기술혁신 성공사례 - (주)포스코ICT 양원모 PosFrame 사업팀장
기술혁신 성공사례는 기업의 연구책임자 인터뷰를 통해 성공프로젝트를 기술혁신 측면에서 살펴봅니다.
세계 최초 중후장대 연속공정용 스마트팩토리 플랫폼 개발 성공사례
▲ 양원모 PosFrame 사업팀장
(주)포스코ICT
공동 작성. 변남석 교수(서강대학교 기술경영전문대학원), 이정선 전문작가(프리랜서)
지난 수년간 우리나라에서는 ‘4차 산업혁명’이라는 열풍이 불었다.
산업계는 물론이고 정부와 사회 전반에 걸쳐 4차 산업혁명과 관련된 여러 논의가 활발했다.
2016년 스위스 다보스에서 열린 세계경제포럼에서 4차 산업혁명이 주요 의제로 설정되면서 새로운 성장 돌파구를 찾던 우리나라에서 큰 반향을 불러일으켰다.
특히 제조업의 새로운 패러다임에 대한 관심을 촉발시키는 계기가 되었다.
이러한 분위기 속에서 최근에는 제조업의 디지털 전환을 추구하고, 인공지능과 로봇 등에 기초한 스마트팩토리를 도입하려는 움직임이 거세다.
그 중심에 세계 최초 중후장대 연속제조공정용 스마트팩토리 플랫폼 개발로 국내 제조업의 경쟁력 향상에 이바지하고 있는 (주)포스코ICT가 있다.
제조업의 패러다임 바꾸는 핵심 동력 ‘스마트팩토리’
우리나라 제조업은 주변 많은 국가에 의해 경쟁력을 잃고 있으며 앞으로 한 단계 도약해야 하는 과제를 안고 있다.
한편 노동인구 감소와 숙련공 부족 문제와 함께 최근 시행된 주 52시간 근무제도에 대응하기 위해 많은 기업에서 스마트팩토리 도입을 검토하고 있다.
스마트팩토리는 제조 전 과정을 정보통신기술(ICT)로 통합하여 고객맞춤형 스마트제품을 생산하는 지능형 공장을 말한다.
제품개발부터 양산까지, 시장 수요예측 및 주문에서부터 완제품 출하까지의 모든 제조관련 과정을 포함하며 수직적으로는 현장 자동화, 제어 자동화, 응용 시스템의 영역을 모두 포함한다.
인더스트리4.0 개념을 주창한 독일과 산업인터넷을 추진하는 미국의 업체들은 시범공장과 설비중심으로 관리하는 스마트팩토리를 확산하고 있으며, 일본과 중국도 국가 차원에서 스마트팩토리 확산에 주력하고 있다.
우리나라도 정부 차원의 스마트팩토리 확산 정책을 본격 추진하고 있으며, 민관합동으로 다양한 사업을 전개하고 있다.
스마트팩토리는 우리나라의 ICT 역량을 활용하고 기존의 생산기술을 접목하여 성공사례를 만들면 다른 어느 나라보다 잘 할 수 있는 분야이다.
특히 우리나라는 스마트팩토리를 잘 할 수 있는 ICT 인프라와 제조 기반이 있다.
현재까지 해외 업체들은 주로 IT솔루션을 판매하는 입장에서 접근하는데 비해 우리나라 기업들은 실제적인 비즈니스 효과가 있는 스마트 팩토리 구축에 집중하고 있다.
하지만 아직까지 스마트팩토리를 도입해 큰 성과를 얻었거나 전면적으로 확산하는 업체는 보이지 않고 있다.
현재 스마트팩토리를 추진하는 많은 기업들은 부품이나 완제품을 가공·조립하는 공장의 공정관리, 품질관리, 설비관리와 기존의 공정자동화 수준에 머무르고 있다.
