 ▲ 포스코를 방문한 문재인 대통령(좌에서 5번째). ©브레이크뉴스
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포스코는 9일 “문재인 대통령이 국내 유일의 ‘등대공장(Lighthouse factory)’인 포스코를 방문해 스마트 혁신 및 중소기업 상생협력 현장을 둘러보고 임직원들을 격려했다. 등대공장은 어두운 밤하늘에 ‘등대’가 빛을 밝혀 길을 안내하듯, 사물인터넷(IoT), AI, 빅데이터 등 4차 산업혁명의 핵심기술을 적극 도입해 세계 제조업의 미래를 혁신적으로 이끌고 있는 공장이라는 의미로, 세계경제포럼(WEF, World Economic Forum, 다보스포럼)은 지난해 7월, 포스코를 세계의 ‘등대공장’으로 발표했다. 세계경제포럼은 포스코가 철강산업에서 생산성과 품질 제고를 위해 인공지능(AI) 기술을 적용하고 있고, 대학·중소기업·스타트업들과의 협력 생태계를 구축하는 등 상생을 통해 철강산업 고유의 스마트 공장 플랫폼을 구축하고 있다는 점이 등대공장 선정 배경이라고 밝힌바 있다”고 전하고 “이날 행사에서는 포스코 최정우 회장 및 스마트팩토리 사업에 참여한 임직원들이 대통령과 박영선 중소벤처기업부장관 등을 안내하며, 포스코의 스마트팩토리 추진 현황을 소개했다. 포스코는 자체 스마트팩토리 플랫폼인 ‘포스프레임’을 통해 지난 50년간 현장 경험과 노하우가 축적된 공장의 데이터를 수집, 정형화하고, 이를 스스로 학습해 최적의 공정조건을 만들어 생산과정을 실시간 제어하는 스마트 제철소를 구현해 나가고 있다고 말했다. 또한 이를 통해 경험에 의존하는 수동작업을 최소화해 생산성 및 효율성 제고 뿐만 아니라 안전도 향상, 단순반복 업무 저감으로 창의적인 일에 집중하는 ‘사람 중심의 일터’로 현장을 변화시키고 있다”고 설명했다.
 ▲전 세계의 등대공장 ©브레이크뉴스 |
포스코는 “철강과 스마트 IT기술 융합을 위한 핵심 인프라인 ‘스마트데이터센터’를 비롯, 상생협력 추진 현황, AI기술이 적용된 최첨단 스마트 고로인 제 2고로에서 실제 쇳물이 생산되는 과정도 소개되었다. 스마트데이터센터는 포항제철소 내 공장에 설치된 사물인터넷(IoT) 센서를 통해 얻어진 빅데이터를 실시간으로 수집·저장하는 곳으로 포스코 스마트팩토리 구축의 핵심 인프라 역할을 하고 있다. 스마트고로는 딥러닝 기반 AI기술로 고로의 노황을 자동제어함으로써 기존 기술로는 개선이 어려운 원가절감, 품질향상 등에 기여하고 있다. 이를 통해 용선 1톤당 연료투입량이 4kg 감소했고 고로 일일 생산량도 240톤 늘었다. 연간 중형 승용차 8만 5천대를 생산하는데 사용할 수 있는 양이다. 포스코는 2016년부터 2019년까지 스마트팩토리 구축을 위해 321건의 과제를 수행한 결과 총 2,520억원의 원가절감 효과를 거뒀다”면서 “이날 행사에는 상생형 스마트공장 참여 중소기업인 동국산업 안상철 대표, 종합폴스타 김철규 대표를 비롯, 포스코 스마트공장 협력중소기업인 이씨마이너 민광기 대표, 비전에스티 김중구 대표도 참석해 의미를 더했다. 포스코는 중소기업의 혁신성장을 돕고 강건한 생태계 조성을 위해 중소벤처기업부와 함께 '상생형 스마트공장 구축 지원 및 스마트화 역량강화 컨설팅' 사업을 추진중으로, 오는 '23년까지 총 200억원을 출연해 1,000개 기업을 지원할 예정”이라고 밝혔다.
