추운 겨울, 이제는 밖에서도 스마트폰으로 집안을 따뜻하게 만들 수 있습니다. 이런 원격 제어는 집뿐만 아니라 커다랗고 복잡한 공장에서도 가능한데요, 단순히 제어만 원격으로 하는 것이 아니라, 현실의 공장과 똑같이 구현된 가상의 공장에서 한국에 있는 엔지니어가 미국에 있는 공장을 조종할 수 있는 세상이 되었습니다. 바로 '버추얼 팩토리(Virtual Factory)' 이야기입니다.

LG CNS 버추얼 팩토리센터(이하 VF센터) 윤선화 센터장과 천귀석 팀장을 만나 스마트 팩토리의 새로운 패러다임 ‘버추얼 팩토리’에 대해 이야기를 나눠봤습니다.

(왼쪽부터) LG CNS VF플랫폼팀 천귀석 팀장(좌), VF센터 윤선화 센터장(우)

데이터로 움직이는 가상의 공장

버추얼 팩토리는 공장과 설비 등을 가상으로 구현하고, 공장에서 발생하는 모든 데이터를 분석해 최적의 공장 운영안을 가상환경에 적용하는 개념입니다. LG CNS는 버추얼 팩토리 사업에 본격적으로 진출하기 위해 지난 7월 디지털 트윈* 기반의 플랫폼 개발과 사업 이행을 담당하는 버추얼 팩토리 센터(이하 VF센터)를 새롭게 열었습니다.

*디지털 트윈(Digital Twin) : 현실 세계에 존재하는 기계나 장비, 사물 등을 컴퓨터 속 가상세계에 똑같이 복제하고 실시간으로 서로 반응할 수 있도록 한 것.

디지털 트윈을 통해 가상화한 공장의 예시 이미지 ©LG CNS

Q. LG CNS VF센터를 소개해 주세요.

“버추얼 팩토리 내에서는 공장 전체를 가상환경에서 실제와 똑같이 운영할 수 있습니다.”

윤선화 센터장: VF센터는 2022년 7월 1일 자로 LG CNS에 신설된 조직입니다. 디지털 트윈 기반의 버추얼 팩토리 플랫폼(Virtual Factory Platform, 이하 VF플랫폼)개발과 사업 이행을 담당하는 곳으로 스마트 팩토리 사업의 Next Step을 만들어가고 있습니다. 최근에는 신제품을 개발하는 연구 전용 공장을 대상으로 버추얼 팩토리를 활용한 가상공장 대체 기술검증(PoC, Proof of Concept)도 성공적으로 완료했습니다.

“VF플랫폼을 통해 고객은 타임머신처럼 과거(재현, 분석)와 현재(모니터링, 운영), 미래(예측, 검증)를 경험할 수 있게 됩니다.”

천귀석 팀장: VF센터 산하 VF플랫폼 팀은 특히 디지털 트윈 등 가상화 신기술을 활용한 스마트 팩토리 플랫폼을 개발하고 있습니다. 무인 자율 운영이 가능한 스마트 팩토리로 가기 위해서는 가상 공장 기술이 필수적입니다. 이 가상 공장을 구축하거나 통합 유지∙보수할 수 있는 도구가 바로 VF플랫폼입니다. 그리고 실제 공장을 가상 공장에서 제어∙운영하려면, 공장의 물리적 설비 데이터와 환경 데이터가 필요한데 VF플랫폼에서는 다양한 설비로부터 추출된 데이터를 한 곳에 취합하고 분석할 수 있습니다.

윤선화 센터장: 이렇게 수집된 데이터를 기반으로 실제 공장과 동일하게 움직이는 가상 공장을 구현할 수 있게 됩니다. 예를 들어 공장의 설비 운용 담당자가 VF플랫폼에서 설비 운전 조건 변화에 따른 제조 설비의 작동 변화 등을 수집된 데이터를 바탕으로 미리 시뮬레이션해 볼 수 있고, 이를 실제 물리적 공장에도 원격으로 적용할 수 있는 거죠. 이와 같은 버추얼 팩토리를 기획하고 설계하고, 운영하는 일련의 과정을 저희 VF센터에서 담당하고 있습니다.

스마트 팩토리의 지향점, 버추얼 팩토리

우리가 잘 알고 있는 스마트 팩토리는 공정 설계부터, 설비, 시스템 구축 영역 모두에 AI·빅데이터·로봇 등 DX 신기술이 총망라되어 있는데요, 특히 버추얼 팩토리는 스마트 팩토리 설비의 물리적 자동화, 제조 시스템을 통한 정보화, AI·데이터 기반의 지능화를 거쳐 디지털 트윈을 통한 가상화 단계를 구현한 스마트 팩토리의 진화 형태라고 할 수 있습니다.

버추얼 팩토리 모식도 ©LG CNS

Q. 스마트 팩토리와 버추얼 팩토리는 어떤 개념인가요?

윤선화 센터장: 우선 스마트 팩토리에 관해 설명드리자면, 데이터를 활용해 제조 환경을 최적으로 운영할 수 있는 지능형 공장이라고 할 수 있어요. 공장에서 발생하는 데이터를 AI로 분석하고, 품질 예측, 이상 감지, 운전 최적화 요인 시각화, 자동 제어 등이 가능한 미래의 공장입니다. 이런 스마트 팩토리의 최종 지향점은 무인 자율 운영 공장이라고 할 수 있습니다.