해외에서 도입하는 솔루션은 시범공정을 중심으로 구축되었거나 조립이나 단순생산 등의 완제품 및 부품 공장 중심으로 전개되고 있다.
실제 개별 기업과 제조 공정에 맞는 솔루션이 필요하지만 기존 IT솔루션 업체의 제품으로는 개별 기업이 원하는 스마트팩토
리 구현은 진전이 더딘 상황이다.
세계 최초 연속제조공정용 스마트팩토리 플랫폼 ‘포스프레임’
이러한 과제를 극복하기 위해 포스코ICT는 IoT, 빅데이터, 인공지능 등 ICT 기술을 제조현장에 접목해 산업 효율성을 높이는 ‘디지털 전환(Digital Trans-formation)’을 선도하겠다는 비전을 내놨다.
이를 위해 포스코와 협력해 제철소의 스마트팩토리를 세계 최초로 추진하였고, 그 과정에서 연속공정 및 중후장대 산업에 적용할 수 있는 스마트팩토리 플랫폼 ‘포스프레임(PosFrame)’을 세계 최초로 개발하였다.
‘포스프레임’은 연속제조공정에 특화하여 생산현장의 정형 및 비정형 데이터를 실시간으로 수집하고, 데이터에 기반한 분석과 AI를 활용하여 최적으로 제어할 수 있는 스마트팩토리 플랫폼이다.
‘현장 데이터 수집-정렬-저장-분석-제어’를 지원함으로써 스마트팩토리 구축을 위한 기반이 되는 ‘중후장대’, ‘연속제조공정’의 세계 최초 플랫폼으로 온-프레미스(On-Premise) 뿐만 아니라 클라우드 기반으로 제공할 수 있다.
포스프레임은 포스코ICT에서 2013년부터 2015년까지 3년여에 걸쳐 개발했으며, 기술혁신과 구축 적용 성과를 인정받아 2019년 37주차 IR52장영실상을 수상했다.
연속제조공정 특화 스마트팩토리 플랫폼 개발의 필요성
현재 많은 기업들이 도입하고 있는 스마트팩토리 솔루션은 조립공장 단위 공정에서 데이터의 수집, 분석, 제어를 지원하면 되기 때문에 스마트팩토리를 구현하기 쉬운 구조이다.
반면 연속제조공정은 원료부터 완제품 생산까지 연속적으로 가공이 이루어지고 재료와 제품이 고속으로 이동하며 공정별로 상태와 물성이 변화하고, 선공정의 상황이 제품 품질을 결정하는 중요한 요소가 되는 등 기존 조립공장의 스마트 팩트리 솔루션으로는 구현이 어렵다.
포스프레임을 적용한 포스코는 세계 최고의 철강회사로 소재가 고속으로 이동하면서 연속적으로 제품생산이 이루어진다.
이에 따라 제품 가공 시 조립공장보다 훨씬 큰 고속, 대량의 데이터 수집이 가능해야 하고, 전후 공정 연계 분석을 위해 대량의 데이터를 고속으로 실시간 처리해야 하며, 전 범위(전 공장, 연속적인 철강제품의 전체 길이< 全長 >)에서 마이크로 데
이터를 통합하는 스마트팩토리 플랫폼이 필요하다.
포스프레임의 구성과 차별적 특성
포스프레임은 생산현장에서 발생하는 데이터를 실시간 수집 후 분석하여 모델링하고, 어플리케이션 실행 환경을 제공하기 위한 통합 플랫폼으로 데이터 수집-처리-정렬-저장-분석-제어 영역으로 구성되며 앱은 포탈형태로 제공된다.
일반적인 스마트팩토리 솔루션은 크게 설비, 센서 등에서 데이터를 수집하는 부분, 수집된 데이터를 저장하는 빅데이터 플랫폼, 빅데이터를 분석하는 툴, 그리고 분석데이터를 활용해 공장을 최적 제어하는 모듈로 이루어져 있다.