또한 “‘상생형 스마트공장’의 경우, 지난해 기준으로 비거래 59개사를 포함하여 총110개사에 대해 구축을 완료했고, 성과측정이 완료된 25개사를 대상으로 조사한 결과 스마트사업이 적용된 설비, 공정에서 생산성과 품질은 각각 43%와 52% 증가하고, 비용과 납기는 27%가량 줄어든 효과를 거둔 것으로 나타났다. 이날 행사에 참석한 동국산업 안상철 대표와 종합폴스타 김철규 대표는 포스코의 지원으로 구축한 표면처리 최적조건 도출 AI제어모델, 모바일 공정관리 체제를 통해 각각 생산성 60%, 매출액 35%가 증가했다고 밝혔다. 포스코의 열연코일을 소재로 자동차부품용 고합금강을 생산하는 동국산업은 포스프레임으로부터 제공받은 열연코일 제품 및 스케일(산화물) 내부 산화층 예측 정보를 기반으로 최적의 산세처리 속도를 계산해 자동제어하는 AI제어모델을 구축했다. 이후 축적된 정보는 빅데이터화되어 포스프레임에 반복적으로 저장되며 AI는 개선된 최적 값을 산출하기위한 학습을 지속한다”면서 “선박용 엔진 부품 재생수리 전문기업 종합폴스타는 포스코의 현장혁신활동인 QSS(Quick Six Sigma)를 도입해 원가를 절감하고 생산성을 향상시켰으며, 상생형 스마트공장 구축 지원을 통해 생산 현황 실시간 모니터링과 영업-생산간 정보공유가 가능한 모바일 공정관리 체제를 갖췄다”고 소개했다.
포스코 최정우 회장은 이날 “스마트 기술로 세계 최고 수준의 프리미엄 제품과 서비스를 지속 제공하고, 스마트팩토리 경험을 중소기업과 공유하고 지원함으로써 우리의 산업 생태계 경쟁력 제고에 더욱 적극적으로 나서겠다"고 강조했다.
다음은 포스코가 내놓은 ‘등대공장’과 관련된 해설자료이다.
1.포스코, 세계 제조업의 미래 ‘등대공장’으로 선정
포스코는 국내기업 최초로 세계 제조업의 미래를 선도할‘등대공장’으로 선정되었다. 세계경제포럼(WEF, World Economic Forum, 다보스포럼)은 지난해 7월 포스코를 세계의‘등대공장(Lighthouse factory)’으로 선정, 발표한 바 있다.
등대공장은 어두운 밤하늘에‘등대’가 불을 비춰 길을 안내하듯, 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 빅데이터 등 4차산업혁명의 핵심기술을 적극 도입해 세계 제조업의 미래를 혁신적으로 이끌고 있는 공장을 말한다.
세계경제포럼은 2018년부터 전세계 공장들을 심사해 매년 2차례씩 발표하고 있다. 첫 조사에서는 전세계 1,000개 이상 공장을 검토해 9개의 제조 공장이 등대공장으로 선정되었다.
세계경제포럼은“포스코는 철강산업에서 생산성과 품질 향상을 위해 인공지능 기술을 적용하고 있다. 또한 대학, 중소기업, 스타트업들과의 협력 생태계를 구축하는 등 상생을 통해 철강산업 고유의 스마트 공장 플랫폼을 구축하고 있다”고 포스코의 등대공장 선정 이유를 밝혔다.
포스코는 지난 50년간 축적된 현장 경험과 노하우에 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 빅데이터 등을 전 생산공정에 접목해 최적의 생산현장을 구현함으로써 최고 품질의 제품을 효율적으로 생산하고 있으며, 철강기술을 선도하는 글로벌 철강사로서의 롤모델 역할을 적극 수행해왔다.
포스코는 등대공장 선정에 앞서 스마트팩토리 기술 중 △스마트 고로 기술, △CGL(Continuous Galvanizing Line, 용융아연도금공장) 도금량 자동제어기술, △압연 하중 자동배분 기술 등 AI기술 적용 사례와 현황을 세계경제포럼에 제출하고, 글로벌 컨설팅사 맥킨지&컴퍼니는 현장 방문을 해 관련 기술을 검증했다.
