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1 중소 중견기업 기술로드맵 Technology Roadmap for SME - 스마트팩토리 -

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3 CONTENTS 전략분야 스마트팩토리 1. 개요 1 2. 국내외 정책동향 7 3. 산업이슈 및 동향 시장동향 및 전망 기술동향 및 이슈 중소기업 시장대응전략 중소기업 전략제품 29 전략제품 스마트 제조 애플리케이션 1. 개요 산업환경분석 시장환경분석 기술환경분석 중소기업 환경 기술로드맵 기획 78 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 1. 개요 산업환경분석 시장환경분석 기술환경분석 중소기업 환경 기술로드맵 기획 132

4 스마트 제조 CPS 1. 개요 산업환경분석 시장환경분석 기술환경분석 중소기업 환경 기술로드맵 기획 178 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 1. 개요 산업환경분석 시장환경분석 기술환경분석 중소기업 환경 기술로드맵 기획 219 스마트 제조 홀로그램 1. 개요 산업환경분석 시장환경분석 기술환경분석 중소기업 환경 기술로드맵 기획 258 3D 프린팅 제조 시스템 1. 개요 산업환경분석 시장환경분석 기술환경분석 중소기업 환경 기술로드맵 기획 307

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6 전략분야 현황분석 스마트팩토리

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8 전략분야현황분석 스마트팩토리 1. 개요 가. 정의 스마트팩토리 (Smart Factory) 란제품의기획. 설계, 생산, 유통, 판매등전과정을 IT 기술로 통합, 최소비용및시간으로고객맞춤형제품을생산하는공장을의미함 제조업위상강화, 고급인재유치, 양질의일자리창출등을지향하는스마트팩토리는생산공 정, 조달물류, 서비스까지통합이목표임 생산성향상, 에너지절감, 안전한생산환경을구현하고, 다품종복합생산이가능한유연한생 산체계구축가능 IoT(Internet of Things), CPS 를기반으로제조全단계가자동화 정보화되고전후방산업전 체가하나의공장처럼실시간연동되어서비스되는시스템임 과거에는하나의공장에서대량생산을위해공장자동화 (Factory Automation) 를구축하였지만, 스마트팩토리는모든공장을하나의공장이움직이는것과같이상호연동되어움직이며, 제 4 차산업혁명으로불리고있음 제4차산업혁명은독일제조업이직면한사회, 기술, 경제, 생태, 정치부문의변화에 ICT를접목해총력적으로대응하겠다는전략으로, 사물인터넷 (IoT: Internet of Things) 과기업용소프트웨어, 위치정보, 보안, 클라우드, 빅데이터, 가상현실등 ICT 관련기술들을적극활용하는스마트팩토리를목표로함 1

9 스마트팩토리 [ 스마트팩토리의제조단계별모습 ] 단계기획 설계생산유통 판매 모습 가상공간에서제품성능을제작전에시뮬레이션함으로써제작기간단축및소비자요구맞춤형제품개발 설비 - 자재 - 관리시스템간실시간정보교환으로 1 개공장에서다양한제품생산및에너지 설비효율제고 생산현황에맞춘실시간자동수 발주로재고비용이획기적으로감소하고품질, 물류등전분야에서협력가능 * 출처 : 스마트공장의글로벌추진동향과한국의표준화대응전략 * 출처 : KEIT PD( ) 스마트팩토리기술동향 [ 기술변화에따른산업혁명의 4 단계 ] 스마트팩토리가구현되면각공장에서수집된수많은데이터를기반으로분석하고, 의사결정하는데이터기반의공장운영 (Data Driven Operation) 체계를갖춤으로써생산현장에서발생하는현상, 문제들의상관관계를얻어낼수있으며원인을알수없었던돌발장애 품질불량등의원인을알아내고해결할수있게됨 뿐만아니라숙련공들의경험즉, 암묵지에머물러있던노하우를축적해형식지화함으로써누 구나쉽게활용할수도있고, 현장에서발생하는돌발상황들이모니터링되어비숙련자도대 응할수있도록원격지에서가이드를해줄수있게됨 2

10 전략분야 현황분석 *출처 : 생산성 높이고 불량 잡는 스마트팩토리 (테크M, 도강호) [ 스마트팩토리 구성 ] 스마트팩토리는 전통 제조 산업에 ICT를 결합하여 개별공장의 설비와 공정이 지능화되어 서로 연결되고, 모든 생산정보의 지식이 실시간으로 공유, 활용되어 최적화된 생산운영이 가능한 공 장인 동시에 이러한 개념의 확장을 통해 상ㆍ하위 공장들과 연결되어 협업적 운영이 지속될 수 있는 생산체계를 갖춘 공장임 *출처 : Roland Berger Strategy Consultants, INDUSTRY 4.0 :The new industrial revolution How Europe will succeed, [ 미래 스마트팩토리 모습 ] 3

11 스마트팩토리 나. 범위및분류 (1) 범위 스마트팩토리분야는크게애플리케이션, 플랫폼, 디바이스로구분할수있음 애플리케이션 : 스마트팩토리 IT 솔루션의최상의소프트웨어시스템으로MES, ERP, PLM, SCM 등의플랫폼상에서각종제조실행을수행하며, 디바이스에의해수집된데이터를가시화하고분석할수있는시스템 애플리케이션구성은공정설계, 제조실행분석, 품질분석, 설비보전, 안전 / 증감작업, 유통 / 조달 / 고객대응등이있음 플랫폼 : 스마트팩토리 IT 솔루션의하위디바이스에서입수한정보를최상위애플리케이션에전달역할을하는중간소프트웨어시스템 디바이스에의해수집된데이터를분석하고, 모델링및가상물리시뮬레이션을통해최적화정보제공, 각종생산프로세스를제어 / 관리하여상위애플리케이션과연계할수있는시스템으로구성, 생산빅데이터애널리틱스, 사이버물리기술, 클라우드기술, Factory-Thing 자원관리등이있음 디바이스 : 스마트팩토리 IT 솔루션의최하위하드웨어시스템, 공장의모든기초정보를감지및제어하는단계로컨트롤기술, 네트워크기술, 센싱기술등이있음 스마트센서를통해위치, 환경및에너지감지하고로봇을통해작업자및공작물의위치를인식하여데이터를플랫폼으로전송할수있는시스템으로구성되어있음 [ 스마트팩토리주요제품분류 ] 대분류중분류세부제품 스마트제조시스템 애플리케이션 플랫폼 디바이스 MES(Manufacturing Execution System) ERP(Enterprise Resource Planning) PLM(Product Lifecycle Management) SCM(Supply Chain Management) 생산빅데이터애널리틱스 사이버물리기술 클라우드 Factory-Thing 자원관리 컴포넌트컨트롤러 로봇 센서 4

12 전략분야 현황분석 또한, 스마트팩토리는 생산과 관련된 환경정보를 감지하고, 감지된 정보를 분석하고 판단, 그리 고 판단된 결과를 생산현장에 반영/실행하는 3단계로 구성됨 감지 : 고객요구사항, 제품수명 등 시장 환경과 생산조건, 실적정보, 재고현황 등의 제품 환경, 그 리고 생산 장비, 인력운용 등의 생산 환경까지 관련된 모든 다양한 정보들을 수집하는 기능 판단 : 생산 환경 정보와 생산 전략의 변화를 바탕으로 사전에 분석하고 정의된 기준에 따라 생산 환경 및 전략을 수정하는 것을 결정하는 기능 실행 : 판단결과가 실시간으로 생산환경에 적용되기 위하여 네트워크를 통한 제어 및 생산 전략 변경을 수행하는 기능 제조업 주기에 맞춘 스마트 제조기술별 구성요소로는 서비스 제품(소비자 요구를 반영한 맞춤 형 설계 생산, 개인맞춤형 서비스 및 비즈니스 창출이 가능한 기술개발), 생산공정(제조공정의 가상화, 제조설비-시스템간 연동 등을 통한 최적화 생산 제어 및 에너지 절감 기술개발), 네트 워크 연결 디바이스(제조공정 디바이스간 자율협업, 공장-설비-제품-소비자의 네트워크 연결 및 통합관리가 가능한 기술개발)로 구분할 수 있음 [ 스마트팩토리 제조기술별 구성요소 ] 서비스 제품 생산공정 네트워크 연결 디바이스 기술개발 빅데이터, 클라우드, 홀로그램 등 소비자 맞춤형 가상 제조, 소비자 요구 및 트랜드 분석 등 홀로그램, CPS, 에너지절감, 3D프린팅 등 실감형 제품 가시화, 마이크로 팩토리 공정 기술 등 공정적용 소비자 수요분석 및 제품 디자인단계에서 빅데이터 분석을 활용하고 제품의 서비스화 구현에 적용 스마트 공장 제품 설계 및 공장설비 단계에서, 가상 시제품 제작, 설비 공정 및 제조 등에 활용 스마트 공장 자동화 설비, 지능형 로봇, 자율 공정시스템 등에 복합센서 연결 및 데이터 수집 및 제어 등에 활용 적용제품 스마트 자동차, 착용형 스마트 기기 등 스마트 에너지 소비 네트워크, FEMS 등 스마트 컨트롤러 등 스마트센서, 3D프린팅 스마트 복합센서, 3D프린터 IoT, 등 IoT플랫폼, 등 *출처 : 제7차 무역투자진흥회의[제조업 혁신3.0] 전략 실행대책, 창조경제 구현을 위한 제조업의 스마트 혁신 추진방안 5

13 스마트팩토리 (2) 분류 스마트팩토리의분류는산업기술분류표 1) 상에서지식서비스, 기계 소재, 전기 전자산업기술에포함되며, 생산공정모델링 / 시뮬레이션, 자동화관련계측 / 센서기술, 디스플레이제조장비가포함 산업기술중분류를기준으로생산공정모델링 / 시뮬레이션은연구개발 / 엔지니어링서비스로분류할수있으며, 자동화관련계측 / 센서기술은로봇 / 자동화기계로, 디스플레이제조장비는디스플레이로분류 [ 스마트팩토리분야산업기술분류 ] 구분산업기술 _ 대분류산업기술 _ 중분류산업기술 _ 소분류 지식서비스연구개발 / 엔지니어링서비스생산공정모델링 / 시뮬레이션 스마트팩토리 기계 소재로봇 / 자동화기계자동화관련계측 / 센서기술 전기 전자디스플레이디스플레이제조장비 1) 산업기술혁신사업공통운영요령 ( 시행 ) 제 16 조 ( 산업기술분류체계 ) 1 장관은사업의기획 평가 관리에관한업무를효율적으로추진하기위해산업기술분류체계를수립하여활용할수있음. 2 산업기술분류체계는규정에의하여산업통상자원부등에서기획, 평가, 관리에활용하는체계임 6

14 전략분야 현황분석 2. 국내외 정책동향 미국, 독일, 일본 등 주요 제조 선진국뿐만 아니라 중국 등 신흥국들도 제조업의 중요성에 주목하고 제조업의 성장활력 제고, 고용창출, 무역수지 개선 등을 위해 ICT를 활용한 제조업 경 쟁력 강화정책을 수립하고 추진하고 있음 독일 : 신흥국의 원가경쟁력을 통한 추격, 선진국의 기술 추격에 대응해 제조업의 주도권을 지 속하기 위해 한 단계 앞서 나가는 4차 산업혁명(Industrie 4.0)을 구상 국가 하이테크 비전 2020의 액션 플랜에 Industrie 4.0을 2012년에 편입하고 2.5억 유로를 투 입, 사물인터넷과(IoT) 스마트팩토리 등을 통해 제품개발, 생산제조, 유통, 서비스 등 제조업의 모 든 공정을 최적화하여 산업 생산성 30% 향상을 목표 ICT를 생산공정에 접목한 Industrie 4.0 을 통해 4차 산업혁명을 선도한다는 계획 (1차) 기계화(1784~), (2차) 대량생산(1870~), (3차) 자동화(1969~) 사물인터넷 기반 가상ㆍ현실 통합시스템(CPS) 플랫폼으로 全제조공정의 유연化ㆍ네트워크化 미국 : 글로벌 금융위기 이후 첨단 제조업이 국가 경쟁력의 근간으로 인식하고 인력양성ㆍR&D 투자 확대 등의 정책 추진 2009년부터 Remaking America 를 슬로건으로 국가 첨단 제조방식 전략계획(2012.2) 등 제조 업 부흥정책을 강력 추진 새로운 산업플랫폼 형성을 위한 대학의 기초연구 강화 및 기업연구개발 투자 장려 정책과 세계 최 고수준의 ITㆍSW 기술을 바탕으로 제조업의 국내복귀(reshoring) 및 경쟁력 제고를 통한 제조업 르네상스 운동을 전개 ICT 기술우위를 토대로 제조업의 부흥 도모 세계 소프트웨어 생산 80%, 초고성능 컴퓨터시스템 53% 점유 제조공정의 디지털化ㆍ연결성 강화 및 빅데이터 등 新분석기법 부상으로 미국 제조업의 경쟁력 상 승 제조경쟁력 강화를 위하여 산학연 협력 R&D, 제조설비 인프라 공유를 통한 첨단 제조 파트너쉽 (AMP) 을 11년부터 추진 국가과학기술위원회(NSTC)가 첨단제조업 국가전략계획 및 연방정부차원의 지원전략을 12년에 발표하여 지원 산업계, 학계, 정부가 공동으로 제조혁신네트워크(NNMI) 를 구축하여 혁신 가속화 및 제조 기술 의 상용화 지원을 13년부터 10년간 10억 달러 투자 및 45개 기관의 참여를 목표로 추진 세계에서 가장 혁신적인 경제 국가 지위 유지와 당면한 국가적 과제 해결을 목표로 하는 신 미국 혁신전략(New Strategy for American Innovation) 을 15년에 발표하고 첨단 제조업 등 9대 전 략 분야에 대한 적극적인 투자 강조 7

15 스마트팩토리 일본 : 디플레이션탈피와경제재건을위해아베노믹스 3대전략의하나로서 산업재흥플랜 (2013.6) 에기반을둔과학기술혁신정책전개 기존에발표된신성장전략 (2010), 일본재생전략 (2012) 등과달리문제점해결을위한세부전략을제시하고구체적인목표를제시 첨단설비투자촉진과과학기술혁신추진을핵심과제로선정하고제조업경쟁력강화를위한설비투자지원, 도전적 R&D 투자강화등을통해향후 5년이내에기술력순위를 1위 ( 현재 5위 ) 로하는목표를제시 엔화약세정책과더불어산업재흥플랜에기반한산업구조혁신및설계생산기술 R&D 투자강화 ( 첨단설비투자촉진 및 과학기술혁신추진 을핵심과제로선정 ) 중국 : 제조업의특정분야가아닌제조업전체를아우르고 5년단위로수립된과거의규획들과달리 10년앞을내다본 중국제조 2025 규획을제정 앞으로 10년 ( 년) 안에전세계제조업 2부리그 에들어가고, 그다음 10년 ( 년 ) 엔 1부리그 진입뒤세번째 10년기간 ( 년) 에 1부리그의선두로발돋움하겠다는전략제시 제조업전반에대해톱다운방식의전략적대응과상황변화에유연한대응을할수있는전략과함께차세대 IT 기술, 첨단 CNC 공작기계및로봇등의 10대육성전략을세움 제12차 5개년계획內생산장비고도화및정보통신진흥계획을수립하고제조업미래투자본격화 ( 제조업개조및고도화, 전략적신성장산업육성등제조업경쟁력제고를최우선정책방향으로제시 ) 한국은제조업의창조경제구현을목표로제조업ㆍ IT 융합을통한생산현장, 제품, 지역생태 계를혁신하고성공사례를조기창출하여제조업전반으로확산하고자하는제조업혁신 3.0 전략을마련함 8 한국 : 제조업의창조경제구현을목표로 4 대추진방향, 13 대세부추진과제를중심으로제조 업혁신 3.0 전략수립 추진전략 스마트팩토리확산 창조경제신산업창출 지역산단스마트화 사업재편촉진혁신조성 [ 제조업혁신 3.0 전략 ] 년스마트팩토리 1 만개육성 - 8대스마트제조기술개발 - 고속수직이착률무인기 - 개인맞춤형건강관리시스템 - 극한환경용해양플랜트등 - 17 개지역산단혁신 - 생활문화기반구축 - 지역특화산업대기업주력분야연계 * 출처 : 산업통상자원부 (2015), 제조업혁신 3.0 전략추진과제 세부과제 - 스마트자동차등융합신제품인허가패스트트랙활성화및시범특구도입