포스프레임은 중후장대 연속제조공정의 특성을 고려해 데이터 수집과 빅데이터플랫폼 사이에 데이터 고속병렬처리 플랫폼(RTP, Real Time Platform)과 전후 연속 공정간 데이터를 정렬, 연결하는 모듈(TLA, Time & Length based Alignment)을 추가로 갖추고 있다.
RTP는 초대용량 마이크로 데이터의 고속처리를 위한 분산병렬처리와 인메모리 기반 데이터 저장 아키텍처를 구현해 일반 스마트팩토리 솔루션보다 100배 이상 빠른 성능과 99.99%의 고가용성을 실현했다.
TLA는 연속제조공정에서 이동하는 재료(제품)의 시간, 길이, 위치와 설비에 따른 데이터를 매핑하여 전후 공정 간 데이터를 연결하고 추적할 수 있는 체계이다.
포스프레임은 이러한 통합플랫폼을 활용해 조업, 품질, 설비, 에너지, 안전 등의 스마트팩토리 전 분야에 현장 데이터의 실시간 모니터링 및 애널리틱스 기반 이상감지 및 제어 솔루션을 제공한다.
또한 AI기반 분석 워크벤치를 제공해 현장 엔지니어가 프로그래밍을 모르더라도 빅데이터 분석, 인공지능 모델링을 할 수 있고 이를 활용해 현장 개선에 쉽게 적용이 가능하다.
포스프레임 개발의 의의
연속제조공정은 원료부터 완제품 생산까지 연속적으로 이루어지므로 원재료의 상태, 선공정의 상황 등이 제품품질을 결정하는 주요한 요소가 된다.
글로벌기업의 경우 GE의 Predix, Siemens의 Mind Sphere, PTC의 ThingWorx 등이 포스프레임과 유사한 플랫폼으로 꼽히나, 이들 솔루션은 조립공정을 대상으로 하며 설비위주의 단위 공정에 적용해 설비 및 품질관리의 제한적인 서비스를 제공한다.
반면 포스프레임은 연속제조공정의 특성을 반영해 공정별 조업 데이터를 실시간으로 분석해 선공정에서 품질 결함요인이 발생하면 후공정에 유입되지 않도록 하고, 각 공정 간 데이터의 자유로운 연계를 통해 기존에는 원인을 알 수 없었던 불량도 데이터를 역추적 해 밝혀낼 수 있다.
데이터 처리속도 또한 월등히 빠르다.
유사 플랫폼들의 데이터 처리속도가 센서당 1초 간격으로 초당600건 수준인데 비해, 20밀리초 간격으로 초당 30만건 이상의 데이터를 처리할 수 있다.
또한 유사 솔루션은 빅데이터 기술이 배치분석 방식인 것에 비해 포스프레임은 고속실시간 처리 및 배치분석 모두 가능하며, 실시간 설비제어를 위해 AI기능이 탑재된 에지(Edge)도 제공하고 있다.
포스코ICT는 초대용량 데이터의 고속처리가 가능한 아키텍처를 가지고 있는 플랫폼을 자력 개발함으로써 포스코가 세계 최고의 경쟁력을 지속 확보하는데 기여하고 있으며, 스마트팩토리 플랫폼을 다른 업종 뿐 만 아니라 중소규모의 공장에 스케일다운해서 클라우드로 제공함으로써 우리나라 스마트팩토리 경쟁력 향상에 선도역할을 담당하고 있다.
이러한 차별적 특장점을 가진 포스프레임은 포스코에 2015년부터 적용되어 지난 7월 국내기업 최초로 세계경제포럼(WEF, 다보스포럼)이 지정하는 ‘등대공장(Lighthouse factory)’에 선정되는 데 큰 역할을 했다.
등대공장은 세계 제조분야의 미래를 이끌어 가는 스마트팩토리 기술을 선도하는 기업들로서 현재 전 세계에 26개 공장이 선정되어 있다.