세계경제포럼 등대공장 선정으로, 포스코는 최고 품질의 제품 생산 기술력을 세계적으로 인정받음과 동시에 기술 선진국으로서 대한민국의 위상을 높이는 데 기여할 수 있게 됐다.
포스코 등대공장의 중심에는 포스코 고유의 철강 스마트팩토리 플랫폼인‘포스프레임’이 있다. 포스프레임은 세계 최초의 연속 제조 공정용 스마트팩토리 플랫폼으로, 포스코는 포스프레임을 이용해 연속되는 전 공장의 철강 공정 데이터를 수집하고 정형화한다. 이후 포스프레임이 사물인터넷, 빅데이터, 인공지능 등 신기술을 이용해 데이터를 스스로 학습하여 최적의 공정 조건을 내놓고 공장을 제어한다.
포스프레임을 활용하면 작업자들은 작업 공정에서 경험에 의존하는 의사 결정을 최소화하고 휴먼 에러를 방지할 수 있다. 또한 객관적이고 정확한 데이터를 바탕으로 창의적인 문제 해결 방법을 도출해낼 수 있다.
포스프레임은 제철소의 생산 계획을 수립하는 단계인 수주공정부터 제선, 제강, 연주, 압연, 도금에 이르는 연속 공정 뿐만 아니라 효율적이고 안전한 작업 환경을 위한 스마트CCTV까지 광범위하게 적용되어 있다.
수주공정에서는 인공지능이 스스로 주문을 판단할 수 있도록 학습 모델을 구축하여 담당자가 모든 주문 조건을 일일이 파악하는 수작업을 줄였다. 특히 제철소에서 요구하는 강종별 최소 주문량에 미달되어 생산상 제약을 받는 주문의 생산가능 여부 및 필요조건을 판단하는데 소요되는 시간을 기존 12시간에서 1시간으로 획기적으로 줄였다.
제선공정에서는 딥러닝을 이용해 인공지능이 데이터를 학습하여 예측하고 관리하는 스마트고로를 만들었다. 이 기술이 최초로 적용된 포항 2고로는 용선 1톤당 연료투입량이 4kg 감소했으며, 하루에 만들어내는 쇳물의 양이 240톤 늘었다. 연간 중형 승용차 8만 5천대를 생산하는데 사용할 수 있는 양이다. 스마트고로 기술은 지난해 우리나라의 국가핵심기술로 지정되기도 했다.
제강공정에서는 전로부터 연주공정까지의 타이밍과 온도, 성분을 제어하는 통합 제어 시스템을 개발하여 멈춤이나 지연없는 연속 공정을 가능하게 했다. 각 공정별로 용강 도착 시간과 온도, 성분을 실시간 확인하고, 용선의 온도와 성분, 원료가 달라도 조건에 맞게 인공지능이 학습하도록 설계하여 전로 최종 온도 적중율을 기존 80%에서 90%로 높이고, 열 제어에 사용되는 원료사용량을 60% 줄였다.
도금공정에서는 인공지능 초정밀 도금기술을 개발했다. 딥러닝을 이용해 제품의 강종, 두께, 폭, 조업조건과 목표도금량을 스스로 학습해 정확히 제어할 수 있도록 하여 도금량 제어 적중률을 89%에서 99%까지 높였다. 이 기술도 우리나라 국가핵심기술로 등재되어 있다.
마지막으로 스마트CCTV기술은 녹화만 하는 일반 CCTV와 달리, 제철소 현장의 특정 문자, 형상, 움직임 등을 자동으로 감지하고 수집한 정보에서 이상이 인지되면 관리자에게 알려주는 지능형 CCTV이다. 스마트CCTV를 활용하면 작업자가 일일이 육안으로 확인해야 했던 조업, 품질, 안전 정보를 시스템이 영상으로 자동 인식하고 분석해서 알려주기 때문에 작업 대기시간을 대폭 줄일 수 있다. 품질 향상에도 효과적이며, 열화상 등 다중 영상 장치로 화재 위험을 사전에 감지해 예방할 수도 있다.
