps다. 이어서 초저지연이다. 5G의 전송지연(1ms)은 LTE(10ms)보다 10배 짧다. 마지막으로 초연결이다. 5G의 최대 기기 연결 수는 1km2 당 100만 개로 10만 개인 LTE보다 10배 많은 기기를 수용할 수 있다.

이러한 5G의 장점은 LTE 대비 5G의 장점이다. 5G가 스마트팩토리 내에서 차별화될 수 있는 가장 큰 장점은 바로 무선통신이란 것 그 자체다. 무선의 장점은 이동성, 가변성, 구축 용이성, 초연결성이다.

스마트팩토리를 구성하는 요소는 4가지다. △운영 시스템 △분석 플랫폼 △네트워크 인프라 △현장 설비다. 5G는 네트워크 인프라 면에서 기존 이동·유무선 네트워크보다 이점을 가진다.

설비별 데이터 전송량, 공장별 데이터 전송량, 인증·암호화·안전성, 데이터 도달에 걸리는 시간 등에서 5G는 이더넷 등 유선통신의 성능에 근접하며, 연결할 설비·센서 수, 구축과 운영의 용이성·경제성, 이동 지원 측면에서는 무선이기 때문에 오히려 우위에 있다.

LTE 같은 기존 이동통신, 와이파이 같은 기존 무선통신과 비교하자면, 용도별 최적화를 고려하지 않았을 때는 모든 부분에서 능가한다고 볼 수 있다.


5G 수요를 키우는 스마트팩토리 구축 트렌드
하나의 공장이 스마트팩토리로 변모하기 위해선 5가지 단계를 거쳐야 한다.

1단계는 경험을 기반으로 공정을 개선하는 수작업 단계다. 2단계는 시스템을 통한 데이터 관리를 구현하는 전산화 단계다. 3단계는 표준/룰 기반의 공정제어 및 효율화를 구현하는 자동화 단계다. 4단계는 데이터 기반의 분석 최적화를 구현하는 정보화 단계다. 마지막 5단계는 AI를 활용한 예측 제어, 자율화/유연화를 구현하는 지능화 단계다.

현재의 자동화 공장은 공정에 고객의 요구를 일부 반영하는 것에 그치고 있다. 설계-제조-물류-고객으로 이어지는 사이클 순환이 여전히 길다. 공급자 중심의 대량 생산을 위해 자동화를 추구했기 때문이다. 이렇게 구축된 라인 생산체계는 수직적이고 폐쇄적이다.

반면 5단계 지능화를 추구하는 스마트팩토리는 공정에 날이 갈수록 다양해지는 고객의 요구를 반영하는 동시에 사이클 순환이 짧다. 수요자 중심의 고객맞춤형 생산을 위해 자동화와 지능화를 동시에 추구하면서 유연한 생산체계를 구축한다.

이를 실현하기 위해서는 △공장 내 각종 설비를 초연결하여 빅 데이터를 수집·분석·제어할 수 있어야 하며 △설비의 자유로운 이동과 가변을 가능케 해야 한다. 이러한 공장 지능화와 유연 생산체계를 위해서는 고품질 무선 네트워크가 필요하며 5G가 그 역할을 할 수 있다.

앞서 언급했듯 5G는 기존 무선 네트워크보다 고품질의 성능을 가진다. 이에 따라 무선 고유의 이동성, 가변성, 구축 용이성, 초연결성 등을 활용할 수 있는 시대가 도래한 것이다.


간접영역에서 직접영역까지 진입하는 이동통신
우리나라의 이동통신 가입자 수는 이미 2016년에 6천만 명을 돌파했다. 이는 총인구보다 1천만이나 많은 수치다. B2C는 이미 포화상태다. 따라서 이동통신 사업자들은 5G를 통한 IoT 산업을 신사업동력으로 삼을 계획이다.

국내 3위 이동통신 사업자 LG유플러스는 2016년부터 LTE를 기반으로 스마트팩토리 향 IIoT 솔루션과 서비스를 사업화하고 있다.

그동안은 이동통신의 장점인 넓은 커버리지와 이동성을 바탕으로 무선화가 필요한 넓고 복잡한 공장의 간접영역(안전·환경·보안·물류)이 목적이었다. 2018년부터는 5G 기술이 무르익어감에 따라 직접영역(설비·품질·공정·생산)으로의 확대를 추진하고 있다.

LG유플러스는 간접영역에서 이미 LTE 기반의 △(안전) 산업용 직캠, IoT 헬멧, IoT 지진안전, IoT 가스안전, 작업자 안전관리 △(환경) IoT 유량관리, IoT 악취진단 △(보안) 앱 기반 무전기 △(물류) 앱 기반 위치 및 경로 관제, 운행일지를 자동으로 작성하는 차량 관제 솔루션 등을 선보였다.

