하나의 문제를 해결하기 위한 다양한 알고리즘 중 가장 효율성이 좋은 것을 선택하기 위해서는 알고리즘의 수행시간, 차지하는 기억 공간 등의 비용으로 판단합니다.
복잡도( Complexity:O(n) )
알고리즘 수행 시 필요한 시간 또는 공간 비용
1. 시간 복잡도 (Time Complexity)
- 프로그램이 수행되는 시간
2. 공간 복잡도 (Space Complexity)
- 프로그램이 차지하는 기억 공간
f(n) = O(g(n)) f , g: 음수값을 갖지 않는 함수
알고리즘은 복잡도가 낮을수록 효율적입니다. 즉, 수행 시간이 짧거나 기억 공간을 적게 사용하는 알고리즘이 효율적이라고 할 수 있습니다. 그런데 최근 하드웨어 기술의 발달로 기억장치에 대한 비용이 줄어 기억 공간보다는 수행 시간에 단축에 대해 더 고려하고 있습니다. 그래서 일반적으로 복잡도는 시간 복잡도를 의미하게 됩니다.
이 복잡도는 f(n)은 n ≥ n0 인 모든 자연수 n을 입력으로 하는 알고리즘이 수행될 때, 그 수행시간이 f(n) ≥ c * g(n)이 되는 양의 정수 c와 n이 존재하면 성립하는 공식으로 알고리즘이 n개의 입력으로 수행될 때, 그 수행 시간이 |g(n)|에 양의 정수 c를 곱한 것보다 같거나 작은지를 확인하면 됩니다.
* 이 포스트는 K-MOOC 강좌의 '과학기술혁신 시대의 디자인 이슈'를 기반으로 공부정리 및 생각 등을 서술할 계획입니다.
◎ 1주 차 (part2)의 학습 내용을 통해 '미술과 디자인의 차이점'라는 질문을 답할 수 있게 됩니다.
Q) 디자인은 왜 하는 걸까요? 광의적 미술은 크게 개인적 기능과 사회적 기능으로 나눌 수 있습니다.
광의적 미술은 넓은 범위의 미술 분야를 다루는다는 의미를 가지고 있습니다. 미술이라는 용어는 어떻게 보면 간단하다고 생각할 수 있지만, 가지는 의미는 2가지 개인적/사회적 기능으로 나누어지고 개인의 반응(관찰, 생각) 혹은 사회구조에 대한 반응을 드러내기도 합니다.
광의적 미술
광의적 미술의 두 가지 기능 중 개인적 기능은 첫 번째 마음을 그리는 심리적 표현 활동이 있습니다. 다음은 미술시간에 두 명의 남학생이 해리 포터의 여주인공이자 영화배우인 '엠마 왓슨'을 그려놓은 그림입니다.
같은 고등학교를 졸업했다는 이 두 명의 남학생은 엠마 왓슨을 서로 다르게 그려놓았습니다. 같은 사진을 보고 그려도 "삶의 경험, 신념, 가치관" 등 내포된 심리가 작품에서 형태, 선, 색 등으로 다르게 형상화되어 묘사되고 있음을 알 수 있습니다.
일상생활에서도 마찬가지로 두 명의 친구가 여행을 가서 풍경이나 물건 등을 보아도 느끼는 점은 생각과 가치관이 서로 다르고 살아온 배경도 다르기에 받아들이는 점이 모두 다른 상황이랑 같다고 볼 수 있습니다.
애정관의 표현
다음으로 사람들은 사랑, 가지고 싶은 것에 대한 갈망을 예술로 표현하는 경향이 있습니다. 우리의 개인 핸드폰 사진첩에는 어떤 사진이 가장 많이 들어있나요? 강아지 사진, 여자친구, 남자친구 사진, 시험 공지 화면, 음식 사진 등등 여러 가지 본인이 좋아하는 분류의 사진이 있을 것입니다.
우리는 비록 화가는 아니더라도 우리가 예뻐하고 원하는 그 무언가를 오늘도 스마트폰 화폭에 담습니다. 우리들 모두 사진을 찍는 카메라라는 매개체로 예술행위를 하는 예술가인 셈인 것입니다.