포스코는 2016년부터 2019년까지 스마트팩토리 구축을 위해 321건의 과제를 수행한 결과 총 2,520억원의 원가절감 효과를 거뒀다.
포스코를 포함해 전 세계에는 현재 26곳의 등대공장이 있다. 등대공장으로 선정되면 세계지식포럼에서 관리하는‘등대공장 협력 네트워크’에 참여할 수 있는 자격이 주어진다. 등대공장들은 세계의 스마트팩토리 기술을 선도하는 기업들이기 때문에, 이 네트워크를 통해 서로 간 경험을 공유하면서 제조업의 스마트화를 더욱 고도화할 수 있다. 포스코도 등대공장 대열에 합류함으로써 앞으로 세계 최고 수준의 스마트팩토리 기술을 다른 등대공장들과 함께 발전시켜 나가고, 철강에 특화된 스마트팩토리 구축에도 앞장설 예정이다.
포스코가 등대공장으로 선정된 것은 데이터와 인공지능을 토대로 위기를 기회로 전환했다는 점에서 첫번째 의의가 있다. 포스코는 글로벌 철강 공급 과잉에 따른 경쟁 심화, 기존 철강 기술의 한계 봉착 등 당면 문제 해결을 위해 새로운 돌파구가 절박한 상황에서 알파고 쇼크를 겪으며 AI기술에서 난제 극복의 기회를 확인하고, 딥러닝을 제조 데이터와 접목한 스마트 공장 구축을 추진해왔다.
또한 포스코의 등대공장은 스마트 공장을 통한 사람 중심의 일터를 구현했다는 점에서 두번째 의의가 있다. 작업자의 경험과 직관에 의존하던 공정에 데이터 생성, 데이터 수집, 분석 프로세스를 적용해 고로 반응을 지능제어함으로써 작업안전도를 향상시키고 단순 반복업무를 감소시켰다. 이를 통해 창의적인 일에 집중하는 ‘사람 중심의 일터’로 변화시켰다.
마지막으로, 포항제철 설립 당시 해외에서 제철 노하우를 배웠던 포스코가 이제는 글로벌 선진 철강사들을 앞서는 AI 스마트고로를 구축하고, 축적한 경험과 노하우를 중소기업에 확산하기 위해 중소벤처기업부와‘상생형 스마트공장’을 추진함으로써 스마트 대한민국의 미래를 밝히는 등대가 되었다는 점이다.
한편, 포스코는 지난해 세계적인 철강 전문분석기관인 WSD로부터‘세계에서 가장 경쟁력 있는 철강사’에 10년 연속 1위로 선정되었다. 대내외 어려운 환경속에서도 고부가가치제품, 기술혁신, 가공비용 등 주요 7개 항목에서 최고 점수를 획득하며 종합 1위를 기록했다.
2.포스코 스마트팩토리 사업의 컨트롤타워 ‘스마트데이터센터’
포스코는 지난 2018년 포항제철소에‘스마트데이터센터’를 가동해 공장 스마트화에 한 발 더 다가섰다.
스마트데이터센터는 포항제철소 내 공장에 설치된 사물인터넷(IoT) 센서를 통해 얻어진 빅데이터를 실시간으로 수집·저장하는 곳으로 포스코가 추진하는 스마트 팩토리 사업의 컨트롤타워 역할을 하는 핵심 인프라다.
스마트데이터센터에 모아진 공장의 각종 정보들은 포스프레임에 축적되고 이를 통해 분석하고 예측한 정보를 바탕으로 포스코는 현장에서 최적의 생산 환경을 구축하게 된다.
총 1년 3개월간의 공사기간을 거쳐 완공된 스마트데이터센터는 총 2550㎡(772평) 부지에 3층 규모로 지어졌으며 외관은 데이터센터 이미지에 맞게 ‘QR 코드’로 형상화했다.
1층에는 전기실, 비상발전기실, 공조 기계실 등 기반설비를 설치했으며, 2층과 3층은 서버, 스토리지, 네트워크장치 등 최신 IT 설비와 관제시설을 배치했다.
