2016년 세계경제포럼에서 클라우스 슈밥(Klaus Schwab)이 처음으로 주창한 개념인 4차 산업혁명은 코로나19 시대와 맞물려 산업·경제·사회·환경 등에 많은 변화를 일으키고 있으며, 5차 산업혁명으로의 진화를 촉진하고 있다.

이 시대에 우리는 여러 과제에 직면해 있고, 그중 하나는 기술 발전 속도에 따라 계층·국가 간의 심화되고 있는 기술 격차 문제이다. 성공적인 5차 산업혁명 시대로 전환하기 위해서는 기술과 인간·사회·환경이 조화를 이루는 시스템을 구축하는 것이 큰 화두이고, 이를 위해 디지털 격차 해소, 지속가능성 확보 등 다양한 문제를 해결하는데 집중해야 한다.

4차 산업혁명 시대에 여러 가지 기술적인 진화가 있었다. 대표적인 것이 스마트 공장이다. 스마트 공장은 4차 산업혁명의 핵심 기술을 활용하여 생산 공정을 자동화하고 최적화하는 혁신적인 제조 시스템으로, 많은 요소 기술이 적용되는 구체적인 형태이다.

독일·미국·일본·대한민국 등이 스마트 공장 기술의 선두 주자이며, 독일과 일본의 경우 높은 자동화 수준을 기반으로 고도의 자동화 시스템을 갖추고 있고, 빅데이터 분석·AI·머신러닝 기술 등을 접목하여 유연한 생산 시스템을 갖춘 스마트 공장이 확산되고 있다. 특히 독일의 스마트 공장은 제조업의 혁신을 이끄는 모델로 전 세계적인 스마트 제조 트렌드에 중요한 영향을 미친다.

우리나라 역시 국책 사업의 일환으로 중소 제조 기업에 스마트 공장을 보급하기 위해 정부, 지자체에서 많은 지원 사업이 활발하게 이루어지고 있다. 그러나 우리나라는 독일과는 달리 생산 시스템보다는 품질관리, 재고관리, 전자 문서 시스템 등의 비즈니스 프로세스의 전산화에 초점이 맞추어 스마트 공장이 보급되고 있다.

즉 제조 현장은 오프라인의 Human-Work 형태이고, 이를 관리하는 온라인 형태인 독일·일본과는 상이한 모습을 보여주고 있다. 두 형태 중 어떤 스마트 공장이 더 효율적이며, 올바른 방향으로의 디지털 전환일까?
왜 이러한 현상이 발생되었는지 살펴보면, 앞서 언급한 것처럼 독일·일본의 경우 높은 자동화 수준을 기반으로 스마트 공장 시스템을 확장시켜 나가는 반면, 우리나라의 경우 아직도 재래식 제조 현장에 스마트 공장 시스템을 적용하고 있다.

스마트 공장의 근간이 되는 기본 기술은 자동화 기술이다. 그리고 자동화 기술을 위해서는 PLC가 필요하다. PLC(Programalbe logic controller)는 제조업과 공장 자동화에 필수적인 역할을 담당하고 있다. 그러나 자동화를 실현하기 위한 PLC 기술, 즉 PLC 프로그램은 여러 이슈와 한계를 가지고 있다.

다음은 대표적인 PLC의 문제점이다.

1) 복잡성
자동화 시스템을 개발하기 위해 PLC 프로그램을 설계하고 디버깅하는데 상당한 시간이 소요되며, 이로 인해 프로젝트 일정이 길어진다.

2) 전문 기술 의존
대부분 PLC 프로그래밍은 특정 기술을 가진 엔지니어에게 의존한다. 인력 부족이나 기술 격차로 인해 시스템의 개발과 유지 보수가 어렵다.

3) 비용 증가
커스터마이징 된 PLC 프로그램 개발과 유지 보수는 매우 높은 비용을 야기한다. 또한, 시간이 지남에 따라 PLC가 노후화되면 업그레이드 비용이 추가될 수 있다.

4) 유연성 부족
전통적인 PLC 시스템은 새로운 요구 사항에 신속히 대응하기 어렵고, 하드웨어와 소프트웨어 간의 제한으로 인해 확장성이 제한적이다.
이와 같은 문제점만으로도 자동화 기술 도입은 굉장히 어렵고 까다롭다. 스마트 공장의 보편화를 위해 PLC 관련 기술이 완전히 새롭게 바뀌어야 할 당위성도 충분하다. 그럼, 제이시스가 제안하는 새로운 PLC 기술은 무엇인가? PLC는 사용하되, PLC 프로그램을 사용하지 않는 제어 시스템이라는 것이다. 즉 PLC의 입출력 기능만 사용하고, Controller 부분(프로그래밍)은 사용하지 않는 방식이다.

