현대건설기계 울산공장의 ‘스마트 팩토리’,

‘글로벌 원 팩토리’의 기반을 마련하며 건설기계 생산 디지털화 선도

스마트 팩토리(Smart Factory)는 제품을 조립, 생산하고 출하하는 전 과정이 자동으로 이뤄지고, 운영 및 설비 데이터 분석을 통해 실시간으로 최적화되는 공장을 말합니다. 정보통신기술(ICT)의 융합으로 실시간으로 전 공정을 모니터링 및 분석할 수 있고 생산성, 품질, 고객만족도를 향상시킬 수 있어 차세대 산업혁명인 4차 산업혁명의 핵심으로 꼽히는 미래 공장이라고 할 수 있습니다.

하지만 여느 제조업의 공장과 달리 수십 톤에서 수백 톤에 달하는 중장비를 생산하는 현대건설기계의 전 공정을 스마트 팩토리로 만드는 건 결코 쉬운 일이 아닙니다. 그럼에도 불구하고 현대건설기계 울산공장은 건설기계 분야에서는 선도적으로 2018년부터 스마트 팩토리 구축 전략을 수립해 스마트 팩토리 1단계를 완성했습니다.

현대건설기계는 글로벌 TOP5 건설기계 전문기업으로 나아가기 위한 생산 혁신의 방법으로 '스마트 팩토리'의 단계별 구축을 추진합니다. 현재 지속적인 인건비 상승 및 근로시간 제한으로 인해 제조비용이 상승하고 있으므로, 생산 원가 경쟁력을 높일 수 있도록 공장 라인별 자동화 로봇을 확대해 생산성을 대폭 향상시켜야 했습니다. 또한, 4차 산업혁명 시대 다품종 소량 생산 체제와 스마트 팩토리 기술로의 변화하는 패러다임에 대응해 공정 전반에 스마트한 생산 시스템을 도입하고자 했습니다. 노후화된 시설 교체를 위한 대규모 인프라 투자를 통해 고객에게 신뢰를 줄 수 있는 생산 환경을 구축, 전세계적으로 부흥하는 건설기계 시장에서의 영업 강화를 위한 공급을 원활히 지원하는 것도 중요한 과제였습니다.

2006년 입사 후 현재 생산기술부 제작기술 및 스마트 팩토리 전략을 담당하는 정옥규 차장에 따르면, 현대건설기계는 현재 스마트 팩토리의 1단계, 공정 전반 주요 설비 운영, 자재 이력 및 품질 데이터를 생산관리시스템(MES) 기반으로 통합하고 사용자에게 직관적으로 보여주는 ‘실시간 데이터 수집 및 가시화’를 완료했습니다. 향후 2023년까지 2단계, 공정 운영효율 및 신뢰도 향상을 위한 ‘데이터 분석’, 2025년까지 3단계 디지털 트윈과 데이터 기반으로 전세계 공장 운영 최적화가 자동으로 이뤄지는 ‘글로벌 자율 운영 스마트 팩토리’ 단계로 이행할 것입니다. 이처럼 궁극적인 목표인 3단계에서는 자동화 설비 및 ICT 기술을 기반으로 국내 및 해외 모든 공장을 하나의 공장처럼 운영할 것입니다.

현대건설기계의 스마트 팩토리 비전의 시작, 울산공장 스마트 팩토리는 ‘제작 라인’, ‘조립 라인’ 및 ‘자재 관리’ 영역에서 살펴볼 수 있습니다. 제작 및 조립 영역에서는 자동화 로봇을, 자재 영역에서는 바코드 기반 이력 관리 시스템과 무인운반로봇(AGV) 설비를 도입해 동일한 인력으로 업무 효율성을 크게 높이는 한편, 반복 작업으로 인한 휴먼 에러(Human Error)를 감소시켰습니다. 또한, IoT, 빅데이터, AI 등 최첨단 ICT 융합 기술을 접목한 전사 생산관리시스템(MES)을 고도화하여 제품 모델 및 설비별 생산실적은 물론, 주요 설비의 상태 및 생산품의 품질 데이터를 기록 관리 및 모니터링하고, 설비 고장 및 정비 이력을 별도로 관리해 이슈 대응 민첩성을 향상시킴으로써 설비종합효율을 향상시켰습니다.

스마트 팩토리를 통해 향상된 생산 경쟁력을 바탕으로, 지난 4분기 이후 가파른 속도로 증가하는 건설기계 수요에 문제 없이 대응할 것입니다.

