2019년 7월 3일 포스코에 환호성이 울렸다. 포스코가 국내 기업 최초로 ‘등대공장’에 선정됐기 때문. 철강산업 고유의 스마트 공장 플랫폼을 구축한 점을 높이 평가받아 세계 등대공장에 당당히 이름을 올리게 된 것이다.
그로부터 1년이 흐른 지금, 등대공장 포스코는 그 이름이 무색하지 않게 일관제철 全 공정에서 스마트한 면모를 보여주고 있다. 단일 공장 수준으로 개발되던 스마트팩토리가 이제는 생산계획부터 출하까지 전 공정을 관통하는 수준으로 진화되는 중. 특히 포스코 고유의 연속 공정용 스마트팩토리 플랫폼인 ‘포스프레임(PosFrame)’은 포항, 광양 통틀어 20개 공장을 관통하면서 전, 후 공정의 데이터를 동시에 분석하고 인공지능화하기에 이르렀다.
포스코 뉴스룸이 등대공장 선정 1주년을 맞아 포스코 스마트팩토리에 도입된 인공지능이 무엇을, 어떻게, 얼마나 바꿔 놓았는지 한눈에 살펴볼 수 있도록 준비했다. 제조업은 노동집약적 산업이라는 선입견을 깨부수는 인공지능 제철소! 보다 자세한 내용이 궁금하다면 인포그래픽 아래까지 스크롤을 쭉~ 내려보자.
생산계획 I 소Lot 주문 자동 설계 ☞ 소요시간 12시간 → 1시간
제철소 생산 계획 담당자들은 더 이상 소Lot 주문을 처리하는 데 긴 시간을 보내지 않는다. 인공지능이 단 1시간 만에 소Lot 주문을 판단하고 설계하기 때문이다. 소Lot란 제철소에서 요구하는 최소 주문량에 미달되어 생산단계에서 제약을 받는 주문을 말한다. 기존엔 주문이 들어오면 담당자가 일일이 소Lot 주문인지 파악하고 이 주문과 함께 작업할 수 있는 다른 주문이 있는지 확인해야 했다. 고객 입장에서도 양이 적은 주문은 출강 될 때까지 시간이 오래 걸리다 보니, 급한 주문일 때는 납기를 맞출 수 있을지 고민이 컸다. 소Lot 주문 처리에 드는 평균 시간은 무려 12시간이었다.
이제는 단 1시간이면 인공지능이 자동으로 주문의 소Lot 여부를 판단해 준다. 포스코는 그간의 데이터를 분석해 소Lot 주문에 영향을 주는 인자 12개를 도출해내고, 인공지능이 스스로 주문을 판단할 수 있도록 학습시켰다. 그 정확도는 무려 97%에 달한다. 소Lot 주문이 원가 낭비 없이 최적으로 제작될 수 있도록 설계 사이즈를 맞추는 것도 정확도가 99.9%다. 그야말로 완벽에 가까운 수준이다.
제선(원료야드) I 드론으로 원료 재고 분석 ☞ 소요시간 4시간 → 1시간
포항제철소와 광양제철소에는 총 2.73km2의 원료야드가 있다. 여의도 면적의 3분의 1에 달하는 드넓은 원료야드를 이전엔 사람이 직접 관찰하고 관리했다. 재고 측정엔 1시간 20분, 재고 분석엔 4시간이 소요됐다. 사람이 하는 일이다 보니 시간이 오래 걸릴뿐더러 정밀도도 낮았던 게 사실.
이랬던 원료야드 공중에 새로운 눈이 등장했다. 포스코가 원료야드 재고 관리용 드론을 도입한 것! 포스코는 드론을 활용해 원료야드 재고 측정 시간을 단 20분으로 줄였다. 자체 개발한 데이터 처리 알고리즘을 활용해 재고 분석 시간도 단 1시간으로 단축했다. 축구공 크기만 한 구형(球形) 드론은 사람이 접근하기 어려운 협소한 곳까지 정밀하게 점검하고 추적한다. 덕분에 재고 현황을 보다 정확하게 파악할 수 있을 뿐만 아니라 위험 지역에 사람이 아닌 드론을 투입하면서 혹시 모를 안전사고 역시 예방할 수 있게 됐다.
