컴퓨터 비전으로 제조업 개선하기

효율성은 제조업에서 필수 요소이며, 기업의 경쟁력 유지와 고객 만족도에 직접적인 영향을 미칩니다. 생산성을 높이고 비용을 줄이며 수익을 늘리려면 효율성이 기업 성공의 핵심 요소가 됩니다. 오늘날처럼 시장이 끊임없이 변화하는 상황에서 기업은 경쟁사를 앞서고 고객의 변화하는 요구를 충족하기 위해 지속적으로 효율성을 높일 방법을 찾고 있습니다.

제조 효율성을 높이는 중요한 방법 중 하나는 컴퓨터 비전을 활용하는 것입니다. 이 기술에는 실시간 객체 감지, 세그멘테이션, 분류와 같은 다양한 애플리케이션 및 작업이 포함됩니다. 이러한 기술은 제품이 품질 기준을 충족하도록 지원하고 전체 생산 공정의 여러 단계를 최적화할 수 있습니다. 제조업체는 이러한 기술을 도입하여 운영 성능과 제품 신뢰성을 크게 향상하고, 궁극적으로 고객 만족도와 비즈니스 성과를 높일 수 있습니다.

제조 분야의 컴퓨터 비전#

기술은 언제나 제조업에서 중요한 역할을 해왔습니다. 생산 현장의 기계부터 정교한 자동화 시스템 개발에 이르기까지 제조업계는 다양한 운영을 개선하고 간소화하기 위해 새로운 기술을 지속적으로 도입해 왔습니다. 이러한 발전에도 업계는 여전히 여러 과제에 직면해 있습니다. 그렇다면 인공지능(AI)은 언제 활용할 수 있을까요?

제조 공정에 AI를 통합하면 효율성을 높이고 제품 품질을 보장하며 오랜 과제를 해결할 수 있는 유망한 솔루션을 얻을 수 있습니다. 컴퓨터 비전과 같은 AI 기반 기술이 제조업의 변화를 어떻게 이끌 수 있는지 살펴보겠습니다.

제품 계수 및 추적#

컴퓨터 비전은 조립 라인에서 제품을 계수하는 데 활용할 수 있습니다. 생산된 품목 수를 정확하게 추적하면 제조업체는 생산 속도를 모니터링하고 재고를 관리하며 생산 목표 달성 여부를 확인할 수 있습니다. 객체 계수 기능은 운영 효율성을 높이고 제조 공정 전반에서 일관된 품질 관리를 유지하는 데 도움이 됩니다.

그림 1. 조립 라인의 상자를 계수하는 Ultralytics YOLOv8 모델(출처: SAP).

제품 결함 검사#

비전 AI로 제조 공정을 간소화하는 또 다른 방법은 제품의 결함을 감지하는 것입니다. Ultralytics YOLOv8과 같은 컴퓨터 비전 모델을 사용해 제품의 결함을 감지할 수 있습니다. 예를 들어 제약 제조에서 조립 라인을 따라 이동하는 알약의 균열, 깨짐, 오염과 같은 결함을 감지하는 데 활용할 수 있습니다.

결함이 있는 부품이 발견되면 시스템이 자동으로 반응하여 해당 제품을 제거할 수 있습니다. 이를 통해 제품 품질을 유지하고 완벽한 제품만 생산 라인을 계속 통과하도록 할 수 있습니다.

그림 2. 깨진 알약과 오염된 알약을 각각 95% 및 99%의 정확도로 감지하는 Ultralytics YOLOv8 모델. 이미지 제공: 저자.