16 전략분야 현황분석 스마트팩토리, 디지털화 등 신성장 산업과의 융합 지원 생산성 제고 및 작업환경 개선을 위한 연속공정 자동화, 제조로봇설비 지원 및 스마트팩토리 구축 확산 추진을 통한 뿌리기업 공정혁신 촉진 공정혁신 촉진을 위하여 IT솔루션 제공, 생산공정 디지털화 등 IT융합 첨단화 지원 정부는 민간과 공동으로 민관합동스마트공장추진단 을 설립해 적극적으로 스마트팩토리 보급 사업을 진행 추진단은 2020년까지 전체 중소 제조기업의 1/3에 해당하는 1만 개의 스마트팩토리를 보급한다 는 계획으로 중소기업을 지원 추진단이 진행하는 사업은 크게 세 가지로 보급 및 확산사업, R&D 지원 사업, 표준진단 서비스 등이 있으며, 보급사업을 통해 2015년 말까지 1,240개사의 스마트팩토리 구축을 지원하였고, 스 마트공장 R&D 로드맵 을 수립해 설계 자동화, 품질 고도화, SW통합운영, 개방형 산업 IoT 플랫폼 등 스마트공장 보급과 연계한 6대 R&D 과제를 진행함. 또한 민간의 자발적인 스마트공장 확산을 위해 표준 진단모델을 개발, 자발적 진단을 가능하게 하겠다는 계획임 * 출처 : 민관합동 스마트공장추진단 [ 스마트공장 개념 및 보급현황 ] 중소기업청에서는 유해 위험 작업공정의 원격장비 도입, IT 기반 공정 자동화 최적화 시스템 구축 등 생산현장 및 공정의 IT화를 통해 생산 효율성을 제고하고, 생산현황 디지털화를 추진 제조현장 디지털화를 위한 생산설비정보시스템(POP, MES, CAPP, PDM, RFID/USN) 개발 및 구 축을 지원하며, 제조 산업의 생산공정 IT결합, 기술융합 등 新생산기법의 확산을 지원 또한 R&D 역량이 취약한 소기업의 현장수요가 많은 제품 공정개선 분야 기술개발을 통해 기존 제 품의 품질향상 및 생산성 향상을 위하여 공정개선 기술개발을 지원 9

17 스마트팩토리 3. 산업이슈및동향 가. 산업이슈 스마트팩토리의필수기술인센서시장주목 2) 최근기존의단순센서에미세전자기계시스템 (MEMS), 시스템반도체, 소프트웨어가결합돼다기 능스마트센서로발전하고있고상당한수준의데이터처리와이를바탕으로상황판단까지 할수있게됨 프랑스시장조사기업욜 (Yole) 에의하면, 센서시장은앞으로도연간 21% 이상높은성장을예상하고있으며가속도센서, 지자기센서, 음향센서등 7~8개의센서가탑재됐던 1세대스마트폰에서지문인식센서, 온습도센서, 자이로센서, 제스처인식센서등 20여개이상의센서가적용되고있는최신스마트폰까지센서를통한각종제어와다양한서비스가가능해짐 사물인터넷 (IoT) 은센서시장이제 3 의퀀텀점프를하게하는패러다임이될것이며, 인터넷에 연결된모든사물에서정보를취득하고빅데이터기반의스마트팩토리등새로운서비스가실 현되는그핵심에스마트센서가자리할것으로많은사람들이전망하고있음 미국의 1 조센서서밋 에서는 IoT 뿐만아니라원격진료, 웨어러블기기등의신규산업의활성 화를통해앞으로 2030 년에이르면약 100 조개의센서가필요할것으로전망 이를대응하기위해서는센서가더욱초소형화및초저가화 (10 센트수준 ) 돼야한다고주장하 고, 현재반도체및 MEMS 기술에서도표준화를통한개발기간단축과저가격화등획기적인 발상의전환이이뤄지고추진이필요할것으로전망 산업인터넷 (IoT) 은기계 - 사람 - 데이터를서로연결시켜설비운영의효율화, 비용절감, 새로운 제품과서비스제공을가능케하는제조혁신의핵심으로부상 3) 제조업의경쟁원천이 제품 에서 플랫폼과생태계 로이동해감에따라 SW 경쟁력강화가제조 혁신의핵심 2) 이대성전자부품연구원스마트센서연구센터장, ) 지은희선임연구원, 소프트웨어정책연구소 10

18 전략분야현황분석 글로벌제조기업은대규모 SW 개발자채용, SW 스타트업에대한투자와 M&A 를통해 SW 역량 을강화하여점차소프트웨어기업으로변신중 세계금융위기이후제조산업이경제성장의엔진으로재조명되면서세계각국은앞다투어제 조업경쟁력강화를위한전략추진하고있음 미국은 리메이킹아메리카 라는슬로건을앞세워제조업부흥정책을추진하여최근에는 제조 업리쇼어링 현상가속화, 독일은사물인터넷 (IoT) 등을통해제조업의완전한자동생산체제와 생산과정의최적화를구축하는 Industry 4.0 추진 사물인터넷은우리일상생활뿐아니라산업영역에광범위하게확산되고있으며, 최근제조업혁신의핵심기술로산업인터넷 (Industrial IoT) 이부상하고있음. 산업인터넷(Industrial IoT) 은기계와인터넷이만나데이터를만들어내고생산성을높이며기계를사용하는인간이 의사결정 을하는데결정적역할을하는산업용 IoT로서, 미국의 GE는이를 산업인터넷 (Industrial Internet) 으로명명함 2015 년세계사물인터넷 (IoT) 시장은 2 조 7,114 억달러규모로 2018 년까지연평균 19% 이 상성장할전망이며, 제조부문 IoT 시장이전체의 22.5% 차지 제조업은센서가부착된기계장비에서생산 처리되는방대한양의데이터때문에, 사물인터넷 (IoT) 의영향을가장많이받을수있는산업영역 산업인터넷 (IoT) 은기계 사람 데이터를서로연결시켜기존설비나운영체계를최적화하고인텔 리전트의사결정을가능케하는차세대혁신으로지능형센서, 소프트웨어및분석솔루션이 제조혁신의원동력이되고있음 제조업의서비스화 ( 개방형제조서비스 ) 확산 4) 현재진행되고있는제조혁신은주로공장내부의스마트화에초점이맞춰지고있으나, 제조혁신은공장내부를뛰어넘어고객과의접점을형성하면서새로운부가가치를창출하고차별성과경쟁력을키우려는대표적인움직임을보이고있음. 즉제조 ( 제품 ) 의서비스화프로비스 (Provice, Product+Service) 라일컬음 4) 테크 M 강동식기자

19 스마트팩토리 제조업의서비스화가강조되는것은기업이보유한기존의경쟁우위를활용해더높은수준의 고객가치를제공할수있고, 이를통해차별화된독자적포지셔닝을구축하는데유리하기때문 이라고설명 또다양한부가서비스를제품과결합해차별화역량을강화할수있다는점에서순기능이크기 때문에서비스화추세가모든산업에걸쳐향후지속적으로그강도와범위가확산될것으로 예상 최근조금씩주목받고있는또다른움직임은스마트팩토리를통해스타트업등을위해제공하 는제품생산서비스 (FaaS, Factory as a Service) 를들수있음 한국전자통신연구원 (ETRI) 은최근개방형제조서비스 ( 스타트업또는중소기업이인터넷을통해 아이디어시제품제작을의뢰하거나신제품제작을의뢰하면, 스마트팩토리에서이제품을생 산하고이를온라인마켓플레이스를통해제품을고객에게전달하는개념 ) 를시작함 ETRI의개방형제조서비스는기능프로토타입및워킹프로토타입제작, 첫공장생산등소량생산을하는공장을통해하드웨어스타트업등을지원하는역할, 생산방식은가공과조립이포함된공정을운영하고, 웨어러블디바이스소형가전, IoT 단말등 ICT 기반제품을대상으로함 사전수립된생산계획에따라획일적인제품을일괄적으로생산하는기존생산공정을탈피, 사이버물리시스템을근간으로소규모생산모듈간의자율적인연동을통해개개인의요구를반 영한제품생산이가능한스마트팩토리의특성을활용 12

20 전략분야현황분석 나. 핵심플레이어동향 해외업체현황 전통적인전문분야를기반으로하드웨어는상위응용영역까지, 소프트웨어는 IoT, 클라우드등 을접목한신규비즈니스영역으로확장하는추세이며, 글로벌시장지배력을무기로하여글 로벌선도기업들의독점이점차강화되고있음 (Siemens) 생산설비, 제어시스템및산업용소프트웨어등거의모든산업분야의제조및공 정자동화솔루션을보유하고있으며자동화, 디지털화영역에핵심역량집중 (Rockwell Automation) 센서장비, 제어장비와같은하드웨어에서네트워크기술및소프트 웨어와같은인프라및응용프로그램까지산업전분야에걸친자동화와정보솔루션제공 (Mitsubishi Electric) 로봇, 제어기, PLC 등공장자동화와관련된다양한기기및제어솔루션 을보유하고있으며공장전체를커버하는패키지형솔루션으로확대 (Schneider Electric) 에너지관리분야글로벌기업으로빌딩자동화, 제어및전력모니터링 기술을바탕으로공장, 주택, 빌딩의에너지인프라와데이터및네트워크솔루션제공 (Honeywell) 자동화기기, 제어기기, 전자통신제조업체로대형전자장치에서소형온도조절기 까지다양한제품을공급하고있으며데이터처리시스템과산업용애플리케이션등소프트웨 어솔루션으로사업영역확대 (SAP) 시스템, 애플리케이션, 데이터처리등의 IT 기술을바탕으로 ERP 와같이기업의사업 운영및고객관계를관리하는기업용소프트웨어제공 (Oracle) 소프트웨어, 서버, 네트워크, 스토리지부문전문기업으로데이터베이스관리시스템, ERP, CRM 및공급망관리시스템인 SCM 소프트웨어제공 13

21 스마트팩토리 (AutoDesk) 건축, 엔지니어링, 건설, 제도등다양한분야의소프트웨어를제공하며클라우드 서비스, 캐드기반솔루션, 3D 솔루션보유 (Dassault Systemes) 3D 캐드, 3D 디지털목업, 기업간협업솔루션, 제조인텔리전스솔루 션, PLM 솔루션을자동차및항공등다양한제조기업에제공 (PTC) 3D 캐드기반의 PLM 및서비스관리솔루션을보유하고있으며엔지니어링분야의수 치해석기반솔루션제공 (Cisco) 네트워크전문기업으로스위치, 클라우드, 스토리지네트워킹, 라우터, 소프트웨어등 다양한통신관련제품을보유하고있으며엔터프라이즈네트워크서비스, 클라우드서비스, 통 합컴퓨팅서비스등을제공 [ 핵심플레이어현황 ] 해외업체국가현황 Bosch 미국 - 디젤엔진핵심부품인연료인젝터생산시 RFID 적용으로수십만가지제품사양을충 족하고실시간생산정보를고객사와공유해가치제고함 BMW 독일 - 신차출시에따라수시로변하는부품형상을 3D 프린트로제조하고, 비용절감및생산 성제고는물론다양한고객니즈에대응함 GM Siemens Wittenstein Nobilia 미국독일독일독일 - 신속프로토타입 (Rapid Prototyping) 프로그램을통해차량부품의사전조립시뮬레이션및성능검증등을수행함 년 2월인더스트리 4.0 전략에맞춰기계자동화와제조관련신기술투자에집중하기위해 1억달러규모의투자펀드를조성함 - 디지털화와 SW 경쟁력이중요함을인식하고클라우드기반 3D가상화 SW 기업 Lagoa, 사이버보안회사 Countertech 등에투자를강화함 - 자동화기기업체인 Wittenstein 은소음과오염배출을획기적으로줄인친환경도심형공장을운영 - 근거리출퇴근과함께생산중잔열을지역난방으로활용해지역사회에도공헌함 - 2개의공장에자동공정화시스템을도입하여, 생산공정은재료를부품에가공하는 전 ( 前 ) 공정 과부품을완성품에조립하는 후 ( 後 ) 공정 으로나누고각각의공정에고도의 ICT를접목해서활용함 - 2개의공장에서일하는 2,500명의종업원으로 13,000억원에가까운매상고를달성 ( 종업원당매출은 52,000만원 ) 하고있으며, 이는 Intel과생산액과거의비슷함 ) * 출처 : 인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 14

22 전략분야 현황분석 Nobilia의 자동 생산 방식은 스마트팩토리 프로세스를 도입하여 품질 유지와 생산 비용을 절감 하여 국제적인 가격 경쟁력을 유지하면서 세계 70개국을 대상으로 제품을 출하하고 있음 전(前)공정에서는 부품이나 용도마다 다른 조립용의 구멍 위치를 모두 오라클로 동작하는 데 이터웨어하우스로 관리함 후(後)공정에서는 가공이 완료된 부품에서 ERP MES가 주문마다 필요한 부품을 선정, 포장된 부품에 RFID 태그나 바코드를 부착. 이 과정에서 생산 공정과 ERP가 직결되어 각 부품마다 개별로 식별(모든 부품이 아이덴티티를 보유) 공장은 모든 과정에 걸쳐서 Automation SW PLC/NC가 동작하는 540대의 PC 컨트롤러로 자동 제어함 공장 전체의 하루 데이터 트랜잭션 수는 100만을 넘는데, 트랜잭션당 100밀리 세컨드 정도 의 시간에 처리하며, Nobilia는 자사의 이런 생산 방식을 Manufacturing by Wire 라고 지 칭함 *출처 : 인더스트리 4.0과 제조업 창조경제 전략 [ 스마트팩토리 모듈 생산 플랫폼(좌), DFKI 시멘틱 메모리 발전과정(우) ] 해외에서는 Fraunhofer 등 연구소를 중심으로 시스템 구축 기술개발이 진행 중임 연구기관 프로젝트명 주요내용 The Bremen Institute of Industrial Technology & Bremen University CyPros 스마트팩토리의 CPS 운용방식과 도구 개발 Fraunhofer KapaflexCy CPS를 활용한 유연한 생산시스템 구축 The Faculty of Electrical Engineering and Information Technologies & The Faculty of Electrical Engineering ProSense 인공지능시스템과 지능형 센서 기반의 생산관리 실현 The German Federal Ministry of Economics and technology Autonomik 통신(인터넷)기능, 상황감지 및 적응기능, 기기간의 상호작용이 가능한 스마트 툴 개발 15

23 스마트팩토리 국내업체현황 재고관리의효율화와물류 유통의혁신을위해 RFID 사업을활발하게추진했으나, 공정및공 급망전체에걸친 End-to-End 기술적용은미흡한수준임 국내제조기업의경우대기업을중심으로 ICT를적용하여제조현장을혁신하고자하는시도가일부진행되고있으나외산솔루션에대한의존도가높고, 국내기술로는한계가있는상황으로스마트팩토리에대한민간투자는이제막시작단계임 대기업관련 SI 기업들과중소제조기업에대한시스템구축기업이대부분인상황으로핵심요소기술은글로벌선도기업에게크게의존적인상황 생태기반이전체적으로취약한편이지만외산솔루션을도입하여시스템통합을하는 ICT 융복합경험은상대적으로풍부한편 (POSCO) RFID/GPS 기반물류체계를구축했으나협력업체들의비용부담으로인해전체협력업체로의확산은부족한상황이며스마트팩토리구축을위한 ICT 요소기술적용시도 ( 빅데이터를활용한제품불량및압연기고장사전예측, 냉연 열연코일, GPS, Bluetooth 및센서를활용한작업자안전관리, 공장신설및증설시가상현실을통한검증등 ) (LS 산전 ) 스마트팩토리시범사업을통해 PLC 기반의조립자동화라인을구축하여자동화수 준을 86% 에서 95% 까지끌어올렸으며, APS 적용을통해 SCM 을개선하고생산계획수립 및실적관리최적화 ( 현대기아차 ) 2019 년까지 5 년간 500 억원을대 중소기업협력재단출연하여 ICT 역량이부족 한중소협력사의공장스마트화적극추진 ( 삼성전자 ) 2015 년에경북창조경제혁신센터와함께경북지역에 100 개스마트팩토리구축을 시작으로 2017 년까지 400 개의스마트팩토리를육성할계획이며, 이를통해경북지역노후 제조설비의첨단화지원 (LG CNS) LG 그룹사및외부 IT 서비스및컨설팅서비스제공하고있으며, 특히 MES 와같 은소프트웨어나공정설계서비스와같이공장전반적인솔루션제공 16

24 전략분야현황분석 ( 삼성 SDS) 삼성그룹계열의 ICT 기업으로미라콤아이앤씨를인수하여 MES 뿐아니라설비자 동화, 공장모니터링, 제조품질관리, 생산스케줄링등다양한솔루션제공 ( 포스코 ICT) 철강분야시스템에공정별 IT 설계및구축을주로수행하였으며 MES 뿐만이아 니라 HMI, 전기제어, 설비등의역량보유 ( 에임시스템 ) 반도체, 태양광, 자동차 / 기계, 화학 / 전자재료등다양한분야의생산정보시스템을 구축하였으며공장 장비자동화를위한 MES 및제어솔루션을보유 ( 에이시에스 ) 실시간생산정보화를위한컨설팅및시스템통합을제공하며 MES 같은솔루션 부터 IoT 센서및디바이스까지공장전반에걸쳐하드웨어, 미들웨어및 IT 서비스를폭넓게 제공 ( 엑센솔루션 ) 자동차부품, 반도체, 중공업, 기계, 식품, 제약등다양한제조업을대상으로 MES Master Plan 컨설팅서비스및제조시스템구축서비스제공 17