유명한 화가 나 음악가들은 사랑이라는 아름다움을 작품으로 표현하기도 하지만, 죽음이나 고통, 아픔 등을 예술로서 극복하기도 합니다.
절규로 잘 알려진 노르웨이 예술가 뭉크는 어릴 적에 어머니와 누나가 결핵으로 세상을 떠나면서 의사인 아버지와 어렵게 살아가게 됩니다. 자신이 사랑하는 두 여자가 죽음을 맞이하는 것을 지켜본 어린 뭉크는 평생 죽음의 공포와 싸우면서 지내게 되었습니다. 돌봐 줄 사람이 없어 의사인 아버지의 왕진을 따라다는 어린 뭉크의 작품은 주로 병든 아이, 죽음, 슬퍼하는 가족, 나아가 죽음을 두려워하는 자신의 공포 등을 표현합니다.
1901년 [죽은 어머니와 아이]
1893년 [비명]
뭉크는 자신이 사랑하는 여자는 죽는다는 공포심에 여자와의 교류도 멀리하게 됩니다. 아이러니하게도 그래서인지 성병의 위험에서 벗어나 당시 평균 수명인 40대 중반의 나이를 벗어나 90세 가까이 살게 되었습니다. 하지만 뭉크의 삶은 그리 행복하지 않았습니다. 왜냐하면 평생 죽음의 공포에서 벗어나지 못한 것이 제일 큰 이유입니다.
우리도 일상생활에서 다소 충격적인 일을 경험하면 그 기억은 머릿속 깊숙이 자리 잡고, 만약 무서웠거나 극복하지 못하여 어릴 적에 공포로 자리하면 이러한 기억들은 트라우마로 각성합니다. 트라우마를 가짐으로 인해서 공포, 불안감이라는 감정을 지니며 삶을 살아가는데, 충격적인 일과 비슷한 상황이 벌어지게 되면 공포와 불안감이 엄습해오며 정신적인 스트레스를 야기합니다.
이처럼 예술은 예술가가 행복할 때도 꽃을 피우지만, 예술가가 극도로 불행할 때도 꽃을 피웁니다. 예술가에게는 안타까운 상황입니다.
마지막으로 광의적 미술의 개인적 기능 중 하나는 아름다움을 표현하는 것입니다. 보통의 우리들은 일상의 평범한 것에 관심을 가지지만, 예술가들은 자신들만의 창조적인 이미지로 물체를 특별하게 표현하여 나타내는데 관심을 가집니다. 즉 인간의 미적 충동을 만족시키기 위해 노력하는 것입니다.
이는 순수 미술을 하는 화가뿐만 아니라, 디자이너에게도 강하게 나타나는 현상입니다.
앞서 저번 '디자인이란 무엇인가?'라는 주제의 강의에서, 멘디니의 경우 이러한 말로 못 하는 미의 표현을 표현을 작품에 투영하는 대표적인 디자이너입니다. 1994년 멘디니가 제작한 독일 하노버의 버스 정류장은 버스를 기다리는 공간이라는 일반적인 인식에서 벗어나 기다리는 시간에 즐거움을 더하기 위해 제작된 기하학적 도형들이 만 3천여 가지 형상과 동물을 만들어낸다고 합니다. 기다림보다는 즐거움이 더하는 정류장이라고 볼 수 있겠습니다.
다음으로 광의적 미술의 기능 중 하나인 사회적 기능에 대해 알아보도록 하겠습니다.
디에고 리베라(멕시코)의 [독립전쟁 기록화]
디에고 리베라의 독립전쟁 기록화는 멕시코의 독립을 위해서는 여성의 역할이 크다고 생각한 작가의 의지가 반영된 작업입니다. 문맹이 대부분인 멕시코 국민들의 무지함은 어머니들의 사회참여와 교육에서부터 해결될 수 있다고 본 디에고 리베라는 벽화운동을 통해 멕시코의 문맹 여성들의 의지로 북돋는 작업을 주도하였습니다. 그림 속 여성들이 무엇을 만들고 글을 읽는 장면은 그 당시 멕시코 여성들에게 우리도 할 수 있다는 자신감을 심어줄 수 있었습니다.
