미쓰비시 전기의 디지털 제조

최근 제조업계는 노동력 부족과 숙련공 감소 그리고 기술 계승의 어려움이라는 중대한 과제에 직면해 있다. 이러한 문제는 빠르게 변화하는 시장 상황에 유연하게 대응해야 하는 필요성과 맞물려 제조업의 전반적인 효율성 개선과 생산성 향상을 요구하고 있다. 이와 더불어 디지털 기술의 빠른 발전으로 클라우드 및 AI를 활용한 디지털 혁신(DX) 기술을 제조 현장에 적용하려는 시도가 급격히 늘어나고 있으며, 이는 제조업의 경쟁력을 확보하기 위한 핵심 요소로 자리잡고 있다.

제조업의 단계별로 직면한 과제를 구체적으로 살펴보면, 설계 및 개발 단계에서는 설계 기간 단축과 효율화를 추구해야 하며, 생산 단계에서는 24시간 안정적인 가동을 실현해야 한다. 또한, 유지보수 단계에서는 경험과 노하우에 의존하지 않는 데이터 기반의 보전 방식을 도입하는 것이 점점 더 중요해지고 있다. 이러한 방향은 미쓰비시 전기의 ‘디지털 제조 전략(Digital Manufacturing)’이 지향하는 목표와 일치한다.

목표를 실현하기 위해 미쓰비시 전기는 자사의 강점인 PLC, Servo, Inverter와 같은 컴포넌트를 활용하여 양질의 제조 데이터를 수집할 수 있는 인프라를 지속적으로 강화하고 있으며, 수집된 데이터를 디지털 공간에서 활용할 수 있는 다양한 소프트웨어도 함께 발전시켜 나가고 있다. 또한, 컴포넌트와 소프트웨어의 조합을 통해 제조업의 과제를 해결하는데 그치지 않고, Servitization을 통해 데이터 기반의 혁신적인 개선 방안을 제시하고 있다.

본고에서는 디지털 제조를 실현하기 위한 다양한 소프트웨어 중 3가지를 소개한다.
① MELSOFT Mirror : 제어 프로그램의 사전 시뮬레이션 툴
② MELSOFT Gemini : 장치 및 라인의 사전 시뮬레이션 툴
③ MELSOFT MaiLab : AI를 활용한 데이터 분석 툴

로직 시뮬레이터 MELSOFT Mirror

제조 현장에서 하드웨어와 기구부가 ‘몸’에 해당한다면, 이들의 동작을 판단하고 제어하는 제어 프로그램은 ‘두뇌’라고 할 수 있다. MELSOFT Mirror는 이러한 두뇌 역할을 하는 제어 프로그램을 가상공간에서 시뮬레이션할 수 있는 도구이다. 기존 자사 엔지니어링 툴로도 최대 4대의 PLC로 구성된 제어프로그램의 시뮬레이션이 가능했지만, 다수의 PLC가 네트워크를 통해 유기적으로 연결되어 장비를 제어하는 실제 생산 현장을 재현하기에는 한계가 있었다. 하지만 MELSOFT Mirror는 최대 50대의 모듈을 시뮬레이션할 수 있으며, 네트워크를 포함한 시스템 전체를 가상공간에서 구현할 수 있다.

MELSOFT Mirror의 주요 특징은 다음과 같다.

1) 사전 검증의 간소화
생산 장비가 준비되지 않은 상태에서 제어 프로그램을 검증하려면, PLC 등 실제 장비를 마련해야 한다. 하지만 실기를 준비하는 것은 어려울 뿐만 아니라, 준비하더라도 실제 설비가 없기 때문에 네트워크를 임시로 구성하거나 배선 작업을 추가 수행해야 하는 번거로움이 있다. MELSOFT Mirror는 가상공간에서 최대 50대의 PLC와 네트워크 동작을 시뮬레이션할 수 있으며, 실기 준비 없이도 검증이 가능하다. 이를 통해 사전 검증의 문턱을 낮추고, 검증 범위를 확대할 수 있다.