25 스마트팩토리 [ 핵심 플레이어 분석 종합 ] 구분 스마트팩토리 주요내용 스마트 제조 애플리케이션 주요 제품/기술 공정설계 기술, 가상모델 데이터 공정설계, 생산운영 통합 기술, 실시간 생산정보 기반 가시화 분석 피드백 제어 기술, 절감 시스템 기술 센서 및 화상처리 기술 CPS 레이더센서 물체형상 인식센서 자기IC센서 자이로센서 압력센서 영상센서 광센서 바이오 메디컬센서 센싱 기술, 액추에이션 기술, DDS(차세대 실시간 통신 미들웨어), 실시간 미들웨어의 스케줄러 기술, QOS지원 실시간 통신 기술 분석 엔진 기술, 이력분석기술, 고급분석기술, 비정형데이터 전처리기술, 애드혹 분석기술 Real-Time Innovations. Inc, RTI, Prismtech IBM, HP, Microsoft TTECH Sqoop, Flume, Scribe, Chukwa Amazon, Redis, Netezza, MongoDB, HBase Google, Hadoop, Scope, HaLoop, IBM, SAS 보쉬, BI-Tech, TRW, SSI-Tech,Hella,발레오, Koyo, NSK Agilent, OmniVison, Toshiba, Sharp, Sony, Kodak, Micron, Mastusita, Nikon 빅데이터 분석 시스템 홀로그램 고분해능 3차원 이미징 기술 가변 및 시분해 특성을 이용한 계측 기술 고분해능 3차원 이미징 기술 가변 및 시분해 특성을 이용한 계측 기술 3D AG API Group PLC CFC JENOPTIK Microoptics Holographix LLC Zebra Imaging Holografika Leia display Systems RealView Imaging LTD 3D 프린팅 초고속 가공시스템, 고능률 복합 가공시스템, 다축/다기능 터닝시스템, 대형/다기능 가공시스템, 난삭재 가공공정 및 시스템 Stratasys, Object, 3D Systems, Beijing Tiertime, Z corp, Organovo, EnvisionTec, EOS, solidscape Bit From Bytes, MakerBot, PrintrBot, Cubify 두산인프라 코어 현대위아, 화천기계, SIMPAC, LS엠트론 세스코 AM Tech 한국정밀, 기흥기계, 엘엠에스, 동신프레스, 우진플라임. 해외기업 Rockwell, GE, PTC, CDS, Siemens PLM, ABB, Siemens, Schneider, lnvensys, SAP, Dessault Systems, Mitsubishi 국내기업 삼성전자 LS산전 두산인프라 코어 SK C&C 포스코 LG CNS 에임시스템 에이시에스 미디어텍 브로드컴 삼성전자, 매그나 칩, 한성엘컴텍 오토전자,신우 전자, 한국가스기기, 세주실업, 센텍코리아 케피코 SML전자 대성전기 한국항공우주산 업 삼성전자 ls산전 MDS 테크놀로지 다쏘시스템코리 아, 아프리소 삼성전자 다산네트웍스 KT 넥스알, 삼성테크윈, 일리시스, GRUTER 솔트룩스, 마인즈랩, 와이즈넛, Zoy Corporation 삼성전자 LG전자 KT YG 한교아이씨 중소기업 참여정도 중소기업 시장점유 정도 * 중소기업 참여정도와 점유율은 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도 (업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구분 (낮은 단계:,중간 단계(,, ) 높은 단계: ) 18

26 전략분야 현황분석 4. 시장동향 및 전망 가. 세계시장 스마트팩토리의 세계시장 규모는 2015년 1,937억 달러에서 2020년까지 2,845억 달러의 경 제적 가치를 창출할 전망 [ 스마트팩토리 세계 시장규모 및 전망(2015~2020) ] (단위 : 십억달러, %) CAGR ( 13~15) 디바이스 % ICT % % 구분 공급 산업 수요산업 *출처 : Markets and Markets, 2013을 활용한 잠정치 (아시아 시장) 높은 ICT 시장 점유율은 대부분 중국에 기인한 것이며, 중국은 스마트팩토리 확 대 정책으로 2016년 유럽, 2019년 미주시장을 추월할 것으로 예상 [ 지역별 스마트팩토리 ICT 시장규모 및 전망(2012~2018) ] (단위 : 십억달러, %) 구분 CAGR 미주 % 유럽 % 아시아 % 중동 % 합계 % *출처 : Markets and Markets, 년 FA(공장 자동화) 기기 시스템 세계 시장 규모는 23조 3,200억원 이었으며, 2020년에 는 45조 2,100억원이 될 전망 [ FA 분야별 세계 시장 전문 ] (단위 : 억원) 구분 2014년 2020년 FA 기기 시스템 233, ,100 지능형 생산 시스템 20, ,000 지능 컨트롤러 4,000 7,900 지능형 제조 장치 센서 16,900 89,900 *출처 : 일본 후지경제 19

27 스마트팩토리 나. 국내시장 스마트팩토리의국내시장규모는 2015 년 32.1 억달러에서 2020 년까지 54.7 억달러의경제 적가치를창출할전망 [ 스마트팩토리의국내시장규모및전망 ] ( 단위 : 십억달러, %) 구분 CAGR ('13~'15) 국내시장 % * 출처 : MarketsandMarkets Analysis, 2013 를기반으로추정 [ 국내스마트팩토리시장 (2011~2018) ] ( 단위 : 십억달러, %) 구분 CAGR (%) 필드디바이스 % ICT % 합계 % * 출처 : MarketsandMarkets Analysis, 2013 제조업이국민총생산에서차지하는부가가치비율이가장높은국가는중국 (31%) 이며, 다음 으로높은국가는한국 (28%) 으로나타남 * 출처 : FA 저널 [ Manufacturing value added as percentage of Gross Domestic Product, 2012 ] 20

28 전략분야현황분석 5. 기술동향및이슈 글로벌기업들은시장예측, 인식, 통신, 제어등에대한핵심 ICT 기술을생산현장적용하여 제조방식을혁신하는한편, 신산업개척추진중 센서, 빅데이터등스마트제조기술이 선진기업 중심으로확산중이며, 특히실시간시장소통 을위한 IoT 와클라우드기술의급격한확산진행 스마트공장관련요소기술수준평가결과최고기술국대비아직은약 70% 수준 요소기술 차세대유무선통신네트워크 (5G) [ 스마트팩토리관련요소기술수준평가 ] 최고기술국 한국기술수준 (%) 최고기술국과-한국기술격차 ( 년 ) 증감 2014 증감 미국 지식기반빅데이터활용미국 데이터분산처리시스템미국 가상ㆍ증강현실미국 지능형인터렉티브미국 감성인지및처리미국 융합서비스플랫폼미국 서비스로봇미국 생산시스템생산성향상일본 * 출처 : 2014 년도기술수준평가결과 ( 안 ), 120 개국가전략기술, 미래창조과학부,

29 스마트팩토리 스마트팩토리는수준에따라다양한형태로구현가능하며, 공장의 IT 기술활용정도에맞게 단계적으로공장의스마트화추진 공장의 IT 기술활용정도및역량에따라기초ㆍ중간 1 ㆍ중간 2 ㆍ고도화의 4 단계수준으로크게 구분가능 스마트팩토리기술개발은단계별수준향상을목적으로진행 [ 공장의 IT 기술활용정도에따른스마트팩토리수준 ] 분야 / 수준기초단계중간 1 2 단계고도화단계 공장운영분야 ( 솔루션등 SW) 공정물류중심의생산실적관리 설비ㆍ생산정보를활용한품질분석및실시간생산관리등 기획 - 생산 - 유통ㆍ물류시스템통합으로제조全단계 설비자동화분야 ( 센서, 로봇등 HW) 바코드ㆍ RFID 등활용기초데이터수집 센서, PLC 등을활용한실시간생산정보자동수집ㆍ설비제어 스스로판단하는다기능로봇, CPS 심화로全공장자동운영 * 출처 : 스마트팩토리 R&D 로드맵소개이규택 PD 스마트팩토리주요기술을프로세스별로적용, 이에대한기대효과를볼수있음 [ 스마트팩토리적용시의기대효과 ] 프로세스스마트팩토리주요적용기술기대효과 기획 설계제품성능시뮬레이션제작기간단축, 맞춤형제품개발 제조 공정설비 - 자재 - 시스템간실시간통신다품종대량생산, 에너지 설비효율제고 유통 판매모기업 - 협력사간실시간연동재고비용감소품질 / 물류등전분야협력 * 출처 : 스마트팩토리 R&D 로드맵소개이규택 PD 22

30 전략분야 현황분석 *출처: 스마트팩토리 R&D 로드맵 소개 이규택PD [ 스마트팩토리의 단계별 기술개발 방향 ] 23

31 스마트팩토리 스마트팩토리의요소기술영역은크게애플리케이션, 플랫폼, 디바이스로구분되어제조산 업현장에제공 ( 애플리케이션 ) 스마트팩토리 IT 솔루션의최상위소프트웨어시스템 MES(Manufacturing Execution System), ERP(Enterprise Resource Planning), PLM(Product Lifecycle Management), SCM(Supply Chain Management) 등의플랫폼상에서각종제조실행을수행하는애플리케이션 애플리케이션은디바이스에의해수집된데이터가시화및분석할수있는시스템으로구성 애플리케이션에는공정설계, 제조실행분석, 품질분석, 설비보전, 안전 / 증감작업, 유통 / 조달 / 고객대응등이있음 ( 플랫폼 ) 스마트팩토리 IT 솔루션의하위디바이스에서입수한정보를최상위애플리케이션에정보전달역할을하는중간소프트웨어시스템 디바이스에의해수집된데이터를분석하고, 모델링및가상물리시뮬레이션을통해최적화정보제공 각종생산프로세스를제어 / 관리하여상위애플리케이션과연계할수있는시스템으로구성 플랫폼에는생산빅데이터애널리틱스, 사이버물리기술, 클라우드기술, Factory-Thing 자원관리등이있음 ( 디바이스 ) 스마트팩토리 IT 솔루션의최하위하드웨어시스템 스마트팩토리의모든기초정보를감지및제어하는단계로컨트롤기술, 네트워크기술, 센싱기술등이중요함 스마트센서를통해위치, 환경및에너지감지하고로봇을통해작업자및공작물의위치를인식하여데이터를플랫폼으로전송할수있는시스템으로구성 스마트팩토리의물리적인컴포넌트로컨트롤러, 로봇, 센서등다양한구성요소들을포함하고있음 스마트팩토리와관련한애플리케이션및플랫폼은수평적ㆍ수직적통합을, 스마트디바이스 는기기간의연결이주된이슈이며전세계적으로시스템공급업체들을중심으로요소기술의 혁신및통합이이루어지고있음 ( 애플리케이션 ) 애플리케이션의수평적 수직적통합이슈가화두 현재제조애플리케이션공급기업들은자사솔루션의영향력을늘리기위해서각자의독립된플랫 폼만을제공하고있으며, 이러한애플리케이션은수평 수직적연계성이낮은문제점이있음 24

32 전략분야현황분석 기존의엔지니어링소프트웨어공급기업들과비즈니스솔루션공급기업들도서비스하던솔루션의영역을넓혀가고통합하는추세 독일의 SAP은기존의 PLC MES ERP로수직구조화되어있는아키텍처에서 PLC와바로실시간인터페이스가능한 MES와통합된 ERP를제공해생산환경의동적변화에보다유연하게대응할수있는솔루션제공 ( 플랫폼 ) 제조와 ICT가융합된형태의플랫폼개발및상품화 산업용제조디바이스업체들이쉽게접근할수있는 IoT, 빅데이터와같은플랫폼전문기업들의제조업지원솔루션개발이이루어지고있음 독일지멘스의 TIA(Totally Integrated Automation) 와같은플랫폼은다양한제조디바이스들과의표준 IoT 기반연동과여러공장에대한광역연결성을지원하여단일공장을연결형공장으로확장시킬수있는기술제공 ( 디바이스 ) 네트워크에연결가능한지능화된산업용스마트디바이스공급 단순자동화에서벗어나센서를통해다양한기기상태정보를전송하고, 기기에서이를실시간피드백을통해제조기기에반영할수있는다양한스마트디바이스의출시가속화 독일의 FESTO는드라이브, 밸브, 센서등에컨트롤러, 무선통신기기등다양한기능을통합개발하여, 해당부품들의실시간상태모니터링및데이터통신제어를가능케하고장비부품간실시간커뮤니케이션구현 IoT 플랫폼과연계된산업용스마트디바이스를통해기기간제어및모니터링을수행하는데상호운용성을극대화할수있음 생산시스템의부가가치를극대화하기위해서기존장비 ( 공작기계 ) 위주의생산시스템공급을 탈피하여 HW 와 SW 가결합된 ICT 융합형기계ㆍ장비및생산시스템패키지공급확대 생산시스템공급업체들이 ICT 를접목하여장비들의최적운영을지원하는 SW 를동반개발하고 장비와결합된형태로패키지화하여공급하는시장이급증 다품종생산체계하에서는이기종장비들을신축적으로운영하기위한통합운영솔루션의중요 성이더욱부각되고있어공작기계도이러한시장환경의변화에대응하여다양한 ICT 접목 필요 25

33 스마트팩토리 공작기계자체의성능뿐아니라공작기계간네트워크, 주변장치와의인터페이스, 상ㆍ하위시 스템으로의확장이고려된 High-End 장비가필요 실시간데이터수집ㆍ모니터링ㆍ제어ㆍ활용을가능케하는 ICT 를공작기계및공정기술에융합 ㆍ응용하여생산시스템을지능화ㆍ고유연화ㆍ친환경화하는고부가가치기술확보가필수적 글로벌장비업체들은공작기계구성요소인 CNC 부터공작기계들로구성된생산라인에이르 기까지지능화ㆍ고유연화ㆍ친환경화기술트렌드에대응할수있는다양한 ICT 활용기술개발 CNC 제어기의지능화 개방화에따른임베디드SW 개발가속화 전통적인제어기는공작기계의축을정밀하게구동하기위한수치제어를주요기능으로평가 최근에는가공시스템의 Brain 역할을담당하는 CNC에각종운영진단ㆍ서비스기능과가상머시닝 SW를내장ㆍ연동하여운영 공작기계 -자동화장비통합제어를위한개방형플랫폼, 이기종시스템통합운영을위한 MTConnectTM 인터페이스등과같이보다향상된연결성과사용자편의성을지원하는 SW 개발가속화 CNC 및센서모듈피드백기반의자가진단및능동제어기능을탑재한가공시스템상품화 최근자동차 / 항공등수요산업에서의대규모리콜등품질경영문제에따라, 한층더높은장비의신뢰성과자사의품질관리체계에맞는장비-시스템솔루션을요구하는추세 일본, 독일의선진업체들은주축상태자가모니터링및충돌방지, 언밸런스자율보정, 이송계능동형진동제어, 열변위보정제어등의다양한지능화요소를상품화하여 High-End 장비에탑재 다품종유연생산대응공작기계간인터페이스및재구성가능한가공시스템토탈솔루션공급확대 다양한수요자맞춤형생산시스템을구성하거나생산제품ㆍ계획의변화및생산공정의문제에실시간으로대응하기위해서는무인화기반생산라인의가동률을극대화시킬수있는제반 HW와이를제어ㆍ운영하는 SW가확보필요 기존의양산라인에대한생산성보다는생산제품변화에따른신속한생산셋업과시장의다양한제품요구에대응한로봇, 자동화요소, 툴링, 픽스쳐등시스템요소와이들에대한최적운영 SW 가패키지화된토탈솔루션공급 26

34 전략분야현황분석 친환경공작기계기반의전공장에너지효율화솔루션공급 생산현장에운영중인기계들의에너지소비패턴을명확히식별하여예상치못한낭비요인을규명하고이를생산공정전반의에너지관리활동에피드백할수있는에너지관리솔루션출시 공작기계의운전상태별로에너지소비패턴을분석하고, 각각의모드에따라다시기계를구성하는주축, 이송계, 냉각펌프등의기능유닛별로소비전력을분석하는솔루션공급확대 국내스마트팩토리요소기술경쟁력 생산설비 (PLC), 센서, 기반SW (ERP, MES, CAD) 등의솔루션은대부분글로벌기업에기술종속 컨트롤러, 서보모터 / 드라이브등핵심부품, High-End의장비, 유연생산운용솔루션등스마트팩토리의핵심요소대부분은독일, 일본, 미국으로부터수입 스마트팩토리시장점유율 (Statista, 2013) : 지멘스 ( 독일, 13%), ABB( 스위스, 11%), 에머슨 ( 미국, 9%), 로크웰 ( 미국, 6%), 미츠비시 ( 일본, 4%) PLC 제품은 LS산전과같은전문기업의활동으로약 33% 의국내시장점유율을확보하고있으나, High-end의시장점유율은외산의공격적시장전략으로인해쉽게높아지지않고있는수준임 MES, ERP등의솔루션은삼성 SDS, LG CNS, SK C&C와같은국내 SI업체들의활동으로글로벌기업과의경쟁에서다른요소기술에비해많이뒤처지지않는수준이지만, GE, 로크웰, 지멘스, Applied Materials등의해외기업들이다양한산업분야에강세를보이고있음 CAD, SCADA, 이미지센싱등의솔루션또한전량지멘스와로크웰과같은해외제품ㆍ솔루션에의존 * 출처 : 전자부품연구원 ( 스마트팩토리수준비교보고서 ) [ 주요핵심요소제품의국내기술수준 ] 27

