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재승 서
8 years ago
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1 October no.16 융합Weekly 발행일_ 발행처_융합연구정책센터 TIP 스마트팩토리 시장의 현황과 전망 류성한 융합연구정책센터 개요 (정의) 제조공장의 리소스(resource)를 최적화*해 사람에 의한 변동 요소를 최소화하고, 데이 터에 기반한 의사결정이 실시간으로 이행되는 제조 운영 환경의 공장(딜로이트, 15) * 리소스의 최적화란 공장을 구성하는 인적 물적 자원요소의 가용성을 극대화해 비가동 요인이 배제되어 운영되는 조건을 의미함 다양한 기술 간의 융합을 통해 향상된 소프트웨어 시스템, 높은 수준의 자동화 서비스, 지능 화된 인프라를 제공 - 스마트 그리드(Smart Grids), 스마트 빌딩(Smart Building), 스마트 모빌리티(Smart Mobility), 스마트 생산(Smart Products), 스마트 로지스틱(Smart Logistics)의 통합적 구축 스마트 팩토리는 원가절감 및 효율적 에너지 소비를 통해 제품 성능을 개선하며, 실시간 모니 터링을 통해 생산 효율성을 증대 - 스마트 팩토리의 요소 기술들은 에너지 효율적이고 높은 생산성을 가능하게 하며 결과적으로 제품 성능의 개선을 이끌어 냄 지능화 기술의 발전으로, 변동성 높은 시장환경에 제조기업들의 대응능력 강화가 요구됨 - 지능화 기술의 발전을 통해 예측 불가능한 실제 환경과 통제 가능한 디지털 환경 사이의 간격은 극적으로 좁아질 것임 - 글로벌 경쟁, 짧은 제품생명 주기, 요동하는 시장 수요 등에 대비해야 하는 제조 기업들의 경쟁력 강화에 일조 - 사람, 생산, 프로세스 측면에서 스마트 팩토리에 대한 니즈 확대 (사람) 효율적인 인력 관리, 노동자 안전 확보, 협업 확대 (생산) 시간 비용 절약 및 자원 낭비 감소, 생산 유연화, 지능화 및 최적화 (프로세스) 실시간 모니터링, 유통사슬관리, 선제적 진단, 설비 간 통합

비가동 요인이 배제되어 운영되는 조건을 의미함 다양한 기술 간의 융합을 통해 향상된 소프트웨어 시스템, 높은 수준의 자동화 서비스, 지능 화된 인프라를 제공 - 스마트 그리드(Smart Grids), 스마트 빌딩(Smart Building), 스마트 모빌리티(Smart Mobility), 스마트 생산(Smart Products), 스마트

2 2 시장 예측 스마트 팩토리의 개념은 오래되었으나 현실화 단계에 접어든 것은 최근으로 향후 5년이 본격적 인 변화의 시작점이 될 것으로 기대 - 현재 유럽을 중심으로 스마트 팩토리 설립을 위한 대규모 투자가 이루어지고 있으며 3, 4년 내에 실질 적 투자 효과를 획득할 수 있을 것으로 예상 북미 및 아시아 시장도 동일한 과정을 밟고 있음 생산 시스템의 역량 강화를 위해 현재 활용되고 있는 신기술들(예: 센서 기술, 초고속 레이 저, 증강현실, 3D 프린팅 등)은 스마트 팩토리 환경 하에서 더 큰 영향을 미칠 것임 주요 기반 기술 및 기업 무선 센서 네트워크(Wireless Sensor Networks) - 다양한 센서 기술(압력 센서, 자석 센서, 중력 센서, 터치 센서, 에너지 하베스팅 센서, 온도 센서 등) 의 통합을 통한 실시간 데이터 수집 - 센서들을 하나로 묶는 패키징과 함께 단일 센서에 여러 기능들을 추가하는기능적 통합이 함께 연구 개발 중 - (주요 기업) 1EnOcean GmbH(독일)은 에너지 하베스팅 기술을 통해 자가 발전이 가능한 센서 솔 루션을 개발했으며, 2Enlighted(미국)은 센서 유닛, 게이트웨이, 에너지 관리 시스템, 데이터 솔루 션 시스템의 4대 요소로 구성된 에너지 절감 플랫폼을 구축함 그림 1. Enlighted 社 의 에너지 관리 시스템 기계 간 통신(M2M Communication) - 생산 설비를 구성하는 하드웨어 및 소프트웨어 기술을 네트워크로 연결하여 실시간으로 모니터링 및 제어하고 데이터를 수집 - 모든 디바이스를 인터넷과 연결하여(Internet of Things) 고객들이 원하는 정보를 실시간으로 제공하 고 기계 간, 사람 간, 사람과 기계 간 데이터 흐름을 파악 - (주요 기업) 1Vodafone(영국)은 가정에 적용 가능한 스마트 그리드 용 M2M 시스템을 개발했으며, 2Cisco(미국)는 4G LTE 환경 하에서의 M2M 통신기술과 이를 활용한 스마트 그리드 전용 에너지 관리 시스템을 개발 ( 20년, 1.3B 통신 유닛 규모 예측)