2) 외부 소프트웨어 및 기구부와의 연계
사전 검증 단계에서 설비 메이커의 자체 개발 소프트웨어나 구동부 장비가 PLC와 연동되는 경우, 기존 방식에서는 기구부 관련 시뮬레이터나 PLC와 연동 가능한 별도의 시뮬레이터를 추가로 구성해야 했다. MELSOFT Mirror는 실제 설비처럼 자체 개발 소프트웨어나 외부 기기와 연결할 수 있는 기능을 제공하며, 기계 응답 기능도 내장하고 있어 별도의 시뮬레이터를 구성할 필요가 없다. 이를 통해 설정 작업을 간소화하고, 시간과 비용을 절감할 수 있다.
이러한 특징을 통해 MELSOFT Mirror는 생산 현장을 통째로 시뮬레이션하여 디지털 공간 상의 작업장을 구축할 수 있다. 특히 최근 대규모 생산 라인의 경우 여러 작업자가 동시에 개발하거나, 재택근무 환경에서 작업하는 사례가 늘고 있는 추세에서 MELSOFT Mirror를 활용하면 작업자들이 물리적으로 현장에 가지 않아도 가상공간에서 최신 상태를 유지하며 협업할 수 있다.

3D 시뮬레이터 MELSOFT Gemini

앞서 소개한 MELSOFT Mirror가 두뇌를 담당하는 시뮬레이터라면 기구부, 몸을 담당하는 시뮬레이터는 3D 시뮬레이터 MELSOFT Gemini이다. 실제 설비 셋업 현장에서는 계획대로 작업이 진행되지 않거나, 수정 작업으로 인해 기한이 지연되는 경우가 자주 발생한다. 특히 프로그램 디버깅과 PLC 래더 확인에 많은 시간이 소요되며, 문제가 해결되더라도 다음과 같은 추가적인 과제가 남을 수 있다.
① 장치 간섭 및 이상 동작 문제 : 설계 도면이나 정지 상태에서는 문제가 없었지만, 실제 동작 과정에서 장치 간섭이나 예상치 못한 동작 오류가 발생하는 경우가 있다.
② 초기 설계 단계로의 회귀 : 단순 기계적 설계 오류로 인해 초기 설계 단계로 되돌아가야 하는 상황이 발생할 수 있다.
③ 사이클 타임 미달 : 최종적으로 설비가 문제없이 동작하더라도, 목표로 한 사이클 타임(Tact-time)을 달성하지 못해 추가적인 개선 작업이 필요할 수 있다.

MELSOFT Gemini는 3가지 특징을 통해 이러한 과제들을 해결하고, 생산 설비의 효율적인 셋업과 조정을 지원하고 있다.
① 3D 모델과 연계한 시각적 디버깅 : MELSOFT Gemini는 3D 모델을 기반으로 프로그램을 디버깅할 수 있는 환경을 제공한다. 기존에는 PLC 래더 모니터를 통해 단계별로 확인해야 했지만, MELSOFT Gemini를 사용하면 3D 화면에서 장비와 기계의 움직임을 시각적으로 확인할 수 있다. 이를 통해 하드웨어와 기구부 없이 프로그램만으로는 발견하기 어려운 문제를 사전에 파악하도록 돕고, 현지 조정에 소요되는 시간을 단축한다.
② FA 기기와 연계한 간섭 체크 : FA 기기와의 연계를 통해 장치 간섭 문제를 사전에 확인할 수 있다. 이는 설계와 실제 셋업 간의 불일치로
인해 발생할 수 있는 동작 오류를 방지하고, 안정적인 설비 운용을 가능하게 한다.
③ 타임 차트 기반의 작업 순서 최적화 : MELSOFT Gemini는 동작 프로세스를 타임 차트로 시각화하여 작업 순서를 분석하고 최적화할 수 있는 기능을 제공한다.
예를 들어, 그림 4와 같이 설비의 동작이 직렬 방식으로 진행되어 이전 작업이 완료된 후에야 다음 작업이 시작되는 프로세스를 타임 차트를 통해 확인할 수 있다. 이를 기반으로 동시 작동이 가능한 작업을 파악하고, 동작 타이밍을 조정함으로써 Tact-time을 효과적으로 단축할 수 있다.

 
Data Science tool MELSOFT MaiLab

최근 들어 제조업에서도 AI 기술의 활용도가 높아지고 있는데, 제조 현장의 데이터 분석 가능한 소프트웨어가 ‘MELSOFT MailLab’이다. MELSOFT MaiLab은 PC에 설치되어 로컬 환경에서 데이터 분석과 진단을 수행하는 소프트웨어로, 생산 현장에서 수집된 과거 데이터를 활용해 AI 예측 모델을 생성하고, 이를 현장에 도입하여 실시간 진단을 수행한다.