35 스마트팩토리 6. 중소기업 시장대응전략 Factor 기회요인 위협요인 제조혁신 3.0전략에서 It와 소프트웨어 융합을 통한 제조업 혁신 전략 설계 정책 국가경쟁력의 핵심요인으로 부각 정책당국의 친환경 규제 강화와 지속가능한 친환 경 공장 트렌드 확산 중소기업의 경우, 최근 정책당국의 환경 및 에너 지 규제강화에 대한 대응이 어려움 지식재산권 등 연구개발의 결과물을 적절히 보호 하기 위한 보호방안 미흡 인도, 브라질, 베트남의 도약이 예상되는 한편 산업 제조공장의 에너지 소비증가로 에너지 비용 절감 에 대한 제조기업의 수요 증가 미국, 독일, 일본 및 한국 등은 점차 제조 리더 쉽을 잃어가는 상태 스마트팩토리 구축을 위한 자금 조달의 어려움 스마트 제조에 대한 구체적 개념 및 효과에 대 시장 최종 수요자의 특정한 요구를 충족시킬 수 있는 복잡한 모델링소프트웨어 활용 가능 한 통일된 이해 미흡 ICT 등에서 빠르게 등장하는 새로운 기술 활용 에 필요한 인력부족 및 직원훈련한계 ICT의 발달로 실시간 네트워크 교류가 가능한 모바일 기기 및 센서 활용 가능 기술 다양한 첨단 제품 및 공정 시장이 풍부한 국내 제조시장을 기반 세계 최고 수준의 공장을 보유한 국내 제조 대 스마트팩토리 구축 기술 대부분을 선진국이 보유 하고 있어, 대부분의 국가는 해외 기술도입 필요 숙련기술자 확보의 어려움 기업과의 협력을 통한 스마트팩토리 구축가능 제조혁신 3.0 에너지 비용 절감 산업 융합화 고부가 가치화 대기업과의 협력 신뢰성 향상 중소기업의 시장대응전략 제조 혁신 3.0전략에서 IT와 소프트웨어 융합을 통한 제조업 혁신 전략 설계 기존 대비 고품질/고정밀 자동생산, 소비자 맞춤형 유연생산, 효율적인 생산자원 관리, 공정비용 절감, 새로운 비즈니스 창출 등 기대 환경친화적 개발을 통한 환경문제 대응 및 신시장 창출 제조업의 발전을 토대로 타 산업의 발전을 유도하는 시장연계 및 견인형 정책은 물론, 신지식과 기술을 기반으로 기존에 없던 새로운 시장을 창조하는 시장창출형 정책까지 정책 기조의 다변화 추세 고효율, 고부가가치화 기술 확보를 통한 시장경쟁력 강화 28

36 전략분야현황분석 7. 중소기업전략제품 가. 중소기업기술수요 중소기업, 대기업 공기업등에대하여설문조사및방문조사를통하여기술수요조사를실시 조사결과공장자동화프로토콜게이트웨이, Industrial IoT Edge Gateway, 유무선통신인터페이스, 센서기술, 스마트자동화기술, 신호처리, 비전광학기술, 불량감시모니터링기술등의수요가있는것으로조사 중소기업청 R&D지원사업에신청한과제를생산기반산업을 7대기술분야별로분석한결과, 기계자동화기술 (42.5%), 로봇비젼및생산자동화기술 (16.2%), 공정개선기술 (12.7%), 자동화관측계측 / 센서기술 (12.4%), 조립 / 정밀이송기술 (10.0%), 청정생산공정설계 (3.6%), 공정및생산관리기술 (2.5%) 순으로중소기업이기술개발에관심을보이는것으로분석 주요품목별기술개발과제의증가하는추세를살펴보면공정개선기술분야의증가율이가장높게나타났으며, 기계자동화기술, 청정생산공정설계, 로봇비젼및생산자동화기술등순으로기술개발이증가하는것으로나타남 주요기술분야별신청과제에대한내용을분석하여각분야별로중소기업이관심을갖는제품을파악 기계자동화기술에서는기계자동화, CPS, 개인제조설계정보시스템, 3D프린팅등과관련된기술개발에대한수요가높은것으로나타났으며, 로봇비젼및생산자동화기술분야에서는생산자동화기술, 로봇기술, 신호처리, 비전 SW기술등에대한기술개발수요가높은것으로나타남 자동화관련계측 / 센서기술분야에서는스마트센서, 자동검사기술, 실시간모니터링, 자동계측등에대한수요가높았으며, 조립 / 정밀이송기술분야에서는물류자동화기술, 자동화조립시스템, 정밀포장 / 이송기술등에대한수요가높은것으로나타남 공정개선기술분야는자동검사장비, 자동화공정모니터링, 품질공정기술등에대한수요가높았으며, 공정및생산관리기술분야에서는생산라인검사장비, 모니터링기술, 공정해석기술, 이상징후탐지시스템등에대한수요가높은것으로나타남 청정생산공정설계분야는저전력기술, 무인설비, 무손실기술, 무공해생산라인기술등에대한수요가높은것으로나타남 29

37 스마트팩토리 [ 중소기업청 R&D 지원사업신청과제현황 ] 주요품목 과제건수 합계 점유율 (%) 평균증가율 (%) 기계자동화기술 % 로봇비젼및생산자동화기술 % 스마트팩토리 자동화관련계측 / 센서기술 조립 / 정밀이송기술 % % 공정개선기술 % 공정및생산관리기술 % 청정생산공정설계 % 합계 % 30

38 전략분야현황분석 나. 중소기업전략제품 [ 스마트팩토리분야전략제품 ] 전략제품 개요 스마트제조애플리케이션 스마트팩토리의전체적인공정설계, 제조실행분석, 품질분석, 설비보전, 안전 / 증감작업, 유통 / 조달 / 고객대응등을실행하는애플리케이션 스마트팩토리센서및화상처리기술 기존센서에논리, 판단, 통신, 정보저장기능이결합되어데이터처리, 자동보정, 자가진단, 의사결정기능을수행하는고기능, 고정밀, 고편의성, 고부가가치센서 스마트팩토리 스마트제조 CPS 스마트제조빅데이터분석시스템 사이버물리시스템은기업의정보시스템 (ERP, CRM, SCM, MES 등 ) 및컴퓨팅시스템 (PLC, CAD, CAM, 센서등 ) 과현실세계의사물 ( 기계, 로봇등 ) 들과네트워크로통합하여제어하는기술 제조의全주기를빅데이터심층분석을통해정확한수요예측, 고객맞춤형설계, 심층적피드백반영, 라인효율최적화, 예방형장비교체, 선진적물류 / 유통체계, 장비효율극대화, 레고식맞춤형 / 주문형생산, 이상탐지기반고품질제품생산등을가능하게하는시스템 스마트제조홀로그램 자동차 / 기계부품등의여러요소를입력하여산출된시제품의 3차원입체영상을검토하여보완, 정밀도등품질향상, 비용및시간절감을도모하게하는기술 3D 프린팅제조시스템 적층가공 (Additive Manufacturing AM) 이라고도불리며, 디지털디자인데이터를이용, 소재를적층 ( 績層 ) 해 3 차원물체를제조하는기술로사용자요구에맞게다종소량제조에적합하고제조사의전체비용절감효과를볼수있는제품 31

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40 전략제품 현황분석 스마트 제조 애플리케이션

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42 스마트제조애플리케이션 정의및범위 스마트팩토리의전체적인공정설계, 제조실행분석, 품질분석, 설비보전, 안전 / 증감작업, 유통 / 조달 / 고객대응등을실행하는애플리케이션 스마트팩토리 IT 솔루션의최상위소프트웨어시스템으로 MES(Manufacturing Execution System), ERP(Enterprise Resource Planning), PLM(Product Lifecycle Management), SCM(Supply Chain Management) 등의플랫폼상에서각종제조실행을수행하는애플리케이션정부지원정책 정부는 제조혁신 3.0 전략 을발표하고, 개인맞춤형유연생산을위한스마트팩토리고도화와융합신제품생산에필요한 8대스마트제조기술개발을추진 ( , 미래부 산업부합동 ) 하고있으며, 8 대스마트제조기술간유기적연계와전략적투자를촉진하기위한 스마트제조 R&D 중장기로드맵 을수립하고, 그간산발적으로투입되어온정부 R&D 자금을전략적 효율적으로투자할예정임 또한, 정부에서는스마트팩토리보급 확산이위기의한국제조업을살리고, 국내중소기업이글로벌제조경쟁력을확보하는핵심솔루션이라는판단하에 2015년 6월, 스마트팩토리총괄기관으로 민 관합동스마트팩토리추진단 을설립하여, 2020년까지스마트팩토리 1만개구축을목표로각지역창조경제혁신센터를중심으로현재 (2016년 7월 ) 까지 2,000여개공장을구축, 지원하고있으며, 이를통해약 25% 의생산성향상효과를거둠 중소기업시장대응전략 강점 (Strength) 제조공정전체에적용가능한통합솔루션 제품신뢰성증가와제조단가절감 제조업을위한예측분석통합솔루션기회 (Opportunity) 세계적으로예측분석에대한투자확대 기업의고효율, 고품질요구에따른시장확대 예측분석에대한사회적이슈 약점 (Weakness) 제조업에서의예측분석은초기단계로기업들의인식부족 초기투자비용위협 (Threat) IoT와통합된형태의글로벌대기업국내진출 빠른시장변화 중소기업의시장대응전략 실시간불량분석, 설비수명예측, 조기경보, 가상계측등제조업에서사용가능한통합예측분석솔루션을이용한해외시장진출 다양하고복합적인분석알고리즘을사용하여최적의분석결과제공 MES, ERP 등의다양한전산시스템과의연동으로분석결과를실시간으로제조공정에반영

43 핵심기술로드맵

44 전략제품 현황분석 1. 개요 가. 정의 및 필요성 스마트 제조 애플리케이션이란 스마트팩토리 IT솔루션의 최상위 소프트웨어 시스템으로 MES(Manufacturing Execution System), ERP(Enterprise Resource Planning), PLM(Product Lifecycle Management), SCM(Supply Chain Management) 등의 플랫폼상에 서 각종 제조 실행을 수행하는 애플리케이션 애플리케이션은 디바이스에 의해 수집된 데이터 가시화 및 분석할 수 있는 시스템으로 구성 응용분야로 공정설계, 제조실행분석, 품질분석, 설비보전, 안전/증감작업, 유통/조달/고객대응 스마트공장 애플리케이션 로드맵 IoT, 빅데이터, CPS 등 ICT를 바탕으로 실시간으로 연동 피드백 되는 데이터를 효율적으로 처리 저장 관리하고 다양한 제조 업무에 최적으로 활용할 수 있는 고도화된 애플리케이션에 대한 산업 요구가 커지고 있음 그러므로 가치사슬 상의 중소 중견 대기업 공장에 대한 공정설계, 생산운영, 품질분석, 설비보전, 작업안전, 조달유통 등 산업수요 기반의 애플리케이션 및 애플리케이션 운영환경 개발이 필요함 *출처: 산업통상자원부 스마트공장 기술로드맵_임규택( ) [ 스마트 공장 애플리케이션 로드맵 ] 37

45 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 나. 범위 (1) 제품분류관점 수요맞춤형공정및운영최적화기술 고객 ( 고객사 ) 의다양한제품 ( 부품 ) 수요에유연하게대응하고설계-생산으로신속하게연계할수있도록맞춤형공정 운영최적화기술필요 고객맞춤형공정설계자동화기술을바탕으로레이아웃, 라인밸런싱까지통합설계하는플랫폼을구성하고, 가상모델-실운영데이터연계를통한운영단으로연계되는공정설계애플리케이션개발 실시간 4M 상태모니터링및피드백제어기술을바탕으로공정설계시뮬레이터와연동된다품종라인에대한동적생산계획플랫폼을구성하여에너지데이터까지고려된생산운영애플리케이션개발 예측기반품질및설비고도화기술 대규모의품질리콜과설비이상에의한라인중단에사전대응할수있도록설비 공정상태와연계한예측기반품질 설비고도화기술필요 대용량제조데이터에대한분석 마이닝기술을바탕으로공정품질예측및출하후제품수명예측모델을개발하고예측결과를실시간으로공정단에피드백하여제어할수있는품질분석애플리케이션개발 설비상태에대한실시간데이터를바탕으로설비고장을진단하고유지 보수하는보전기술과이를보전계획으로연계하는운영기술을통합하여설비건전성을관리하고지식화하는설비보전애플리케이션개발 인간중심안전및작업지원기술 작업자가공장내위험 불편상황에처하지않고편안하고효율적인작업환경에서일할수있도록인간중심안전 작업지원기술필요 가상 증강현실기술을바탕으로업무환경을지원하는작업자지원애플리케이션과공장공간정보에대한표준모델을바탕으로위치인식기반의작업자상태를사전감지 대응하는안전애플리케이션개발 지능형유통및조달물류기술 가치사슬전체에서실시간으로자재 부품 제품흐름을추적관리하고실물-시스템을일치시킬수있도록지능형유통 조달물류기술필요 실시간데이터분석을바탕으로한지능형창고운영기술과공급망리스대처기술을개발하고가치사슬을연계한물류최적화플랫폼에탑재하여지능형물류조달애플리케이션개발 38

46 전략제품 현황분석 스마트팩토리 통합 운영 및 서비스 기술 스마트팩토리 애플리케이션들에 대한 효과적인 운영환경을 제공할 수 있도록 애플리케이션 간 통 합, 하위 플랫폼 및 디바이스와의 연계 및 기타 관련 시스템들과의 연동을 위한 운영 및 서비스 기술 필요 대용량 제조 데이터를 연동한 스마트팩토리 애플리케이션의 통합운영 프레임워크를 개발하고, 실 시간 데이터 기반 가상모델 생성기술과 제조 지식화 기술을 탑재하여 확장된 운영 및 서비스 환경 구축 [ 제품분류 관점 기술범위 ] 전략제품 제품분류 관점 세부기술 고객 맞춤형 공정설계 기술 수요 맞춤형 공정 및 운영 최적화 기술 가상모델 실운영 데이터 연계 공정설계 생산운영 동합 기술 실시간 생산정보 기반 4M 상태 가시화 분석 피드백 제어 기술 팩토리 에너지 소비를 고려한 생산운영 최적화 기술 설비 공정 상태와 연계한 예측기반 품질 설비 고도화 기술 예측 기반 품질 및 설비 고도화 기술 대용량 제조 데이터에 대한 분석 마이닝 기술을 바탕으로 공정품질 예 측 모델을 기반으로 한 품질분석 애플리케이션 개발 설비 건전성을 관리하고 지식화 하는 설비보전 애플리케이션 개발 스마트 제조 애플리케 이션 가상/증강현실 기반 공정데이터 연계형 작업 지원 기술 인간 중심 안전 및 작업 지원기술 팩토리 공간정보 모델링 및 표준화 기술 작업자 이상 유해상황 감지 및 사전대응 기술 실시간 데이터 기반 지능형 창고 운영 기술 지능형 유통 및 조달 물류 기술 데이터 분석 연계 공급망 리스크 관리 기술 가치사슬 연계 물류흐름 추적관리 및 물류운영 최적화 기술 대용량 데이터 연동 애플리케이션 스마트팩토리 통합 운영 및 서비스 기술 실시간 데이터 기반 가상 모델 생성 및 애플리케이션 연계 기술 제조 지식 노하우 체계화 및 서비스화 기술 39

47 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 (2) 공급망관점 스마트제조애플리케이션은제품분류관점에서분류외에기본적으로산업용제어시스템, MES(Manufacturing execution system), ERP(Enterprise Resource Planning), 정보기술시스템등으로구분 [ 공급망관점기술범위 ] 전략제품공급망관점세부기술 산업용제어시스템 SCADA, PLC and DCS 스마트제조애플리케이션 MES(Manufacturing execution system) ERP(Enterprise Resource Planning) 정보기술시스템 MES(Manufacturing execution system) FRM, MRM, SCM, CRM, HRM Product Lifecycle Management(PLM), Manufacturing Operation Management (MOM) 소프트웨어 40

48 전략제품 현황분석 2. 산업환경분석 가. 산업특징 및 구조 (1) 산업의 특징 제조업에 종사하는 노동력 감소 및 기능공이나 숙련공의 고령화 가속 출산율 저하 및 고령층 경제활동 증가 등의 영향으로 선진국의 제조업 생산인구는 급감하고 고령 화되는 반면, 중국 인도 등 개도국은 탄탄한 노동력을 보유 - 제조 강국인 일본 독일의 제조업 종사자는 1990년부터 감소세가 지속되는 반면, 인도는 2040년 까지도 생산 인구의 비중이 계속 증가세를 유지할 전망이며, 중국도 2010년 이후 감소세로 전환 되었지만 속도는 빠르지 않은 상황 글로벌화 도시화 인구구조의 변화, 에너지 형태의 전환이라는 지구규모의 끊임없는 사회적 변화는 이에 대응하는 솔루션 발견을 위한 기술적 원동력을 촉구 - 빠르고 고령화되고 있는 제조 숙련공들의 노하우를 공유하고 전수하는 시스템을 설계함으로써 생 산인구 감소를 극복하고 생산성 향상 필요 전통적인 제조분야(생산직)에 대한 업무기피 및 제조업의 공동화 심화 도시화의 진전, 소비문화 확산, 저임금의 제조업 기피, 서비스업 선호 등에 따라 서비스업 중심의 경제구조로 전환되면서 제조업 취업의 매력도는 갈수록 저조 제조업이 값싼 노동력을 찾아 개도국으로 이전하면서 제조업 전반의 노동가치가 하락하고 있고, 제조업의 공동화 현상이 급속히 진전 [ 주요국의 생산인구 비중(%) ] 국가 미국 일본 독일 한국 중국 *출처 : UN 인구통계국, 생산가능 인구 15~65세 미만 대상 41

