- 세계 최대 자동차부품기업 보쉬(Bosch)의 뉘른베르크 공장, 인더스트리 4.0 선도 사례로 자리 매김 –

- 제조공정에 디지털 SMC, 데이터분석, 로봇, 무인운송시스템, 3D 프린터 등 활용 -

- 국내 제조업 혁신을 위한 참고사례가 될 수 있어 -

□ 보쉬 뉘른베르크 공장 개요

독일 보쉬(Bosch)는 세계 최대의 자동차부품기업이다. 2017년 연 매출 780억 유로, 총 고용인원수 40만500명을 보유하고 있으며, 전 세계 60개국에 진출해 있다. 총 매출의 52%는 유럽 역내교역이지만 아시아시장 매출도 30%로 큰 비중을 차지하고 있고, 미국시장 매출도 18%이다.

독일 중부 바이에른주 뉘른베르크(Nuernberg)에 소재한 보쉬 공장은 총 2,000명의 고용인원을 보유하고 있는 파워트레인 솔루션 사업부 소속 생산공장이다. 생산되는 제품군은 가솔린 직접 분사(29%), 에어 매니지먼트(9%), 트랜스미션 컨트롤(62%) 등 크게 세 분야로 분류되며, 여기서는 총 3,600만 개의 제품이 생산되고 있다.

보쉬 뉘른베르크(Nuernberg) 공장 전경

자료원: Bosch

동 공장은 현재 i4.0 Guided Tours라는 견학 프로그램을 제공하고 있어, 외부인사들도 산업 부가가치를 지속적으로 변화시키고 있는 독일 인더스트리 4.0* 현장의 단면을 체험할 수 있다. 견학 프로그램은 뉘른베르크를 포함한 보쉬의 로이틀링엔(Reutlingen), 포이어바흐(Feuerbach), 홈부르크(Homburg), 블라이하흐(Blaichach) 공장에서도 운영되고 있다.

     * 독일은 2012년 이래 제조업과 ICT의 융합을 통한 독일 제조업의 미래 성장 동력 확보를 위해 ‘인더스트리(Industry) 4.0’를 정책적으로 추진해 나가고 있는데, 가상물리시스템을 기반으로 한 효율적인 생산체계 개발 및 구축을 통한 스마트 팩토리(Smart Factory) 구현을 목표로 하고 있음.

□ 보쉬 뉘른베르크 공장, 인더스트리 4.0 기술의 집약판

보쉬 뉘른베르크 공장(NuP(Nuernberg Produktion) 1로 통칭)은 보쉬의 핵심 부품 공장 중 하나로 파워트레인 솔루션(PS) 사업부에 소속되어 있다. 뉘른베르크 공장은 트랜스미션 관련 제품 중에도 특히 고압 펌프(HDP)와 가솔린 시스템, 액츄에이터와 공기 제어(Air Management), 직접분사, 기어 제어와 기타 밸브, 고압펌프, 및 압력 밸브, 전기모듈 등을 주로 생산한다.

동 공장에서는 무엇보다 모든 생산 공정의 효율화를 위해 인더스트리 4.0 기술을 적용해 미래형 핵심 부품을 생산하고 있다. 보쉬 공장은 소프트웨어와 인터넷의 세계가 실질 생산 현장과의 네트워크화 되어 어떻게 기능을 하는지 보여주는 데, 이를 통해 인더스트리 4.0 기술이 활용되고 있는 다양한 공정 단계를 실제로 접할 수 있다. 동 공장에서는 기계와 센서, 소프트웨어, 인간 간 정보가 실시간으로 교환되고 디지털 어시스턴트가 공정 업무를 지원한다. 동사는 이와 관련하여 ‘에너지 네트워킹, 유연성, 소통, 서비스, 로보틱, 투명성, 효율성, 노하우’를 중점 과제로 추진하고 있다.

동사는 고압펌프를 생산하는 과정에서 생산 프로세스와 관련된 모든 사안을 중앙에 설치된 디지털SMC(Shopfloor Management Cycle: 작업현장관리주기)를 통해 일괄적으로 관리하고 있다. 기본적으로 활용되는 분야는 제품 생산 사이클, 공정 오류 주기, 가동 정지, 설비종합효율(OEE: Overall Equipment Effectiveness), 기타 핵심성과지표(KPI: Key Performance Indicator) 등이다. 공장 내 비치된 대시보드(Dashboard)는 터치스크린 기능이 있으며, 생산량에서 생산목표 수치, 문제 해결, 작동 중단, 제한 시간 등에 이르는 모든 생산의 영역을 한 눈에 파악 가능하도록 엑셀과 연동해 관리 가능하다. 현재 대시보드 운영 프로그램은 미 시애틀에 소재하는 소프트웨어 기업인 tableau에서 공급되고 있다고 한다.