기술혁신 관점에서 본 개발 성공 요인
규모가 크고 복잡한 솔루션 플랫폼의 개발은 많은 시간과 자원이 투입되고도 초기에 계획했던 성과를 거두지 못하는 경우가 많다. 이런 관점에서 보면 포스코 ICT의 포스프레임은 매우 성공적인 사례이다.
그럼 지금부터 포스프레임의 개발 성공요인을 크게 개발체제와 플랫폼 아키텍처 측면을 중심으로 알아본다.
개발과 구축 및 운영의 병행을 통한 기술개발 및 적용 일체화
IT솔루션 개발의 최신 베스트 프랙티스 중 하나는 데브옵스(DevOps)다.
기존에는 R&D에서 개발 이후 사업부에 이관해서 운영하는 프로세스로 진행되는 소프트웨어 솔루션 개발이 DevOps에서는 개발과 운영이 한 팀이 되어 빠른 피드백 사이클을 반복하며 개발·운영하는 체제이다.
DevOps는 개발방법론이기도 하지만 협력, 애자일 방식의 접근방법 또는 문화이다.
스마트팩토리 플랫폼은 소프트웨어 솔루션 외에도 복잡한 대규모 공장의 설비, 제어기술에 대한 이해가 필요하다.
포스프레임의 개발은 전통적인 IT솔루션의 개발 및 이행이라는 사업화 방식으로는 어려운 과제였다.
2013년 개발 초기단계에서 스마트팩토리는 모두에게 새로운 분야이고, 기술적으로도 어려운 분야였다.
많은 인력이 참여하고 빠르게 개발하고 검증해야 하는데 조직이 나누어져서는 가능하지 않았다.
이러한 점을 인식한 포스코ICT는 개발, 구축과 운영을 통합한 원팀 체제를 통해 이를 풀어 나갔다.
개발 초기에는 신기술 R&D와 개발, 그리고 구축 조직이 원팀 운영을 통해 개발과제 설정, 개발, 구축, 검증의 빠른 피드백 루프를 통해 개발속도를 높일 수 있었다.
구축이 완료된 후에는 운영조직으로 바뀌었지만 지금도 지속적인 고도화 개발이 수행되고 있어 DevOps 형태로 운영되고 있다.
R&D조직은 따로 떨어져 있지만 한 팀처럼 움직이고 있고, 사업부 내에도 개발 조직이 있어 3개 파트가 한 몸처럼 움직이고 있다.
DevOps는 프로세스나 조직운영도 있지만 문화적인 측면이 강한데 개발 및 구축 초기의 원팀을 통한 팀워크와 헙력문
화가 기반이 되어 새로운 분야를 앞서 나가는 기술혁신 개발이 가능한 것이다.
원팀 개발체제의 다른 성공요소는 제조공장 엔지니어링의 결합과 현업의 오너십이다.
포스프레임을 적용함에 있어 대규모의 복잡한 제철소 현장 제어와 연결이 되어 제조공장의 엔지니어링을 모르면 스마트팩토리는 성공할 수 없다.
스마트팩토리 플랫폼 개발은 고객 현장의 운영기술(Operational Technology)영역이 매우 중요하지만, 기존 스마트팩토리 솔루션은 IT(Information Technology)영역에만 집중되어 있다.
포스프레임의 성공은 이러한 IT기술과 OT기술의 회사가 하나로 통합된 남다른 DNA를 가지고 있기 때문에 두 영역에 대한 이해도가 높고 관련 기술과 역량있는 인력을 많이 확보하고 있는 것도 중요한 성공 요인이며, 포스코가 초기 혁신 수용 고객으로서 스마트팩토리, 인공지능 등에 대한 이해를 바탕으로 니즈와 개발과제를 지속 발굴하며 적극적으로 참여한 결과이다.
여기에 추가적으로 개발팀원 전체의 도전정신과 열정 또한 중요한 역할을 했다.