센서 등) 의 통합을 통한 실시간 데이터 수집 - 센서들을 하나로 묶는 패키징과 함께 단일 센서에 여러 기능들을 추가하는기능적 통합이 함께 연구 개발 중 - (주요 기업) 1EnOcean GmbH(독일)은 에너지 하베스팅 기술을 통해 자가 발전이 가능한 센서 솔 루션을 개발했으며, 2Enlighted(미국)은 센서 유닛, 게이트웨이, 에너지 관리 시스템,

3 3 그림 2. 사물인터넷 개념도 (출처: idisrupted.com) 클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing) - 가상의 대규모 네트워크와의 연결을 통해 데이터 저장, 소프트웨어 실행 등을 가능케 하는 컴퓨팅 모 델로 데이터 관리 비용 절감과 집중화된 시스템 관리가 가능 - 적용 규모에 따라 소프트웨어(Software as a Service, SaaS), 플랫폼(Platform as a Service, PaaS), 인프라(Infrastructure as a Service, IaaS) 등으로 확대 - (주요 기업) 1Google, Microsoft 등은 다중 기기(PC, 태블릿, 모바일 등) 환경하에서 안정적이고 보완이 강화된 대용량 클라우드 컴퓨팅 서비스를 제공하고 있으며, 2Porticor(미국)은 클라우드 컴 퓨팅 보완 강화를 위해 Virtual Key 관리 서비스 제공 그림 3. Porticor 社 의 Virtual Key 관리 시스템 (출처: Parity Research) 빅데이터 분석(Big Data and Analytics) - 웹서버 로그 등에서 추출된 대규모의 비선형 데이터에서 유의미한 패턴, 상관관계, 정보를 추출하는 기술 - 진보된 데이터 저장 시스템 및 분석 툴(예: Hadoop)을 통해 대용량 데이터 처리를 위한 원가 및 시간 절감 가능 - (주요 기업) 1Teradata(미국)의 Aster platform은 다양한 분석 툴 조합을 제공하고 있으며, 2Tamr(미국)는 최첨단 알고리즘으로 개선된 검색 인덱스 툴 개발

Service, PaaS), 인프라(Infrastructure as a Service, IaaS) 등으로 확대 - (주요 기업) 1Google, Microsoft 등은 다중 기기(PC, 태블릿, 모바일 등) 환경하에서 안정적이고 보완이 강화된 대용량 클라우드 컴퓨팅 서비스를 제공하고 있으며, 2Porticor(미국)은 클라우드 컴 퓨팅

4 4 그림 4. Teradata 社 의 Aster Platform 구성 (출처: Teradata.com) 3D 프린팅(Three Dimensional Printing) - 연속적인 계층(layer)의 물질을 적층하여 3차원의 물체를 만들어내는 제조 기술로 컴퓨터를 통해 조작 되기 때문에 만들 수 있는 형태가 다양 - 다양한 제품 및 부품 프로토타입을 빠르고 손쉽게 만들 수 있기 때문에 신제품 개발에 필요한 시간이 절약되고 원가 절감 가능 - (주요 기업) 1Stratasys(미국)은 나일론 재질로 제작이 가능한 3D프린팅 시스템인 Fortus 3D Production Systems을 개발하였으며, 2EnvisionTEC(독일)은 디지털 광( 光 ) 프로세싱 기반의 3D 프린터 개발 그림 5. Stratasys 社 의 Fortus 3D Production Systems (출처: proto3000.com) 해외 주요국의 투자 현황 (미국) 국가 공공기관 주도로 다양한 연구개발 프로그램을 추진 중 - 상무부(Department of Commerce)와 국립표준기술원(National Institute of Standard and Technology)은 스마트 제조기술 개발을 위한 프로그램* 추진 * Operations Planning and Control Program (Smart Manufacturing)

개발에 필요한 시간이 절약되고 원가 절감 가능 - (주요 기업) 1Stratasys(미국)은 나일론 재질로 제작이 가능한 3D프린팅 시스템인 Fortus 3D Production Systems을 개발하였으며, 2EnvisionTEC(독일)은 디지털 광( 光 ) 프로세싱 기반의 3D 프린터 개발 그림 5.