보쉬 뉘른베르크(Nuernberg) 공장의 디지털 SMC 및 데이터 분석 대시보드

자료원: Bosch

이에 따라 공장의 프로세스는 유연하게 운영되는데, 소규모 부품 생산에서 대단위 생산에 이르기 까지 제어가 가능하다. 담당자에 따르면, 사이클 타임, 다이어그램, 특히 교대근무 중단이 중요하다고 하며, 이를 통해 휴지기나 기계 오작동 등의 관리가 가능하고 이에 대한 상세 내용도 확인할 수 있다고 한다. 또 시간당 생산량을 중심으로 1일 생산량도 관찰 가능하다. 이 외에도 PS-TC(T Control)에서는 멕시코, 중국 등 전 세계에서 공급되는 공장 부품도 파악 가능하다. 특히 개별 생산 라인의 OEE 데이터는 각 공정에서부터 전 세계 각 공정라인과 연결되어 일례로 미국 찰스턴(Charleston) 소재 보쉬 공장의 생산비중도 파악가능하며, 분기별 부품 생산량이나 각 공장의 생산라인 비교 분석도 가능하다. 이를 통해 전 세계 보쉬 공장에서 이뤄지는 공정의 투명성을 확보하고 생산성을 높일 수 있는 이점이 있다. 즉, 모든 데이터는 실시간으로 제공되며, 이는 인더스트리 4.0 솔루션을 위한 가장 중요한 소재가 된다. 생산 데이터를 분석해 Use Cases(사용사례)를 확인하고 사전 정비나, 불량품을 최소화하며, 시간을 절감하는 등 생산 프로세스를 효율적으로 개선할 수 있고, 투명성을 확보한 상황에서 문제점을 조기에 인식하고 대책을 마련할 수 있어, 비용 절감도 가능하다.

뉘른베르크 공장 라인에는 인간-기계 협업을 위한 스마트 시스템도 설비되어 있다. 이는 독일 Fanuc의 협업 로봇으로 모바일의 유연하고 직관적인 프로그램으로 쉽게 학습이 가능하며(Easy teaching), 센서 스킨 기능을 탑재하고 있다. 동 로봇은 단순한 손 작업이나 조립 공정에 유연하게 적용 가능한데, 로봇팔은 5cm 내로 사람이 접근할 경우 작동이 중단되게 설계돼 있어 인간과의 협업에 있어서 안전성을 확보하고 있다. 동사 담당자에 따르면, 동 공장은 라인에 따라 다르나 3교대로 근무하고 있으며, 이 경우 로봇 투입도 지속적으로 가능하다고 한다. 보쉬는 기계가 인력을 대체하게 되는 미래의 공장에서도 인간이 여전히 행위 주체로서 여전히 중요한 역할을 할 것이라고 보고 있다.

보쉬 뉘른베르크(Nuernberg) 공장의 협업 로봇

자료원: Bosch

공장 내에는 이른 바 ‘슈퍼마켓’이라 불리는 각종의 원 소재(부품)가 생산 공정 라인으로 전달되는 무인 운송 시스템 ‘ActiveShuttle’이 설치되어 있다. 이를 통해 주문 관리가 유연하게 운영되고 필요한 창고 용적이 감소되는 효과가 있다고 한다. 공기제어시스템 생산 분야의 경우 바닥에 장착된 레일에 센서가 부착돼 24시간 관리가 가능하다. 또, 생산 공정에서의 에너지 소비량은 측정되어 제품 데이터로 집계 되며, 측정된 모든 데이터는 다시금 대시보드에서 영상화되고, 평가된다. 이로써 기계나 설비의 정비가 조기에 가능하며, i4.0 솔루션은 네트워크화된 전체 공정에서 활용 가능하게 된다.

