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LS일렉트릭 청주사업장, 글로벌 제조업 혁신 이끈다
2022년 01월 09일 (일) 14:03:06 전력경제 epetimes@epetimes.com

WEF ‘등대공장’ 선정···국내 기업 중 2번째
빅데이터·자율주행···로봇이 조립-운반-포장 
AI는 자재관리~불량나사 하나까지 찾아낸다
“겉모습 같지만 매일 다른 공장으로 달라져”

   
 LS일렉트릭 청주스마트공장 내 무인운반차(AGV)가 부품을 싣고 이동하고 있다

LS일렉트릭이 대한민국을 넘어 글로벌 제조산업 미래를 선도할 2021년 ‘세계등대공장’으로 선정됐다. 
국내에선 2019년 포스코가 처음 선정된 이후 두 번째다. 
LS일렉트릭 청주스마트공장이 지난 9월 세계경제포럼(WEF, World Economic Forum, 다보스포럼) 2021 세계경제포럼 등대공장 연차회의에서  ‘등대공장(Lighthouse Factory)’으로 선정됐다. 
등대공장이란 어두운 바다에 ‘등대’가 불을 비춰 배들의 길을 안내하듯, 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 클라우드 등 4차산업혁명을 견인할 핵심 기술을 적극 활용해 새로운 제조업의 성과 모델을 만들어 내는 공장을 말한다. 
세계경제포럼은 2018년부터 전 세계 공장들을 6개월 이상 심사해 매년 2차례씩 발표하고 있다.
세계경제포럼은 LS일렉트릭 청주 전력기기 스마트 생산 공장에 인공지능과 사물인터넷 기술을 단순 적용하는 수준에서 벗어나 다양한 고객의 요구에 대응할 수 있는 유연성은 물론이고 생산 효율화를 통한 획기적 원가절감을 통해 대량생산 방식을 운영하고 있는 점을 높이 평가했다. 
또한 기업의 지속 성장에 필수적인 ESG 경영을 선포하고, 에너지관리솔루션(EMS)을 자체 개발하고 실제 공장에 적용함으로써 에너지 효율을 높인 성과 역시 LS일렉트릭이 등대공장으로 선정된 이유라고 덧붙였다.
LS일렉트릭 청주사업장은 ▲ 다품종 대량 생산이 가능한 IIoT기반의 자동 설비 모델 변경 시스템 ▲ 자율주행 가능한 사내 물류 로봇 ▲ AI 기반 실시간 자동 용접 시스템, △ 머신러닝 기반의 소음 진동 검사 시스템 등 스마트공장 핵심 기술이 대거 적용돼 있으며  협력회사와 원부자재, 생산, 품질 등 데이터를 실시간으로 공유하는 빅데이터 분석 서비스도 활용하고 있다.

# LS일렉트릭 청주 1 사업장 G동은 스마트 생산 라인이 구축돼 있다. 
부품 공급부터 조립, 시험, 포장 등 전 라인에 걸쳐 자동화 시스템이 구축된, 이른바 제조업 혁신의 핵심으로 꼽히는 ‘스마트 공장’이다.
G동은 LS일렉트릭의 주력 제품인 저압차단기와 개폐기를 생산하는 공장이다. 
저압차단기를 생산하는 G동 1층에 들어서면 생산 라인이 쉴 새 없이 움직이고 있다. 
연간 2,600만 대의 산업용 차단기를 생산하는 라인으로, 자재는 정확히 1.5일 분으로 유지되도록 설계됐다. 
각 공정에는 LS일렉트릭을 대표하는 자동화 기기인 PLC(Programmable Logic Controller)가 어김없이 설치돼 있다. 
각 공정의 PLC가 상위 PC를 통해 제조실행시스템인 MES(생산관리시스템)과 연계돼 있다. 
MES 허브(Hub)는 각 공장과 상위 시스템 간 네트워크를 구성하는 통신중계 역할을 수행한다.
생산 라인 사이 통로에는 부품과 완성된 제품은 나르며 일사분란하게 움직이는 20여 대의 무인운반차(AGV ; Automated Guided Vehicle)가 눈에 띈다. 
무인운반차는 프로그래밍된 명령에 따라 각 부품을 라인으로 운반하고 완성된 제품을 포장라인으로 이동시킨다
무인운반차는 GPS를 활용해 본인의 위치를 파악하며 작업자 명령에 따라 각 부품을 라인으로 운반하고, 완성된 제품을 자동 포장라인으로 이동시킨다. 
물리적 충격이 느껴지면 그 자리에서 정지하고 요란한 불빛과 함께 경고음을 내는 ‘똑똑한 일꾼’이다.
무인운반차가 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 1,200만 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 있다.
실시간으로 수집된 데이터는 MES를 통해 향후 생산성 개선 데이터로도 활용된다. 데이터량은 1개 라인 기준 하루 평균 50만 건 이상 발생하고 있어, 전 공장에 걸쳐 수집된 정보가 쌓여 빅데이터가 생성, 활용되는 것이다.
바쁘게 움직이고 있는 AGV를 지나니 어디선가 카메라 플래쉬(Strobe)처럼 ‘번쩍’이는 조명 빛이 보인다. 
자세히 들여다 보니 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.

