인더스트리 4.0 – 전환기의 운송 물류
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게시일: 2014년 12월 31일 / 업데이트일: 2021년 9월 28일 – 저자: Konrad Wolfenstein
인더스트리 4.0: 스마트 공장 – 스마트 물류 – 이미지: Xpert.Digital / Phonlamai Photo|Shutterstock.com
인더스트리 4.0은 최근 산업계와 정계에서 많은 논의를 불러일으키는 유행어입니다. 진정한 의미에서 인더스트리 4.0은 독일 연방 정부가 추진하는 미래지향적 프로젝트로, 정보기술(IT)과 제조업 기술의 긴밀한 융합을 통해 미래의 도전에 대비할 수 있는 국가를 구축하는 것을 목표로 합니다.
전략 보고서에 따르면, 인터넷의 급속한 발전에 힘입어 4차 산업혁명은 현실 세계와 가상 세계의 융합을 가져오고, 궁극적으로 사물 인터넷(IoT)을 탄생시킬 것입니다. IoT에서는 제품이나 부품 자체가 다른 사물, 사용자, 운송 수단과 네트워크를 형성하고 서로 통신하여 더욱 효율적이고 원활한 프로세스를 구현합니다.
산업 4.0으로의 전환을 보여주는 한 가지 징후는 생산 및 물류 프로세스에 내장된 IT 시스템들이 서로 그리고 인터넷 전체와 연결되는 네트워크화(소위 사이버 물리 시스템, CPS)의 중요성이 점점 커지고 있다는 점입니다. 산업 자동화 및 통합의 지속적인 발전과 더불어, 기업들이 거의 실시간으로 전체 가치 창출 네트워크를 관리하고 최적화할 수 있도록 하는 더욱 지능적인 모니터링 및 제어 기술이 개발되고 있습니다. 이러한 발전은 궁극적으로 생산 및 운송 과정에서 완전 자율적인 의사 결정 프로세스의 구현으로 이어질 것입니다.
이러한 목표를 달성하기 위한 한 가지 방법은 자기 학습형 지능형 공장( 스마트 팩토리 )을 구축하는 것입니다. 스마트 팩토리는 지능적이고 자율적으로 작동하는 생산 시스템과 프로세스를 개발하고, 서로 독립적으로 통신하는 네트워크형 생산 시설을 구현하는 데 중점을 둡니다.
스마트 물류: 미래의 물류
스마트한 운송 물류 분야에도 점차 도입되면서
그렇다면 스마트 기술이란 정확히 무엇일까요?
이러한 시스템은 컴퓨터 지원 시스템으로, 전체 작업 프로세스를 완전 자동 제어하고 자율적으로 작동할 수 있으므로 전체 프로세스를 독립적으로 제어할 수 있습니다.
오늘날의 물류는 불과 몇 년 전의 비교적 단조로운 상품 보관 및 배송과는 거의 공통점이 없습니다. 이는 참여자 간의 완전히 새로운 수준의 상호 작용을 가능하게 하는 새로운 웹 기술 덕분입니다. 그리고 이러한 발전은 계속해서 빠르게 진행되고 있습니다. 부분 자동화 또는 완전 자동화된 운송 시스템이 이미 수많은 분야에서 시험되고 있습니다.
스마트 팩토리 – 미래의 지능형 공장
독일 인공지능 연구센터(DFKI)는 여러 제조업체와 협력하여 미래의 지능형 공장, 즉 ‘ 스마트 팩토리’ . 스마트 팩토리의 핵심 특징은 다양한 정보 시스템을 사용하여 서로 자율적으로 통신하는 독립적인 생산 모듈로 구성되어 있다는 점입니다. 생산 과정에서 인간의 노동력은 보조적인 역할만 수행합니다.
개발의 기반은 세 가지 핵심 구성 요소로 이루어져 있습니다.
- 지능적이고 소통 가능한 제품
- 네트워크 시스템
- 시스템의 지원 운영자
지능형 제품은 통합 센서(예: RFID 또는 블루투스)를 통해 현재 주문, 재료 및 생산 데이터에 대한 정보를 지속적으로 수집받아 자체 제조 공정에 영향을 미칩니다. 네트워크 시스템은 CPS 구성 요소를 통해 개별 지능형 제품과 통신하고 각 작업 단계를 모니터링합니다. 이 시스템에서 사용자를 지원하는 작업자는 제품으로부터 필요한 작업 단계를 포함한 조립 공정의 세부 정보를 직접 제공받습니다.
스마트 공장 및 데이터 물류
스마트 팩토리에서는 전통적인 생산 계획과 생산 관리의 분리가 사라집니다. 대신, 기계들이 생산 공정에 대한 정보와 예측을 교환하고 후속 작업 단계를 조율하는 통합적인 접근 방식이 사용됩니다. 자재 흐름, 기계 및 저장 시스템 활용률, 자원 소비량에 대한 데이터도 프로세스에 통합되어 실행 계획 수립에 고려됩니다. 이러한 정보 흐름이 지속적인 생산에 영향을 미치려면 기기 간 실시간 정보 교환이 필수적입니다.