세그멘테이션을 사용한 정밀 표면 검사#

다양한 컴퓨터 비전 모델은 제조 분야의 정밀한 표면 검사에 특히 유용한 인스턴스 세그멘테이션을 수행하도록 학습할 수도 있습니다. 이 기술은 제품의 표면 영역을 세그멘테이션하여 긁힘, 찌그러짐, 고르지 않은 코팅과 같은 미세한 결함을 감지할 수 있습니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

• 금속 부품 제조: 자동차 또는 항공우주 산업에서는 인스턴스 세그멘테이션을 사용해 금속 부품의 표면 결함을 검사할 수 있습니다. 전체 표면 영역을 분석하여 부품의 성능이나 내구성에 영향을 줄 수 있는 아주 작은 결함까지 식별할 수 있습니다.
• 섬유 제조: 섬유 생산에서 세그멘테이션은 원단 패턴의 불일치를 감지하거나 찢어짐, 얼룩, 색상 차이와 같은 결함을 식별할 수 있습니다. 이를 통해 최종 제품에 고품질 섬유만 사용되도록 할 수 있습니다.
• 전자 기기 제조: 전자 기기 분야에서는 세그멘테이션을 사용해 회로 기판의 납땜 오류, 부품 누락, 정렬 불량과 같은 제조 결함을 검사할 수 있습니다. 이는 전자 제품의 신뢰성과 기능을 유지하는 데 도움이 됩니다.

그림 4. 인스턴스 세그멘테이션을 사용해 철판의 결함을 예측하고 시각적으로 위치를 파악하는 컴퓨터 비전 모델.

제조업에서 컴퓨터 비전을 활용할 때의 이점#

속도와 정확도 향상#

컴퓨터 비전은 생산 라인을 24시간 연속 모니터링하여 결함 식별 속도와 정확도를 크게 높입니다. 이상 징후를 즉시 감지해 표시하므로 즉각적인 피드백과 지속적인 감독이 가능합니다.

이러한 즉각적인 피드백과 지속적인 모니터링은 다음과 같은 효과를 제공합니다.

• 신속한 시정 조치
• 불량 제품이 생산 라인에 머무는 시간 감소
• 불량 제품이 고객에게 전달될 위험의 대폭 감소

실시간 탐지는 신속한 식별과 대응을 통해 높은 품질 기준을 유지하고 잠재적인 문제가 확대되는 것을 방지합니다.

인건비 및 폐기율 감소#

컴퓨터 비전은 검사 프로세스를 자동화하여 수동 품질 검사의 필요성을 없애고 인건비를 줄일 수 있습니다. 이러한 자동화는 필요한 인력 수를 줄일 뿐 아니라 인적 오류도 최소화하여 제조 프로세스의 효율성과 정확도를 더욱 높입니다.

연중무휴 운영 및 처리량 증가#

컴퓨터 비전 시스템은 사람 검사자와 달리 휴식 없이 지속적으로 작동할 수 있습니다. 이러한 기능 덕분에 품질 저하 없이 생산 라인을 연중무휴 가동할 수 있어 처리량이 증가하고 제조 리소스 활용도가 높아집니다. 지속적인 모니터링과 즉각적인 피드백 루프를 통해 품질 기준에서 벗어나는 모든 편차를 신속히 처리하므로 제품 품질의 일관성이 향상됩니다. 이는 고객 만족도를 높이고 반품이나 불만을 줄이는 데 도움이 됩니다.

제조 분야에서 컴퓨터 비전이 직면한 과제#

구현 비용 및 기존 시스템과의 통합#

컴퓨터 비전 시스템을 구현하려면 하드웨어, 소프트웨어, 인프라에 상당한 초기 투자가 필요하므로 규모가 작은 제조업체에는 부담이 될 수 있습니다. 또한 새로운 AI 기반 객체 탐지 시스템을 기존 제조 프로세스 및 기술과 통합하는 작업은 복잡하고 시간이 오래 걸릴 수 있습니다. 원활한 운영을 위해서는 세심한 계획과 실행이 필요합니다.

운영에 필요한 교육 및 전문 지식#

컴퓨터 비전 시스템을 운영하고 유지관리하려면 전문 지식과 기술이 필요합니다. 최신 기술과 방법에 대한 직원의 이해를 유지하려면 지속적인 교육이 필요합니다. 또한 AI 시스템은 오탐이나 미탐을 생성하여 잘못된 식별로 이어질 수 있습니다. 제품 품질과 운영 효율성을 유지하려면 이러한 부정확성을 관리하는 것이 중요합니다. 이를 위해서는 모델을 지속적으로 개선하고, 탐지 및 분류를 위한 신뢰도 임계값을 조정하며, 오류를 최소화하고 시간이 지남에 따라 시스템 정확도를 향상하는 피드백 루프를 구현해야 합니다.

