제조 실행 시스템(MES): AI 기반 생산

대부분의 제조 공장에서 일상 업무에는 기계 검사, 데이터 추적, 부품 결함 확인이 포함됩니다. 안타깝게도 이러한 반복적인 활동은 긴 교대 근무 중에 쉽게 간과될 수 있습니다.

그러나 AI와 컴퓨터 비전처럼 기계가 시각 정보를 이해하도록 가르치는 데 중점을 둔 분야의 발전으로 이러한 업무 중 상당수가 이제 자동화되고 있습니다. 이러한 수준의 제조 자동화를 지원하기 위해 제조업체들은 생산 현장 전반의 데이터를 통합하는 시스템도 사용하고 있습니다.

특히 공장 현장의 이러한 변화를 주도하는 시스템 중 하나가 제조 실행 시스템(MES)입니다. 최첨단 MES 소프트웨어는 생산의 모든 단계를 추적하고, 실시간 데이터를 제공하며, 팀이 현장의 문제에 신속하게 대응할 수 있도록 지원합니다.

이 글에서는 제조 실행 시스템(MES)이 공장에서 어떻게 작동하는지, 그리고 AI와 컴퓨터 비전 같은 기술이 이를 더 스마트하고 빠르며 안정적으로 만드는 방법을 살펴보겠습니다. 시작하겠습니다!

제조 실행 시스템(MES)이란 무엇인가요?#

MES 생산 소프트웨어는 공장 현장의 생산을 관리하고 모니터링합니다. 전사적 자원 관리(ERP) 시스템과 같은 엔터프라이즈 솔루션을 실시간 제조 운영과 연결합니다.

ERP가 재고, 자재, 일정을 계획하는 반면 MES는 실행에 집중합니다. MES는 기계와 작업자에게 지침을 전달하고, 생산 데이터를 수집하며, 각 단계가 진행되는 대로 추적합니다. 이를 통해 제조업체는 지연을 파악하고 품질을 추적하며 더 신속하게 의사 결정을 내릴 수 있습니다.

예를 들어 제약 및 항공우주와 같은 산업에서 MES는 배치, 장비 설정, 작업자 입력을 추적하는 데 도움을 줍니다. 따라서 문제가 발생할 경우 생산의 모든 단계를 더 쉽게 추적할 수 있습니다.

MES와 ERP 시스템의 관계#

MES와 ERP 시스템은 연결되어 있을 때 가장 효과적으로 작동합니다. 자원 계획 ERP 시스템을 재고, 주문, 재무와 같은 고수준 계획을 처리하는 운영의 두뇌라고 생각할 수 있습니다. MES 생산 소프트웨어는 생산 프로세스, 장비 모니터링, 품질 검사와 같은 현장의 실시간 활동을 관리하는 손과 같은 역할을 합니다.

두뇌와 손이 함께 작동하면 전체 시스템이 더욱 원활하게 운영됩니다. 두 시스템을 연결하면 계획과 실행 사이에 명확한 연계가 형성됩니다. 이를 통해 운영 전반의 협업이 개선되고 팀이 더 빠르고 정확한 정보를 바탕으로 의사 결정을 내릴 수 있습니다.

현대 제조업체에 MES가 중요한 이유는 무엇인가요?#

공장은 매일 맞춤형 주문, 주문 변경, 엄격한 품질 검사를 처리해야 합니다. MES 소프트웨어는 이러한 문제를 더 효과적으로 처리하기 위해 유연성을 유지하고 정확성을 보장하도록 설계되었습니다. 이러한 시스템은 팀에 현장의 명확한 상황을 제공하고 변화에 신속하게 대응할 수 있도록 합니다.

구체적으로 MES 기술은 실시간 추적을 제공하여 생산 프로세스에서 핵심적인 역할을 합니다. 기계 상태, 작업 주문, 자재 흐름을 모니터링합니다. 이를 통해 팀은 생산량에 영향을 미치기 전에 지연이나 문제를 감지할 수 있습니다.

또한 MES 시스템은 생산 전반에서 자재, 기계 설정, 작업을 추적하여 생명공학 및 의료 기기 제조와 같이 규제가 엄격하고 복잡한 산업에서 중요한 추적성을 확보할 수 있습니다. 이러한 실시간 데이터는 감사를 지원하고 규정 준수를 보장하며 일관된 제품 품질을 유지하는 데 도움이 됩니다.

