첨단 제조는 인더스트리 4.0에 어떻게 적합합니까?
2022년 5월 27일
첫째, 인더스트리 4.0이란 무엇인가?
4차 산업혁명으로 불리는 인더스트리 4.0은 인간 상호작용 없이 제조업을 완전히 디지털화하기 위한 전략적 이니셔티브로 독일 정부가 2011년 처음 도입했습니다. 인더스트리 4.0은 산업 가치 사슬의 조직과 통제의 새로운 단계를 나타냅니다. 제조/생산 및 관련 산업의 디지털 전환입니다.
1차 산업혁명은 기계화, 증기력, 수력 발전과 함께 도래했습니다. 그 뒤를 이어 전기를 이용한 대량 생산과 조립 라인을 중심으로 한 2차 산업 혁명이 일어났습니다. 3차 산업혁명은 전자, IT 시스템, 자동화와 함께 이루어졌으며, 이는 사이버 물리 시스템과 관련된 4차 산업혁명으로 이어졌습니다. 아래 그림 1은 4차 산업혁명을 요약한 것이다.
인더스트리 4.0으로의 전환은 다음 9가지 디지털 기술 기둥과 연결됩니다. (2):
- 빅 데이터 및 분석 - 첫 번째 기둥은 빅 데이터 및 분석입니다. 빅 데이터는 크고 복잡한 데이터 모음을 의미합니다. 데이터 분석은 데이터에서 의미 있는 정보를 추출하는 프로세스입니다. 기업은 데이터 및 분석 기능의 지속적인 흐름을 사용하여 데이터 패턴의 변화에 신속하게 대응하고 비용을 절감하고 더 빠르고 더 나은 결정을 내리고 새로운 제품과 서비스를 만들 수 있습니다.
- 시뮬레이션 및 디지털 트윈 - 두 번째 기둥은 시뮬레이션 및 디지털 트윈입니다. 시뮬레이션은 제품에 일어날 수 있는 일을 복제하지만 디지털 트윈은 현실 세계에서 실제 특정 제품에 일어나는 일을 복제합니다. 지속적으로 증가하는 컴퓨팅 성능과 결합된 빅 데이터 및 분석의 가용성은 제품 및 생산 프로세스의 일반 엔지니어링 단계에서 공장 운영까지 3D 시뮬레이션의 적용을 확대하고 있습니다.
- 자율 로봇 - 세 번째 기둥은 자율 로봇입니다. 자율 로봇은 인간의 통제에 의존하지 않고 행동하는 로봇입니다. 전통적으로 제조업체는 복잡한 작업과 과제를 처리하기 위해 산업용 로봇을 사용해 왔습니다. 그러나 기술 능력의 발전으로 자율적으로 기능하고 점점 더 복잡하고 도전적인 작업을 수행하고 인간과 함께 또는 인간이 제한된 작업 공간에서도 작업할 수 있는 차세대 로봇이 가능해졌습니다.
- 수평 및 수직 시스템 통합 - 네 번째 기둥은 수평 및 수직 시스템 통합입니다. 인더스트리 4.0의 맥락에서 수직적 통합은 회사의 다양한 계층 수준에 걸쳐 내부 IT 시스템을 연결하는 것을 의미합니다. 수평적 통합은 회사의 전체 공급 및 가치 사슬에 걸쳐 다양한 시스템의 디지털화 및 연결을 의미합니다. 이 연결은 서로 다른 회사 간의 가치 네트워크를 만들고 종단 간 솔루션을 제공하는 것을 목표로 합니다.
- 산업용 사물 인터넷(IIoT) - 다섯 번째 기둥은 사물 인터넷(IoT)입니다. IoT는 상호 연결된 물리적 객체와 인터넷에 연결된 장치로 구성된 네트워크 시스템의 개념을 나타냅니다. 산업용 사물 인터넷(IIoT)이라고 하는 IoT의 하위 섹션은 산업용 IoT 기능을 적용하는 데 중점을 둡니다. IIoT는 기업이 기계, 센서, 제품 및 장치에서 정보를 지속적으로 수집하고 이 정보를 사용하여 장애를 감지하고 품질을 모니터링하며 유지보수 절차를 시작할 수 있도록 하기 때문에 인더스트리 4.0 개념의 필수 전제입니다.