이 새로운 접근 방식은 다음과 같이 기존의 제어 시스템에서 프로그래밍과 유지 보수로 인해 발생하는 한계를 극복할 가능성과 광범위한 호환성을 제공한다.

1) 효율성 향상
기존 PLC 프로그램 방법과 달리 직관적인 설정과 구성 방식을 통해 복장한 프로그래밍 과정을 모두 제거하고, 제어 시스템의 구현 속도를 획기적으로 단축할 수 있다.

2) 사용 편의성
사용자가 프로그래밍 지식 없이도 손쉽게 제어 시스템을 설정하고 운영할 수 있는 환경을 제공한다. 이는 더 많은 사람들, 즉 시민 개발자가 되어 기술을 활용할 수 있으며, 운영의 효율성을 높일 수 있다.

3) 유지 보수 간소화
모듈화된 설계 기능을 통해 유지 보수 작업을 최소화하며, 다운타임을 줄일 수 있다.

4) 비용 절감
별도의 프로그래밍이 없이도 시스템을 구축 및 변경할 수 있고, 초기 개발 비용과 유지 보수 비용을 절감할 수 있다.

그럼, PLC 프로그램 없이 제어할 수 있는 방법은 어떤 것이 있을까? 대표적인 것으로는 LavVIEW, WinCC, Indusoft가 있다. 이들은 PLC 프로그램이 필요 없이 제어 시스템을 개발할 수 있는 또 다른 방법인 Relay Logic이나 Sequence Controllers 방법에 비해 복잡한 제어를 소프트웨어적으로 구현할 수 있으며, 고급 데이터 처리 그리고 실시간 제어가 가능하다.

그러나 이들은 PLC 프로그램을 사용하지 않는다 뿐이지, 또 다른 언어 사용 방법을 배워야 하는 점에서. PLC 프로그램과 난이도, 비용적인 면에서 유사한 문제점이 발생한다. PLC 프로그램을 사용하지 않고도 효율적이려면 얼마나 그 소프트웨어에 쉽게 적응할 수 있느냐가 관건이다.

그런 점에서 제이시스의 카이스트 박사 연구진이 개발한 smartFA는 이들과는 확연하게 다르다. 모든 제어 명령어를 직관적으로 구성해 놓아 소프트웨어 지식 없이도 사용자들이 쉽게 제어 시스템을 구성할 수 있다.

아래의 예시 그림(공정)을 보자.

예시 공정은 A에서 B를 거쳐 C로 어떤 물질을 이송한다. 이때 Analog Input의 값, 여러 가지의 Digital output 들의 상관관계를 고려해 조건이 맞을 때 이송되어야 한다.

PLC 프로그램으로 이와 같은 제어 시스템을 프로그래밍하려면 접점 간의 Inter lock 등 많은 요소를 고려해야 한다. 그러나 smartFA는 간단하게 계량 이송 명령어로만 해결할 수 있다. 명령어를 선택하고, 이송할 양(시간 등)을 입력하면 그것으로 시스템이 완성된다.

또 PLC 프로그램과 다르게 HMI를 별도로 개발하지 않아도 된다. 제어 시스템을 개발하는 과정 자체가 인터페이스 된 상태에서 수행하기 때문이다. 개발 난이도가 이 정도로 하락한다면, 단언컨대 누구나 시스템을 개발하고 유지 보수할 수 있다.

4차 산업혁명의 가장 큰 화두인 디지털 전환이라는 과제를 양적 팽창만이 아닌 질적 팽창까지 성과를 이루고자 한다면, 특히 스마트 공장이라는 산업적인 과제가 성공 판정을 받기 위해서는 기본 기술을 탄탄히 다져야 한다. 어떤 기술이 좋고 나쁘냐를 판단하기란 불가능한 일이지만, 어떤 기술이 선과 후가 되어야 할지는 자명한 일이다.

현재의 기술 시장 구조로, 국내의 30만 개 이상의 제조 디지털 전환은 불가능한 일이다. 이와 같은 현상이 지속된다면, 기술의 부익부 빈익빈 현상은 더욱 심화할 것이다.

4차 산업혁명으로 기술 접근성의 불균형이 심화되었고, 기술 혜택이 특정 계층에만 집중되지 않도록 포용력이 필요한 시점이다. 이를 위해서는 기술과 인간의 조화에 초점을 맞추어야 한다.

기술이 단순히 효율성과 생산성을 추구하는데 그치지 않고, 인간과 기계 간 협력을 증진하는 인터페이스와 사용자 경험 설계를 필요로 하며, 이를 위해서는 기술적 소외 계층과 취약 계층에 혜택을 제공하는 새로운 기술이 필요하다.

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