그렇다면 매번 AI, IIOT, Big data ... 와 같은 최신 IT 기술이 들어가야만 스마트 공장이라고 볼 수 있을까? 당연 아니다. 최신 기술이 들어가기 위해서는 기본적인 전산화와 같이 어느 정도의 베이스, 즉 생산관리 인프라가 구축되어야한다. 제고 및 원자재를 수기로 관리하는 공장에서 AI로 관리한다는 것은 쉽게 생각할 수 없을 것이다. 또한 공장의 규모나 특성에 따라 굳이 스마트팩토리의 기술이 필요하지 않는 경우도 있다. 다시 말해 공장의 특성과 현재 상황에 맞게 스마트팩토리화가 이루어져야 할 것이다. 이번 시간에는 이러한 생산관리를 도와줄 수 있는 솔루션들을 ISA 95 계층에 따라 간략히 살펴본다.
ISA 95에 따른 솔루션 구조
우선 앞선 살펴보았던 ISA 95 모델을 다시 살펴보자. 국제표준 ISA-95 (IEC/ISO 62264) 는 기업 비즈니스 시스템과 생산현장 자동화 시스템의 통합을 위한 계층 모델을 정의하고 있다. ISA-95 모델은 Level 0부터 Level 4까지 총 5개 레벨로 구성되며, 물리적 제조 공정부터 전사적 비즈니스 계획까지 계층화하여 표준화된 데이터 흐름과 역할을 규정한다.
Level 0 – 물리적 생산 (Production Process)
실제 제조 현장의 물리적인 생산 공정이다. 공장의 용접, 도장, 조립 공정에서 작동하는 로봇 암, 모터, 컨베이어, 실린더 등의 장비와 이들이 수행하는 물리적 활동들이다.
제품을 만들기 위해 이루어지는 모든 센서 감지와 액츄에이터 동작 등의 현장 단위 작업이 Level 0에 속한다. 이 레벨에서는 제품 생산을 위한 원재료 가공과 조립, 각종 설비의 동작 그 자체가 이루어지며, 온도·압력 센서, 위치 센서 등 각종 센서와 장치들이 데이터를 생성한다.
Level 1 – 감지와 조작 (Sensing and Manipulating)
생산 공정을 직접 제어하는 장치 계층이다. 자동차 제조라인의 개별 장비들을 실시간 제어하는 PLC (Programmable Logic Controller) 나 공정제어시스템(DCS) 등이 여기에 해당된다. 예를 들어 자동차 차체 용접 로봇의 동작 순서를 제어하는 PLC, 엔진가공라인의 CNC 머신을 제어하는 컨트롤러 등이 Level 1에 속합니다. 이 레벨의 지능형 장치(Intelligent Devices) 들은 센서 신호를 받아 액츄에이터를 작동시키고, 미리 프로그램된 로직에 따라 현장의 기계들을 제어한다.
Level 2 – 제어 및 모니터링 (Monitoring & Supervising)
개별 장치들의 동작을 모니터링하고 상위에서 감독 제어하는 계층이다. SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 시스템과 POP(Point of Production) 가 대표적인 Level 2 솔루션으로, 작업자나 관리자에게 생산라인 전체의 가동 현황을 한눈에 보여주고 제어할 수 있다. 이 둘을 비교하자면 아래와 같이 표로 확인할 수 있다.