건축물에는 포스코의 월드탑프리미엄(WTP) 제품이 적극 사용됐다. ‘녹슬지 않는 철’로 유명한 포스맥을 비롯해 고강도 강관파일, 성능 향상형 합성골조 등이 적용됐다.
스마트데이터센터는 연중 24시간 운영되며 지진, 화재 등 각종 재난으로부터 IT장치를 보호하기 위해서 진도 8.0의 지진에도 끄떡없는 면진설비 (지반과 건물 사이에 고무 블록 및 베어링 등 면진장치를 설치해 지반으로부터 전달되는 지진력을 감소시키는 설비)를 갖췄다. 또한 첨단 소화설비도 설치해 화재 시 초기에 신속하게 진화할 수 있도록 했다.
건물 외벽에는 포항산업과학연구원(RIST)에서 연구개발한 컬러 건물일체형 태양광발전 (BIPV ; Building Integrated Photovoltic) 설비를 적용했고 냉방설비도 외부 기온에 따라 연동돼 에너지절감 효과를 높였다.
포스코는 올해 상반기 내 광양제철소 스마트데이터센터를 가동할 예정이다.
3.포스코, 세계 최초‘스마트고로’성공으로 제조업 혁신 이끈다
포스코가 스마트(Smart)고로를 연구하기 시작한 시점은 지난 2016년 이세돌 9단과 알파고의 시합이 전 세계인들의 이목을 끌면서 화제가 되었을 때부터다. 이 사건은 한국에 인공지능이라는 개념과 경각심을 널리 퍼트린 계기가 되었으며, 포스코도 인공지능 연구개발에 더욱 박차를 가하게 되었다.
‘스마트고로’란 노황(爐況, 고로 내부 컨디션)을 AI를 활용하여 자동제어 할 수 있는 고로를 말한다.
쇳물을 생산하는 고로는 높이 110m(약 40층 아파트 높이)의 대형설비다. 그 안에는 최대 2300℃의 뜨거운 용선(쇳물)을 담고 있어 변화도 많고 예측도 쉽지않다. 또한 24시간 연속 생산체제이기 때문에 설비를 멈추고 내부를 보기도 쉽지 않은 구조다.
포스코는‘스마트고로’변신을 위해 딥러닝을 통한 인공지능을 구현해 고로의 노황을 자동제어하고자 했다. 그 동안 수동제어 하던 것을 딥러닝 기반 AI 기술로 용광로의 노황을 자동제어하는 것이다.
포스코는 먼저 노황을 결정짓는 변수를 ‘통기성 예측’, ‘연소성 예측’, ‘용선온도 예측’, ‘부착물 예측’, ‘출선 예측’ 5가지로 정의했다.
본격적으로 노황 속 수만 종류의 비정형 데이터를 정형화하는 1단계 ‘디지타이제이션 (Digitization)’작업을 완료했다. 이를 통해 그 동안 경험에 의존해 비정형적으로 관리해 오던 주요 지표들을 실시간 측정해 데이터화 했다. 즉 고로가 딥러닝을 할 수 있는 기반을 놓았다. 이후 2017년부터 인공지능을 활용하여 노황을 예측하고 자동제어하는 2단계‘스마타이제이션 (Smartization)’을 진행했다.
즉 ‘스마트 고로’는 ①실시간 측정된 데이터로 수많은 케이스들을 학습한 뒤 ② (분석)내부로 들어간 연료와 원료의 성분과 노황을 스스로 체크해서 ③(예측) 조업 결과를 미리 예측하고 ④(제어)조업 조건을 선제적으로 자동제어하여 ⑤품질 편차가 적은 ‘최고의 쇳물’을 생산하는 구조다.
포스코는 제조업에 특화된 AI기술 구현과 ‘스마트고로’관련 기술개발을 위해 중소기업 및 지역대학과 협력체계를 구축했다. AI알고리즘개발과 AI전문가를 육성을 위해 대학 및 연구소와 협업했으며, IoT센서 및 빅데이터 솔루션 제공 등을 위해 국내 중소기업 등과 과제를 진행했다.