49 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 (2) 산업의구조 ICT 기반의 제4차산업혁명 (4th Industrial Revolution)' 도래 1차 (18세기) 2차(20세기초 ) 3차산업혁명 ( 70년초 ) 을거쳐 ICT와제조업이완벽하게융합하게될 4차산업혁명기 (2020년이후 ) 도래가초읽기에돌입 - 수력 증기기관을이용한공장기계화, 전력을이용한대량생산, 전자기기와 ICT에따른부분자동화를거쳐 ICT와제조업이융합하는신산업혁명기도래 - ICT와제조업의융합을통한제조업의서비스화와고부가가치창출은과거보다제조업의효율을높이면서각국의제조업의비중을높이는수단으로작용할것 - 제조업과 ICT 융합이새로운경쟁력이되고있고, 생산방식의혁명을일으키며제조업위기의돌파구로주목받으면서제조업부활에날개를달아주는요소로부상 4차산업혁명기에는 ICT와제조업의융합으로산업기기와생산과정이모두네트워크로연결되고, 상호소통하면서전사적최적화를달성할것으로기대 기술의진보로공장이스스로생산, 공정통제및수리, 작업장안전등을관리하는완벽한스마트팩토리 (Smart Factory) 로전환 스마트팩토리는생산기기와생산품간상호소통체계를구축해전체생산공정을최적화 효율화하고, 산업공정의유연성과성능을새로운차원으로업그레이드 [ 산업혁명과정 ( 제조업의혁신단계 ) 비교 ] 구분 1차산업혁명 2차산업혁명 3차산업혁명 4차산업혁명 시기 18세기후반 20세기초반 1970년이후 2020년이후 혁신부문 증기의동력화 전력, 노동분업 전자기기, ICT 혁명 ICT와제조업융합 커뮤니케이션방식책, 신문등전화기, TV 등인터넷, SNS 등 생산방식생산기계화대량생산부분자동화 사물인터넷, 서비스간인터넷 (IoT & IoS) 시뮬레이션을통한자동생산 생산통제사람사람사람기계스스로 * 출처 : 현대경제연구원 사물인터넷 빅데이터 클라우드컴퓨팅 스마트로봇등기반기술의동시다발적발전 ICT의발전은산업공정에서완전한자동생산체계와지능형시스템구축을가능하게함으로써스마트한생산과함께제조업의생산성과효율성을제고 - 사물인터넷으로정보교환, 클라우드로정보를더하고빅데이터로상황을분석, 생산시뮬레이션을가동하는생산체계구축이가능, 로봇은휴먼-머신인터페이스로작업 42

50 전략제품 현황분석 *출처 : IDA 세미나 자료, 2013 [ 스마트팩토리에서 로봇과 근로자의 협력 ] ICT는 네트워크에 접속된 기기끼리 자율적으로 동작하는 M2M(Machine to Machine), 개발 판 매 ERP(Enterprice Resource Management) PLM(Product Lifecycle Management) SCM(Supply Chain Management) 등의 업무 시스템에 활용되어 자동화 촉진 *출처 : 독일 인공지능센터(DFKI), 2011, Industrie4.0 Working Group, 'Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0' (2013)에서 재인용 및 일부내용 추가 [ 기술 변화에 따른 산업혁명(Industrial Revolution) 의 4단계 ] 제조 강국의 세대교체 가속화, 상품 수출과 기술서비스 접목 활성화 브릭스(BRICs) 국가를 중심으로 제조 경쟁력 상승세가 지속되는 반면, 미국 독일 일본 한국 등 전 통 제조 강국의 순위는 하락하는 추세 - 저가 공세와 저렴한 인건비, 기술 개발 노력 등이 맞물리면서 중국의 상품 수출 비중은 2012년 에 10%를 돌파하는 등 제조 최강국 지위 유지 - 제조 강국은 생산성과 기술력 측면에서 여전히 경쟁력이 있지만, 브릭스 국가에 비해 임금과 제 조비용, 그리고 전력 가격에서는 격차가 확인 선진국들이 상품 수출국을 대상으로 지적재산권 판매 및 라이센싱, 기술 정보 및 서비스를 확대함 으로써 수출 경쟁력 하락을 방어 43

51 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 - 단일제조상품만판매하던방식에서벗어나상품수출과기술서비스를접목 - 독일정부는 2006년부터제품판매와기술서비스의융합을확대 (Innovation with Service) 하면서서비스수출과세계화에집중 - 그결과독일은 2005년기술무역수지가흑자로전환되었고, 상품무역과기술무역에서쌍끌이흑자를달성하는극소수국가로성장 주요순위하락국미국 (3 5) 독일 (2 4) 영국 (15 19) 한국 (5 6) 대만 (6 7) 일본 (10 12) 주요순위상승국브라질 (8 3) 터키 (20 16) 러시아 (28 23) 인도 (4 2) 인도네시아 (17 11) 베트남 (18 10) * 출처 : 딜로이드, 월드뱅크 [ 글로벌시장에서주요상품수출비중 ( 좌 ), 제조업경쟁력지수순위변동 ( 우 ) ] 사물인터넷의개화와제조생태계의네트워크화 ICT를기반으로모든사물이인터넷으로연결되어사람과사물, 사물과사물간의정보를교환하고상호소통하는사물인터넷이신성장동력으로부상 - 센싱이나데이터취득이가능한사물에인터넷을연결하는기술인사물인터넷의발전은우리의생활뿐만아니라제조업의생산방식으로 180도로바꿔놓을전망 공장내부 ( 설비 반제품 작업자 ) 는물론, 공장외부 ( 고객 조달 유통 재고부문 ) 와의네트워크가강화되면서제조생태계차원에서의공정최적화달성 제조생태계와초연결사회간의실시간연계 소통이가능 모든것이네트워크화되는초연결사회에서제조업은단순생산프로세스의변화나최적화를초월해포괄적 편재적인 HMI(Human-Machine Interface) 를형성 모바일 소셜 클라우드 정보등의 ICT가통합 연계되면서스마트팩토리, 스마트홈, 스마트시티등의생활을실시간으로연결하는것이가능 - 원격업무지도 ( 스마트홈 ), 안정사고발생시지자체안전관리망과연계해즉시조치 ( 스마트팩토리 시티 ), 완제품이송시지능형교통시스템과연동해물류비용최소화 44

52 전략제품 현황분석 *출처 : IDA 세미나 자료, 2013 [ 미래, IoS 기반 지능형 환경(좌), IoT, IoS와 스마트팩토리(우) ] 선진국의 제조업 부활 정책 총공세 및 제조업의 중요성 재조명 2008년 글로벌 금융위기 이후 선진국을 중심으로 제조업 르네상스 정책이 강화되고 있으며, 선진 국들은 첨단 제조업에 집중 - 서비스업 중심의 시장경제 시스템이 경제 성공 방정식으로 받아들여졌으나, 글로벌 금융위기와 유럽 재정위기로 이러한 방정식에 의문 제기 년 금융위기를 겪은 선진국 중 제조업이 강한 국가의 경기가 빠른 속도로 회복됨에 따라, 제조업이 탄탄한 국가(독일 중국 등)가 위기에 강하다는 인식 확산 - 해외 생산품의 운송비용, 지적재산권 침해, 지지부진한 공정혁신, 상승하는 인건비 등 여러 이유 로 해외 공장들의 리쇼어링(Reshoring) 분위기 확산 리쇼어링 : 해외로 생산기지를 옮기는 오프쇼어링(offshoring)'의 반대 개념으로, 해외에 나가 있는 자국기업을 각종 세제 혜택과 규제 완화 등을 통해 자국으로 불러들이는 정책, 미국은 리쇼 어링으로 세계 패권을 되찾는다는 일자리 자석 정책 추진 (한국 경재용어사전) 미국과 일본을 중심으로 세제혜택 강화, 제조 R&D 강화 및 제조업 효율화를 위한 에너지 정책 등 제조업 중심의 혁신체계 구축 노력 가시화 - 서비스업으로 경쟁력을 강화하려 했던 선진국부터, 산업 기간 확충을 도모하는 신흥국까지 제조 업의 육성을 기반으로 한 국가 성장 전력을 추진 2010년 기준 한국 경제의 제조업 비중은 49%로 2005년(45.2%)에 비해 3.8%p 상승 (OECD 평균 (7.5%, 9.9%)에 비해 매우 높은 수준) (한국은행, 2014) - 오바마 행정부는 법인세 인하, 해외 진출기업 리쇼어링 장려, 제조업 혁신 허브증설, 첨단 제조 기술 전략 (AMT), 제조업 혁신연구소 건립 등을 추진 - 아베 정부도 제조업 경쟁력을 강화하기 위해 6대 전략, 37개 과제로 구성된 산업재흥플랜을 제 시하고, 향후 5년간 긴급 구조 개혁 기간으로 지정 일본재흥전략( 本再興戰略)의 3개 액션플랜 : 일본 산업재흥플랜(산업기반 강화), 전략 시장 창조플랜 (시장개척 : 국내), 국제 전개전략 (시장개척 : 해외) 45

53 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 독일은다가올 4차산업혁명을주도하고, 미래제조업의경쟁력을선점하기위해 인더스트리 4.0 프로젝트에 2억유로를투자 EU는유럽제조업의부활을성공시키기위해기업과정부가공통의행동계획 ( 커먼어젠다 ) 을수립하고, 향후 15년에걸쳐연간약 900억유로를투자할계획 구분 기업 혁신 에너지 [ 미국의재산업호전략 ( 좌 ), 일본의산업재흥플랜 6 대전략 ( 우 ) ] 내용 법인세 35% 에서 28% 로인하 제조업에대한실질세율이 25% 를초과 하지않도록조정 해외진출기업중국내이전기업에 인센티브확대 첨단제조업강화전략 제조업혁신연구소 45 개건립추진으로 혁신허브구축 청정에너지개발에 79억달러펀딩 에너지부문의창업과고용창출 구분 기업 혁신 기타 * 출처 : 현대경제연구원, 독일의창조경재 : 인더스트리 4.0 의내용과시사점, 2014 내용 긴급구조개혁프로그램 : 과소투자, 과잉규제, 과당경쟁해소 중소기업및소규모사업자확신 : 창업활성화 4.5% 에서 10% 로 과학기술혁신추진 : WEF 이노베이션순위 1 위달성 세계최고수준의 IT 사회구현 고용제도개혁및인재양성 : 20~64 세취업률개선 입지경쟁력강화 : 산업기반강화, 업무환경개선 46

54 전략제품 현황분석 나. 경쟁환경 미국 : 첨단 제조 기술 (Advanced Manufacturing Technology) 전략 첨단 제조 혁신을 통해 국가 경쟁력 강화 및 좋은 일자리 창출, 경제 활성화 - ICT(정보(데이터) S/W 네트워킹), 자동화, 센싱 관련 기술을 개발하여 제조업에 확산하고 첨단 소 재 개발, 에너지 효율화 기술 등을 통해 제조 혁신을 지원 2012년 7월 미국 제조업 재생 계획 을 발표하고, 이를 지원할 인프라 구축 - 제조 혁신기구(IMIO, Institute for Manufacturing Innovation) : 제조분야 원천 및 사업화 기 술 개발, 지방 중소기업 지원 등을 위해 전국에 15개 설치 - 제조혁신 네트워크 (NNMI, National Network for Manufacturing Innovation) : IMI가 개발한 기술과 지식을 공유하는 건국 네트워크 일본 : 산업재흥(産業再興)플랜을 기반으로 한 산업구조 혁신 연구개발 투자 부진, 설비투자 감소, 비즈니스 모델 한계, 경영자원 효율성 저하 등 복합적인 문제 에 봉착한 일본 제조업의 위기 극복 일본재흥전략 중 하나인 일본 산업재흥플랜 에서는 첨단 설비투자 촉진, 과학기술 혁신 추진을 핵 심과제로 제조업 부흥을 독려 - 범부처 전략 혁신진흥사업(SIP, Cross-ministerial strategic Innovation Promotion Program)을 통해 에너지 및 차세대 인프라 기술 투자 강화 일본 문부과학성의 이노베이션 창출 프로그램 (Col STREAM)'에서도 인터넷 X 3D프린터 라 는 ICT기반의 새로운 대응 전략을 추진 독일 : 인더스트리 4.0 구상 및 추진 독일은 지속적인 경제성장, 일자리 창출, 기후변화 및 고령화에 대응하기 위해 2006년부터 하이 테크 전략 2020 전략을 추진 2011년 하이테크 전략 2020에 ICT 융합을 통한 제조업 창조경제 전략인 인더스트리 4.0 전략을 주요 테마로 포함시키고, 이 전략을 강도 높게 추진 - 자동차 기계 등 제조업에 ICT를 접목해 모든 생산공정, 조달 및 물류, 서비스까지 통합적으로 관 리하는 스마트팩토리 (Smart Factory)' 구축이 목표 - 이를 위해 사물인터넷(IoT), 사이버물리시스템(CPS, Cyber Physical System), 센서 등의 기반 기 술 및 생태계 확산 집중 사이버물리시스템(CPS) : 모든 사물이 IoT 기반으로 연결되고 컴퓨팅과 물리세계 (Physical world)가 융합되어 사물이 자동 지능화되는 시스템, 제조와 의료 헬스케어, 에너지 송전, 운송, 국 방 등 다양한 분야에 광범위한 적용이 예상되면서 선진국은 핵심 기술로 개발에 총력 47

55 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 [ 미국 독일 일본의제조업창조경제주요정책 ] 구분미국일본독일 추진배경 기본정책 핵심사업 촉진인프라 주요추진과제 정부예산 경쟁력강화, 국가안보대응 좋은일자리창출 국가첨단제조방식전략계획 (2012) 첨단제조기술사업 (AMP) 제조혁신기관 (NNI) 제조혁신네트워크 (NNMI) 에너지절감용제조공정혁신 제조기술가속화센터건립 제조혁신네트워크구축 제조부문로봇개발 2014 년 29 억달러 2015 년예산편성시첨단제조부문최우선고려 산업기반강화과학기술혁신추진 경제성장, 일자리창출기후변화, 고령화대응 산업재흥플랜 (2013) 하이테크전략 2020(2012) 전략적이노베이션창조사업 (SIP) 인더스트리 4.0 종합과학기술회의 인더스트리 4.0 플랫폼 에너지 : 연소기술및구조재료등 5 개과제 차세대인프라 : 자동운전시스템등 3 개과제 유무선 ICT 를활용한스마트공장 (Smart Factory) 구현 2014 년 SIP 510 억엔 2012~2015 년간 2 억유로 * 출처 : 현대경제연구원, 제조업을업그레이드하자, 미 일 독제조업 R&D 정책동향및시사점, 2014 전세계적으로스마트팩토리가큰추세가된사회경제적배경은저출산과고령화로인한생산인구감소 과거인건비와경비절감을위해중국, 인도등저임금국가로공장을이전했던글로벌기업들은본국내에지식집약적인스마트팩토리도입을통해제조업혁신을추진 이는자국내제조업부흥을위한정부의정책과도부합함. 다만과거와달리고용창출보다지식창출에기반을둔부흥이되고있기때문에고용창출효과는그리크지않음 사실상의표준을제정하여시장을주도하는요소기술기업으로는파낙, 미쓰비시, 야스카와등일본기업이중심을이루고있음 한편플랫폼서비스를제공하는응용기업으로는유럽과미국계기업들이중심을이루고있음. 지멘스, 페스토, SAP( 독일 ), ABB( 스위스 ), 로크웰오토메이션 (Rockwell Automation), 에머슨 (Emerson Electric Co.) ( 미국 ) 등이이에해당 이가운데에서독일지멘스는 CAD/CAE/CAM, MES에서드라이버까지폭넓은포트폴리오를바탕으로가장높은시장점유율을보이고있음. 그뒤를잇고있는기업은로크웰오토메이션, ABB, 에머슨, 미츠비시등 48

56 전략제품 현황분석 기존의 산업용 전기 기계 또는 컴퓨터 시스템을 생산하던 기업들 가운데 선도기업들은 대부분 스마트팩토리 사업으로 전환하고 있는 추세로 보임 예를 들어 미국의 GE와 하니웰, 일본의 요코가와, 오므론 등 선도 기계 기업들이 이에 해당 장치제조 외에 요소 기술과 소프트웨어, 고객 서비스 제공 등 다양한 영역에서 흔히 통신, 전 기, 기계, 소프트웨어로 분류되는 전 분야에 걸쳐 기업군이 형성되어 있기 때문에, 특별히 스마 트팩토리 기업이라고 특화하기 어려운 면이 있음 우리나라 스마트팩토리 시스템 시장에서는 로크웰 오토메이션코리아, 슈나이더일렉트릭코리아, ABB코리아, 터크코리아, 한국오므론제어기기, 한국요꼬가와전기, 한국훼스트, 힐셔코리아 등 외 국계기업이 강세를 보이고 있음 우리나라에서도 기존의 산업용 전기 기계 또는 시스템 통합 개발 기업들이 스마트팩토리로 전 환하고 있음 공장자동화 시스템의 대표 기업인 LS산전, 두산인프라코어 등이 응용시스템과 요소기술 개발에 주력하고 있으며, 응용시스템 개발 기업 외에 SI기업인 SK C&C, LG CNS 등이 스마트팩토리 사 업을 적극적으로 추진하고 있음 그러나, 요소 기술 개발이 낙후하여 상당수의 핵심 기술을 해외에 의존하고 있는 실정 [ 제품분류별 경쟁자 ] 구분 경쟁환경 기술분류 주요 품목 및 기술 주요업체 디바이스 서비스 설비센서 액추에이터 통신모듈 송수신센서 단말기 소프트웨어 플랫폼 솔루션 통신사업 서비스 사업 Rockwell, GE, PTC, CDS, Siemens PLM(미국), ABB(스위스), Siemens(독일), Schneider(프랑 스),lnvensys(영 국,SAP(독일), DessaultSystem s(프랑스), Mitsubishi(일본) 퀄컴, TI, 인피니온, GE, IBM, Apple, Google, 브로드컴, 미디어텍, ARM, 삼성, Cinterion, Telit, Sierra, SIMcom, E-divie, Teluar jasper, Axeda, Aeris, Pachube, 퀄컴, lnilex, Datasmart,Om nilink, Data Technology Service, Cisco, Siemens, Bosch Verizon, Sprint, AT&T, Vodafone, T-mobile, NTT 도코모, SKT CrossBridge, Numerex, KORE 등 49