제선(소결) I 소결 공정 자동화 ☞ 연료비 연 19억 원 절감
철의 원료인 철광석은 용광로에 들어가기 전 소결 공정을 거친다. 균일한 크기와 성분의 소결광을 만드는 것이 작업의 핵심. 하지만 철광석과 코크스는 육안으로는 확인하기 어려울 만큼 알맹이가 작다. 작업자의 숙련도와 노하우에 따라 소결광의 품질이 달라질 수밖에 없었다.
이제는 인공지능이 자동으로 공정을 제어한다. 포항제철소 제선부 3소결공장은 스마트 센서를 활용해 작업자가 육안으로 확인해야 했던 부분들을 데이터화하고 이를 딥러닝을 통해 인공지능이 스스로 실시간 제어할 수 있도록 했다. 자동 제어 시스템 적용 결과 조업 편차는 60% 개선됐으며 3%에 달하는 연료비가 절감됐다. 연 단위로 환산하면 19억 원의 비용 절감 효과가 기대된다.
제선(고로) I AI 용광로 ☞ 쇳물 연 8만 5천 톤 추가 생산
용광로는 높이가 110m, 내부 온도는 최대 2,300℃에 이른다. 포스코는 안을 들여다볼 수도 없는 이 뜨겁고 거대한 설비를 4차 산업혁명 기술 집약체로 탈바꿈하는 데 성공했다. 포항제철소 2고로는 세계에서 가장 스마트한 용광로라고 해도 과언이 아니다. AI 용광로라고 불릴 만큼 인공지능 수준의 자체 제어와 예측이 가능하기 때문. 포스코의 스마트 용광로는 일일 용선 생산량을 240톤가량 증대시켰다. 1년간 8만 5천 톤의 쇳물을 추가 생산하는 셈인데, 이는 중형 승용차를 연간 8만 5천 대 더 생산할 수 있는 양이다.
포스코의 AI 용광로는 수많은 변수와 케이스를 스스로 학습하고, 연·원료의 성분과 용광로 상태를 스스로 체크한다. 이를 바탕으로 조업 결과를 미리 예측한 뒤 조업 조건을 선제적으로 자동 제어한다. 그 결과 품질 편차가 적은 최고의 산출물(쇳물)을 결괏값으로 뽑아낸다. 포항 2고로를 포함, 최근 2차 개수(改修)를 마치고 조업을 재개한 광양 3고로 등 포스코는 포항과 광양에 각각 2기씩 총 4기의 스마트 고로를 구축 또는 가동하고 있다.
제강 I 원터치 출강 자동화 시스템 ☞ 성분 이상률 0%
포항제철소 제강공장에서는 버튼 하나로 출강이 이루어진다. 출강은 고로 쇳물(용선)을 전로에 받아 정련한 뒤 깨끗한 쇳물(용강)만 분리하는 공정이다. 이전에는 작업자가 일일이 수십 차례의 출강 작업을 직접 감당했다. 고온, 고열의 작업 환경 상 안전사고 위험이 있고 작업자의 숙련도와 집중력에 따라 미세한 품질 편차가 발생하기도 했다.
이에 포스코는 2018년 제강 공정에 스마트 기술을 도입하기로 결정, 하드웨어와 소프트웨어 개선에 나섰고 2020년 5월 국내 최초로 출강 공정 자동화 시스템을 구축했다. 작업자들은 현장에서 일정 거리가 떨어진 조작실에서 원격으로 고열의 출강 조업을 면밀하게 살피고, 정밀하게 조작한다. 컴퓨터 화면 속 시작 버튼을 누르면 출강 공정에 필요한 일곱 가지 절차가 자동으로 이뤄진다. 포스코의 원터치 출강 자동화 시스템은 성분 이상률 0%를 기록했다.