개발팀 리더와 팀원들은 새로운 분야를 세계 최초로 구현한다는 목표 아래 DevOps의 애자일과 협력 문화를 실행한 것이다.
플랫폼 아키텍처를 통한 개발과 지속적인 고도화
솔루션 플랫폼은 한 번 개발되면 그 영향이 매우 크고 오래 미치므로 면밀한 구상과 기획이 중요하다.
최근 각광받고 있는 사업모델로서 플랫폼은 다수의 생산자와 소비자, 개발자의 생태계를 연결해 주는 공통의 제품, 기술, 서비스 기반을 말하며, 외부플랫폼으로서 사업플랫폼, 서비스플랫폼, 또는 산업플랫폼이라고도 부른다.
반면에 제품 및 솔루션 플랫폼은 내부플랫폼, 기업플랫폼이라고도 부르며 기업이 고객의 니즈에 맞추어 제품(솔루션)을 다양하고 효과적으로 전개할 수 있게 해주고 미래 기술혁신과 개발방향에 도 영향을 준다(Gawer & Cusumano, 2014).
포스코ICT의 포스프레임은 내부 솔루션 플랫폼으로서 개발에 앞서 먼저 아키텍처를 구상하고 설계를 시작하였다.
포스프레임의 플랫폼 아키텍처는 R&D 조직이나 개발 쪽에서 주도한 것이 아니라 별도의 아키텍처 전담조직을 두고 상세 개발 전에 1년 이상 집중해서 아키텍처를 설계하고 검증하였다.
아키텍처 설계 당시에는 스마트팩토리 개념을 국내에서 적용하는 곳이 없었으며 해외 솔루션도 역시 초기단계였다.
국내외 여러 업체의 기존 솔루션을 검토한 결과 포스코의 연속제조공정에 필요한 데이터에 적합한 솔루션은 찾을 수 없었으며, 자체 개발하기 위해 IoT, AI, 빅데이터 기술 기반 스마트팩토리 플랫폼 아키텍처를 설계 및 검증하고 데이터를 고속으로 처리하는 모듈과 전장 데이터를 정렬하는 모듈을 별도로 추가했다.
그 결과 개발팀을 모듈별로 조직하여 보다 전문화되고 빠른 개발을 진행할 수 있었다.
또한 새로운 기술의 도입에 따른 해당 모듈의 보완, 교체가 용이하며 지속적인 고도화가 빠르게 추진될 수 있었다.
포스프레임 1.0에서는 IoT, 빅데이터 기술 위주로 오픈했으며 포스프레임 2.0에서는 인공지능 분석 모델링 기능을 보완했고, 3.0에서는 빅데이터 보안과 API인터페이스를 추가하며 지속적인 고도화를 추진하고 있다.
모듈라 플랫폼 아키텍처는 모듈의 조합에 따라 다양한 솔루션 라인업이 가능하다.
포스프레임 적용 초기에는 대규모 공장에 맞춘 내부(On-promise) 플랫폼으로 출발했으나 모듈 구조를 활용해 스케일 다운해서 중소규모용 클라우드 플랫폼으로 운영이 가능한 구조다.
플랫폼 아키텍처 구조를 길게 보지 않고 일회성 프로젝트로 끝났다면 플랫폼 기능이 떨어지고 최신 기술의 발전에 따른 고도화를 하지 못하고 얼마 못 가서 외면 받을 수도 있었다.
현재 포스코에 시범공장 적용을 넘어 단계적으로 확산하는 중이며, 새로운 비즈니스 니즈와 고객 요구에 맞추어 플랫폼에 기능을 반영해야 하므로 업그레이드와 고도화를 멈출 수 없다.
이러한 모든 것을 가능하게 한 것이 바로 모듈라 플랫폼 아키텍처였다.
