디지털 기술을 사회 전반에 적용하여 사회 구조를 혁신하는 것을 의미하는 디지털 트랜스포메이션은 제조업 혁신을 위한 스마트팩토리에도 적용된다. 공장 설비에 센서를 설치하여 제조 공정 데이터를 수집하고 이를 분석해서 제공하는 제조데이터 분석 시스템도 스마트팩토리를 위한 디지털 트랜스포메이션의 주요 구성 요소 중 하나이다.
대기업은 스마트팩토리 도입에 대비하여 제조데이터 분석을 실시하고 제조업 혁신을 이루고 있지만 중소 제조공장에는 아직 이의 도입에 대한 인식과 요구가 떨어져 변화를 따라잡지 못하고 있다. 기존 제조데이터를 출력하는 방식은 아직 PC와 모니터에 의존하고 있고, 그래프나 도표로 시각화된 정보는 훈련받은 전담직원 없이 분석이 어렵다. 중소기업들은 기술적인 문제와 함께 전담직원 채용, 관제센터 운영 등의 비용적인 문제에도 고심한다.
이에 대한 해결방안으로 정부는 창원 국가산업단지를 스마트산업단지로 선정하고 스마트팩토리의 보급 확산을 위해 다양한 지원 정책을 확대 시행하고 있다. 하지만 단지 내 중소공장들은 비용 증가, 구축 방법에 대한 몰이해, 기술 신뢰도 미흡, 사용상의 불편 등의 이유로 새로운 시스템 도입을 주저하고 있다. 그중 사용의 불편함은 이 서비스의 도입이 지연되는 큰 이유이다. 필수적인 시스템의 모바일화도 지연되고 있고, 스마트팩토리를 위한 모바일 인터페이스의 구조적인 연구도 빈약하다.
중소기업의 제조공장에서 사용하는 장비는 소규모 생산을 주로 담당하고 대기업처럼 대량 생산의 기록이 쌓이는 것이 아니기 때문에 한 공장의 설비만으로 정확한 분석을 하기 어렵다. 따라서 온라인화를 통해 다른 공장에서 사용하는 같은 기기의 데이터를 빅데이터로 축적하면 데이터의 양이 커지므로 인공지능 머신러닝을 통해 유의미한 분석이 가능하다. 지금까지는 기술적인 제약이나 비용의 문제로 온라인화가 어려웠지만 최근 4차산업혁명이라 불리는 기술의 비약적인 발전과 정부의 노력으로 제조혁신이 가능해졌다. 이러한 온라인화를 위해 개발된 시스템이 제조데이터 분석 플랫폼이다.
이 플랫폼은 장비에 설치된 센서에서 보내오는 데이터들을 무선통신을 통해 클라우드에 저장하고 실시간으로 쌓인 데이터들을 유사 장비 데이터와 더해 빅데이터로 만든다. 이 데이터를 인공지능 기술을 이용하여 실시간으로 분석하는 데이터 마이닝을 통해 유용한 정보를 추출하고 사용자의 의사결정을 돕는다.
그러나 창원국가산업단지 내 중소기업은 비용의 문제와 방법의 문제, 꼭 도입을 해야만 하는지에 대한 의문, 기업의 모든 제조 공정이 담긴 내부 데이터를 공유 클라우드에 업로드하는 것에 대한 부담 등으로 새로운 시스템의 도입을 주저하고 있다.
플랫폼의 모바일화에 대한 우려의 시각도 있다. 근무 태도 불량 및 보안 위반의 우려로 기기 반입을 금지하는 공장이 많고, 소음이나 분진, 습도 등의 이유로 보호 작업복을 입거나 안전장갑 등의 보호장구 착용으로 인한 스마트 기기 사용의 어려움도 한 이유이다. 사측의 이해 부족, 디지털 문맹, 자동화에 따른 실직 우려 등 심리적인 요인도 작용한다. 이렇듯 디지털 시스템에 익숙하지 않은 사용자들에게 새로운 시스템은 오히려 장애물로 작용할 수 있다. 따라서 국내 제조업의 특성에 맞는 차별적인 스마트팩토리 생태계구축이 필요하다. 중소기업의 상황을 고려한 디바이스와 인터페이스를 제안하여 요구를 인식시킬 필요가 있다. 이를 위해 중소기업에 특화된 맞춤형 사용자 분석 및 연구가 선행되어야 한다.
공장 제조데이터 분석 분야에서 디자이너의 참여가 부족한 것도 원인으로 지적된다. 센서 기술과 빅데이터 분석기술, 인공지능 머신러닝 기술이 통합된 시스템인 제조데이터 분석 플랫폼은 센서 기술 연구, 인공지능 분석기술을 위한 알고리즘 관련 연구와 프로그램 언어 등의 분석 기법에 대한 연구는 많지만 인터페이스에 관련된 연구는 미흡하다. 사용자들의 편의성이 배제된 코드의 구성 및 연동에만 중점을 둔 개발이 다수를 이룬다. 그러므로 디자이너의 시각이 포함된 시장 분석 및 인터페이스 개발이 요구된다.