- 사이버 보안 - 여섯 번째 기둥은 사이버 보안입니다. 인더스트리 4.0으로의 전환은 많은 이점을 제공하지만 사이버 보안에 대한 우려도 커지고 있습니다. 실제로 시스템 통합과 IIoT, 빅 데이터 및 분석, 클라우드 컴퓨팅의 구현은 사이버 공격의 위험을 증가시킵니다. 사이버 공격의 위협은 다양할 수 있지만 비즈니스에 미치는 영향은 심각할 수 있습니다. 영향에는 근로자의 생명을 위협하는 상황, 산업 거래 및 지적 재산 절도, 안전 및 오염 규정 위반, 네트워크에 대한 서비스 거부, 중요한 기반 시설, 기계 및 구성 요소에 대한 방해 행위가 포함될 수 있습니다.
- 클라우드 컴퓨팅 - 일곱 번째 기둥은 클라우드 컴퓨팅입니다. 클라우드 컴퓨팅은 인터넷을 통해 IT 리소스와 컴퓨팅 성능을 공유하는 것을 말합니다. 클라우드 컴퓨팅 서비스에는 서버, 스토리지, 데이터베이스, 네트워킹, 소프트웨어, 분석 및 인텔리전스가 포함됩니다. 인더스트리 4.0의 맥락에서 클라우드 컴퓨팅은 내부 부서와 회사 경계 전반에 걸쳐 생산 및 제조 활동을 촉진할 수 있으므로 더 많은 협업, 작업 유연성, 서비스 제공 및 신제품 생성을 위한 기반을 마련할 수 있습니다.
- 적층 제조 및 3D 프린팅 - 여덟 번째 기둥은 첨가제 제조 (오전). AM은 재료를 추가하여 부품을 만드는 3D 프린팅 기술을 포함하는 프로세스를 말합니다. 이 공정은 밀링 및 터닝 또는 사출 성형(금형에 재료를 주입하여 제품을 생성)과 같은 기존 제조 공정과 다릅니다. 지금까지 대부분의 회사는 주로 AM을 사용하여 개별 부품 및 구성 요소의 프로토타입 및 생산을 수행했습니다. 그러나 AM 기술이 진화하고 성숙해감에 따라 산업 기업은 동일한 제품의 대량 생산에서 고급 속성을 지닌 맞춤형 및 정교한 제품의 소규모 소량 배치로 전환하는 데 점점 더 많이 AM 기술을 사용하고 있습니다.
- 증강 및 가상 현실 - 아홉 번째 기둥은 증강 현실(AR)과 가상 현실(VR)입니다. AR은 태블릿, 스마트폰 및 스마트 안경과 같은 장치를 통해 그래픽 정보 계층을 사용자의 시야에 투영하여 컴퓨터 생성 정보를 실제 환경에 통합하는 것을 말합니다. 이 추가 정보 계층은 작업자가 디지털/가상 환경과 물리적 환경 간의 격차를 해소하고 운영 작업 및 의사 결정을 지원하는 데 도움이 될 수 있습니다. 가상 현실 (VR)은 AR을 넘어선 한 단계입니다. 실제 환경에 투영된 정보의 그래픽 레이어 대신 VR 장치는 실제 환경의 가상 복제본을 생성하여 사용자가 가상 요소와 상호 작용하고 가상 환경에서 활동을 평가 및 수행할 수 있도록 합니다.
인더스트리 4.0의 9가지 기술은 아래 그림 2에 강조 표시되어 있습니다.
따라서 인더스트리 4.0은 새로운 산업 혁명에 대한 약속을 포함하고 스마트하고 연결된 기술이 조직에 내장되는 방식을 나타냅니다. 디지털 기술을 사용함으로써 제조 시스템을 최적화함으로써 제조가 보다 민첩하고 유연하며 고객에게 응답할 수 있습니다.
인더스트리 4.0 도입의 주요 이점은 다음과 같습니다. (3):
- 비용 및 낭비 감소 – 비즈니스를 위한 더 나은 결정을 내리기 위해 실시간 데이터를 사용하여 제조 프로세스 및 공급망을 관리하고 최적화합니다. 사용 스마트 기술 가동 중지 시간을 제거합니다.