MELSOFT MaiLab에는 제조업에 특화된 당사의 AI 기술인 Maisart가 적용되어 있으며, 가장 큰 특징 은 AutoML(Auto Machine Learning) 기능으로, 사용자가 데이터 세트와 분석 목적만 설정하면 최적의 예측 모델을 자동으로 생성해 준다. 이를 통해 데이터 분석에 대한 전문 지식이 없어도 쉽게 도입할 수 있으며, 데이터 분석의 접근성을 크게 낮춘 점이 강점이다. AutoML 기능으로 자동 생성된 예측 모델을 그대로 사용할 수 있지만, 데이터 분석 지식이 있는 사용자는 커스터마이징 기능을 통해 예측 모델을 강화할 수 있다.

MELSOFT MaiLab은 미쓰비시 전기의 자사 공장에서도 생산성 향상을 실현하는데 성공적으로 활용되고 있다. 여기에서는 서보 모터의 전자 기판 검사 공정에 적용된 사례를 소개한다.

적용된 공정은 전자 기판 검사 공정으로 전자 기판마다 검사 지그가 개별적으로 존재하고, 검사 지그에 검사 프로브가 부착되어 있어 검사를 진행한다. 이 공정에서의 과제는 실제 기판은 정상품이지만, 검사 장비에서 불량품으로 판단하는 경우이다.

정상품을 불량품으로 오판하는 주요 원인은 2가지이다.
① 지그의 접속 불량 : 단순한 접속 불량으로, 지그를 다시 연결하면 정상 판정을 받을 수 있다.
② 지그의 열화 : 지그의 노후화로 인해 불량 판정이 내려지는 경우이다. 이 경우 지그 유지보수가 필요하며, 유지보수 작업 동안 설비가 멈추어 가동률이 저하되는 문제가 발생한다.

MELSOFT MaiLab은 이 공정에 도입되어 적절한 유지보수 타이밍을 예측함으로써 가동률을 개선하는데 기여했다. 구체적인 데이터 분석 프로세스는 다음과 같다.
① Step 1 : 이상 빈도가 높은 1개의 설비와 하나의 제품을 선택해 데이터 수집
② Step 2 : MELSOFT MaiLab으로 RAW 데이터를 시각화하고, 분석 후 예측 모델 생성
③ Step 3 : MELSOFT MaiLab의 TASK 기능을 통해 실시간 이상 감지 시스템 구축
④ Step 4 : MELSOFT MaiLab의 판정 결과와
실 공정에서의 보수 작업을 비교해 정상 판단 여부 검증

위 4단계를 통해 설비의 이상도를 추적, 지그의 적절한 유지보수 타이밍을 알려주어 지그의 열화로 인한 다운타임을 절감함으로써 기존 대비 2.3%p의 가동률 향상, 월 19시간의 보수 작업 시간 절감의 효과를 실현하였다.

디지털 제조를 실현하기 위해서는 공장 내 다양한 디지털 데이터를 수집하고, 이를 활용하여 체계적인 인프라를 구축해야 한다. 또 서플라이 체인 전체를 아우르는 디지털화를 이루기 위해서는 상당한 투자 비용과 시간이 필요하다.

긴 여정을 함께하기 위해 미쓰비시 전기는 OT 영역의 인프라를 정비하고 제공함으로써 디지털 제조 기반을 마련하고 있다. 뿐만 아니라, 앞에서 소개한 디지털 소프트웨어와 함께 아래와 같은 소프트웨어 솔루션도 제공하고 있다.
① GENESIS64 : 공정 제어 및 시각화를 위한 SCADA 소프트웨어
② MELSOFT VIXIO : 품질 관리 강화를 위한 AI 기반 외관 검사 도구
③ Eco Adviser : 지속 가능한 제조를 위한 에너지 절감 지원 소프트웨어

이처럼 다양한 솔루션을 통해 미쓰비시 전기는 디지털 제조의 실현과 고객의 과제를 해결할 수 있는 토털 서포트를 목표로 한다. 앞으로도 미쓰비시 전기는 제조업의 디지털 전환(DX)을 지원하며, 지속 가능한 발전을 위해 끊임없이 노력해 나갈 것이다.

jwkim030@meak.co.kr