시대에 따른 MES 표준#

스마트 팩토리라는 개념이 널리 알려지기 전에는 제조업체들이 서로 연결되지 않은 시스템에 의존하여 생산을 관리했습니다. 이로 인해 워크플로를 조정하고 추적성을 유지하며 실시간 인사이트에 액세스하기가 어려웠습니다. 운영이 더욱 데이터 중심으로 변화하면서 업계에는 MES 기술이 더 광범위한 생산 환경에 어떻게 적용되는지 정의하는 일관된 방식이 필요해졌습니다.

주요 이정표 중 하나는 1990년대 후반 ISA-95의 도입이었습니다. ISA-95는 MES 생산 소프트웨어를 ERP와 같은 엔터프라이즈 시스템과 현장 장비를 연결하는 시스템으로 정의했습니다. 이를 통해 MES가 생산 일정 수립, 재고 추적, 품질 관리와 같은 작업을 지원하는 방식이 표준화되었습니다.

그림 1. ISA-95는 제조 시스템 내 MES의 역할을 정의합니다. (출처)

시간이 지나면서 제조업의 요구 사항도 변화했습니다. 이제 기업은 더 나은 추적성, 실시간 데이터에 대한 빠른 액세스, 규정 준수와 효율성 목표를 모두 충족하는 시스템을 원합니다. 이러한 요구 사항은 오늘날의 MES 소프트웨어를 형성했으며, MES 소프트웨어는 이제 제조 자동화를 지원하고 공장이 스마트하고 연결된 환경으로 발전하도록 돕습니다.

핵심 제조 실행 시스템 기능#

다음은 생산 프로세스의 생산성, 추적성, 품질 향상과 관련된 몇 가지 필수 MES 소프트웨어 기능입니다.

• 자원 및 작업 주문 관리: MES는 기계, 도구, 작업자를 작업 주문에 할당하여 적절한 자원을 적시에 사용할 수 있도록 합니다. 이를 통해 유휴 시간을 줄이고 자원 계획 및 ERP 시스템과의 연계를 개선할 수 있습니다.
• 생산 모니터링 및 제어: MES는 기계 상태, 사이클 시간, 진행 상황을 실시간으로 추적합니다. 알림을 통해 팀이 지연이나 가동 중단에 신속하게 대응하여 생산 프로세스를 계획대로 유지할 수 있습니다.
• 추적성 및 계보 관리: MES는 로트 번호, 일련 데이터, 구성 요소 이력을 사용하여 각 부품의 이동 경로를 기록하고, 규정 준수 및 리콜 대비를 위한 완전한 감사 추적 기록을 생성합니다.
• 품질 관리: MES는 모든 단계에서 제품이 표준을 충족하는지 확인하기 위한 검사를 수행합니다. 검사 결과를 기록하고 문제를 표시하여 결함이 다음 단계로 넘어가는 것을 방지합니다.
• 재고 관리 및 자재 제어: MES는 원자재, 재공품, 완제품을 실시간으로 모니터링합니다. 필요한 부품이 준비되었는지 재확인하고 재고 관리 관행을 강화합니다.
• 유지보수, 인력 및 분석: MES는 기계 사용량과 작업자 성과를 추적하여 예측 유지보수를 지원하고 인력 효율성을 개선하며 더 나은 프로세스를 위한 인사이트를 제공합니다.

MES에 컴퓨터 비전과 AI 도입하기#

MES 제조 소프트웨어는 생산 데이터를 추적할 수 있지만 카메라의 시각적 입력을 분석하지는 못합니다. 장비의 마모나 조립 실수와 같은 중요한 세부 사항이 발견되지 않을 수 있습니다. 컴퓨터 비전은 이러한 인사이트 계층을 추가하여 수작업이나 센서 기반으로만 수행되던 작업의 제조 자동화를 지원할 수 있습니다.

제조 분야의 이미지 분석은 비전 AI 모델을 기반으로 합니다. Ultralytics YOLO11과 같은 컴퓨터 비전 모델은 비디오 프레임 전반에서 객체를 감지하고 추적하며 분류할 수 있습니다.

예를 들어 Ultralytics YOLO11은 결함을 발견하여 실시간 품질 검사를 지원하고, 제한 구역의 작업자를 감지하여 안전을 모니터링하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

다음은 생산 프로세스를 간소화하는 데 활용할 수 있는 Ultralytics YOLO11의 일부 컴퓨터 비전 작업을 자세히 살펴본 내용입니다.

