자재관리부터 조립, 포장까지 알아서 ‘척척’
LS산전 자동화시스템 기반 스마트 공장, 제조업 혁신 이끈다

충북 청주시 흥덕구 일반산업단지에 위치한 LS산전의 청주1사업장 G동에는 ‘똑똑한’ 생산 라인이 구축돼 있다. 부품 공급부터 조립, 시험, 포장 등 전 라인에 걸쳐 자동화 시스템이 구축된, 이른바 제조업 혁신의 핵심으로 꼽히는 ‘스마트 공장’이다.

◆무인운반차에 로봇까지 ‘척척’…빅데이터 모니터링 시스템 ‘완벽’

G동은 LS산전의 주력 제품인 저압차단기와 개폐기를 생산하는 공장이다. 저압차단기를 생산하는 G동 1층에 들어서면 생산 라인이 쉴 새 없이 움직이고 있다. 연간 2600만대의 산업용 차단기를 생산하는 라인으로, 자재는 정확히 1.5일분으로 유지되도록 설계됐다.

각 공정에는 LS산전을 대표하는 자동화 기기인 PLC(Programmable Logic Controller)가 어김없이 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 통신중계 역할을 수행한다.

생산 라인 사이 통로 바닥을 보면 청색 테이프가 부착된 표시가 눈에 띈다. 테이프가 연결된 길을 따라 들어가다 보니 8대의 무인 운반차가 완성된 제품을 실어 나르고 있다. 알고 보니 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 자동화돼 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.

G동 2층은 전기회로에서 부하를 개폐하는 전자개폐기 조립 라인이다. 연간 1200만대의 제품을 생산하는 2층 역시 스마트 생산 라인이 완비됐다. 처음 마주한 전자개폐기의 핵심 부품인 코일 권선 설비는 권선은 물론 시험과 적재를 전자동으로 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 50만건 이상 발생하고 있어, 전 공장에 걸쳐 수집된 정보가 쌓여 빅데이터가 생성, 활용되는 것이다.

바쁘게 움직이고 있는 AGV를 지나니 어디선가 카메라 플래시(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 업그레이드시키고 있다. 검사가 끝난 제품은 AGV가 포장라인으로 나르고, 포장 로봇이 포장을 마무리하는 일련의 구조다.

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

◆200억 투자해 단계적 ‘구축’…대기시간 절반감소·생산성 60% ‘업’

LS산전은 지난 2011년부터 약 4년간 200억원 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 이상이었다.

먼저 생산성 측면에서 설비 대기 시간이 절반으로 줄었고 생산성은 60% 이상 향상됐다. 저압기기 라인의 경우 38개 품목의 1일 생산량이 기존 7500대 수준에서 2만대로 확대돼 생산효율이 획기적으로 개선됐다. 에너지 사용량 역시 60% 이상 절감됐으며 불량률도 글로벌 스마트 공장 수준인 7PPM(백만분율; Parts Per Million)으로 급감했다. 필요한 작업자 수도 라인당 절반으로 줄어 신규 사업 라인으로 재배치하는 등 경영 효율성에도 크게 기여하고 있다.

청주사업장 고객수요 예측시스템과 일괄 자동화 라인은 자동화율 100% 수준으로 ▲기초단계 ▲중간1 단계 ▲중간2 단계 ▲고도화 단계에 이르는 공장 스마트화 4단계 가운데 중간2를 넘어 고도화 단계로 진입을 앞두고 있는 등 국내 기업 중 스마트공장 구축 우수 사례로 평가받고 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 글로벌 최고 수준의 스마트공장을 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, LS산전 사례가 제조업 혁신에 일조할 수 있길 바란다”고 말했다.

◆안양 R&D캠퍼스 ‘스마트빌딩’ 구현…연간 에너지사용량 10% ‘절감’

청주 스마트공장에 그치지 않고 LS산전은 스마트빌딩도 구현했다. 지난 2015년 3월 경기도 안양시 동안구에 위치한 신축 R&D캠퍼스에 빌딩자동제어를 기반으로 IBS(Intelligent Building System)와 ESS, 태양광발전, 스마트미터 등 LS산전의 스마트 기술이 총집결된 스마트빌딩(BEMS)을 완성한 것이다.

LS산전 안양R&D캠퍼스에는 ▲1MW급 ESS ▲500kW급 태양광 발전시스템 ▲스마트 콘센트 ▲자연채광 자동제어 블라인드 ▲LED 조명 ▲스마트 미터 등이 적용됐으며 중앙제어센터(BEMS)를 통해 이 같은 솔루션을 통합 관리, 제어할 수 있다. 이를 통해 연간 에너지 사용량 10%, 온실가스 12TOE(석유환산 t)의 감축효과를 거두고 있다.

LS산전은 BEMS 적용으로 에너지 효율은 높이되 사용자의 불편함을 없애 에너지 절감은 물론 연구자의 업무 효율성 강화까지 고려했다.

건물 내부 센서가 사용자 위치를 파악해 빈 사무실과 회의실 등 공간에 냉난방과 조명을 자동 제어함으로써 전력 사용을 최소화하는 등 적극적인 에너지 관리가 가능하다. 또 전기·냉난방·공조·보안 등 각각의 설비와 솔루션의 통합 관리를 통해 확보한 에너지 소비 패턴 정보를 사용자와 공유함으로써 무조건 에너지 사용을 줄이자는 과거 개념에서 벗어나 합리적 에너지 소비를 유도해 에너지 낭비는 물론이고 불합리한 절약 습관도 사라졌다.