이러한 상황에서 데이터 물류는 특히 중요한 역할을 합니다. 데이터 물류는 현재 데이터와 예측 데이터를 포함한 모든 데이터가 신속하고 포괄적으로 제공되고 시간 손실 없이 전달되도록 보장해야 하기 때문입니다.
이러한 현대적인 생산 방식은 스마트 공장의 문턱에서 끝나는 것이 아닙니다. 원자재부터 완제품에 이르기까지 전체 가치 사슬을 아우르는 통합적이고 주문형 생산 방식은 기업 간의 협업을 필요로 하며, 데이터 물류 관점에서 원활한 정보 교환을 보장해야 합니다.
이 프로젝트에는 엄청난 어려움이 따릅니다. 우선, 막대한 데이터 흐름이 예상되므로 IT 인프라를 전면적으로 재편해야 합니다. 따라서 네트워크 인프라의 신속한 확장은 프로젝트 성공에 필수적입니다.
데이터 라인의 질적, 양적 확장에 더해, 데이터 물류는 또 다른 매우 복잡하고 현재 많은 논의가 이루어지고 있는 과제, 즉 포괄적인 데이터 보안 확보에 직면해 있습니다. 권한 있는 사용자에게 데이터 접근성을 보장하는 것 외에도 데이터의 기밀성을 유지하는 것이 핵심입니다. 무단 접근은 물론 기밀 데이터의 손실이나 무단 유출은 어떤 경우에도 방지해야 합니다. 따라서 데이터 물류 전문가들은 포괄적인 보안 개념과 표준의 개발 및 운영을 발전시켜야 하는 과제에 직면해 있습니다.
데이터와 운송 물류의 연관성
데이터 물류 외에도 운송 물류는 4차 산업혁명 시대에 더욱 중요한 역할을 할 것입니다. 이는 특히 운송 사슬에 관련된 모든 사물의 완벽한 네트워크화를 의미합니다. 이미 많은 분야에서 이러한 네트워크화는 현실이 되어 다양한 응용 분야에서 매일 활용되고 있습니다. 예측된 교통 상황이나 날씨를 기반으로 한 유연한 경로 계획, 소프트웨어 기반 교통 흐름 관리 등이 그 예입니다. 하지만 기술 발전은 여기서 멈추지 않습니다. 사물인터넷(IoT) 기반의 운송 인프라에 지능형 자율 주행 차량이 도입되면 자동화되고 유연한 물류 솔루션에 완전히 새로운 차원의 가능성이 열릴 것입니다.
이 분야에서 데이터와 운송 물류는 밀접한 관련이 있으며, 데이터는 운송 물류 최적화에 필요한 정보를 제공합니다. 현재 수송 능력, 날씨, 교통 상황, 차량 정보의 교환이 포괄적일수록 증가하는 물류 흐름을 더욱 효율적으로 관리할 수 있습니다. 생산량 증가와 소량 생산 운송(핵심 키워드: 전자상거래) 시대에 제조 및 유통은 운송 물류의 효율성과 유연성에 전적으로 의존하게 됩니다. 원자재, 반제품, 또는 운송 가능한 품목이 제시간에 현장에 도착할 수 있도록 보장해야만 제4차 산업혁명의 비전, 특히 스마트 팩토리라는 개념을 실현할 수 있습니다.
스마트 기술이 조만간 생산 현장에서 지배적인 위치를 차지하게 될 것으로 예상됩니다. 하지만 이것이 창고 물류에는 어떤 영향을 미칠까요? 창고 물류의 발전은 동일하거나 유사한 방식으로 진행될까요?
이를 암시하는 징후는 많습니다.
창고 내 스마트 운송 시스템
중앙 제어 시스템 없이, 이 차량들은 들어오는 운송 주문을 서로 협상하고, 우선 통행 규칙을 정하며, 창고 내 각자의 위치에 대한 데이터를 교환합니다. 각 셔틀이 정보를 분산 처리하기 때문에 전체 제어 시스템은 여러 가상 장치에 분산되어 있습니다. 오작동이 발생하면 차량 무리가 자체적으로 반응하여 문제를 해결합니다.