파블로 피카소(스페인)의 [게르니카]
다음은 피카소의 게르니카는 피카소가 조국 스페인의 참극을 널리 알리고자 만국박람회 스페인 관 배경 디자인으로 작업한 작품입니다. 몸이 잘린 소, 목이 축 늘어진 아기를 안고 울부짖는 어머니를 통해 전쟁의 참상을 알리고자 했습니다.
[현대그룹의 창시자 '정주영 회장'
이처럼 사회적 이념에 관심을 가지고 집중하는 작가들은 간혹 비판의 대상에 서기도 하지만 최근에는 다양한 의견 개진이 존중받는 분위기가 형성되면서 광의적 미술의 한 분야로 자리 잡고 있습니다. 참고로, 광의적 미술의 사회적 기능의 강조는 과거 공산주의와 민주주의가 한참 대립을 이루던 1970~1980년대에 극을 이루었습니다. 많은 공산 국가들은 통치자의 동상을 웅장하고 근엄하게 표현하여 독재자의 위엄을 과시하기도 하였습니다. 공산국가가 아니더라도 우리나라의 경우도 기관이나 기업의 창립자를 동상으로 세우는 경우가 많았습니다.
하지만 현재는 이러한 동상은 후대가 그 업적을 평가하여 세운 경우가 아니라 생존 인물 혹은 주변 인물들이 직접 세운 경우라면 거의 훼손되는 경우가 많습니다. 소련 붕괴 이후 이러한 거대한 동상 건립 기술은 거의 정체되었다고 보입니다. 현재는 북한만이 전 세계적으로 이러한 기술을 보유하며 외화벌이에 나서고 있는 상황입니다.
세네갈 독립기념 조각상(좌) / 12세기 앙코르와트 건설 상상도(우) by 북한 만수대 창작사
아프리카 서부 국가 세네갈은 2010년, 독립 50주년 기념행사의 일환으로 아프리카의 부활을 상징하는 거대한 동상을 제막하였는데, 북한 근로자들이 현지에서 청동 조각상을 건립하였습니다. 북한의 예술품 창작단 체인 만수대창작사에서 작업을 하였습니다. 이 단체는 최근에 캄보디아 앙코르와트를 건립하는 거대 파노라마 박물관 작업에도 참여하였습니다.
두 번째 사회적 기능은 시대적 상황의 표현입니다. 현대 사회는 AI, 빅데이터, 로봇 등 혁신적 기술 등에 의한 급속한 산업 발달이 이루어지고 있습니다. 이로 인해 현대인들은 기대감과 불안감이 동시에 조성되고 있습니다.
이는 마치 종교적 사상이 지배하던 역사에 17세기 과학자들이 등장하여 기초과학의 원리에 의해 세상의 이치를 설명하려 했던 충격과 유사한 상황이라고 여겨집니다. 다윈의 진화론이 등장하였을 때에도 이들이 다윈을 원숭이 친구라고 놀리면서 신이 만든 세상을 감히 무시하려 했다는 이유로 다윈을 여러 가지 형태로 조롱하였습니다. 여러 성격들이 동시다발적으로 존재하는 ism의 첫 시대가 열리지 200년도 되지 않아 우리는 또 다른 ism의 시대로 들어가고 있습니다. 광의적 미술의 표현에 있어 과학기술의 발전은 그 표현 유형과 주제를 변화시키며 결국 인간사 고의 변화까지 가져오고 있습니다.
★ 광의적 미술은 두 개념 중 순수미술은 이중 개인적이 좀 더 강화된 형태라고 볼 수 있고, 디자인은 사회적 기능이 더 강화되었다고 정리할 수 있겠습니다.
생산설비의 자동화로 가장 효율 높은 제조 공장을 전 세계 어느 곳이든 실현이 가능하다면 스마트 팩토리가 구현된 모습이라고 할 수 있습니다. 그렇다고 전 세계 곳곳에 공장을 건설할 수는 없습니다. 제품이 필요한 곳으로 필요한 만큼 적기에 공급될 수 있도록 하는 체제가 필요합니다. 미래 기업의 경쟁력은 제조가 아니고 SCM에서 승부가 날 수도 있습니다.