따라서 본 연구는 제조데이터 분석 플랫폼의 도입 및 모바일화를 저해하는 원인을 서비스 디자인 전략을 통한 방법론을 활용하여 분석하고, 이에 대한 해결 방안을 도출하였다. 또한 모바일화에 필요한 환경을 하드웨어 인터페이스와 소프트웨어 인터페이스로 나누어 사용자 중심 구조를 제시하였다.
본 연구는 세 가지 단계로 구성되는데, 먼저 스마트팩토리의 도입과 제조 데이터 분석 플랫폼의 사용자 인식에 대한 현장 방문 조사를 실시하였다. 조사 결과에서 얻은 인사이트를 바탕으로 서비스디자인 방법론을 통해 분석하고 문제점과 해결방안을 모색하였다. 두 번째 단계에서는 출력기기에 따른 SW 인터페이스의 구조 및 방식을 제시하였다. 세 번째 단계에서는 사용자의 접근성을 높일 수 있는 HW 인터페이스의 형태와 연결방안을 제안하였다.
첫 번째 단계에서는 스마트팩토리와 데이터 분석 플랫폼에 거부감을 보이는 사용자들의 우려 사항을 해소하기 위해 플랫폼의 인터페이스를 구성할 때 사용자를 업무 형태별로 유형화하고 데이터 열람 권한 순위 설정 및 업무별 맞춤 설정이 요구된다는 인사이트를 얻었다. 또한 사용허가 및 암호화 등으로 보안체계를 구축하여 모바일을 활성화할 수 있다는 해결방안을 도출하였다. 또한 기술적인 방법으로 생산 데이터와 장비 상태 데이터를 이원화하여 저장하는 것으로 정보를 선별적으로 수집하여 내부기밀 유출을 방지하고, 공개 가능한 데이터로만 빅데이터를 구축할 수 있다는 답을 얻었다.
두 번째 단계의 소결론은 사용자 권한별, 업무 형태별 로그인을 통한 맞춤형 인터페이스를 제안하는 것으로 모바일의 보안 취약점을 해소하고 대화형 인터페이스인 챗봇 시스템의 도입으로 접근성을 높여 인공지능 플랫폼을 적극적으로 활용할 수 있는 방안을 제시하였다. 공장 내부의 모니터를 이용한 출력 화면은 기존의 그래프나 리스트 형식을 따르고 모바일 인터페이스에서는 알림창을 통해 소통할 수 있고, 텍스트 기반 챗봇, 음성 기반 챗봇을 함께 사용할 수 있는 형식으로 구성하여 제안하였다.
세 번째 단계의 소결론은 하드웨어에 관한 것으로, 공장 내부의 현장은 소음 및 진동, 안전, 보안 등의 이유로 스마트폰 사용이 어려운 경우가 많기 때문에 스마트팩토리 환경에서 보다 효율적인 송수신을 위한 디바이스가 필요했다. 이에 따라 인공지능과 연결하는 허브의 형태로 웨어러블 형식의 다기능 스마트 골전도 이어폰을 고안하였다. 이러한 방식의 HW 인터페이스는 청각을 통해 정보를 제공하는 것으로 기존의 복잡하고 어려운 그래프를 통한 시각화 개념보다 접근성 높은 사용환경의 제공이 가능해진다.
제시된 모바일 인터페이스의 형식은 전문가 그룹의 검증을 통해 의인화된 캐릭터를 부여할 것을 제안받았으며 챗봇의 알고리즘 기술 연구가 병행되어야 한다는 점, 업무별 권한을 부여할 때 선택사항을 두어 유연성을 가져야 한다는 점, 다양한 웨어러블 기기의 도입 등을 제안받았다.
본 연구의 목적은 스마트팩토리 도입에 따른 제조데이터 플랫폼 시스템의 사용성을 높여, 장비의 상시 관리와 생산품의 품질관리에 기여하여 창원 국가산업단지가 스마트산업단지로 거듭나 단지 내 중소기업의 경쟁력을 높이는 데 도움이 되고자 함이다.
결론적으로 인공지능을 활용한 제조데이터 분석 플랫폼의 모바일화 방안 제시와 이에 적합한 인터페이스를 제안하여 스마트팩토리 보급의 활성화가 가능하다. 본 연구는 제조데이터 분석 플랫폼 서비스를 활성화하여 시스템 확산에 기여하고 중소 제조공장의 스마트화를 촉진하는 데에 의의가 있다.