자율 운송 로봇
바로 이 지점에서 카덱스 렘스타(Kardex Remstar)와 서버스 인트라로지스틱스(Servus Intralogistics) 두 회사가 등장하여 '스마트 팩토리' 새로운 솔루션을 개발
이 솔루션의 핵심 구성 요소는 Kardex Remstar의 동적 부품 인출 시스템과 Servus Intralogistics의 특수 운송 시스템(자율 주행 레일 탑재형 운송 로봇으로 구성)입니다. 두 회사의 제품은 이미 오랫동안 개별적으로 판매되어 왔습니다. 이번에 새롭게 개발된 소프트웨어는 이러한 구성 요소들을 효율적인 통합 솔루션으로 결합한 것입니다. 조립에 필요한 부품들은 Kardex Remstar의 수직형 보관 리프트, 회전식 랙 또는 컨테이너 보관 시스템에 공간 효율적으로 보관됩니다. 부품 인출 시, Servus 운송 시스템이 자동으로 보관된 부품을 꺼내 자율 주행 운송 로봇을 이용해 조립 작업대로 운반합니다. 로봇들은 필요한 작업 단계에 대한 정보를 자동으로 수신하고 모든 후속 단계를 독립적으로 수행합니다. 따라서 운송 로봇들이 적외선을 통해 다른 운송 로봇 및 작업대와 직접 통신하며 주변 상황에 즉각적으로 반응할 수 있기 때문에 Servus 시스템은 중앙 제어 장치가 필요하지 않습니다. Servus의 운송 시스템은 공장 건물 내에서 자유로운 경로 계획이 가능하고 기존 건물 구조에 최적으로 적응할 수 있어 특히 유연성이 뛰어납니다. 즉, 보관 및 생산 건물 내 바닥에서 천장까지 어느 위치에든 트랙을 설치할 수 있습니다.
프라운호퍼 연구소의 군집 지능
근본적으로 유사하지만 현재 형태에서는 더욱 발전된 접근 방식을 보여주는 것이 프라운호퍼 물질 흐름 및 물류 연구소 멀티셔틀(Multishuttle) 이라는 컨테이너 보관 및 운송 시스템 .
핵심은 보관 시스템의 결정적인 이점이 단순히 보관 및 검색 용량뿐만 아니라 보관 용기가 목적지에 도달하는 속도에도 달려 있다는 것입니다. 프라운호퍼 IML의 전문가들은 소형 화물 운반용 컨베이어 및 보관 시스템이 팔레트 컨베이어 및 보관 시스템에 비해 창고 물류에서 차지하는 비중이 계속 증가할 것으로 예상합니다. 이는 산업 및 무역 분야에서 화물 크기가 지속적으로 감소하고 그에 따른 재고 감축 조치가 이루어지고 있기 때문입니다.
초기 아이디어는 비용 효율적인 레일 유도 차량을 이용한 운송 시스템을 개발하는 것이었습니다. 이러한 차량은 창고 내에서 보관 및 검색 작업을 독립적으로 처리할 수 있도록 설계되어, 창고에서 작업장까지 전체 운송 과정을 추가적인 취급 없이 완료할 수 있도록 했습니다. 이러한 아이디어에서 소위 멀티셔틀(Multishuttle) , 이는 서버스(Servus) 운송 차량과 유사하게 작동합니다.
하지만 엔지니어들은 곧 이 솔루션의 한계, 즉 유연성이 부족한 레일 시스템을 인식했습니다. 그들은 레일 없이 창고 내부를 이동할 수 있는 멀티셔틀 개발에 착수했습니다. 데마틱(Dematic)과의 협력을 통해 연구소는 멀티셔틀 무브(MultiShuttle Move) . 이 차량은 전면과 후면에 레이저 스캐너를 장착하여 경로 탐색 및 바닥 주행 시 안전 장치 역할을 합니다. 통합 위치 측정 기술을 통해 가이드 레일이나 기타 고정 표식 없이 공간 내에서 완전히 자유롭게 이동하고 변화에 동적으로 반응할 수 있습니다. 이는 고정 컨베이어 기술의 필요성을 최소화하면서 동시에 최대한의 유연성을 제공합니다.
이 혁신적인 시스템을 통해 지능적이고 상호 연결된 운송 차량은 고층 창고에서 제품이 추가 가공 또는 피킹되는 작업대까지 모든 운송 작업을 처리합니다. 이러한 민첩한 로봇들은 창고 관리 소프트웨어의 지시를 받지 않고 중앙 제어 없이 자율적으로 움직입니다. 이러한 유형의 창고 물류에는 수많은 로봇이 필요하기 때문에, 기존 소프트웨어로는 이러한 로봇 군집을 관리하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다. 따라서 로봇들은 고층 창고 내에서 레일 위나 바닥을 자유롭게 이동할 수 있습니다.
이 장치들은 군집 지능 원리를 이용하여 서로 통신하고 제어합니다. 이는 무선 추적, 거리 측정, 내비게이션 등의 기능을 갖춘 새롭게 개발된 센서 기술을 통해 구현됩니다. 이를 통해 각 셔틀은 목적지까지 가장 빠르고 효율적인 경로를 항상 찾아낼 수 있으며, 주문 접수 및 최적 경로 계획과 관련하여 서로 협력하여 창고 처리량을 극대화하고 효율성을 높일 수 있습니다.
또한 통합 센서 시스템이 다른 장치나 사람과의 충돌이 임박했을 경우 차량을 자동으로 정지시켜 충돌을 방지합니다. 그 외의 경우에는 일반 도로 교통과 유사하게 창고 내에서도 정해진 우선 통행 규칙이 적용됩니다.
추가 자원이 필요한 경우, 차량 수를 늘려 시스템의 수송 용량을 유연하게 조정할 수 있습니다. 고정 시설에 대한 투자는 필요하지 않습니다.
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