| 구분 | SCADA | POP (Point of Production) |
|---|---|---|
| 주요 목적 | 설비의 제어 및 모니터링 | 생산 작업의 실적 수집 및 작업 지원 |
| 사용자 | 설비 관리자, 제어 엔지니어 | 작업자, 생산 관리자 |
| 주요 대상 | 기계/설비 중심 (온도, 압력, 속도 등) | 작업/작업자 중심 (생산 수량, 불량, 작업 지시 등) |
| 대표 기능 | - 센서/PLC 연동 - 실시간 설비 상태 - 알람 관리 - 제어 명령 전송 | - 작업 지시 확인 - 실적 입력 - 불량 등록 - 바코드/터치 입력 |
| 연동 시스템 | PLC, RTU, DCS, HMI | MES, ERP, 바코드 리더기 |
| 정보 흐름 | 하드웨어(센서/PLC) → SCADA → 운영자 | MES → POP → MES (작업자 중심 피드백) |
| 시각화 방식 | 공정 제어 화면, 실시간 그래프, 트렌드 | 작업지시 목록, 입력 UI, 바코드 화면 |
| 운영자 개입 | 보통 소수의 전문가가 중앙 제어실에서 운영 | 생산라인의 작업자들이 현장에서 직접 사용 |
Level 3 – 제조 운영관리 (Manufacturing Operations Management)
생산 현장의 운영을 관리하고 실행하는 제조 실행 시스템(= MES)의 계층이다. Level 3 솔루션으로 MES (Manufacturing Execution System) 가 핵심적으로 도입되며, 생산계획의 상세 일정화, 작업 지시, 생산 실적 수집, 품질 관리, 설비 관리, 추적관리 등 현장 운영 전반을 실시간으로 관리한다. 예를 들어 자동차 제조에서 MES는 일별/시간별 차종 생산계획을 각 공정에 내려주고, 차량별 생산 이력과 품질검사 결과를 기록하며, 생산 라인의 다운타임이나 정비 일정을 관리한다.
MES는 level2의 POP 데이터와 연계된 종합 생산관리를 수행하게 된다. MES는 생산 현장의 다양한 모듈(작업지시, 품질, 설비, 재공품 등)을 통합 운영하며 Level 3 전체를 포괄하고, POP은 그 중 현장 데이터 수집에 특화된 하위 시스템으로 사용된다.
Level 4 – 비즈니스 계획 및 물류 (Business Planning & Logistics)
기업 비즈니스 레벨의 시스템이 위치하는 최상위 계층으로 생산계획 수립, 자재소요계획(MRP), 공장별 생산할당, 물류/공급망 관리, 판매 및 재무 등 비즈니스 의사결정과 관련된 활동이 이루어진다.
ERP(Enterprise Resource Planning) 솔루션이 Level 4의 대표로서, 기업의 생산, 재무, 영업, 구매 정보를 총괄 관리하며 공장 운영을 비즈니스 목표와 연결한다. 예를 들어 자동차회사의 ERP는 연간/분기별 생산계획과 부품소요를 계산하고, 공급망으로부터 부품을 조달하며, 공장 MES로 생산 지시를 전달합니다. 또한 PLM(Product Lifecycle Management) 시스템으로부터 설계 BOM을 받아 양산 BOM으로 변환하고, SCM(Supply Chain Management) 시스템과 연계해 부품 납품 일정을 조정하며, CRM(Customer Relationship Management) 시스템의 수요 정보(예: 고객주문 사양)를 받아 생산계획에 반영한다.
즉 Level 4는 기업의 경영 활동과 생산운영을 연결하는 계층으로, ERP를 중심으로 PLM/SCM/CRM 등 여러 기간계 시스템과 데이터를 주고받으며 공장 운영을 최적화한다.
주요 솔루션 (ERP, MES, POP) 구축하려면
| 구분 | ERP | MES | POP |
|---|---|---|---|
| 정식 명칭 | Enterprise Resource Planning | Manufacturing Execution System | Point of Production |
| 주요 역할 | 기업 자원 계획 (생산/재고/구매 등 통합 관리) | 생산 실행 및 공정 관리 | 현장 작업 지시 확인 및 실적 수집 |
| 사용자 | 경영자, 계획 담당자 | 생산 관리자, 현장 감독자 | 작업자, 오퍼레이터 |
| 위치 (ISA-95) | Level 4 (경영계층) | Level 3 (운영계층) | Level 2 (현장계층) |
| 기능 | MRP, BOM, 생산계획, 자재 관리 | 작업지시, 공정흐름, 실적, 품질, 설비관리 | 실적입력, 설비작동, 작업내역 확인 |
| 시간 범위 | 중장기 계획 (월/주 단위) | 단기 실행 계획 (일/시간 단위) | 실시간 실행 |
| 데이터 흐름 | 생산계획 수립 및 작업지시 전달 → MES로 | 계획을 POP로 전달하고, 실적을 수집 → ERP로 | 작업 실행 → 실적/상태 입력 → 실시간 데이터 MES로 |