포항 2고로에 ‘스마트 고로’기술을 적용한 이후 개선효과는 뚜렷하다.
포스코 포항 2고로의 용선(쇳물) 생산량은 기존 대비 하루 240톤 가량 증가해, 연간 약 8만 5천톤을 추가로 생산 할 수 있게 됐다. 이는 승용차를 연간 8만 5천대 더 생산할 수 있는 양이다. 또한 연료투입량도 점진적으로 줄어들고 있다. 무엇보다도 ‘스마트 고로’ 적용으로 노황을 자동제어 해 고로의 이상이 발생치 않도록 노황불량 Zero화를 구현한 것이 가장 큰 성과다.
포스코는 약 3년에 걸쳐 딥러닝을 활용한 고로 부위별 자동제어시스템 개발을 마치고, 이를 한 단계 업그레이드한 통합 시스템을 개발 중에 있다. 향후 포스코는 2고로(내용적 2,550㎥)보다 사이즈가 큰 3,4고로(각 5600㎥)에도 적용시켜 성과 창출을 가속화 할 계획이다.
포스코의 스마트과제를 통한 스마트제철소 구축은 지금도 현재진행형이다. 기존 기술로는 해결하기 어려웠던 고질적 문제를 풀어나가고, 미래에는 설비 상태가 예지되고 자동으로 제어되어 생산과 품질, 안전 모두가 확보되는 스마트제철소의 완성을 꿈꾸고 있다.
4.‘상생형 스마트팩토리 지원사업’으로 강건한 생태계 구축 앞장서
포스코는 2019년부터 2023년까지 5년간 총 200억원을 출연해 1000개의 중소기업에 대한 스마트공장 구축사업을 진행중이다.
이 사업은 ‘상생형 스마트공장 구축지원 사업’과 ‘스마트화 역량강화 컨설팅’으로 구성되며, 포스코는 스마트공장 구축과 혁신컨설팅을 패키지로 제공함으로써 중소기업이 체계적으로 스마트공장을 구축하고 운영할 수 있도록 돕는다.
포스코가 200억원, 중소벤처기업부가 100억원 총 300억원을 5년 동안 지원하고 중소기업중앙회·대한상공회의소·대중소기업농어업협력재단 등과 함께 사업을 운영하고 있다.
‘상생형 스마트공장 구축지원 사업’은 정부와 대기업이 스마트공장 구축을 원하는 중소기업에게 사업당 최소 2천만원에서 1억원까지 지원하는 프로그램이다.
이 사업을 위해 포스코는 포스코ICT, 포항산업과학연구원(RIST), 포스코인재창조원 등 그룹내 각 분야별 전문가로 스마트 추진단을 구성해 참여기업 현장을 방문하여 에너지절감·재고관리·생산라인 자동화 등 공장 스마트화를 지원한다.
‘스마트화 역량강화 컨설팅’은 포스코 고유의 생산현장 혁신기법인 QSS(Quick Six Sigma)를 바탕으로 중소기업의 스마트공장 구축을 위한 사전진단과 개선방안을 발굴하는 제도이며, 전문 컨설턴트가 다양한 혁신활동을 통해 축적된 노하우를 참여기업에 직접 전수한다.
포스코와 중기부가 공동으로 진행하는 '상생형 스마트공장 구축지원 사업'의 경우, 지난해 기준으로 비거래 59개사를 포함한 총 110개사에 대해 구축을 완료했고, 성과측정이 완료된 25개사를 대상으로 조사한 결과 스마트사업이 적용된 설비, 공정에서 생산성과 품질은 각각 43%와 52% 증가하고, 비용과 납기는 27%가량 줄어든 효과를 거뒀다.
한편 포스코는 2013년부터 중소기업의 스마트공장 구축과 생산현장 혁신을 지원하기 위해 산업혁신운동 사업에 참여하고 있으며, 지난 5년 동안 총 197억원을 지원하여 876개 중소기업을 대상으로 1,660건의 개선과제를 수행했다.