제네릭 의약품 시장점유율 세계 1위의 일본 테바제약은 빠르게 증가하는 시장의 요구를 충족하기 위해 타카야마 공장에 신규 물류센터를 건설하였습니다. 이 물류센터에서는 테바제약이 자체 개발한 의약품을 소량 주문받아 공급하고 있는데, 소량 단위의 출하를 효율적으로 하기 위해 작업자를 추가로 투입하는 대신 자동 창고 시스템 (AR/RS, Automated Storage and Retrieval System)을 도입하고 7개의 자동 유도 무인 운반차가 플랜트와 물류센터 사이에서 제품을 수송하게 되었습니다. 그 결과 소량 단위의 제약 제조 제품을 도매업체와 유통업체에 직접 공급할 수 있게 되었으며 미래에 수요가 증가할 수 있는 소량 제품의 출하 속도를 높일 수 있게 되었습니다.
독일의 산업용 로봇 제조기업 쿠카(KUKA)의 옴니무브(Omnimove)는 초대형 화물도 이동시킬 수 있는 운송 로봇이자 모바일 플랫폼입니다. 옴니무브는 여러 개의 로봇을 연결해서 90톤에 달하고 무겁고 큰 화물도 자유자래로 운송할 수 있어, 에어버스의 항공기 제조 등 여러 제조사에 사용되고 있습니다.
아마존은 2012년부터 물류창고에서 자동 제어 로봇 '키바(Kiva)'를 도입하여 사람 대신 제품의 집적 및 운반을 담당하게 하고 있습니다. 360도 자유자재로 움직일 수 있는 바퀴를 가진 키바는 컴퓨터의 지시에 따라 선반에서 제품을 꺼내 다음 포장 공정으로 보냅니다. 작업자는 키바가 제품을 운반해 오는 곳에서 대기하며 감독을 하게됩니다. 도이체방크가 2016년 분석한 아마존의 키바 인수 관련 보고서에 따르면 실제로 아마존 물류센터는 키바 도입 이후 기존 60~75분이던 물류 순환 속도가 4~5분의 수준인 약 15분으로 대폭 단축되었으며 공간 활용도는 50% 이상 향상 되었습니다.
2만여 개의 다양한 제품을 판매하는 다이소는 2013년 1500억 원을 투입하여 용인에 무인 자동화 물류센터를 건립, 제품 운송의 효율을 높이고 있습니다. 센터 내에서는 무인 운반차가 365일 24시간 쉬지 않고 제품을 실어 나르고 있습니다. 특히 초소형 센서인 RFID 태그를 이용하여 제품을 실시간으로 관리하며 동선과 처리 시간을 최소화하고 있습니다.
이처럼 RFID 등의 IT 기술은 스마트 팩토리의 물류 추적과 관리에서 혁신을 가져왔습니다. 제품의 운송 과정을 실시간으로 모니터링하는 솔루션이 상용화되어 있으며, GPS (Global Positioning System) 위성 위치 확인 시스템과 GIS(Geographic Information System) 지리 정보 시스템, ITS(Intelligent Transport System) 지능형 교통 시스템등을 접목하여 운송 네트워크를 최적화하고 있습니다.
- 부품이나 도구는 작업자가 최소의 동작으로 접근이 가능하도록 합니다. 손목을 움직이는 정도에서 부품, 도구를 잡을 수 있다면 제일 좋습니다.
2. 도구화
- 목수나 기술자들은 자신만의 전용 공구가 있습니다. 시판품 보다는 작업자 스스로의 지혜가 들어간 도구를 제작하여 사용합니다.
3. 선택의 자동화
- 방법, 도구, 부품, 공법, 게이지 등을 생각하거나 찾거나 선택, 판단하는 일에서 해방시켜 자연스러운 행동으로 작업을 가능하도록 합니다.