• 객체 감지: 이 작업을 통해 MES는 생산 중 구성 요소나 도구를 감지하고, 올바른 위치에 있는지 확인하며, 조립 오류를 방지할 수 있습니다.
• 이미지 분류: 이 기능을 사용하면 항목을 합격 또는 불합격으로 분류하거나 제품 유형별로 분류할 수 있어 MES가 분류를 자동화하고 실시간 품질 관리 결정을 내릴 수 있습니다.
• 포즈 추정: 포즈 추정을 사용하여 사람이나 기계의 자세를 분석하면 안전 및 인체공학적 표준을 지원할 수 있으며, MES는 편차를 기록하고 잠재적 위험을 표시할 수 있습니다.
• 인스턴스 세그멘테이션: 항목이 겹치거나 서로 가까이 모여 있는 경우에도 이 작업을 통해 항목을 감지하고 세그멘테이션할 수 있습니다. 이를 통해 MES는 각 부품을 더 정확하게 추적하고 재고 관리를 개선할 수 있습니다.

그림 2. Ultralytics YOLO11은 창고에서 작업자를 감지하는 데 사용할 수 있습니다. (출처)

클라우드 MES로 현장 디지털화하기#

많은 제조업체가 수동 데이터 입력, 잘못된 의사소통, 느린 생산 프로세스와 같은 일상적인 문제를 해결하기 위해 클라우드 기반 제조 실행 시스템(MES)으로 전환하고 있습니다. 이러한 시스템은 기계, 사람, 데이터를 하나의 플랫폼으로 통합하여 팀이 더 효율적으로 작업하고 일관된 협업을 유지하도록 돕습니다.

클라우드 기반 MES를 사용하면 재고 관리, 품질 관리, 주문 업데이트와 같은 작업이 실시간으로 수행되며 모든 장치에서 액세스할 수 있습니다. 이를 통해 지연을 줄이고 오류를 낮추며 전반적인 운영을 더 쉽게 관리할 수 있습니다.

그림 3. 클라우드 기반 제조 실행 시스템의 예입니다. (출처)

클라우드 기반 MES 시스템의 또 다른 주요 이점은 자동화된 부품 검사 및 작업자 활동 모니터링과 같은 컴퓨터 비전 솔루션으로 기능을 강화할 수 있다는 점입니다.

앞서 살펴본 것처럼 Ultralytics YOLO11을 사용하면 구성 요소, 도구, 완제품과 같은 객체가 공장 현장을 이동할 때 이를 추적할 수 있습니다. 이러한 솔루션에서 얻은 인사이트는 워크플로 비효율을 식별하고, 물품의 잘못된 배치를 방지하며, 실시간 의사 결정을 지원하는 데 사용할 수 있습니다.

MES: 통합 및 스마트 팩토리 동향#

컴퓨터 비전과 클라우드 기반 시스템을 넘어 MES 기술은 전반적으로 더욱 스마트하고 연결된 형태로 발전하고 있으며, 자원 계획 ERP 시스템, 클라우드 도구, 사물 인터넷(IoT) 장치와 긴밀하게 통합되고 있습니다. 이러한 변화는 대응성을 직접적으로 향상시키며, 제조업체는 더 빠르게 데이터 기반 의사 결정을 내릴 수 있습니다.

예를 들어 주요 동향 중 하나는 엣지 컴퓨팅의 사용입니다. 이제 MES는 데이터를 클라우드로 전송하는 대신 현장에서 로컬로 처리할 수 있습니다. 이를 통해 실시간 데이터를 수집하고 처리하여 운영 상황을 더 잘 파악할 수 있습니다.

꾸준히 성장하고 있는 또 다른 분야는 디지털 트윈의 사용입니다. 디지털 트윈은 기계나 전체 시스템을 시뮬레이션하는 가상 모델입니다. 이를 사용하면 문제를 조기에 식별하고 실제 환경에서 발생하기 전에 개선 사항을 테스트할 수 있습니다.

그림 4. 스마트 제조 환경에서 함께 작동하는 MES 계층입니다. (출처)

핵심 요점#

MES 기술은 오늘날 공장의 핵심 요소가 되고 있습니다. 컴퓨터 비전 모델과 같은 최신 혁신 기술의 지원을 통해 MES 소프트웨어는 현장을 모니터링하고 문제를 조기에 발견하며 생산이 원활하게 진행되도록 하는 데 사용될 수 있습니다. MES 시스템이 계속 발전함에 따라 제조업체가 품질을 유지하고 일상적인 의사 결정을 더 현명하게 내릴 수 있도록 지원하는 역할은 더욱 커질 것으로 예상됩니다.

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