57 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 다. 전후방산업환경 후방산업은공정설계플랫폼, 제조실행분석플랫폼, 품질분석플랫폼, 설비보전플랫폼, 안전 / 증감작업플랫폼, 조달 / 고객대응플랫폼으로구성 후방산업에있어모든제조공정의전과정을자동화플랫폼기술이발전하고있음 전방산업은기존의센서산업, 임베디드디바이스산업, 휴대폰디지털 TV, 가전, 자동차, 첨단무기등으로구성 전방산업의자동화공정요구에따라기존의기계장치, 디바이스등을 IoT 결합을위한 CPS 등기술수요중요 [ 스마트제조애플리케이션분야산업구조 ] 후방산업스마트제조애플리케이션분야전방산업 공정설계플랫폼, 제조실행분석플랫폼, 품질분석플랫폼, 설비보전플랫폼, 안전 / 증감작업플랫폼, 조달 / 고객대응플랫폼 스마트제조애플리케이션 SW MES(Manufacturing Execution System), ERP(Enterprise Resource Planning), PLM(Product Life-Cycle Management), SCM(Supply Chain Management) 등 센서산업임베디드디바이스산업스마트제조산업휴대폰디지털 TV 자동차, 첨단무기등 50

58 전략제품 현황분석 3. 시장환경분석 가. 세계시장 스마트팩토리 시장은 15년 1천 900억 달러에서 20년 2천 800억 달러로 성장이 전망됨 공급산업 : 필드 디바이스(30%), ICT(70%) 수요산업 : 이산공정산업(53%), 연속공정산업(47%) [ 세계 스마트팩토리 분야의 세계 시장규모 및 전망 ] (단위 : 십억달러, %) CAGR 구분 세계시장 ('13~'15) 7.8% * 자료: MarketsandMarkets Analysis, 2013를 기반으로 추정(공급시장중심으로 구성) [ 세계 스마트팩토리 분야의 공급산업시장 (2011~2018) ] (단위 : 십억달러, %) CAGR 구분 필드 디바이스 % ICT % 합계 % (%) * 자료: MarketsandMarkets Analysis, 2013를 기반 CAGR 수정 [ 세계 스마트팩토리 분야의 수요산업시장 (2011~2018) ] (단위 : 십억달러, %) CAGR 구분 이산공정 % 연속공정 % 합계 % (%) * 자료: MarketsandMarkets Analysis, 2013 기반 CAGR 수정 51

59 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 18년아시아에서의스마트팩토리시장확대에대응하기위해국내스마트팩토리공급산업의육성이필요함 13년에는미주, 유럽, 아시아가비슷한점유율을차지하고있으나, 18년에는중국산업의자동화요구가확대됨에따라아시아시장확대가전망됨 스마트팩토리공급산업은대부분유럽, 미국, 일본의글로벌기업들이점유하고있으며, 국내 기업체는전무한실정 독일, 미국, 일본등선진국가들은지멘스 ( 독 ), Rockwell Automation( 미 ), GE( 미 ), Mitsubishi( 일 ) 등핵심고부가가치스마트팩토리구현을위한엔지니어링산업의인프라가기 확보되어있음 * 출처 : MarketsandMarkets Analysis, 2012 [ 스마트팩토리글로벌시장점유율 ] 52

60 전략제품 현황분석 나. 국내시장 우리나라 스마트팩토리 시장은 중국, 일본, 인도에 이어서 네 번째 시장을 차지하고 있으며, 연 평균 성장률 10.8%로 제일 높은 비율을 나타내고 있음 특히, 18년 중국시장이 확대됨에 따라, 국내 스마트팩토리 산업의 육성이 절대적으로 필요함 [ 스마트팩토리의 국내 시장규모 및 전망 ] (단위 : 십억달러, %) 구분 국내시장 CAGR ('13~'15) 10.9% *출처: MarketsandMarkets Analysis, 2013 기반으로 추정 [ 국내 스마트팩토리 시장 (2011~2018) ] 단위 : 십억달러, %) CAGR 구분 필드 디바이스 % ICT % 합계 % (%) *출처: MarketsandMarkets Analysis, 2013 기반으로 CAGR 수정 [ 동아시아 스마트팩토리 시장 비교 (2011~2018) ] (단위 : 십억달러, %) CAGR 구분 중국 % 일본 % 한국 % (%) *출처: MarketsandMarkets Analysis, 2013 기반으로 CAGR 수정 스마트팩토리 구현을 위한 엔지니어링 산업의 경우, 대기업 하청 분야로 전락해 관련 기술개발 보다는 대부분 독일, 일본 등 선진 기술을 활용하는 수준임 국내 중소 중견 제조기업의 경우, 수십 년 동안 쌓아온 해당 분야의 경험을 기반으로 공장을 계획 설치 운영하고 있는 실정임 53

61 스마트팩토리 - 스마트 제조 애플리케이션 다. 스마트팩토리 산업분석 마이클 포터의 5 Forces Analysis 모델에 따라 스마트팩토리 산업을 분석하면, 산업내에서 기 존 경쟁자 간의 경쟁강도 와 구매자의 협상력 이 가장 큰 성장요인으로 분석됨 [스마트팩토리, 마이클 포터의 5 Forces Analysis 모델] 마이클 포터의 5 Forces Analysis를 적용한 스마트팩토리 산업에 대한 분석결과는 다음과 같음 산업 내 기존 경쟁자간의 경쟁 강도는 산업 매력도 와 경쟁자수 에 가장 큰 영향을 받으며, 공급 자의 협상력은 기술적 요인에 의해 좌우됨 [산업 내 기존 경쟁자간의 경쟁 강도] [ 공급자의 협상력 ] 구매자의 협상력은 공급자수, 맞춤형 솔루션의 가능성, 이전 버전과의 통합, 구매자 교체비용 54

62 전략제품 현황분석 등이 비슷한 수준으로 영향을 미치는 반면, 브랜드 충성도 의 영향력은 상대적으로 낮음 스마트팩토리 산업에서의 대체자 위협은 유익한 대안 에 의해 좌우되며, 제품차별, 저렴한 대안 등은 영향력이 미비해 기술력이 중요한 요소임을 알 수 있음 [구매자의 협상력] [대체자의 위협] 스마트팩토리 산업에서 신규 진입자의 위협은 필요 자본, 제품 차별 등에 의해 결정되고 있어 산업의 기술적 진입장벽이 상대적으로 높을 것으로 판단됨 [신규 진입자의 위협] 55

63 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 4. 기술환경분석 가. 기술개발트렌드 lot를결합한스마트공장의도입이국내제조업의효율을높이는수단으로작용 소비자의다양한개성 요구, 시장의빠른유행변화에대응하기위해제품의출시주기가점차빨라지고, 근로자들의근로환경개선과경영자들의생산상증대요구급증 CPS 에너지절감 스마트센서 3D프린팅 lot 클라우드 빅데이터 홀로그램의 8대스마트제조기술들이제조업에적용가능한수준으로발전 스마트제조공장은전통제조산업에 ICT를결합하여개별공장의설비와공정이지능화되어서로연결되고, 모든생산정보의지식이실시간으로공유, 활용되어최적화된생산운영이가능한공장인동시에이러한개념의확장을통해상 하위공장들과연결되어협업적운영이지속될수있는생산체계를갖춤 출처 : Roland Berger Strategy Consultants, INDUSTRY 4.0 :The new industrial revolution How Europe will succeed, [ 미래스마트팩토리모습 ] 56

64 전략제품 현황분석 스마트팩토리 구현을 위한 주요 구성요소 [ 스마트팩토리 제조기술별 구성요소 ] 서비스 제품 생산공정 네트워크 연결 디바이스 기술개발 빅데이터, 클라우드, 홀로그램 등 소비자 맞춤형 가상 제조, 소비자 요구 및 트랜드 분석 등 홀로그램, CPS, 에너지절감, 3D프린팅 등 실감형 제품 가시화, 마이크로 팩토리 공정 기술 등 공정적용 소비자 수요분석 및 제품 디자인단계에서 빅데이터 분석을 활용하고 제품의 서비스화 구현에 적용 스마트 공장 제품 설계 및 공장설비 단계에서, 가상 시제품 제작, 설비 공정 및 제조 등에 활용 스마트 공장 자동화 설비, 지능형 로봇, 자율 공정시스템 등에 복합센서 연결 및 데이터 수집 및 제어 등에 활용 적용제품 스마트 자동차, 착용형 스마트 기기 등 스마트 에너지 소비 네트워크, FEMS 등 스마트 컨트롤러 등 스마트센서, 3D프린팅 스마트 복합센서, 3D프린터 IoT, 등 IoT플랫폼, 등 *출처 : 제7차 무역투자진흥회의[제조업 혁신3.0] 전략 실행대책, 창조경제 구현을 위한 제조업의 스마트 혁신 추진방안 3D프린팅의 활용으로 생산 경제성 증대 3D프린팅의 활용으로 수시로 변하는 부품형상에 맞추어 반제품을 실어 나르는 Jigs&Fixures를 3D프린팅 기술로 생산함으로서 경제적이고 신속하고 대응 클라우드 시스템을 통한 데이터의 수집 및 교류 현재에도 많은 양의 데이터가 제조 부문에서 발생하고 있으며, 유연성 향상을 위해 즉각적이고 정 확한 정보를 수집하고 제공함으로써 데이터에 기반한 의사 결정이 가능 센서, 액츄레이터의 연결, 소재와 제품의 메모리 사용으로 유통 데이터가 기하급수적으로 늘어나면 서 빅데이터 처리 기술과 분석 기술의 중요성 증대 센서와 액츄레이터 기술의 발전을 통해 스마트팩토리의 기초가 되는 데이터를 수집하고 활용하는 근간을 마련할 수 있음 57

65 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 제조고정의가상화및제조설비와시스템간의연동을통해최적화생산및제어, 에너지절감기술 공정기기의센서로부터수집된정보를가상화시켜다양한센서기반의응용서비스또는사전에많은가능성들을타진해볼수있게하는기술로써, 실제물리적충돌또는움직임중첩, 재연이어려운상황을소프트웨어로연출하여발생가능한문제점을예측하여혁신적비용절감을실현할수있게해줌 PLC(Programmable Logic Controller) 와같은제어기를통해프로그래밍, 확장성, 이더넷등과같은기능을제공하고각종설비제어는물론센서들로부터다양한정보를받아들여전체공정을제어할수있도록함. PLC 기술의발전을통해물리적기기들을신속하고확장성있게통합제어하여스마트공장을구축하는데큰역할수행 제조공정기기사이의자율협업과공장-설비-제품-소비자의네트워크연결및통합관리가가능한기술 무선네트워킹의발전으로기계간의통신및데이터를언제어디서나센서를통해수집할수있고산업네트워크의표준을제시하고통합할수있는통신기술의발전필요 작업장의안전을사전에관리하고, 안전사고발생시지자체안전관리망과연계해즉시조치할수있도록하는기술 가상세계와현실을이어주는플랫폼인 Cyber-Physical Systems[CPS] CPS는사이버세계에서제공하는서비스및응용어플리케이션을중심으로실제세계에서일어나는생산과관련된센싱및데이터수집을연결해주는위치에존재하며, 소프트웨어, 센서, 정보처리장치등에기반한스마트생산을지원 CPS 생산시스템은입, 출고물류부터생산, 마케팅, 응용서비스까지 ICT 기반의 End2End 통합기능을제공하는스마트기기, 창고시스템, 생산설비등으로구성됨 생산에필요한다양한데이터가 CPS를통해교환되고제조공정과생산시스템에최적화된플랫폼을구성함으로써스마트팩토리의전체생산과정을제어관리하고상품의최적화및개인화를가능하게함 수직적생산공정과제한된정보교화등의한계를지닌인터스트리 3.0과달리 CPS는유연한생산환경을설정가능하게하고차별화된관리와제어프로세스를구현할수있도록함. CPS 구축과스마트팩토리의도입을위해독일정부는 3년간 5억유로 [ 약7,500억원 ] 를관련연구개발에지원할계획 이를기반으로독일의인공지능연구센터 [DFKI] 는세계최초로스마트팩토리를실현할수있는시스템을개발하여시험가동중이며, 지멘스, 보쉬등의대기업들도 CPS 구축을통한생산공정스마트화에적극참여중 58

66 전략제품 현황분석 나. 주요업체별 기술개발동향 (1) 해외업체동향 해외 스마트팩토리 기술 동향 [국가별 스마트팩토리 개발 현황] 독일 정부는 현재 직면하고 있는 국가적 과제를 해결하기 위해 인더스트리 4.0이라는 민, 관, 학 프로젝트를 추진, 통신 네트워크를 통해 공장 안팎의 사물과 서비스들을 연계하여 새로운 가치를 창출하고 비즈니스 모델을 구축하고자 함 자동차, 기계 등 제조업에 ICT를 접목해 모든 생산 공정, 조달 및 물류, 서비스까지 통합적으로 관 리하는 스마트팩토리 구축을 목표로 IoT, CPS, 센서 등의 기반 기술 개발 및 생태계 확산에 집중 미국 정부는 지난 2006년부터 국립과학재단(NSF)을 통해 CPS 프로젝트 진행을 통해 물리적 시스 템이었던 기존 공정과정과 ICT의 가상적 시스템을 하나로 융합해 초연결 시스템을 구축하고자 함 스마트팩토리 뿐만 아니라 운송, 전력망, 의료 및 헬스케어, 국방 등에 이르기까지 광범위한 분야 에 걸쳐 시스템 개발이 진행 중 일본은 지난 2000년부터 경제산업성과 도쿄대가 협력해 강력한 제조업 을 지칭하는 모노즈쿠리 프로젝트를 진행하며, 과거 값싼 노동력을 얻기 위해 중국, 동남아 등지로 공장을 옮겨야 했던 문 제를 제조 산업에 ICT를 도입함으로써 해결하고 있음 많은 제조업들이 다시 본국으로 회귀하고 일본 정부는 제조업 부흥에 대한 큰 기대를 걸고 있으며 2000년 모노즈쿠리 기반기술 진흥기본법 을 제정, 금형 등 6대 분야를 20개 부문으로 세분화해 적극적인 지원을 펼치고 있음 중국도 12차 5개년 계획 내 7대 전략사업 분야 가운데 생산 장비 고도화 및 정보통신 진흥을 위 한 계획을 수립하고 IoT센터를 설립해 CPS연구 등에 1.17억 달러를 펀딩하는 등 적극적 입장 스마트팩토리에 필요한 IT융합 국제표준화 동향 제조 공장의 설비를 공장 내외부의 다양한 물건이나 서비스와 연결해야 하기 때문에 통신 수단이 나 데이터 형식 등 많은 사물의 표준화가 중요하고 시급 59

67 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 SCADA/DCS 보안은미국국립표준기술연구소 (NIST: National Institute of Standards and Technology) 와산업자동화협회 (ISA: International Society for Automation) 등에서이루어지는방식으로각디바이스의프로파일을관리하는산업사이버보안관리인 IEC(International Electro-technical Commission) 의 62443( 과거 ANSI ISA99) 표준이있으며, 산업용네트워크표준화를추진하고있는 IEC TC65: Industrial-process measurement control and automation과밀접하게협업 WSN(Wireless Sensor Network) 분야에서는 NIST에서암호표준화로제시한 128, 196, 256 bit AES (Advanced Encryption Standard) 방식을미국국가안보국에서정식승인 IPv6가표준프로토콜로예상되는 IoT분야는전기전자기술자협회인 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 가주도하는표준이사실상표준으로사용되고있고, 센서정보전달목적과비동기적요청 / 응답설계구조인 CoAP(Constrained Application Protocol) 이저전력을지향하는프로토콜로서향후유력한국제표준을제시 IoT 표준화에있어미국의경우에는국제전기통신연합 ITU(International Tele communication Union) 를주축으로 IEEE P2413 IoT architectural framework 기반의용어및정의와네트워크환경표준을주도 유럽연합은이동통신회사를중심으로 ETSI M2M(Technologies & Clusters Committees & Portals Machine to Machine) 표준을주도 (2) 국내업체동향 국내스마트팩토리기술동향 산업부와미래부는 8대스마트제조기술간유기적연계와전략적투자를촉진하기위한스마트제조 R&D 중장기로드맵수립 시장선점및수요창출유망분야에대해단계적기술확보전략을제시하고, 스마트제조 R&D 중장기로드맵에기반하여그간산발적으로투입되어온정부 R&D 자금을전략적, 효율적으로투자할계획 한국정부는 제7차무역투자진흥회의 를열고 2017년까지민ㆍ관공동으로 24조원을스마트팩토리등제조업혁신에투입하기로했으며, 이를통해 2020년까지국내중소, 중견기업공장 1만여개를스마트팩토리로바꿀계획을갖고있음 8대스마트제조기술을활용한산업화와비즈니스촉진을위해주요기술별투자펀드조성을추진 국내제조기업의경우대기업을중심으로 ICT 를적용하여제조현장을혁신하고자하는시도가일부 진행되고있으나외산솔루션에대한의존도가높고, 국내기술로는한계가있는상황으로스마트팩 토리에대한민간투자는이제막시작단계임 60