4. 도구의 자동화
- 수작업 또는 도구로 작업하고 있는 것을 전기, 에어, 유압 및 다른 설비의 동력을 이용하여 소설비로 전환시키거나 또는 소설비로 지원해 줄 수 있도록 해야합니다. 어디까지나 지원이므로 어떠한 형태로든 사람의 작업이 연관되어 있어도 좋습니다.
5. 지그(Jig)화
- 인간의 손은 지그가 되면 안됩니다. 손 작업 결과는 지그에서 지그로 무심코 던져 보낼 수 있어야 합니다.
6. 풀 프루프
- 자공정에서 이상이 발생했을 때도 후공정으로 흘러가지 않도록 하는 실수 방지 시스템(Mistake proof)이 갖추어져야 합니다.
7. 출구에서 입구로
- 이동 작업에서 공정 간의 운반거리, 보행거리를 최단으로 하기 위해 앞 공정의 출구와 다음 공정의 입구는 최대한 접근시킵니다.
8. 모듈화
- 조립 부품들은 여러 개를 하나로 조합한 형태로 공급하여 작업의 단계를 최소화 시킵니다. 모듈화는 실수를 방지하는 수단이 될 뿐만이 아니라 모듈을 공급하는 앞 공정 혹은 공급처에 대한 협업을 용이하게 합니다.
9. 원터치 준비 교체
- 기종 변경의 원터치화는 다품중 소량 생산의 필수적인 요소입니다. 원터치로 할 수 없다면 낭비가 많아 경쟁력이 없습니다. 원터치 준비 교체를 사람이 할 것인가, 자동화할 것인가는 선택의 문제입니다.
10. 검사의 자동화
- 모든 제품은 전수 검사가 기본입니다. 사람의 개입을 최소화하면서 양품, 불량의 결과를 '통과', '멈춤'의 'Go-No 게이트'로 구축합니다. 원터치로 Ok(Go)인지 NG(No)인지 판단이 라인 흐름의 동작선상에서 가능하도록 합니다.
11. 운반 용기, 대차의 표준화
- 공정 내에서 이동하는 운반 도구들은 공정의 요구에 따라 만들어집니다. 이때 메뉴얼이 없다면 운반 용기나 운반 도구가 천차만별로 많아져 낭비 작업을 만들어 내게 됩니다. 운반 용기, 대체의 표준화는 선반의 높이를 결정하는 요소가 되어 운반의 자동화, 상하차의 자동화를 위한 밑거름이 됩니다.
12. 후공정 인수
- 모든 것은 후공정인 고객이 갖고 간 후에 '필요한 것을' '필요한 만큼' 보충하는 시스템이 됩니다. 즉 후공정의 요구가 이동의 출발점이며, 후공정에서 앞 공정으로 가지러 가는 것이 됩니다.
13. 선입선출 (First In First Out)
- 물건의 투입과 사용은 선입선출이 되도록 합니다. 보관이나 투입 방법뿐만이 아니라 물건에 대한 식별이 명확해야 합니다. 바코드, QR 코드, RFID와 같은 식별 장치가 활용될 수 있습니다.
14. 이동의 자동화
- 지혜로운 자동화를 추구하면 할수록 각각의 제품의 사용 비율에 의해 많은 혼류 운반이 요구됩니다. 이동에 따른 동선이 최적화된 공정이라면 점차 무인 운반차 (AGV, Automated Guided Vehicle)와 같은 자동 이송 및 운반 장치의 적용 범위를 확대합니다.
15. 재고의 삭감
- 공장 내의 모든 것은 부가가치를 산출할 수 있어야 합니다. 그런데 창고에 재고가 쌓여 있다면 마치 물이 고여 썩어 가는 것과 같다고 보아야 합니다. 물건은 항상 움직여야 변화되어야 합니다. 구입했던 자원을 얼마나 빨리 팔 수 있는 상태로 만들어 가느냐가 중요합니다. 전략적 재고라든가 시스템에서 필요로 하는 버퍼의 역할이 필요한 예외적인 경우를 제외하면 공장에 창고는 필요가 없습니다.