▲ 울산공장 영역별 스마트 팩토리 조감도

[제작 라인] 건설기계 시장 활성화에 걸맞은 물량공급 뒷받침 할 3.5 단계 용접 자동화

▲ 울산공장 ‘제작 공장’ 스마트 팩토리

현대건설기계 울산공장 제작 라인에서는 용접 로봇을 도입하여 3단계 부분 자동화와 4단계 완전 자동화의 중간 지점인 3.5단계의 자동화를 달성했습니다. 현재 울산공장 제작 라인에서 진행되는 전체 용접 작업 중 용접 로봇이 차지하는 비율은 약 83%로 매우 높은 수준입니다. 2024년까지 용접 자동화율을 약 93%로 끌어올릴 것입니다. 특히 이 용접 로봇은 토치 2개를 사용하는 탠덤 용접을 통해 기존의 2배나 되는 용착량(용접물량)을 처리하는 것이 장점입니다. 용접 로봇을 통한 공정 자동화를 통해 제작 사이클을 가속화시켰고, 동일한 시간에 제작할 수 있는 제품의 수량을 증가시켰습니다.

또한 현재 공장 오퍼레이터들이 용접 로봇 가동 데이터를 모니터링하고, 고장 이슈에 선제적으로 대응하고 있습니다.

여기서 더 나아가, 울산공장 제작장은 용접 통합 관리 시스템 “Hi-Weld”를 구축하고 있으며, 2021년 7월까지 용접 불량 자동 감지 기술을 구현 및 적용했습니다. 이를 통해 실시간으로 용접 불량을 방지하고, 용접 기록 데이터와 검사 데이터를 매칭하여 관리함으로써 용접 불량의 원인을 파악하고 해결 시스템을 구축하여 용접 수정 재작업을 최소화할 것입니다.

현대건설기계 정옥규 차장은 “제작 라인에서 용접 로봇은 제품 결함률을 감소시켰으며, 인력 한 명당 제작할 수 있는 장비의 대수를 증가시켰습니다. 향후 새로운 시스템 구축을 통해 수동 용접기의 전류/전압 문제를 예방하며, 품질 및 원가 경쟁력을 더욱 향상시킬 것입니다.”라고 말했습니다.

[조립 라인] 수많은 비정형 수작업에도 불구, 3단계 자동화 달성

▲ 울산공장 ‘조립 공장’ 스마트 팩토리

‘조립 라인’에서는 3단계 부분 자동화를 달성했으며, 조립 토크 설비, 조립 로봇 설비 및 주유 설비 가동 프로세스에 있어 괄목할 만한 수준의 자동화를 이뤘습니다. 조립 라인에서는 자동차 조립 라인과 비교해 배선, 배관 작업과 같이 사람의 수작업을 요구하는 ‘비정형 작업’의 종류가 상당히 많기 때문에, 이러한 비정형 작업을 로봇으로 대체하려면 매우 고도화된 기술이 필요합니다. 현재 울산공장 조립 라인에서 공정의 모든 작업이 로봇으로 자동화된 ‘완전 자동화’ 공정의 비율은 전체 공정 중 약 5% 정도이며, 향후 자동조립 루트를 도입해 조립 라인의 자동화를 지속 확대하며 31%의 조립 자동화율을 달성한다는 계획입니다. 

자재/장비 이력 관리

조립 라인에서는 하루에 총 약 30대의 완성품을 생산합니다. RTLS(실시간 위치추적 서비스) 기반 자재/장비 이력 관리 시스템은 이러한 복잡한 환경에서도 관리자가 자재/장비 위치를 정확하게 측정 및 추적할 수 있도록 합니다.

RTLS(실시간 위치추적 서비스) 기반 자재/장비 이력 관리 시스템은 굴착기 수백 대가 조립 중인 30여개의 공정에서 자재/장비에 부착된 RTLS(실시간 위치추적 서비스) 태그를 통해 공정모델 및 호수별 자재/장비의 위치를 자동으로 인식합니다.

생산관리

생산관리시스템(MES)은 공정별 키오스크와 연동을 통해 자재/장비의 위치, 도면, 모델링 및 품질 데이터를 실시간으로 가시화합니다.

14년 간의 생산관리 경험을 보유한 김정민 차장은 생산관리시스템(MES) 기반 생산관리에 대해 “2018년부터 운영된 생산관리시스템(MES)은 조립 라인에서 발생하는 설비, 품질 및 고장 관련 거의 모든 데이터를 기록하고, 소켓 선택, 토크값 및 주유량 설정, 토크 품질 감시를 자동화합니다. 이러한 생산관리시스템(MES) 기반 공정에서는 품질 불량이 발생하지 않습니다.”라고 설명했습니다.

품질검사

울산공장은 모바일 품질검사 시스템 도입을 통해 데이터 기반 품질관리 체계를 마련했으며, 모델별, 항목별, 일별로 검사 주체, 검사 실적 및 결함 정보를 관리하고 있습니다.

모바일 품질검사 시스템은 입고 및 출하 검사 인력 10명의 장비 품질검사 작업을 자동화합니다. 검사 측정값을 태블릿에 입력하면, 품질에 대한 평가가 자동으로 진행됩니다. 정상 품질 기준을 충족시킬 경우, 검사 결과가 자체 DB에 저장되며, 결함이 있을 경우 해당 결함 정보가 등록됩니다.