68 전략제품현황분석 대기업관련 SI 기업들과중소제조기업에대한시스템구축기업이대부분인상황으로핵심요소기술은글로벌선도기업에게크게의존적인상황 생태기반이전체적으로취약한편이지만외산솔루션을도입하여시스템통합을하는 ICT 융복합경험은상대적으로풍부한편 POSCO는 RFID/GPS 기반물류체계를구축했으나협력업체들의비용부담으로인해전체협력업체로의확산은부족한상황이며스마트팩토리구축을위한 ICT 요소기술적용시도 ( 빅데이터를활용한제품불량및압연기고장사전예측, 냉연 열연코일, GPS, Bluetooth 및센서를활용한작업자안전관리, 공장신설및증설시가상현실을통한검증등 ) LS 산전은스마트팩토리시범사업을통해 PLC 기반의조립자동화라인을구축하여자동화수준을 86% 에서 95% 까지끌어올렸으며, APS 적용을통해 SCM을개선하고생산계획수립및실적관리최적화 현대기아차는 2019년까지 5년간 500억원을대 중소기업협력재단출연하여 ICT 역량이부족한중소협력사의공장스마트화적극추진 삼성전자는 2015년에경북창조경제혁신센터와함께경북지역에 100개스마트팩토리구축을시작으로 2017년까지 400개의스마트팩토리를육성할계획이며, 이를통해경북지역노후제조설비의첨단화지원 LG CNS는 LG 그룹사및외부 IT 서비스및컨설팅서비스제공하고있으며, 특히 MES와같은소프트웨어나공정설계서비스와같이공장전반적인솔루션제공 삼성 SDS는삼성그룹계열의 ICT 기업으로미라콤아이앤씨를인수하여 MES 뿐아니라설비자동화, 공장모니터링, 제조품질관리, 생산스케줄링등다양한솔루션제공 포스코 ICT는철강분야시스템에공정별 IT 설계및구축을주로수행하였으며 MES뿐만이아니라 HMI, 전기제어, 설비등의역량보유 에임시스템은반도체, 태양광, 자동차 / 기계, 화학 / 전자재료등다양한분야의생산정보시스템을구축하였으며공장 장비자동화를위한 MES 및제어솔루션을보유 에이시에스는실시간생산정보화를위한컨설팅및시스템통합을제공하며 MES 같은솔루션부터 IoT 센서및디바이스까지공장전반에걸쳐하드웨어, 미들웨어및 IT 서비스를폭넓게제공 엑센솔루션은자동차부품, 반도체, 중공업, 기계, 식품, 제약등다양한제조업을대상으로 MES Master Plan 컨설팅서비스및제조시스템구축서비스제공 신명정보통신은주조, 사출등뿌리산업위주로센서, M2M 디바이스및정보통합솔루션제공 이도링크는 IoT/M2M 관련네트워크장비, 개방형플랫폼및미들웨어를활용해서응용서비스개발. 특히위치기반서비스 (LBS) 를활용한서비스구축에집중 이랜서는 RFID 기반의 IT 아웃소싱, SI, 및컨설팅서비스를제공하고있으며제조기업을대상으로 ICT를적용하고있음 61

69 스마트팩토리 - 스마트 제조 애플리케이션 다. 스마트팩토리 기반기술 (1) 스마트팩토리 요소기술 스마트팩토리는 기존 제조기술에 IT를 접목하여 센서기술, 정밀제어 기술, 네트워크 기술 그리 고 데이터 수집 및 분석 기술 등 다양한 기술이 융합되어 서비스를 구성하고 있음 요소기술은 그 성격과 분야에 따라 크게 센서 디바이스 및 정밀제어기기, 네트워크 플랫폼, 제조 환경 어플리케이션으로 구분할 수 있음 (센서/제어 기기) 스마트팩토리의 감지와 수행기능을 수행하는 기기들을 위한 센싱기술과 제어기술 을 의미하며, 생산환경 변화, 제품 및 제고 현황 등 제조생산과 관련된 정보를 감지하여 애플리케 이션에 전달하고 이로부터 분석되어 결정된 결과를 제조현장에 반영하여 수행 (네트워크 플랫폼) 센서 디바이스, 정밀제어기기와 애플리케이션을 이어주는 역할로 IoT, 빅데이터, 클라우드 플랫폼을 포함하며, 디바이스와 애플리케이션 간의 안전하고 효율적인 데이터 채널 제공 (제조 애플리케이션) MES, ERP, PLM, SCM 등 IT 플랫폼을 기반으로 제조 실행에 직접적으로 관여하거나 현장 디바이스로부터 수집된 데이터를 분석하고 정해진 규칙에 따라 판단할 수 있는 시스템 *출처 : 스마트공장 기술로드맵, 산업통상자원부, [ 스마트공장 기술 로드맵 ] 62

70 전략제품 현황분석 (2) 국내기술 현안 각 분야에서 외산 제품 및 솔루션들이 대부분이며 국내업체들은 주로 이러한 제품과 솔루션들 을 도입하는 실정임 - 제조 분야 외산 솔루션 도입비율: 90% (한국 IT서비스관리 포럼 조사,2011) (센서/제어 기기) 단순 자동화에서 벗어나 센서를 통해 다양한 정보를 수집 전송하고, 실시간 피드 백을 통해 제어에 반영할 수 있는 다양한 디바이스 출시 - HW 공급에서 벗어나 연계된 SW나 인프라를 패키지로 제공하여 제어에서 MES 영역으로 확장하거나 제어기와 클라우드 연계 확대 - 국내 HW 공급 분야에서도 역량강화를 통해 신뢰성을 높이는 것은 물론 IT 융합을 통한 SW공급분야 와의 협력 및 기술 개발 필요 (네트워크 플랫폼) 네트워크, 빅데이터, 클라우드 등 제조업 이외의 영역에서 서비스하던 업체들의 제조영역으로 진출 활발 - 제조 기업들에게 플랫폼 제공을 하거나 디바이스 업체들과의 협력을 통해서 각자의 플랫폼 사업 영역 구축 - 국내 플랫폼업체들의 서비스 영역은 통신망이나 빅데이터 분야가 주를 이루고 있기 때문에 애플 리케이션 영역으로의 진출은 활발 - 국내 산업용 디바이스/네트워크 업체들이 쉽게 접근할 수 있는 IoT, 빅데이터 플랫폼 서비스와 같 이 국내 플랫폼업체들의 제조업 지원 서비스 영역확대가 필요 (제조 애플리케이션) 기존의 제조 엔지니어링 SW 공급 기업들과 비즈니스 솔루션 공급 기업들도 서비스하던 솔루션의 영역을 넓혀가는 상황이며, 애플리케이션의 수평적 수직적 통합 이슈가 화두 - 애플리케이션 공급 기업들은 자사 솔루션의 영향력을 늘리기 위해서 각자의 플랫폼을 제공함으로 써 하위 컴포넌트 연계성 강화 - 애플리케이션 영역에서 서비스하는 업체는 많지만 시스템통합에 주로 편중되어 있어 시스템의 구 성요소인 핵심 SW 개발 성과는 낮은 편으로 제조 엔지니어링 SW 공급 역량 강화가 필요 (원천 기술 개발 필요) 하드웨어 및 소프트웨어를 구성하는 기초 부품 컴포넌트 연구나 IT 원천기 술 개발은 취약 - 통신망과 같은 인프라를 서비스 하는 기업을 제외하고 플랫폼 서비스 측면에서는 하드웨어나 소 프트웨어 핵심기술이 상대적으로 취약 - 애플리케이션 소프트웨어나 하드웨어 디바이스 개발 위주로 역량이 편중되어 있어서 이들을 구성 하고 있는 핵심소재부품 개발이나 소프트웨어 플랫폼 개발에도 역량 투입이 필요 - 스마트팩토리 분야에서도 크게 성장하고 있는 중국시장 (Markets & Markets, 2014) 및 이 머징 국가 시장에도 원천기술개발을 통해서 스마트팩토리 기술 공급시장에 진출할 필요가 있음 63

71 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 라. 특허동향분석 (1) 연도별출원동향 스마트제조애플리케이션기술의지난 7년 ( 10~ 16) 간출원동향 5) 을살펴보면연도별로출원경향이증가, 감소를반복하고있어지속적으로스마트제조애플리케이션관련기술개발활발 각국가별로살펴보면미국, 일본, 유럽출원경향은감소-증가추세, 한국출원은증가-감소추세가이어짐 국가별출원비중을살펴보면미국이 39.8% 로최대출원국으로스마트제조애플리케이션기 술을주도하고있는것으로나타났으며, 한국이 29.2% 로미국다음으로많은출원을하였으 며, 유럽 16.6%, 일본 14.5% 로비슷한수준의출원비중을보이고있음 [ 스마트제조애플리케이션분야연도별출원동향 ] 5) 특허출원후 1 년 6 개월이경과하여야공개되는특허제도의특성상실제출원이이루어졌으나아직공개되지않은미공개데이터가존재하여 2015, 2016 년데이터가적게나타나는것에대하여유의해야함 64

72 전략제품 현황분석 (2) 국가별 출원현황 한국의 출원현황을 살펴보면 13년 까지 출원이 증가하다가 이후 감소하는 경향을 보이고 있으 며, 외국인의 출원은 일정한 비중을 유지 외국인의 출원이 일정한 비중을 유지하고 있는 이유를 살펴보면 스마트 제조 애플리케이션 기술의 국내 시장에 대한 외국인의 선호도가 꾸준한 것으로 추정 미국의 출원현황은 감소-증가 추세를 보이고 있으며, 외국인 출원은 비중이 증가하고 있는 것 으로 보아 미국 시장에 대한 외국인의 관심도 커지고 있는 것으로 추정 일본과 유럽의 출원현황은 지속적으로 유지되는 추세를 보이고 있으며 출원인 유형은 내국인과 외국인의 비중이 비슷하게 유지됨 [ 국가별 출원현황 ] 65

73 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 (3) 투입기술및융합성분석 스마트제조애플리케이션분야의투입기술을확인하기위하여특허분류코드인 IPC Code 6) 를통하여살펴본결과스마트제조애플리케이션분야의가장높은 IPC는 H04W 기술분야가 92 건으로가장많이차지하고있으며, 이어서 G06F가 86건, G05B가 68건으로다수를차지 이외에 G06Q 51건, H04L 47건, G08B 9건, H01L 8건, H04M 7건, H04B 6건, B21B 3건순으로기술이투입되어있어스마트제조애플리케이션분야에다양한기술이융합되어존재 더불어해당 IPC의특허인용수명을살펴보면 B21B 기술분야의수명이 8년으로가장긴것으로나타났으며, H04W 기술분야는 4년으로가장짧은것으로분석 [ 스마트제조애플리케이션분야상위투입기술 ] IPC 기술내용특허인용수명 (TCT) 7) H04W 무선통신네트워크 4 년 G06F 전기에의한디지털데이터처리 6 년 G05B 제어계또는조정계일반 ; 이와같은계의기능요소 ; 소의감시또는시험장치 이와같은계또는요 6 년 G06Q 관리용, 상업용, 금융용, 경영용, 감독용또는예측용으로특히적합한데이터처리시스템또는방법 ; 그밖에분류되지않는관리용, 상업용, 금융용, 경영용, 감독용또는예측용으로특히적합한시스템또는방법 4 년 H04L 디지털정보의전송 6 년 G08B 신호또는호출시스템 ; 지령발신장치 ; 경보시스템 7 년 H01L 반도체장치 ; 다른곳에속하지않는전기적고체장치 6 년 H04M 전화통신 7 년 H04B 전송 6 년 B21B 금속의압연 8 년 6) 전세계적으로통용되고있는국제특허분류 (IPC: International Patent Classification) 를통해특허정보기술분야에서공지기술을조사할수있으며, 기술및권리정보에용이하게접근가능 7) 특허인용수명지수는후방인용 (Backward Citation) 에기반한특허인용수명의평균, Q1, Q2( 중앙값 ), Q3 에대한통계값을제시함. 특히이와같이산출된 Q2 는 TCT(Technology Cycle Time, 기술순환주기또는기술수명주기 ) 라고부름 66

74 전략제품 현황분석 투입기술이 가장 많은 H04W 분야와 융합이 높게 이루어진 기술은 H04L 분야로 나타났으며, G06F, G01S 분야와도 융합된 기술의 건수가 높은 것으로 분석 이외에 G06F 분야와 융합된 기술은 G06Q, H04L, G05B 분야와 융합된 기술이 많은 것으로 나 타났으며, G05B 분야와 융합된 기술은 G06Q, H04L 기술로 분석 [ 스마트 제조 애플리케이션 분야 IPC 기술 및 융합성 ] (4) 주요출원인 분석 세계 주요출원인을 살펴보면 주로 미국의 출원인이 다수의 특허를 보유하고 있는 것으로 나타 났으며, 기계, 자동화 분야의 출원인이 대부분 주요 미국 출원인을 살펴보면 General Electric 등 전기, 기계 기업과 Rockwell Automation Technologies, Invensys Systems 등 자동화 기업이 다수 출원을 하고 있는 것으로 나타났으며, 이들 미국 출원인은 주로 미국 본국에 출원건수가 높은 것으로 나타남 한국 출원인으로는 포스코, 포스코아이씨티, 에이시에스 등 3개 기업이 상위출원인으로 나타나 스 마트 제조 애플리케이션 관련 기술을 다수 보유 67

75 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 가장많은특허를보유하고있는 Siemens 의 3 극패밀리수는 0 건으로다국적시장보다는미 국과유럽을시장을목표로출원을하고있는것으로보이며, General Electric 은 5 건으로다국 적시장을확보 미국기업인 Rockwell Automation Technologies 이확보한특허의피인용지수가 으로 가장높게나타나기술의파급성이높은원천기술을다수보유하고있는것으로분석됨 [ 주요출원인의출원현황 ] 주요출원인 국가 주요 IP시장국 ( 건수 %) 한국미국일본유럽 IP시장국종합 3극패밀리수 ( 건 ) 피인용지수 주력기술분야 Siemens 독일 % 59% 0% 41% 미국 MES 시스템과함께제조플랜트제어 General Electric 미국 % 56% 6% 39% 미국 플랜트운전최적화시스템및방법 Rockwell Automation Technologies 미국 % 61% 0% 39% 미국 MES 에서산업특이적워크플로우 Invensys Systems 미국 % 91% 0% 9% 미국 SCADA 와 MES 시스템에대한통합 포스코 한국 8 100% 0% 0% 0% 한국 철강공정가상설비및시뮬레이션 Boeing 미국 % 60% 20% 20% 미국 가상엔지니어링을위한시스템및방법 포스코아이씨티 한국 4 100% 0% 0% 0% 한국 제조설비및가상공장시뮬레이션 Yokogawa Electric 일본 % 25% 50% 25% 일본 배치의라이프사이클관리시스템및방법 에이시에스 한국 3 100% 0% 0% 0% 한국 맟춤보급형제조실행플랫폼 International Business Machines 미국 3 0% 100% 0% 0% 미국 데이터를사용한제조관리 68

76 전략제품 현황분석 (5) 국내 출원인 동향 국내 출원인 동향을 살펴보면 대기업은 포스코의 출원건수가 가장 높게 나타났으며, 중소기업 에서는 에이시에스의 출원건수가 높게 나타남 대기업의 주요 출원인은 포스코, 포스코아이씨티 등이 있으며, 중소기업의 주요 출원인은 에이시에 스, 다울, 바소콤 등이 주요 출원인인 것으로 나타남 기업 이외의 주요출원인을 살펴보면 전자부품연구원, 한국전자통신연구원 등 연구소/공공기관 의 출원이 다수 나타났으며, 대학은 강릉원주대학교, 부산대학교, 중앙대학교 등의 출원이 높은 것으로 분석됨 [ 국내 주요출원인의 출원 현황 ] 69

77 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 5. 중소기업환경 가. 중소기업경쟁력 스마트제조애플리케이션분야의중소기업경쟁력은기술분류별로차이가있으나통합운영기술 은중소기업이다수참여하여시장에서의역할이큰분야로나타성장할것으로분석됨 [ 스마트제조애플리케이션분야중소기업현황 ] 기술분류주요기술대기업중소기업중소기업참여영역중소기업 참여정도 수요맞춤형공정및운영최적화 공정설계기술가상모델데이터공정설계생산운영통합기술실시간생산정보기반가시화분석피드백제어기술절감시스템기술 삼성전자 LS 산전두산인프라코어 SK C&C 포스코 LG CNS 미디어텍브로드컴 자동조립정비생산자동화 인간중심안전및작업지원 가상 / 증강현실기반공정데이터연계형작업지원기술팩토리공간정보모델링및표준화기술작업자이상 유해상황감지및산업대응기술 삼성전자 LS 산전두산인프라코어 SK C&C 포스코 LG CNS 에임시스템에이시에스 모델링기법레이아웃설계모니터링 지능형유통및조달물류 Big Data 분석상태분석및이상조기경보시스템기술가상계측시스템기술가치사슬연계물류흐름추적관리및물류운영최적화기술 삼성전자 LS 산전두산인프라코어 SK C&C 포스코 LG CNS 신명정보통신 데이터분석물류시스템기술스마트센서 IoT 스마트팩토리통합운영및서비스 이미지프로세싱 Deep Learning 생산정보분석기술설비 Condition 에따른설비수명예측시스템기술 삼성전자 LS 산전두산인프라코어 SK C&C 포스코 LG CNS 미디어텍브로드컴 저전력기술지능형공장머신러닝공장자동화설비 * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5 단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ) 높은단계 : ) 70