탐지 시스템의 유지관리 및 업데이트#

탐지 시스템을 효율적으로 작동시키려면 정기적인 유지관리와 업데이트가 필수적입니다. 여기에는 소프트웨어 업데이트, 센서 재보정, 발생하는 기술적 문제 해결이 포함됩니다. 해결해야 할 수 있는 기술적 문제로는 하드웨어 손상으로 카메라가 이미지를 제대로 촬영하지 못하는 등의 센서 오작동, 시스템 충돌이나 잘못된 출력의 원인이 되는 소프트웨어 버그, 데이터 손실이나 손상을 일으키는 데이터 전송 오류가 있습니다.

앞으로 어떤 변화가 있을까요?#

스마트 재고 관리#

컴퓨터 비전은 더욱 스마트한 재고 관리 시스템을 구현합니다. 컴퓨터 비전을 사용하는 자동화 시스템은 재고 수준을 지속적으로 모니터링하고 불일치를 감지하며 재고 보충 프로세스를 최적화합니다. 이를 통해 재고 부족과 과잉 재고 상황이 발생할 가능성을 줄이고 제조업체가 최적의 재고 수준을 유지하도록 지원합니다. 이를 통해 다음과 같은 상당한 이점을 얻을 수 있습니다.

• 비용 절감: 과잉 재고를 방지하면 제조업체는 높은 창고 보관료와 제품의 노후화 위험 등 초과 재고 보관에 따르는 비용을 절감할 수 있습니다. 한편, 재고 부족을 최소화하면 재고가 소진될 때 발생하는 비용이 큰 생산 지연과 매출 손실을 방지하는 데 도움이 됩니다.
• 운영 효율성 향상: 자동화된 재고 관리 시스템은 재고 보충 프로세스를 간소화하여 수작업 개입을 줄입니다. 이를 통해 전반적인 운영 효율성이 향상되고 직원들이 보다 전략적인 업무에 집중할 수 있습니다.
• 공급업체 관계 개선: 정확한 재고 데이터를 활용하면 제조업체가 공급업체와의 관계를 더욱 효과적으로 관리하여 적시 납품을 보장하고 안정적인 공급망을 유지할 수 있습니다.

그림 5. 컴퓨터 비전을 활용한 재고 수준 모니터링.

자율 조립 라인#

컴퓨터 비전은 완전 자율 조립 라인 개발에 중요한 역할을 할 수 있습니다. 이러한 조립 라인은 실시간 데이터를 기반으로 작업을 동적으로 조정하여 유연성과 효율성을 높일 수 있습니다. 예를 들어 컴퓨터 비전 모델이 기계의 결함을 감지하면 이 데이터를 별도의 제어 시스템에 전달하고, 제어 시스템은 사람의 개입 없이 작업을 다른 기계로 자동 재배정하여 생산 흐름이 중단되지 않도록 할 수 있습니다. 이를 통해 가동 중단 시간 감소, 생산성 향상, 일관된 제품 품질, 운영 비용 절감 등 여러 이점을 얻을 수 있습니다.

핵심 요점#

이 글에서는 제조 분야에서 효율성이 중요한 이유와 컴퓨터 비전이 효율성을 크게 높이는 방법을 살펴보았습니다. Ultralytics YOLOv8과 같은 컴퓨터 비전 모델은 다양한 작업에 유연하게 적용할 수 있어 여러 산업 분야의 제조 프로세스를 간소화하는 데 근본적인 역할을 할 수 있으며, 정확도를 높이고 운영 비용을 낮추며 높은 제품 품질 기준을 일관되게 유지하도록 지원합니다. 전반적으로 컴퓨터 비전은 제조 프로세스의 여러 단계에서 활용할 수 있어 이 분야에서 다재다능하고 강력한 지원 기술이 됩니다.

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