사람의 일을 기계 장치로 바꾸기 위해서는 사람의 일과 기계 장치의 일을 분리하는 것으로부터 접근합니다. 기계/설비에 시킬 일은 무엇이며 사람이 해야만 하는 일은 무엇인가를 명확히 합니다. 기계 가공은 지그(jig), 클램프(Clamp) 등의 기구를 장착하거나 사람이 미세하게 조정하는 행위도 수반됩니다.
이때 그 작업이 사람이 하지 않으면 안 되는 이유를 명확히 설명할 수 없다면 이것은 기계/장치로 대체해야 하는 작업이 됩니다. 사람이 개입하는 경우에는 작업자의 숙련도 차이로 인해 가공의 정도(Precision)가 달라질 수 있다면 이것 또한 기계 장치로 대체해야 하는 작업이 됩니다. 가공의 속도나 품질의 편차가 허용범위 내에서 안정되어 있다는 것을 보증할 때 기계 가공의 간이 자동화는 유용하게 쓰일 수 있습니다.
조립 라인은 타 업종에 비해 수작업이 상대적으로 많기 때문에 사람의 작업을 도구의 작업으로 전환시키는 것이 관건이 됩니다. 사람이 하고 있는 작업을 공구, 도구, 설비 작업으로 순차적으로 개선해 나갑니다. 조립 부품은 작업자 몸 근처로 공급해 주고 작업자가 생각을 하거나 선택을 하지 않도록 합니다.
이는 마치 수술 중 의사의 손 움직임처럼 최소한의 동작만 하도록 만드는 것과 유사한 모습입니다. 수술 중 의사의 행위는 환자의 생명을 좌우하며 시간과의 싸움을 하는 경우가 많습니다. 이러한 수술실의 이미지를 조립 작업자에게 도입한다면 간이 자동화는 80% 완료한 것이나 다름없습니다. 조립 라인에서 인공지능 로봇이 인간과 공존하면서 작업하는 것이 스마트 팩토리가 지향하는 모습입니다.
조립라인에서 인간이 할 수 있는 작업이라면 로봇이 그 역할을 대신 할 수 있습니다. 단, 로봇으로 대체할 때 투자 경제성이 있느냐에 대한 선택이 필요할 뿐입니다. 이때 인간이 할 수 없는 일이라면 인공지능 로봇이라 해도 그 역할을 대체할 수 있다고 장담할 수 없습니다.
세계 최고의 생산 시스템이라 할 수 있는 TPS(Toyota Production System)에서는 이렇게 주장합니다.
'세상 만사 1mm든 1cm이든 개선의 여지가 있습니다. 개선하는 데 돈을 들이지 마라.'
일본식 개선의 사고방식은 인간의 지혜를 활용하는 간이 자동화(LCA, Low Cost Automation)를 추진하자는 것입니다.
간이 자동화에 대한 올바른 이해를 위해서는 일본식 '카라쿠리 (からくり)' 를 이해할 필요가 있습니다. 카라쿠리는 실, 태엽 등을 이용하여 움직이게 만든 화려하고 섬세한 자동 인형의 명칭입니다. 차 따르는 인형, 활 쏘는 인형, 붓 글씨 쓰는 인형 등 다양한 형태로 나타나는데 이 인형에는 모터나 센서와 같은 과학적인 전력 및 제어기기가 사용되지 않습니다. 외부 동력세계 최고의 생산 시스템이라 할 수 있는 TPS(Toyota Production System)에서는 이렇게 주장합니다.
'세상 만사 1mm든 1cm이든 개선의 여지가 있습니다. 개선하는 데 돈을 들이지 마라.'
일본식 개선의 사고방식은 인간의 지혜를 활용하는 간이 자동화(LCA, Low Cost Automation)를 추진하자는 것입니다.
간이 자동화에 대한 올바른 이해를 위해서는 일본식 '카라쿠리 (からくり)' 를 이해할 필요가 있습니다. 카라쿠리는 실, 태엽 등을 이용하여 움직이게 만든 화려하고 섬세한 자동 인형의 명칭입니다. 차 따르는 인형, 활 쏘는 인형, 붓 글씨 쓰는 인형 등 다양한 형태로 나타나는데 이 인형에는 모터나 센서와 같은 과학적인 전력 및 제어기기가 사용되지 않습니다. 외부 동력을 전혀 사용하지 않으면서 태엽이나 톱니바퀴를 이용하여 아날로그 방식으로 스스로 움직입니다.