또한, 직접영역에서도 설비 분야에서 IoT 모터진단, IoT 펌프 관리 등을 통해 환경 기반 진단 및 빅 데이터를 분석하는 솔루션을 제공하고 있으며, 생산·공정·품질 분야에서 5G 기반 스마트팩토리 솔루션 발굴을 진행 중이다.

현재 LG유플러스는 ▲ERP, MES, DCS, SCADA, ECS, CPS 등의 운영체계 ▲설비 예지 보전 솔루션 ▲품질예측 솔루션 ▲AI 딥러닝을 활용하는 자동 비전 검사 ▲AGV, AMR 등의 물류 이동로봇 ▲클라우드로 제어되는 로봇 ▲MR 활용 설비관리 및 교육훈련 ▲지능형 CCTV ▲설비 및 검사 등의 원격운영에 5G를 어떻게 활용할 수 있을지 연구와 실증을 이어가고 있다.


보안, 여전히 해결해야 할 숙제
스마트팩토리에 5G를 적용하는 데 반드시 짚고 넘어가야 할 부분이 바로 보안이다. 펜타시큐리티의 칼럼에 따르면, 5G는 구조적으로 보안에 취약하다. 분야별, 용도별로 서로 폐쇄적인 기존 네트워크와 달리 5G는 개방형으로 설계되어 용도에 따른 분산 구조로 적용된다.

이는 대역을 쪼개 여러 분야에 분산 적용하는 네트워크 슬라이싱 방식으로, 하나의 망을 통신, IoT, VR, 자율주행 등 가상 전용망으로 나눠 통신한다. 분리해도 같은 망이기 때문에 일반 기지국에서도 모든 종류의 데이터가 오간다.

망이 분야별로 폐쇄적이면 장비 해킹이 일어나더라도 해당 분야의 피해에 그치고, 보안 조치를 분야마다 최적화해 적용하기 간단하다. 하지만 5G 환경에서는 장비 해킹을 통해 모든 종류의 데이터를 건드릴 위험성이 있다.

따라서 보안 위험 관리는 5G에 있어 다른 그 무엇보다 중요한 사업 경쟁력이고 스마트팩토리의 안정성 유지에도 중요 요소다.

5G 보안 해법으로 KT는 블록체인을, SK텔레콤은 양자암호를 내세우고 있다. LG유플러스는 5G 네트워크 보안 안정성 확보를 위해 고려대 정보보호대학원과 MOU를 체결했으며 과학기술정보통신부는 5G보안협의회를 발족하기도 했다.


정리하며
5G는 아직 스마트팩토리에서 널리 사용되는 네트워크가 아니다. 기존 산업자동화 분야에서 사용되는 다른 유무선 네트워크와 달리 기술적으로 미성숙했고, 무엇보다 특정한 사용처가 불분명하기 때문이다.

그렇지만 5G를 스마트팩토리에 도입하려는 시도와 연구는 계속되고 있다. 정부와 이동통신 기업이 가장 적극적이다. 

지난해 10월, 과기정통부를 비롯한 관계부처는 합동으로 5G 기반 스마트공장 고도화 전략을 발표했으며 SKT와 KT는 스마트팩토리에 소비자 맞춤형 서비스를 제공하기 위해 글로벌 통신사들과 5G MEC(Mobile Edge Computing) 합동 연구단체를 구성하기도 했다.

지멘스 디지털 인더스트리의 최유순 팀장은 “비용을 감수하면서도 5G를 사용함으로써 큰 이익을 얻을 수 있는 산업이나 애플리케이션의 경우 5G를 도입할 것”이라 밝혔다. 또다른 산업자동화 업계의 한 관계자는 “5G가 산업 현장에서 자신의 자리를 찾을 것”이라 말했다.

지난해 11월에 열렸던 스마트 제조 베스트 프랙티스 컨퍼런스 2019에서 LG유플러스의 박종욱 자문은 “잦은 생산모델 변경으로 인해 무선 기반의 유연한 생산 공정 운영이 필요한 공장에서 5G의 활용성이 높다”라며 “5G는 향후 스마트팩토리의 지능화와 유연화의 핵심으로 자리잡을 것”이라고 말했다.

5G의 장점은 명확하다. 그리고 그 장점은 스마트팩토리를 지능화하고 유연성을 부여하여 새로운 차원의 스마트팩토리를 구축하는 데 도움이 될 수 있다. 하지만 그러기 위해선 실제 생산 환경에서 필요로 하는 것이 무엇인지 파악하고 그에 따른 적절한 솔루션 제시가 필요할 것이다.