AI 기반 공정 조건 최적화 활용사례

본 사례는 다공정 제조사 프로핸즈(주입·사출, 김 제조, 인쇄, 포장재)와 함께 진행한 AI 공정 조건 최적화 프로젝트를 기반으로 정리했습니다. "조건 선택 오류"라는 손실의 진짜 원인을 데이터로 입증하고, 안전 운전 범위(SOR)를 자동으로 계산하는 시스템을 구축한 과정을 공유합니다.

왜 다공정 제조에 "조건 선택 오류"가 60%인가

이 회사는 주입(사출), 김 제조, 인쇄, 포장재 등 서로 다른 공정을 동시에 운영합니다. 분석 결과, 다음과 같은 구조적 문제가 드러났습니다.

핵심 컨셉 — "AI는 판단하지 않고, 선택지를 계산한다"

핵심 컨셉은 ABA AI-OPT(M) Overlay입니다. 운영 시스템 위에서 작동하는 Read-only 공정 분석·권고 시스템으로, PLC/SCADA(현장 제어 시스템)에 접속하지 않고 권고만 제공합니다. 안전성과 책임 소재가 명확합니다.

기술 방법론 — 4계층 구조

계층이름역할
L1RCA Overlay원인 구조 고정 — 불량 원인을 7단계로 추적
L2Process Mapper문제 구간 한정 — 위험 구간 자동 발견
L3Variable Analyzer영향 변수 분해 — 다변량 상관 분석 + 기여도 산출
L4Rule Engine + XAI위험 조건 조합 정의 — AI 의사결정 추적성 보장

Bayesian Optimization으로 SOR(Safe Operating Range, 안전 운전 범위) 산출: 단일 최적값이 아닌 안전 운전 범위(상한·하한·신뢰구간·회피영역)를 제시합니다. 소량 데이터(200~2,000 배치)에서도 작동합니다.

4가지 허들과 해결 과정

허들문제점해결
① 도메인 일반화 문제각 산업(주입·김 제조·인쇄·필름)의 엔티티·변수가 완전히 다름가설 기반 요구사항 정리 → 도메인 맥락 후조정. 주입1호기 860배치 데이터로 검증된 L2~L4 구조 확보
② 소량 데이터에서의 신뢰성PoC 단계에서 200~2,000개 배치 수준 데이터만 확보 가능Bayesian Optimization이 소량 데이터에 특화된 점 활용. 주입1호기 860배치(4개월) 데이터로 R² > 0.95 달성
③ MES 연동 복잡도운영 시스템·공급사별 스키마 상이MES Read-only Connector 표준화 (API/MCP 기반), MES 측 미팅을 통해 DB 테이블 확정
④ BPM vs RSM 내부 논쟁BPM 기반 RSM 구현(템플릿 복제·확장) vs RSM 순서 고정·도메인별 엔티티 차이로 단순 복제 불가, 두 의견 충돌BPM은 내부 제품용으로만 인정, 사업 수행 시 RSM 프로세스 우선

결과 — 주입1호기 실증 (860배치, 364,777개 생산)

분석 항목결과
불량 기여도 1위 변수MFI(g/10min), p-value = 6.34e-08
위험 규칙 도출10개 L4 규칙 (R1~R11)
가장 위험한 조합LOT변경직후 + 경과시간≤5분 → 불량률 38.1%
SOR (주입압력)82.78~106.5 bar
SOR (배럴온도 1존)190.78~214.2°C
SOR (금형온도)27.48~49.5°C
MFI 안전 범위18.4~24.0 g/10min (24 초과 LOT는 위험 분류)

시나리오별 개선 효과

지표기존개선비고
김 제조 불량률18.5%3%84% 감소
김 제조 최적 조건 도출 시간30~60분1~2분29배 단축
김 제조 시행착오 횟수5~10회1~2회80% 감소
인쇄 색상 편차 (Delta-E)3.51.557% 개선
포장재(PP 필름) 연간 LOSS 비용6.41억 원5.61억 원연 9,800만 원 절감

AX Flow와의 연결 — Govern · Structure · Execute 레이어

본 사례는 AX Flow의 4-Layer 운영 구조 중 GovernStructure 레이어의 역할이 가장 두드러진 사례입니다. Govern 레이어의 Read-only 원칙이 PLC·SCADA 직접 제어로 인한 사고 책임 부담을 차단하고, AI는 권고만 제공해 사람이 실행하는 거버넌스 구조를 확립했습니다. Structure 레이어는 RCA Overlay부터 Variable Analyzer까지 4계층(L1~L4) 도메인 온톨로지를 정의해, 김 제조·인쇄·포장재 등 공정이 달라도 같은 구조 위에서 분석을 재사용할 수 있게 했습니다. Execute 레이어의 Bayesian Optimization 모듈이 소량 데이터(860배치)에서도 SOR을 계산해 즉시 운영 가능한 규칙을 도출합니다.

해당 사례 시사점 3가지 — 공정 최적화

첫째, "제어 실패"가 아니라 "조건 선택 오류"가 손실의 본질입니다. 같은 설비, 같은 원료, 같은 작업자라도 조건 조합에 따라 불량률이 6배 이상 차이 납니다. 손실의 60%는 여기서 나옵니다.

둘째, "단일 최적값"이 아니라 "안전 운전 범위(SOR)"가 실용적입니다. 현장에서는 정확한 한 값이 아니라 "이 범위 안이면 안전하다"는 가이드라인이 즉시 쓸 수 있는 정보입니다.

셋째, Read-only가 책임 소재를 정리합니다. AI가 PLC를 직접 제어하면 사고 시 책임이 모호해집니다. 권고만 제공하고 실행은 사람이 하면, AI는 자유롭게 실험할 수 있습니다.

EBIT 2% 개선이 영업이익 30~50% 개선으로 직결됩니다. 공정 최적화는 "신기술 도입"이 아니라 "기존 손실의 회수"입니다.

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본 사례는 AX Flow Usecase 자료 p.4~6 (Case 3) 기반으로 작성되었습니다.

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