5 5 - 에너지부(Department of Energy) 주도로 80억달러 규모(약 90개 프로젝트) 의 스마트 그리드 연구 개발 프로그램*을 운영 * Smart Grid Investment Grant (SGIG) - 미 정부 주도로 900억달러 규모의 신재생에너지 개발 프로그램(에너지 효율성 개선, 전기차 및 배터리 개발, 초고속 철도, 인력 양성 등) 운영 (EU) 유럽연합에서 스마트팩토리에 대한 통합적인 프로그램 및 개발 계획을 마련하고, 각국 에서 주요 기술개발에 주력 중 - 유럽경제회복계획(European Economic Recovery Plan)에 따라 스마트 팩토리(Factories of Future) 연구개발을 위한 민관 파트너십( 08년)을 체결하고 FP7*을 통해 실행 * 7th EU Framework Programme for Research - EU 집행위원회에서 1.2억유로 규모의 Call for factories of the future 프로그램( 14년) 런칭 (프로세스 최적화, 에너지 효율성 증대, 제조시스템 지능화 등) - (독일) High-Tech Strategy initiative 2020 을 런칭( 06년)하고 신개념 이동수단, 보안 및 커뮤 니케이션, 기후 및 에너지, 사물 인터넷(Internet of Things) 등의 분야에 40억유로를 투입 특허 동향 마이크로소프트, 에릭손, 퀄컴, 인텔 등의 글로벌 기업들은 R&D, 인수합병, 라이센싱 등을 통해 공격적으로 스마트 팩토리 관련 특허들을 확보 - 향후 지적 재산권 관련 분쟁이 빈번하게 발생할 것으로 예상되나, 라이센싱과 활발한 특허 인수 등을 통해 안정화될 수 있을 것으로 보임 상대적으로 소규모의 기업들은 빅데이터, 증강현실, 로보틱스 등의 틈새 분야특허 확보를 위해 노력 중 그림 6. 스마트 팩토리 관련 특허 보유 현황 (출처: Frost & Sullivan) 지역별 특허성과 현황 - (미국) 무선 센서 네트워크(467개), 클라우드 컴퓨팅(421개), M2M(115개), 3D 프린팅(45개) 순으 로 특허 활동이 활발( 14년)

Framework Programme for Research - EU 집행위원회에서 1.

6 6 - (EU) 대부분 분야의 특허 활동들이 13년에 최고치를 기록하고 14년에 하향 무선 센서 네트워크 ( 12년 172개, 13년 172개, 14년 109개), 클라우드 컴퓨팅( 12년 49개, 13년 106 개, 14년 63개) 등 - (아시아) 12년과 13년 무선 센서 및 클라우드 컴퓨팅 관련 특허 활동들이 폭발적으로 증가하였다가 14년에 급감 무선 센서 네트워크 ( 12년 1,452개, 13년 1,075개, 14년 187개), 클라우드 컴퓨팅( 12년 812개, 13년 184개, 14년 19개) 등 기대 요인 및 한계점 스마트팩토리는 기술 발전에 따라, 더 효율적이고 안전한 운영이 가능해질 것으로 예상되며, 다음과 같은 기대효과가 예상됨 - (경제적 지속성) 스마트 팩토리의 요소 기술들은 환경 보호와 이를 통한 지속가능한 발전에 핵심적 역할을 할 것으로 기대 - (유연성) 개별 고객의 요구를 반영하여 개인화된 신제품 개발이 가능하도록 하는 무궁무진한 기회를 제공 - (안정성) 센서 네트워크를 통한 실시간 모니터링 시스템은 제품의 질 향상을 물론 운영 시스템 및 사업 전반의 안정성을 강화함 - (효과성) 에너지의 활용 수준을 모니터링하고 신재생 에너지 활용이 가능해짐에 따라 보다 효율적인 제 품 생산이 가능하여 원가 절감이 가능 - (기술 발전) M2M 통신, 클라우드 컴퓨팅, 센서 네트워크 등 스마트 팩토리를 구성하는기술들은 향후 그 발전 속도가 상당할 것으로 기대됨 참고문헌 상용화 초기단계로 아직 경제적 사회적 문제에 대한 정책이 수립되지 않아, 많은 부분에서 개선이 필요함 - (초기 투자) 초기 세팅을 위해서는 상당한 규모의 토지와 높은 설치 비용이 필요하며 센서 등의 기술 세팅에도 많은 예산이 필요함 - (산업 간 협조 부재) 스마트 팩토리 구축은 기계, 전자, IT 등 다양한 산업간의 협업을 통해서만 가능 하지만 산업 내 기업들 간의 경쟁 구도로 협업이 이루어지기 어려움 - (고용 축소) 스마트 팩토리의 발전된 기술은 숙련된 노동자의 역할을 대신하게 되므로 노동 비용의 절감 효과가 있지만 고용 축소에 따른 부작용 발생이 가능 - (높은 운영 비용) 스마트 팩토리의 운영을 위해 다양한 소프트웨어의 활용이 필요하고 이를 위한 고 비용의 라이센싱 비용 지불이 발생하게 될 것으로 예상 - (보안 문제) 협력업체 등과 다양한 유형의 데이터를 공유하게 되나 표준화되지 않은 데이터는 보안의 위험성을 내포하고 있으므로, 표준화를 통한 효과적인 프라이버시 및 보안 솔루션 마련이 필요함 - (에너지 효율문제) 정부와 환경단체들의 압력으로 에너지 소비를 절감하고 환경적 영향력을 최소화 하는 방안이 필요함 Deloitte Anjin Review (2015), 유연 생산 체계를 구현하는 Smart Factory: 생산 전략의 효과적 운용 방안 Frost & Sullivan (2014), Technology Convergence Enabling Smart Factories (Technical Insights): Factories with Advanced Intelligent Capabilities 한국정보화진흥원 (2014), 인더스트리 4.0과 제조업 창조경제 전략