본래 '실로 조종함', '기계장치'를 뜻하는 일본어 카타쿠리는 현재는 평소 업무의 불합리한 부분에 대해서 스스로 생각하고 제작하여 저렴한 비용으로 아주 섬세하고 효과적인 개선을 한다는 혁신 철학으로 활용되고 있으며, 세계 최고의 제조경쟁력을 지닌 일본 '모노츠쿠리', 즉 '물건 만들기'의 근간을 이루고 있습니다.
일반적으로 설비의 자동화라고 하면 공장 자동화, 라인 자동화와 함께 전용 설비에 의한 완전 자동화(Full Automation)를 떠올리기 십상입니다. 그러나 4차 산업혁명 시대의 물건 만들기에서 가장 먼저 요구되는 항목은 생산성이라기보다는 타이밍(신제품 출시, 납기) 입니다. 고객이 원하는 제품과 서비스를 합리적인 가격으로 적시에 공급해야 한다는 당위성이 필요합니다.
과거 도요타 자동차의 일본 모토마치 공장은 대규모 투자로 전용 설비를 이용한 완전 자동화를 추진한 사례가 있습니다. 시작은 좋았지만 신차 개발 주기가 통상 4~5년인 점을 고려하지 못한 실패작이었습니다. 차종은 같았지만 완전히 새로워진 자체 프레임과 소재들로 인해 생산 공정의 변경이 필요하게 되었고, 결국 투자했던 전용 설비의 감가상각 기한이 되기도 전에 철거할 수 밖에 없었습니다.
도요타 자동차는 이후 전용 설비가 아닌 범용 설비를 최대한 활용하여 신증설에 대응한다는 원칙을 세웠고, 지금까지도 이러한 원칙은 유지되고 있습니다. 완전 자동화가 불합리한 결과를 초래할 수 있다는 실제 사례입니다. 완전 자동화보다도 현장의 지혜를 모아 돈을 들이지 않고 실시하는 간이 자동화가 필요한 이유가 됩니다.
간이 자동화는 현장이 주체가 되어 설비나 기구를 스스로 만들어 가는 간단하고 편리한 자동화, 물건 만들기의 지혜와 기술을 포함시킨 자동화, 요소 동작을 저비용(Low Cost)으로 순차적으로 수행해 나가는 자동화를 뜻합니다. 설비에 사람의 지혜를 넣어 사람, 설비의 능력 모두를 최대한(Full)로 활용하자는 것입니다.
간이 자동화는 사람과 설비가 공존하는 방법으로 자동화를 추구하기에 경제적인 투자만으로 가능하면서 제조 설비를 경직되게 만들지 않아 급변하는 시장에 유연하게 대처할 수 있습니다.
제조 현장에서는 다양한 변수가 존재합니다. 제조가 산출물로 출시한 제품의 기능, 성능이 유사하다고 해서 만드는 방법이 서로 같다고 할 수 없습니다. 또한 동일한 설비로 생산을 해도 서로 다른 제품을 만들어 내는 경우가 많습니다.
엄밀하게 보면 모든 제품이 서로 다르기 때문입니다. 기업은 제조 공법이라는 것이 자사의 경쟁 요소가 되기 때문에 철저하게 보안을 강화할 뿐만이 아니라 공개하지도 않습니다. 그러니 '맞춤형 생산 공장 구현을 통한 제조 경쟁력 확보'가 스마트 팩토리 추진의 목정이 될 수도 있습니다. 제 4차 산업혁명의 촉발로 인공지능과 같은 시스템이 몰려온다고 해도 여전히 현장에는 사람을 필요로 하고 있으니 '현장중심형 스마트 팩토리'를 추진하는 것이 당연합니다.