압연 I 세계 최초 열연 全 공정 스마트팩토리 통합운전실 구축 ☞ 열연재 연 9만 톤 증산
포스코가 2020년 7월, 세계 최초로 열연 전 공정(가열, 압연, 권취)에 스마트 기술을 적용하여 한곳에서 컨트롤할 수 있는 통합운전실을 구축했다. 기존에는 압연된 소재를 두루마리 형태로 돌돌 말아주는 권취 공정의 운전실이 분리되어 있어 작업 효율이 떨어졌다. 이를 해결하고자 포항제철소는 권취 자동 운전 기술을 개발하고 권취 운전 기능을 가열·압연 운전실로 이전해 전 열연 공정 운전실을 통합했다.
가열 공정의 경우, 인공지능을 적용해 품질 편차를 획기적으로 줄였고, 압연 공정은 조업 상황에 따라 최적의 압연량을 자동 설정해 주는 스마트 기술로 제품 손실을 크게 줄였다. 전 공정에서 스마트화를 추진해 통합운전실을 갖춘 포항 열연부는 연 9만 톤의 열연재 증산을 기대하고 있다. 열연 전 공정이 스마트팩토리화되어 통합운전실에서 컨트롤되는 것은 포스코 포항제철소가 세계 최초 사례다.
도금 I 초정밀 도금 제어 ☞ 도금량 제어 적중률 89% → 99%
앞선 공정을 통해 생산된 강재 중 일부는 그 목적에 따라 도금 공정을 거치게 된다. 기가스틸 등 고급 자동차 강판이 도금 공정을 거치는 대표 강종. 그 세부 과정을 쉽게 말하자면 먼저 열처리한 강재를 용융아연 욕조에 담갔다 꺼낸다. 그다음 강판 표면에 응고되기 전의 아연을 Air knife가 미세하게 깎아내 도금량을 제어한다. 숙련된 작업자가 일일이 이 과정을 제어했는데, 정확한 도금량은 아연이 완전히 응고된 후에야 측정이 가능했기 때문에 실시간으로 최적의 도금량을 제어하는 것이 난제였다.
포스코는 이를 해결하기 위해 인공지능 초정밀 도금 제어 기술을 개발했다. 딥러닝을 이용해 제품의 강종, 두께, 폭, 조업 조건과 목표 도금량을 스스로 학습해 정확히 제어하는 것! 기존에는 89% 수준이었던 도금량 제어 적중률이 이제는 99% 이상을 웃돌고 있다. 이 기술은 포항, 광양제철소 모든 도금공장에 적용되었고, 우리나라 ‘국가핵심기술’로 등재되어 있다.
출하 I 포항/광양 제철소 – 출하 목적지 최적 매칭 ☞ 물류비 연 5억 원 절감
포스코가 인공지능과 로봇 기술을 기반으로 한 물류 플랫폼을 육성해 ‘스마트 물류’에 나선다. 예를 들어 인공지능과 빅데이터 기술을 적용한 ‘AI 배선 시스템’ 구축을 통해 선박이 항구에서 대기하는 시간을 최소화해 손실과 비용을 줄여나갈 예정. 그리고 그 성과는 물류 파트너사와 공유하여 산업 생태계를 강건화하는데 힘쓴다는 방침이다.
또 고객이 요청한 출하 목적지별로 포항, 광양 제철소의 물류비를 계산해 어느 제철소에서 생산하는 것이 물류비 절감에 더 도움이 되는지를 인공지능이 스스로 판단한다. 인공지능 제철소 지정 시스템을 가동하면 물류비가 연 5억 원가량 절감될 것으로 예상된다.
환경 I 가열로 NOx 배출농도 예측 ☞ NOx 배출량 사전 제어 가능
인공지능은 제철소의 환경도 개선한다. 환경부 대기관리권역법(‘20.4월 시행)에 따라 포스코는 제철소 전역에서 굴뚝 배출 총량규제 대응을 위해 노력 중인데, 그 일환으로 인공지능을 통한 가열로 NOx 배출농도 예측 시스템을 구축한다.