스마트 팩토리를 구현할 때 특히 디지털트윈, 인공지능, 에지컴퓨팅 기술을 결합해 구현한 것이 버추얼 팩토리입니다. 버추얼 팩토리는 실제 공장의 모습과 사용하는 설비를 똑같이 가상 화면으로 구현하고, 실제 공장의 데이터를 기반으로 운영 조건을 결정하여 현장을 제어할 수 있는 시스템 환경을 갖추게 됩니다. 단순히 공장 데이터를 모니터링하는 것을 넘어 생산 과정 전체를 시뮬레이션하고 제어하는 것이 가능합니다.

천귀석 팀장: 데이터의 활용은 기존 공장과 스마트 팩토리의 가장 큰 차이점 중 하나라고 볼 수 있는데요. 기존 공장에서 시뮬레이션 할 때는 주로 기술 연구∙개발과 제품 설계 시, 엔지니어가 자신이 알고 있는 지식으로 변숫값을 설정해 거동을 예측하기 위해 사용했어요. 반면 VF플랫폼에서의 시뮬레이션은 ‘실제로 존재하는 공장 시설∙장비의 성질이나 작동 데이터를 실시간 취합∙예측∙분석해 최적의 운영 조건으로 공장을 제어하기 위해 사용됩니다.

참고 : 스마트 팩토리의 NEXT LEVEL, LG CNS ‘버추얼 팩토리’ 더 보기

Q. 버추얼 팩토리를 구현하는 과정에서 어려움도 많았을 것 같습니다.

천귀석 팀장: 실제 공장에서 사용하는 기계와 로봇의 움직임을 가상으로 똑같이 구현하는 과정이 어려웠습니다. 버추얼 팩토리 프로젝트는 일반적으로 단일 설비 한 대의 PoC(기술검증) 프로젝트로 시작해요. PoC를 통해 가능성을 본 다음에, 전체 라인으로 확대 적용하는 거죠. LG디스플레이의 OLED 생산 라인에 적용했던 기술검증이 대표적인 사례라고 볼 수 있어요.

생산라인의 로봇 동작을 3D 버추얼 모델링으로 표현하기 위한 과정이 무척 (어려워) 기억에 남습니다. 설비 담당 엔지니어로부터 설비 동작에 관해 설명을 듣거나, 자료가 없는 경우 현장에서 찍은 사진 자료 등을 토대로 2D로 구성되어 있는 도면을 모두 3D로 만들어야 했습니다.

윤선화 센터장: 데이터 수집도 쉽지 않은 문제였어요. 지금까지는 특정 설비를 운영했던 이력, 그 설비에서 일어났던 지표 데이터 정도만 수집하고 있었는데, 완성도 높은 디지털 트윈을 구현하려면 그 설비의 움직임 하나하나의 데이터들을 다 수집해야 하거든요. 그러다 보니 데이터 양 자체도 무척 방대했습니다. 기계 동작 하나하나를 가상환경과 물리적 환경을 비교해 가면서 체크하는 과정도 험난했죠. 한 마디로 버추얼 팩토리를 구현하는 과정, 참 쉽지 않았습니다. (웃음)

모두가 가상 공장의 공장장이 되는 날까지

“LG CNS는 전문성과 노하우를 바탕으로 고객들이 버추얼 팩토리를 쉽게 구축하고 운영할 수 있도록 돕고 있습니다.”

윤선화 센터장: LG CNS가 스마트 팩토리 분야에서 달성한 성과는 다 펼쳐 놓기 어려울 정도로 많습니다.(웃음) 기존의 공장 자동화를 넘어 데이터 기반의 실시간 자율 운영 공장 구현을 위해 출시한 통합 스마트팩토리 플랫폼 ‘팩토바(FACTOVA)’가 대표적인 예입니다.

버추얼 팩토리 분야로 좁혀서 본다면 상세히 밝히기는 어렵지만 현재 그룹 사 내 다양한 제조공정에서 버추얼 팩토리를 구현하기 위한 다양한 프로젝트들을 진행하고 있습니다. 최근에는 신제품을 개발하는 연구 전용 공장을 대상으로 버추얼 팩토리를 활용한 가상공장 대체 기술검증도 성공적으로 마쳤습니다.

Q. LG CNS VF센터의 앞으로 계획을 말씀해주세요.

천귀석 팀장: 올해는 현장을 중심으로 버추얼 팩토리라는 개념을 널리 알리고 경험을 확보해 나가는 일을 많이 했어요. 내년부터는 이런 경험과 지식을 새로운 가치로 바꿔 나가는 작업들을 계속해 이어나갈 예정입니다. 장기적으로는 버추얼 팩토리 하면 LG CNS, 그리고 저희 VF센터가 떠오를 수 있도록 가시적인 성과들을 만들어 나가고 싶습니다.

윤선화 센터장: 버추얼 팩토리 분야의 비저너리(visionary), 즉 선지자가 되는 겁니다. 고객들이 경험해 보지 못한 가치들을 찾아내는 일을 과감하게 도전해 보고 싶습니다. 개인적으로 VF센터의 모든 멤버가 가상 공장의 공장장이 되는 날을 현실로 만들어 보고 싶습니다.

버추얼 팩토리는 4차산업 혁명 제조공정의 패러다임을 새롭게 바꾸고 있습니다. 수십 년간 다양한 산업 분야의 스마트 팩토리를 구축하며 축적한 데이터와 전문성을 바탕으로 고객의 DX(Digital Transformation) 경험을 새롭게 설계하고 있는 LG CNS의 VF센터가 만들어갈 버추얼 팩토리가 더욱 기대되는 이유입니다.