안전한 제조 현장을 구축하는 것은 가장 먼저 철저하게 '안전제일'이 되어야 한다는 것입니다. 사람이 안전하다는 것은 곧 산업재해가 일어날 수 없도록 하는 것이 됩니다. 제품이 안전하다는 것은 불량제품을 공장 밖으로 출하되지 않도록 하는 것이 됩니다. 환경이 안전하다는 것은 환경 유해 물질을 배출하지 않는 것이 됩니다.
현장중심형 스마트 팩토리 프레임워크 (Framework)
제조 현장에서는 여전히 사람이 존재하고 있고, 사람이 안전한 제조 현장을 구축하려면 '단순하게(simply), 쉽고 편하게(easily), 빠르게(quickly)' 실행할 수 있는 조건이 충족될 필요가 있습니다. 왜냐하면 복잡하고, 어렵고, 더딘 프로세스는 사람의 실수를 유발하기 쉽기 때문입니다.
제조의 안전을 위협하는 요소가 '설비, 사람, 재료, 방법'에 있으므로 안전한 현장을 구현하기 위해서는
첫째, 설비/업무의 자동화를 지속적으로 추진해야 합니다. 기본적으로 사람은 더럽고(dirty), 어렵고(difficult), 위험한(dangerous) 작업들을 하고 싶어하지 않습니다. 즉 3D 작업은 자동화된 설비가 그 역할을 대신할 수 있도록 해야합니다. 또 설비의 열화가 돌발적으로 발생할 때 사람, 제품에 위해를 가하게 될 가능성이 높아지게 됩니다. '예지정비'는 설비의 열화를 미연에 방지할 뿐만 아니라 계획적으로 업무를 수행할 수 있게 하는 수단이 됩니다.
4차 산업혁명의 촉발로 기업은 스마트 팩토리를 추진하려고 하지만 투자 대비 경제성이라는 측면을 고려하지 않을 수 없습니다. 따라서 현장을 잘 알고 있으면서 지혜를 갖고 있는 사람들이 참여하는 설비의 자동화는 지속적으로 추진해야 마땅합니다. 그리고 애매한 작업을 배제하기 위한 수단으로 IT를 적극적으로 활용하는 업무의 디지털화는 유효한 방법ㅇ이 됩니다.
둘째, 사람이 업무를 지능적으로 수행하도록 해야 합니다. 사람은 언제나 실수를 할 수 있는 가능성이 있습니다. 이러한 실수가 제조 현장의 제품 만들기에서 치명적으로 발생한다면 그건 문제가 있는 것입니다. 그러니 사람이 실수하지 않도록 지원하는 '휴먼에러 제로화' 대책이 언제나 필요합니다. 이를 위해 제조 현장에서 일을 하는 사람이나 설비가 언제나 일관된 작업을 할 수 있도록 하는 '기술/기능의 표준화' 체계를 구축하는 것은 여전히 유효한 방법이 됩니다.
셋째, 제조 데이터를 가시화합니다. 여기서 가시화란 눈에 보이게 하는 것입니다. 보고 싶을 때만 본다는 것이 아니라 그저 보이게 한다는 의미입니다. 즉 ' 볼 수 밖에 없도록' 실행하는 것입니다. 사람이 얻는 정보의 80% 이상이 시각 정보라고 하니 보이게 하는 것은 매우 중요합니다. 가시화의 선결조건은 연결(connect) 입니다.
원래 제조 현장의 연결은 유선 접속이 중심이었지만 이제는 무선 접속의 가능성에 대해서도 적극 검토할 필요가 있습니다. 가시화의 대상은 데이터나 정보들입니다. 신뢰할 수 있는 데이터를 현재화 하는 것이 가시화이며, 빅데이터로 분석한 판단의 근거나 작업 절차 같은 것들이 가시화의 대상이 됩니다. 중요한 것은 데이터나 정보가 필요한 때 필요한 장소에서 필요한 형태로 보이도록 하는 것입니다.
※ 모바일 업무 환경이나 가상현실(VR, Virtual Reality), 증강현실(AR, Augmented Reality) 기법을 통한 가시화는 최근 가장 큰 발전을 이루고 있는 분야들 입니다. 하지만 전통적인 방법이든 최신 기술을 접목한 방법이든 제조 데이터를 가시화하는 것은 여전히 유효한 방법입니다.