광양제철소는 올해 6월까지 열연 가열로 NOx 발생의 메커니즘을 분석해 주요 원인 인자를 찾았고, 빅데이터와 인공지능 알고리즘을 통해 가열로의 조업 상황에 따른 NOx 배출농도를 예측하는 모델을 개발했다. 이는 RIST 미세먼지 연구센터와 협업하여 올해 말 실제 조업에 적용할 계획이다. 인공지능이 실시간으로 NOx 배출농도를 예측하게 되면 NOx 저감약품(요소수) 사용량을 약 40% 낮출 수 있고 동시에 가열로 연소 수준도 최적으로 조절할 수 있어 NOx 배출량이 사전에 제어 가능해진다. 광양제철소는 이 시스템을 통해 열연 가열로로 발생되는 NOx 배출량이 저감될 것으로 예측하고 있다.
안전 I 설비 점검에 드론 도입 ☞ 작업자 안전 확보
포항제철소는 사람이 쉽게 볼 수 없고 닿을 수 없는 곳까지 드론을 활용해 꼼꼼히 안전 점검을 하고 있다. 그동안 제철소 내에서 높거나 뜨거운 위험 작업장은 인력에 의존해 설비를 점검했다. 포스코는 이러한 한계를 해결하기 위해 열화상 카메라를 탑재한 소형 드론을 도입해 위험 설비 점검에 나섰다.
이는 누구나 특별한 기술이 없어도 조종 가능한 소형 무인항공기로, 작업자들은 위험 지역을 직접 점검하는 대신 드론을 날려 임무를 수행할 수 있다. 이로써 작업자의 안전을 확보한 것은 물론 구석구석 숨어 있던 설비의 결함 유무도 더욱 철저히 확인하고 예방 정비를 할 수 있게 됐다.
안전 I 현장 근무자 안전 확보 스마트워치 ☞ 최대 60초 내 긴급 구조 메시지 발송
포스코가 2020년 7월, 포항제철소와 광양제철소에서 위험 개소 업무를 수행하는 현장 근무자들 1,200여 명에게 스마트워치를 배포했다. 스마트워치는 현장 근무자의 넘어짐, 심박 이상, 추락 등 신체 이상이 실시간 감지되면 주변 동료들에게 즉각 구조 신호를 보냄으로써 구조 골든 타임을 확보할 수 있게 해준다. 예를 들어, 작업자의 심박 이상이 감지되면 스마트워치가 최대 60초 내 긴급 구조 메시지를 발송한다.
시스템 l 스마트팩토리 플랫폼 PosFrame ☞ 제철소 20개 공장 관통
포스프레임(PosFrame)은 포스코가 개발한 세계 최초의 연속 제조 공정용 스마트팩토리 플랫폼이다. 포스프레임은 여러 공장에서 발생하는 서로 다른 특성의 데이터들을 유기적으로 수집하여 저장하고 관리한다. 연속 공정이 생명인 제철소에 특화된 플랫폼. 포스프레임은 현재 포스코 제철소 내 20개 공장을 관통한다. 올해 안에 양소 통틀어 27개 공장에 포스프레임을 적용하는 것이 목표다. 스틸을 만드는 과정을 A부터 Z라고 가정했을 때, 포스프레임을 사용하면 Z에서 발생한 불량의 원인을 A까지 추적해 잡아내는 게 가능하다.
2016년 시작된 포스코의 스마트 제철소 구축. 이제는 단일 공장을 넘어 생산계획부터 출하까지 전 공정을 관통하는 수준으로 진화하고 있다. 주문투입 단계부터 제품 출하까지 각 공정마다 생산성과 효율성이 눈에 띄게 높아지고 이는 오롯이 고객과 파트너사의 가치창출로 이어진다. 또 과거의 수작업을 인공지능이 컨트롤하면서 작업자들은 단순 반복적인 업무를 넘어 더욱 창의적이고 생산적인 일에 몰두할 수 있게 됐다. 제철소의 위험 요소들은 사람 대신 드론과 기계가 감지하고 처리하며, 환경 유해 요소 역시 인공지능을 통해 저감시킬 수 있다.
등대공장 1주년을 맞아 제철소의 A부터 Z까지 적용된 스마트 기술을 함께 살펴봤다. 지금 이 순간에도 더욱 안전하고 스마트한 제철소를 만들기 위해 끊임없이 노력하고 있는 포스코. 등대공장 10주년에는 어떤 모습일지 벌써부터 기대가 된다.