이러한 모바일 품질검사의 장점에 대해 품질관리부 이준호 기사는 “모바일 품질검사 시스템을 통해 여러 명의 인력이 각자 장비 한 대씩 담당하여 여러 장비에 대한 품질검사를 동시에 실시함으로써 품질검사의 효율성을 높였습니다. 또한, 태블릿을 통해 해외 국가별 상이한 옵션을 시각적인 도면으로 쉽게 이해하고, 장비 조립을 자동으로 검증함으로써 업무를 크게 간소화했습니다. 앞으로 태블릿을 뛰어넘는 웨어러블 기반의 품질검증 시스템을 도입하여 사용 편의성을 더욱 향상시킬 것입니다.”라고 말했습니다.

울산공장은 자재 창고에 바코드 기반 자재 관리 시스템을 구축했으며, 2021년 7월까지 입고와 출고 단계까지 이를 확장시켰습니다.

본 시스템은 자재의 위치와 보유 수량을 실시간으로 정확하게 파악하고, 엔진 등 주요 자재의 이력을 생산 공정 및 사후관리 과정과 연계하여 관리합니다. 본 시스템을 통해 울산공장은 주요 자재와 건설기계 모델/호기 번호 간의 매칭을 바탕으로 ‘어떤 모델/호기에 어떤 부품이 장착됐는지’ 그 이력을 관리하고, 판매 후 유지보수 및 환경 규제 준수 관련 이슈에 민첩하게 대응하고 있습니다.

자재운영부 한갑석 차장은 도입 효과와 관련해 “건설기계는 버켓/암 등 수십 가지의 옵션과 1,500~2,000개의 부품으로 구성돼 자재 관리가 매우 중요합니다. 우리는 바코드 기반 자재 관리 시스템을 RTLS(실시간 위치추적 서비스) 공정과 연계하여 운영하고 있습니다. 그래서 특정 장비 생산에 필요한 부품을 제때 준비하는 사전 결품 관리를 통해 생산 공정의 가동시간을 더욱 늘리고, 불량 부품 문제에 보다 빠르게 대응하며, 배기가스 등의 중요한 환경 규제에 대한 대응을 강화하고 있습니다.”라고 강조했습니다.

울산공장 스마트 팩토리, ‘글로벌 원 팩토리’로 나아가는 전초기지 역할

현대건설기계는 울산공장과 같은 스마트 팩토리 설비 및 기술을 국내 자체 및 OEM 공장, 그리고 중국(강소), 인도(푸네) 및 브라질을 포함한 해외 생산 법인 전체로 확대할 것입니다. 이를 통해 글로벌 단위의 통합 생산, 품질 및 자재 관리 시스템을 구축합니다.

글로벌 원 팩토리(Global One Factory)는 더욱 정밀한 자동화 제어를 바탕으로 안전한 24/7 자율 운영 시스템을 구축하며, 국경을 넘나드는 데이터 기반 협력을 통해 유연한 생산 및 품질 관리 시스템을 강화하며 제조 환경의 변화에 대응할 것입니다.

울산공장의 스마트 팩토리 선례는 글로벌 원 팩토리로 나아가는 데 있어 디지털화된 생산 및 품질 관리의 표준을 수립할 것입니다. 울산공장에서는 2021년부터 2023년까지 3개년간의 자동화 확대 및 생산관리시스템(MES) 고도화 로드맵을 수립했으며, 이를 위한 구체적인 과제들을 이행합니다.

올해는 용접, 조립 및 물류를 중심으로 자동화 기술을 적용했다면, 내년에는 검사, 조립 및 도장 과정의 자동화를 확대하며, 내후년에는 자동화 지그 도입, 무인운반로봇(AGV) 및 파렛(Pallet) 표준화 등 제작, 도장, 조립, 물류 자동화를 더욱 고도화할 계획입니다.

올해 제작 라인과 조립 라인 모니터링 및 통합 품질관리 및 제작장/출하장 자재 관리를 지원할 수 있도록 생산관리시스템(MES)을 개발했으며, 내년에는 품질관리를 더욱 고도화하고 자재 관리의 자동화를 강화하는 방향으로 발전합니다. 내후년에는 단일 MES 기반의 해외 법인 및 국내 공장과 연계한 글로벌 통합 생산관제, 품질 및 자재 관리 시스템을 구축할 것입니다.

울산공장 스마트 팩토리는 장기적으로 ‘4단계 전체 공정의 전 작업 자동화’와 함께 ‘자율적인 생산 및 품질 관리 시스템 구축’을 목표로 합니다. 향후 이러한 시스템이 해외 법인 및 국내 공장으로 점차 확대돼 현대건설기계의 스마트 팩토리 비전을 완성할 것입니다.