20년 걸려 디지털 트윈 완성한 지멘스…생산량 15배·품목 20배↑

마르쿠스 지게르트 지멘스DI 자동화사업부 이사가 암베르크공장에서 디지털 트윈 기술에 대해 설명하고 있다. 강경민 기자

컨베이어 벨트에 달라붙어 작업하는 ‘전형적’인 제조업 근로자의 모습은 더는 찾아볼 수 없었다. 가상공간을 보여주는 모니터가 모든 행위를 대체했다. 지난 7일 독일 지멘스 암베르크공장 내부로 들어서자 가장 먼저 눈에 띈 건 생산라인에서 파란 유니폼을 입고 근무하는 직원들의 모습이었다. 구역별로 설치된 설비에서 각종 부품이 컨베이어 벨트를 통해 쉴 새 없이 쏟아져나왔지만 직원들은 컴퓨터 모니터만 들여다볼 뿐이었다. 시시각각 이동하는 부품에 일절 손을 대지 않았다. 기자가 모니터를 가까이서 들여다보니 실제 설비와 똑같이 구현된 3차원(3D) 가상설비에서 부품이 이동하는 모습을 볼 수 있었다. 지멘스가 20여 년간 수십억달러를 들여 완성한 ‘디지털 트윈’이었다.

6만 개 기업에 1700종 공급

1989년 문을 연 암베르크공장은 2000년대 후반부터 각종 첨단기술이 적용된 스마트공장으로 부각되면서 전 세계 기업의 시선을 끌었다. 삼성, LG, 포스코 등 국내 대기업 최고경영자(CEO)와 정부 관료들이 항상 들르는 단골 코스기도 했다. 하지만 국내에선 이곳을 벤치마킹해 산업현장에 적용하는 사례가 극히 드물었다. “암베르크공장의 자동화율이 국내 기업보다 떨어진다”며 명성이 과대 포장됐다고 지적하는 기업인도 적지 않았다.

‘디지털 대전환(DX)’을 주도하는 독일 지멘스의 대표작인 ‘디지털 트윈’. 실제 공장과 똑같은 형태의 가상공장을 컴퓨터에 구현해 가상세계 시뮬레이션으로 실제 생산 현장의 활동을 분석·예측할 수 있도록 했다. 하노버메세 제공

이런 간극은 생산 방식의 차이에서 비롯됐다는 것이 전문가들의 지적이다. 획일화되고 정형화된 틀에서 자동화를 통해 특정 품종을 대량생산하는 국내 기업들과 달리 암베르크 공장은 ‘다품종 대량생산’이 특징이다. 이곳에서 생산하는 주력 제품은 PLC(프로그램 로직 제어기) 제품군이다. 각종 설비 및 생산라인을 제어하는 컨트롤러로, 공장 자동화를 위한 ‘두뇌’ 역할을 한다. 지멘스는 세계 6만 개 기업에 암베르크공장에서 생산한 제품을 공급하고 있다. 공장마다 생산라인 최적화를 위한 조건이 다르기 때문에 공급해야 하는 PLC 규격도 천차만별이다. 이곳에서 생산되는 PLC 제품군은 1700종이 넘는다.

1990년대 초반만 하더라도 이곳에서 생산되는 제품군은 80종에 불과했다. 같은 기간 제품군이 10배 이상 늘었음에도 생산량은 15배 증가했다는 것이 회사 측 설명이다. 고객 주문을 받으면 부품 입고부터 제품 출하까지 24시간 내에 이뤄진다. 마르쿠스 지게르트 지멘스DI 자동화사업부 이사는 “고객이 원하는 다양한 규격의 제품을 적시에 대량 공급할 수 있는 것이 가장 큰 특징”이라고 설명했다.

全공정에 100% 적용된 디지털 트윈

암베르크공장의 맞춤형 대량생산을 가능하게 한 일등 공신은 디지털 트윈이다. 공장 안 수백 개 구역에 설치된 컴퓨터 모니터 화면에선 실제 현장을 동시에 재현한 가상공간이 곳곳에 펼쳐져 있었다. 지멘스의 디지털 트윈은 크게 △설계 △생산 △공정 등 세 단계로 구분된다. 프랑크 블라이슈타이너 지멘스 생산기술부문장은 “제품 설계부터 생산과 공정에 이르는 모든 단계에 디지털 트윈 기술이 100% 적용됐다”고 설명했다.

우선 컴퓨터에 구현한 가상설비에서 제품을 미리 가상으로 만든다. 수만 번에 걸친 시뮬레이션을 통해 최적의 설계 방법을 찾는 것이다. 컴퓨터가 도출한 최적의 설계안을 바탕으로 부품은 실제 생산라인에 투입된다. 이 과정에서 각종 부품엔 수천 개의 센서와 스캐너가 설치돼 어느 지점에서 어떤 부품이 잘못됐는지 실시간 확인이 가능하다.

마지막으로 제품을 생산하는 공정 단계에선 효율 개선을 위한 작업이 이뤄진다. 이른바 ‘노는’ 설비나 병목현상이 생기지 않도록 한다. 지게르트 이사는 “과거엔 제품 설계와 제조 과정의 데이터가 분리돼 있었다”며 “디지털 트윈을 통해 정보기술(IT)과 운영기술(OT)을 결합하면 설계부터 생산에 이르는 모든 과정을 시뮬레이션할 수 있다”고 말했다.

디지털 트윈은 불량률을 획기적으로 개선하는 데 성공했다. 이 공장의 불량률은 0.0001%에 불과하다. 제품 100만 개 중 불량품이 10개꼴이다. 100만 개당 500개에 달했던 1990년대 초반 대비 50분의 1로 감소한 것이다.

“스마트공장은 무인공장과 달라”

축구장 1.5배 크기인 1만㎡의 암베르크공장에서 근무하는 인력은 1300명가량이다. 1989년 공장 설립 때와 비슷한 규모다. 세계 최고의 스마트공장이라지만 여전히 생산라인에선 수백 명의 직원이 빼곡히 들어서 근무하고 있었다. 암베르크공장은 3교대 근무를 통해 24시간 365일 쉬지 않고 운영된다. 암베르크공장의 자동화율은 75% 수준이다.

지멘스는 지난해 암베르크공장 바로 옆에 세계 각국에서 찾아오는 기업인과 관료들을 위한 방문자센터를 열었다. 이곳에선 지멘스가 개발한 소프트웨어(SW) 기술을 적극 알리고 있다. 안드레아 프리드리히 지멘스DI 홍보실장은 “지멘스의 디지털 트윈을 가능하게 한 원동력은 인공지능(AI), 빅데이터, 사물인터넷(IoT), 클라우드 등 SW 기술”이라고 설명했다. 지멘스는 최근 10년간 SW 관련 기업 인수에만 100억유로 이상을 투자했다. 가상 세계에서 실제 세계를 똑같이 구현할 수 있는 것도 매일 5000만 건씩 쌓이는 데이터를 앞세운 SW 분석 역량에서 비롯됐다는 게 회사 측 설명이다.

암베르크=강경민 기자 kkm1026@hankyung.com