신기술 학습동아리와 적극적인 오픈소스를 통한 자력 개발
포스코ICT는 내부 인력 부족에도 불구하고 다양한 신기술과 대용량 고속데이터 처리가 가능한 포스프레임을 자력 개발하였다.
이를 가능케 한 것은 사내에 활성화된 신기술 학습동아리와 적극적인 오픈소스 활용이었다.
신기술이 다양하고 기술변화가 빠른 IT산업의 특성 상 수많은 최신 기술과 인력을 내부에서 모두 확보하는 것은 불가능에 가깝다.
다행이도 포스프레임의 핵심개발 인력은 4차 산업혁명이라는 키워드가 나오기 전부터 학습동아리를 통해 스마트팩토리, 빅데이터 등 다양한 신기술을 학습해오고 있었다.
고객사의 스마트팩토리에 대한 니즈가 명확해지면서 학습동아리 멤버를 주축으로 개발팀이 구성되었고 신속하게 플랫폼 아키텍처를 설계할 수 있었다.
또한 새로운 분야라 외부에서도 인력을 확보하기 어려운 점을 내부적으로 부분적이나마 해결할 수 있었다.
학습동아리와 더불어 플랫폼 모듈 개발시 오픈소스를 적극 활용함으로써 개발 기간 및 비용을 절감할 수 있었다.
또한 수년간의 오픈소스 운영경험을 통해 안정적인 기술지원 역량을 확보하였으며, 무엇보다 최신 기술의 변화를 신속히 따라가면서 지속적인 업그레이드와 고도화를 이뤄낼 수 있었다.
스마트팩토리 확산 및 고도화를 위한 전략
포스프레임 개발 이후 스마트팩토리 추진이 활기를 띠며 포스코ICT는 올해 스마트팩토리 분야만 약 1,000억 원에 육박하는 매출을 달성할 것으로 기대하고 있다.
나아가 포스코 제철소를 비롯해 포스코케미칼 배터리 소재공장, 포스코에너지 발전소 등 그룹사 소속 공장에 포스프레임을 적용한 스마트팩토리 프로젝트를 추진하고 있어 점진적 성장이 기대된다.
포스코ICT는 국내 제조업에서 많은 성공 레퍼런스를 만들어감과 동시에 중소기업에도 쉽게 적용할 수 있도록 시장을 확대해 나가고자 한다.
현재 그동안의 노하우를 바탕으로 포스코 계열사 외에 목재기업, 비철금속기업 등의 스마트팩토리를 추진하고 있으며,
스마트팩토리 확산에 필요한 대-중소기업 협력 생태계를 만들어가는 데 앞장서고 있다.
나아가 포스프레임을 통한 스마트팩토리 확산으로 국내 제조업의 경쟁력을 한 단계 업그레이드하는데 이바지할 계획이다.
이와 더불어 디지털 트윈(Digital Twin) 등을 포함한 디지털 신기술 개발을 통해 스마트팩토리 플랫폼 고도화도 지속적으로 추진하고 있다.
4차 산업혁명의 핵심인 스마트팩토리 확산을 이끄는 선도자로서 포스코ICT의 빛나는 미래와 혁신을 응원한다.
IT & 엔지니어링 전문기업
(주)포스코ICT
주소 경기도 성남시 분당구 판교로 255
사업 부문 IT 서비스, EIC엔지니어링, AI 및 Big Data 솔루션 제공
대표 손건재
지식재산권 (PosFrame 분야)국내 특허출원 5건, 등록 8건 / 미국 특허출원 1건 / 중국 특허출원 2건
(주)포스코ICT는 IT와 EIC엔지니어링 기술을 융합한 컨버전스 기술을 다양한 산업현장에 적용해 보다 스마트한 세상을 만들어 간다. 특히 생산현장의 데이터를 실시간 수집해 빅데이터를 통해 분석하고 인공지능으로 최적의 제어를 지원하는 스마트 팩토리를 구현한다.