- 인력을 강화합니다. 소프트웨어는 직원을 연결하는 기술을 사용하여 부서 간 협업과 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
- 이는 기업의 경쟁력을 높여줍니다. 기술과 솔루션에 대한 투자는 제조 공정을 개선하고 고객에게 더 나은 서비스를 제공하는 데 도움이 될 것입니다.
- 잠재적인 문제가 발생하기 전에 해결 – 기술에 투자하면 기업이 잠재적인 유지 관리 및 공급망 관리 문제를 발견할 수 있으므로 사후 대응이 아닌 사전 예방이 가능합니다.
- 빅 데이터의 가치 – 기계와 프로세스를 통해 수집할 수 있는 풍부한 정보는 소프트웨어 및 비즈니스 시스템과 통합되어 완전히 연결된 비즈니스를 만들 수 있습니다.
- 이는 제조 프로세스의 속도를 높입니다. CAD 설계에서 직접 제품을 구축할 수 있으므로 설계 엔지니어는 소프트웨어 내에서 테스트할 수 있는 가상 샘플을 생성할 수 있습니다. 이를 통해 제조업체는 설계 및 개발 프로세스의 속도를 높이고 더 나은 품질의 제품을 생산할 수 있습니다.
- 작업 현장 개선 – 인더스트리 4.0 기계는 클라우드 기술과 사물 인터넷(IoT) 기술로 지원됩니다. 기계는 성능 데이터를 수집하고 이를 다른 기계 또는 소프트웨어 시스템과 공유할 수 있습니다.
- 비즈니스 탄력성 구축 – 디지털 솔루션은 운영을 지원하고 비즈니스를 혁신하여 더욱 강력하고 탄력적으로 만들 수 있습니다.
인더스트리 4.0의 적층 제조 및 3D 프린팅: (4)
적층 제조 및 3D 프린팅이 8대 산업으로 강조일 인더스트리 4.0의 기둥은 인더스트리 4.0의 주요 신흥 제조 기술입니다. 다른 기술과 결합된 적층 제조의 사용 및 구현은 기계(자율, 자동 및 지능), 시스템 및 네트워크가 정보를 교환하고 생산 관리 시스템에 대응할 수 있는 지능형 생산을 향한 산업의 진화를 낳고 있습니다. 또한 3D 디자인을 개입 없이 제품으로 만들 수 있는 기술로서 3D 프린팅은 인더스트리 4.0에서 근본적인 제조 역할을 한다. 값비싼 도구와 고정 장치가 필요하지 않으므로 후처리, 재료 낭비 및 사람의 개입이 줄어듭니다.
3D 프린팅 덕분에 공장은 점점 더 까다롭고 예측할 수 없는 시장의 요구에 적응하면서 유연성을 높일 수 있습니다. 또한 고가의 금형 및 제조 도구 없이 모든 종류의 개인화된 개체를 제조할 수 있습니다.
3D 프린팅은 또한 환경의 큰 동맹국이며, 현재 기후 상황과 자원 소비와 폐기물 발생이 적은 지속 가능한 제조 프로세스의 중요성을 고려할 때 중요한 특성입니다. 또한, 전 세계적으로 경험하고 있는 현 상황은 코로나바이러스감염증-19 : 코로나19, 개인화된 요소에 대한 요구가 빠르게 증가함에 따라 3D 프린팅의 더 큰 발전과 통합으로 이어졌습니다.
요약하자면
인더스트리 4.0을 기반으로 하는 적층 제조와 같은 스마트 기술은 생산성 향상, 부품 품질 향상, 비용 절감 및 직원 다운타임으로 이어집니다. 또한 리소스 활용도를 향상시킵니다. 인더스트리 4.0은 기업이 제품을 제조하고 품질과 유통을 개선하는 방식에 혁명을 일으키고 있습니다. 인더스트리 4.0은 제조 회사의 경쟁 우위를 주도하고 제품을 마케팅하는 새로운 방법과 기업이 디지털 프로세스로 어떻게 변화할 수 있는지를 허용할 것입니다.
참고문헌
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