또 공장 내 혁신 트레이닝 센터에서는 뉘른베르크-에어랑엔 대학과 협력 사업도 이뤄지고 있으며, 2대의 금속 가공용 3D 프린팅 기기가 설치되어 있어 레이저 빔 용해(Laser Beam Melting) 공법으로 다양한 부품을 생산하고 있다. 복잡한 부품을 신속하게 생산가능하며, 맞춤형 생산이 가능하다. 담당자에 따르면, 아직은 테스트 단계에 있는 제품도 있으나, 일부 제품의 경우 공정에 투입 가능하다고 한다. 3D 프린팅 부품은 3D 스캐너를 통해 스캔된 데이터가 송신되어 생산이 되며, 주문에서 최종 공급까지 1주일 정도 소요된다고 한다. 특히 프로토타입과 소규모 시리즈 제품 생산에 적합하며, 아직은 많은 비용이 들기 때문에 비용 절감을 위한 노력이 행해지고 있다고 한다. 현재에는 대개 알루미늄, 공구강(tool steel), 스테인리스강 등이 소재로 다뤄지고 있는데 다양한 소재를 사용해 생산이 가능하다.

이와 같이 보쉬 뉘른베르크 공장은 변화하는 미래의 제조공장의 모습을 보여주고 생산과 운송 과정에서 프로세스와 구조가 어떻게 변화할지 미리 체험할 수 있게 한다. 즉, 보쉬는 이를 통해 네트워크화된 공장이 이미 현실이라는 것을 입증하고 있다. 보쉬는 선도적으로 현장에서의 경험으로부터 인더스트리 4.0 관련 제품과 소프트웨어 시스템 및 솔루션을 총 7개의 특징으로 집약해 ‘행위자로서의 인간, 스마트 네트워크화, 신속한 네트워크와 유연한 호환, 개방 표준, 가상 실시간 이미지, 디지털 라이프사이클 매니지먼트, 안전한 부가가치사슬’로 규정하고 있다. 이러한 특징은 모든 기술분야와 제조사, 활용사례를 모은 결과이기도 하다. 보쉬는 이러한 7개의 특성을 향후 이와 미래 제조 시스템을 설계하고 모든 분야에서 미래 인더스트리 솔루션 개발을 위한 틀을 마련하기 위한 기초로 삼고자 한다. 즉, 실제 현실과 디지털 세계간에 성공적인 시너지 효과를 내기 위해서는 모든 부품이나 시스템이 최소 이 중 몇 가지 특성을 포함해야 한다는 것이다.

보쉬는 귀중한 현장에서의 체험을 토대로 인더스트리 4.0의 주요 기술을 보다 선도적 활용하는 노력을 통해 자동차부품 제조사로서의 입지를 한층 더 다져나가고 있다. 이러한 신기술에의 투자는 재차 새로운 인더스트리 4.0 제품이나 시스템, 소프트웨어, 솔루션 개발과 실행으로 이어지며, 현재자동차 부품기업으로서의 제조입지를 다질 뿐만 아니라 상용화된 제조 솔루션을 통해 인더스트리 4.0의 선도 기업으로 한층 성장하는 결과를 낳고 있다.

□ 시사점

인더스트리 4.0은 산업 밸류체인을 지속적으로 변화시켜 나갈 것이다. 독일을 위시한 글로벌 주요 산업 강국은 제조업과 IT 융합을 통한 변화를 도모하며 세계 선도적인 위치를 확보해 나가고 있다. 이 변화에 동참하고, 더 나아가서 이를 선도하기 위해서는 미래 제조 공정에 대한 고민과 더불어 리스크가 크긴 하나 사고의 전환 및 유연한 대응이 필요할 것이며, 보쉬 사례는 차세대 성장 과제를 안고 있는 국내 여러 기업에게 훌륭한 본보기가 될 것이다.

국내 기업 역시 제조업의 디지털화를 위한 체질 개선이 시급한 상황이며, 이미 기술격차가 나고 있는 시점에서 타깃으로 하는 산업 분야에서의 핵심 기술 개발에 역량을 집중해 차별화된 기술력을 확보해 나가는 것이 무엇보다 중요하다. 이와 더불어 새로운 기술 융합의 시대가 요구하는 전문성과 역량을 갖춘 인재개발도 병행되어야 할 것이다. 현 산업 생태계를 전격적으로 변화시키고 있는 인더스트리 4.0 기술은 미래 성장뿐만 아니라 향후 기업의 생존을 위해서도 간과할 수 없는 대전환의 초석이라 할 것이다. 국내 기업의 디지털 변혁을 위한 도전 정신에 거는 기대가 크다.

 자료원: 보쉬 공장 방문, 보쉬 자료 및 KOTRA 자체정보 종합.