# LS일렉트릭 청주사업장 스마트공장에는 APS(수요예측 시스템)가 적용된 유연생산시스템으로 운영된다. 
APS는 주문부터 생산계획, 자재발주까지 자동 생산관리가 가능한 유연생산방식으로, 생산라인에 적용돼 조립-검사-포장 등 전 공정의 자동화를 구현하고 있는 것이다.
LS일렉트릭은 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 이상이었다. 
먼저 생산성 측면에서 설비 대기 시간이 절반으로 줄었고 생산성은 60% 이상 향상됐다. 
저압기기 라인의 경우 38개 품목의 1일 생산량이 기존 7,500대 수준에서 2만 대로 확대, 생산효율이 획기적으로 개선됐다. 
에너지 사용량 역시 60% 이상 절감됐으며 불량률도 글로벌 스마트 공장 수준인 7PPM으로 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 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 평가 받고 있다.
LS일렉트릭은 이에 그치지 않고 CPS(사이버 물리 시스템), IoT를 지속적으로 도입하고 시뮬레이션 분석에 의한 생산시스템을 최적화해 공장 스마트화 글로벌 최고 수준의 스마트공장을 구현하겠다는 계획이다.
이를 위해 솔루션 도입은 물론 CPS, IoS, IoT 역량 강화를 위해 내부 전문가를 지속 양성하는 한편 협력회사를 대상으로 기술교육과 현장 견학을 제공해 스마트 공장의 확대 보급을 꾀하고 있다.
LS일렉트릭 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, LS일렉트릭 사례가 제조업 혁신에 일조할 수 있길 바란다”고 말했다. 
한편, LS일렉트릭은 지난해 국내 최초 오픈형 스마트공장 플랫폼 ’테크스퀘어(Tech Square)’를 공개하고, 국내 중소기업을 중심으로 스마트공장 구축 사업을 본격화 하고 있다.
‘테크스퀘어’는 수요자와 공급자는 물론 산학 전문가 등이 누구나 자유롭게 플랫폼에 참여할 수 있는 오픈 플랫폼으로 ▲수요-공급 기업 매칭 ▲생애주기 멘토링 ▲프로젝트 관리 ▲유지보수 서비스를 맞춤형으로 제공한다.
이 플랫폼은 솔루션 일괄 공급하는 기존 방식과 달리 고객 현황을 분석해 플랫폼에 참여한 각 분야별 최적 기업을 고객과 매칭함으로써 구축 비용이 절감되는 등 경제성과 효율성을 동시에 확대했다. 
또한 각 분야 전문 기업이 도입 초기부터 구축, 유지보수에 이르는 스마트 공장 생애주기에 따른 맞춤형 정보와 솔루션을 멘토링 형태로 제공해 확장성은 물론 서비스 만족도를 높인 것이 특징이다.
LS일렉트릭은 ‘테크스퀘어’에 자사가 보유하고 있는 글로벌 최고 수준의 자동화 솔루션 기술력을 기반으로 한 스마트공장운영시스템, 스마트제조기술 역량을 더해 국내외 시장에서 승부를 건다는 전략이다.
스마트 공장의 세계 시장규모는 지난 2016년 1,210억 달러에서 연평균 9.3% 성장해 2022년 2,054억 달러 규모에 달할 전망이다. 
스마트 공장의 핵심기술 시장규모는 5년 내 지금보다 6배 정도 늘어날 전망이다. 
국내 시장규모는 2016년 3조8,000억 원에서 2021년 6조3,000억 원에 이를 것으로 예측돼 2배의 성장이 예상된다.

   
 스마트팩토리가 구축된 LS ELECTRIC 청주1사업장 G동 외경
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