78 전략제품 현황분석 나. 중소기업 기술수요 스마트 제조 애플리케이션 분야의 중소기업의 기술수요를 파악하기 위하여 중소기업 기술수요조 사 및 중소기업청 R&D신청과제(2013~2015년)를 분석한 결과 아래 표의 내용과 같은 수요들이 다수 있는 것으로 분석 스마트 제조 애플리케이션 분야 중소기업은 수요 맞춤형 공정 및 운영 최적화 기술개발에 다수 수 요가 있는 것으로 나타났으며, 이는 최근 기술트렌드인 ICT기술과의 융복합 기술에 관심이 높아지 고 있는 추세를 반영한 것으로 분석됨 [ 스마트 제조 애플리케이션 분야 과제신청현황 및 수요조사결과 ] 전략제품 기술 분류 관심기술 수요 맞춤형 공정 및 운영 최적화 고객 맞춤형 공정설계 기술 가상모델 실운영 데이터 연계 공정설계 생산운영 통합 기술 실시간 생산정보 기반 4M 상태 가시화 분석 피드백 제어 기술 설비 Parameter와 에너지 사용량의 상관관계를 분석한 에너지 절감 시스템 기술 인간중심 안전 및 작업 지원 가상/증강현실 기반 공정데이터 연계형 작업 지원 기술 팩토리 공간정보 모델링 및 표준화 기술 작업자 이상 유해상황감지 및 산업대응 기술 지능형 유통 및 조달 물류 Big Data 분석 알고리즘을 이용하여 상태분석 및 이상 신호를 발견하는 실시간 조기경보시스템 기술 Big Data를 통해 계측 되지 않은 값을 예측하는 가상 계측 시스템 기술 가치사슬 연계물류흐름 추적관리 및 물류운영 최적화 기술 스마트팩토리 통합 운영 및 서비스 이미지 프로세싱 및 Deep Learning을 이용한 이미지 분석시스템을 통한 실시간 생산정보 분석기술 설비 Condition에 따른 설비 수명예측 시스템 기술 제조 지식 노하우 체계화 및 서비스화 기술 스마트 제조 애플 리케이션 71

79 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 다. 중소기업핵심기술 (1) 데이터기반요소기술발굴 스마트제조애플리케이션기술의특허및논문데이터검색을통해도출된유효데이터를대상으로데이터마이닝기법 (Scientometrics 기법 ) 을통해클러스터링된키워드의연관성을바탕으로요소기술후보군을도출 스마트제조애플리케이션기술의특허및논문유효데이터를기반으로키워드클러스터링을통하여 10개의요소기술후보군을도출 제품별 dataset 구축 : 스마트제조애플리케이션기술관련특허 / 논문데이터를추출하여노이즈제거후제품별 dataset 구축 1차클러스터링 : 키워드맵을통한고빈도키워드확인-빈도수 (tf-idf) 8) 가상위 30% 에해당하는키워드를대상으로 1차추출 2차클러스터링 : 1차클러스터링에서추출된고빈도키워드사이에서고연관도키워드를 2차추출 ( 고연관도기준은연관도수치 9) 가 2이상인클러스터로제한 ) 다음그림은키워드간연관네트워크를시각화한것으로, 각키워드를나타내는원과키워드간의연관도를나타내는직선으로구성 각키워드가특허와논문중어느데이터에서도출되었는지원의색으로구분하였으며, 키워드로도출된클러스터는황색음영으로표시 키워드를나타내는원은고빈도의키워드일수록원의크기가크게표현되며, 연관도를나타내는선은키워드사이의연관도수치가높을수록굵게표현 스마트제조애플리케이션기술전략제품의특허 논문유효데이터에대하여키워드클러스터링 결과를기반으로요소기술도출 데이터기반의요소기술도출은키워드클러스터링을통해도출된요소기술에대하여전문가의 검증및조정을통하여요소기술을도출 8) 빈도수 (tf-idf) : 각키워드가출현되는특허또는논문수를의미 9) 연관도수치 : 두개이상의키워드사이의특허또는논문수를의미 72

80 전략제품 현황분석 [ 스마트 제조 애플리케이션 분야 키워드 클러스터링 ] [ 스마트 제조 애플리케이션 분야 주요 키워드 및 관련문헌 ] No 주요 키워드 연관도 수치 관련특허/논문 제목 클러스터 01 smart factory, cyber physical system 4~5 1. smart factory use case implemented for quality issues 2. METHOD AND SYSTEM FOR CUSTOMIZING A GRAPHIC USER INTERFACE OF A MANUFACTURING EXECUTION SYSTEM SCREEN 클러스터 02 manufacturin g execution 4~5 클러스터 03 execution system 4~5 클러스터 04 wireless sensor, ubiquitous manufacturin g 4 1. INDUSTRY-SPECIFIC WORKFLOWS IN A MANUFACTURING EXECUTION SYSTEM WITH PREMIER INTEGRATION 2. ROUTING OF ENTERPRISE RESOURCE PLANNING MESSAGES 3. A proposal of manufacturing execution system integration in design for additive manufacturing 1. ACTIVITY SET MANAGEMENT IN A MANUFACTURING EXECUTION SYSTEM 2. Manufacturing execution systems (MES) 3. Using the embedded Ethernet communication capability of PLC controller for tailor-made Manufacturing Execution System 1. Enabling Communication Between Wireless Devices 2. Energy Efficient Method For Communication Between A Wireless Sensor Network And An Industrial Control System 3. Multimode user equipment accessing wireless sensor network 4. Design of Wireless Sensor Networks-Based Equipment Materials Transport and Storage Environment Monitoring System 73

81 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 No 주요키워드연관도수치관련특허 / 논문제목 클러스터 05 production request 4 1. METHOD AND SYSTEM FOR HANDLING BATCH PRODUCTION WITHIN ANSI/ISA/95 PRODUCTION SCHEDULING EXTENDED WITH BATCH PRODUCTION PARAMETER HISTORIAN 2. System and method for managing life-cycle of batch in production control system in real time 3. Controlling JIT item production via kanban cards 클러스터 06 energy consumption 4 1. RFID integrated adaption of manufacturing execution systems for energy efficient production 클러스터 07 service profile 5 1. Device assisted ambient services 클러스터 08 subscriber identity 6 1. Method and System for Managing Subscriber Identity Modules on Wireless Networks for Machine-To-Machine Applications 2. System, servers, methods and computer programs for machine-to-machine equipment management 3. Virtual Machine Management Using a Downloadable Subscriber Identity Module 클러스터 09 machine to machine equipment, mobile equipment 5 1. Method for Segmenting Users of Mobile Internet 2. Analyzing Internet Traffic by Extrapolating Socio-Demographic Information from a Panel 3. System and Method for Relating Internet Usage with Mobile Equipment 클러스터 10 industrial control 4~5 1. CLOUD-BASED EMULATION AND MODELING FOR AUTOMATION SYSTEMS 2. Predictive analysis having data source integration for industrial automation 3. A component based reconfigurable manufacturing execution system 74

82 전략제품 현황분석 [ 스마트 제조 애플리케이션 분야 데이터 기반 요소기술 ] No 요소기술명 키워드 요소기술01 가상모델 실운영 데이터 연계 공정설계 생산운영 통합 기술 manufacturing execution 요소기술02 실시간 생산정보 기반 4M 상태 가시화 분석 피드백 제어 기술 realtime produce 4M feedbag 요소기술03 가상/증강현실 기반 공정데이터 연계형 작업 지원 기술 AR/VR processing 요소기술04 팩토리 공간정보 모델링 및 표준화 기술 modeling, sampling 요소기술05 작업자 이상 유해상황감지 및 산업대응 기술 execution system 요소기술06 Big Data 분석 알고리즘을 이용하여 상태분석 및 이상 신호를 발견하는 실시간 조기경보시스템 기술 deep learning execution system 요소기술07 Big Data를 통해 계측 되지 않은 값을 예측하는 가상 계측 시스템 기술 predict analysis 요소기술08 이미지 프로세싱 및 Deep Learning을 이용한 이미지 분석시스템을 통한 실시간 생산정보 분석기술 image processing deep learning 75

83 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 (2) 요소기술도출 산업 시장분석, 기술 ( 특허 ) 분석, 전문가의견, 타부처로드맵, 중소기업기술수요를바탕으로로 드맵기획을위하여요소기술도출 요소기술을대상으로전문가를통해기술의범위, 요소기술간중복성등을조정 검토하여최종 요소기술명확정 [ 스마트제조애플리케이션분야요소기술도출 ] 분류요소기술출처 수요맞춤형공정및운영최적화 고객맞춤형공정설계기술 가상모델 실운영데이터연계공정설계 생산운영통합기술 실시간생산정보기반 4M 상태가시화분석피드백제어기술 기술 / 시장분석, 특허 / 논문클러스터링 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 기술 / 시장분석, 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 설비 Parameter 와에너지사용량의상관관계를분석한에너지절감시스템기술 기술 / 시장분석, 기술수요, 전문가추천 가상 / 증강현실기반공정데이터연계형작업지원기술 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 인간중심안전및작업지원 팩토리공간정보모델링및표준화기술 기술 / 시장분석, 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 작업자이상 유해상황감지및산업대응기술 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 Big Data 분석알고리즘을이용하여상태분석및신호를발견하는실시간조기경보시스템기술 이상 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 지능형유통및조달물류 Big Data 를통해계측되지않은값을예측하는가상계측시스템기술 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 가치사슬연계물류흐름추적관리및물류운영최적화기술 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 스마트팩토리통합운영및서비스 이미지프로세싱및 Deep Learning 을이용한이미지분석시스템을통한실시간생산정보분석기술 설비 Condition 에따른설비수명예측시스템기술 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 기술수요, 타부처로드맵 제조지식노하우체계화및서비스화기술 기술 / 시장분석, 기술수요 76

84 전략제품 현황분석 (3) 핵심기술 선정 확정된 요소기술을 대상으로 산 학 연 전문가로 구성된 핵심기술 선정위원회를 통하여 중소기업 에 적합한 핵심기술 선정 핵심기술 선정은 기술개발시급성(10), 기술개발파급성(10), 단기개발가능성(10), 중소기업 적합 성(10)을 고려하여 평가 [ 스마트 제조 애플리케이션 분야 핵심기술 ] 분류 수요맞춤형 공정 및 운영 최적화 핵심기술 개요 Big Data 분석 알고리즘을 이용하여 상태분석 및 이상 신호를 발견하는 실시간 조기경보시스템 기술 Big Data 분석 알고리즘을 이용한 실시간 조기경보 시스템 기술은 실시간 생산정보 4M 상태 모니터링 및 피드백 제어 기술을 바탕으로 한 실시간 조기경보 애플리케이션 기술임 이미지 프로세싱 및 Deep Learning을 이용한 이미지 분석시스템을 통한 실시간 생산정보 분석기술 이미지 프로세싱 및 Deep Learning을 이용한 이미 지 분석시스템을 통한 실시간 생산정보 상태 분석기 술 애플리케이션 기술 설비 Parameter와 에너지 사용량의 상관 관계를 분석한 에너지 절감 시스템 기술 팩토리 에너지 소비를 고려한 생산운영 최적화 기술 로 에너지 데이터까지 고려된 생산운영 애플리케이 션 개발 기술임 팩토리 공간정보 모델링 및 표준화 기술 가상 증강현실 기술을 바탕으로 업무환경을 지원하는 작업자 지원 애플리케이션과 팩토리 공간정보에 대 한 표준모델링 기술 작업자 이상 유해상황감지 및 산업대응 기술 위치인식 기반의 작업자 상태를 사전 감지 대응하는 안전 애플리케이션 개발 가치사슬 연계물류흐름 추적관리 및 물류운영 최적화 기술 가치사슬을 연계한 물류 최적화 플랫폼에 탑재하여 지능형 물류조달 애플리케이션 개발 Big Data를 통해 계측 되지 않은 값을 예측하는 가상 계측 시스템 기술 실시간 데이터 기반 가상 모델 생성 및 애플리케이 션 연계를 위한 기술임. 설비 Condition에 따른 설비 수명예측 시스템 기술 실시간 설비 Condition 데이터를 기반으로 한 서비 수명 예측 애플리케이션 기술임. 인간중심 안전 및 작업 지원 지능형 유통 및 조달 물류 스마트팩토리 통합운영 및 서비스 77

85 스마트팩토리 - 스마트 제조 애플리케이션 6. 기술로드맵 기획 가. 스마트 제조 애플리케이션 기술로드맵 최종 중소 중견기업 기술로드맵은 기술/시장 니즈, 연차별 개발계획, 최종목표 등을 제시함으로 써 중소기업의 기술개발 방향성을 제시 78

86 전략제품 현황분석 나. 연구개발 목표 설정 로드맵 기획 절차는 산 학 연 전문가로 구성된 로드맵 기획위원회를 통해 선정된 핵심기술을 대 상으로 기술요구사항, 연차별 개발목표, 최종 목표를 도출 [ 스마트 제조 애플리케이션 분야 핵심기술 연구목표 ] 분류 수요맞춤형 공정 및 운영 최적화 인간중심 안전 및 작업 지원 지능형 유통 및 조달 물류 스마트 팩토리 통합운영 및 서비스 핵심기술 기술요구사항 Big Data 분석 알고리즘을 이용하여 상태 분석 및 이상 신호를 발견하는 실시간 조기경보 시스템 기술 연차별 개발목표 최종목표 1차년도 2차년도 3차년도 예측 정합률(%) 90% 이상 95% 이상 98% 이상 조기경보 예측 정합률 향상 이미지 프로세싱 및 Deep Learning을 이용한 불량 이미지 검출 및 분석 불량 검출률(%) 90% 이상 95% 이상 98% 이상 불량 검출률 향상 설비 Parameter와 에너지 사용량의 상관관계를 분석한 에너지 절감 시스템 기술 에너지 절감률(%) 2% 이상 4% 이상 5% 이상 에너지 절감률 향상 팩토리 공간정보 모델링 및 표준화 기술 물리적 매칭률 (%) 95%이상 물리적 매칭률을 높이고 사용 가능한 시스템 개발 작업자 이상 유해상황 감지 및 사전대응 기술 유해상황 조기 감지로 인한 안전성(%) 99%이상 유해감지센서를 이용한 안전 관리 시스템 도입으로 안정성 증가 가치사슬 연계물류흐름 추적관리 및 물류운영 최적화 기술 제품 생산 시간 단축/생산량 향상(%) - 5% 10% 최적화 된 물류 운영으로 생산 시간 단축 및 생산량 향상 BigData를 통해 계측 되지않는 값을 예측하는 가상 계측 시스템 기술 예측 정합률(%) 90% 이상 95% 이상 98% 이상 가상 계측 정합률 향상 설비 Condition에 따른 설비 수명 예측 시스템 기술 예측 정합률(%) 90% 이상 95% 이상 98% 이상 수명 예측 정합률 향상 50%이상 - 80%이상 80%이상 79

87 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 다. 핵심기술심층분석 BigData 분석알고리즘을이용하여상태분석및이상신호를발견하는 실시간조기경보시스템개술 기술개발 필요성 불량이나이상이발생할경우사전에감지하여조기경보를해줌으로써사전에불량발생이나이상유무를확인할수있음 설비의이상신호를감지하고조기경보를발생시켜제품의불량발생을최소화하여수율을높이고품질에대한신뢰성을높일수있음. 수율이높아져제조단가를줄일수있음 정상적인경우의패턴을파악 기술개발전략 불량이나이상이발생할경우의패턴을파악 실시간패턴감시로정상이아닌패턴이감지될경우조기경보발생 No 명칭출원인 1 물류리스크예측방법및그장치삼성에스디에스 3 지능형물류창고네트워크구축을위한물류현장용창고 관리스마트카트 해진테크 관련특허현황 3 물류창고화물검수방법이씨스 4 진열상품재고관리솔루션을구비한전자선반라벨 시스템 에스모바일텍 5 스마트폰앱기반의 ERP 시스템엠링크코리아 적용가능분야 디스플레이, 반도체, 철강, 자동차등모든제조업분야 관련기업 삼성전자, 삼성디스플레이, SK 하이닉스, POSCO, 현대차, LGD 등의모든제조 회사 80

88 전략제품현황분석 이미지프로세싱및 DeepLearning 을이용한이미지분석시스템을통한실시간 생산정보분석기술 기술개발 필요성 기존의불량판정의사람에의한불량판정및분석이기때문에효율이떨어지는반면이미지프로세싱기술과 Deep learning 기술을이용하여빠르고정확하게분석을할수있음. 비전검사장비의이미지프로세싱만으로한계가보이는부분에딥러닝을접목하여검사결과를좀더세분화하고정확도를높일수있음. 이미지프로세싱을통한불량이미지검출 기술개발전략 검출된불량이미지를이용한모델생성 Deep Learning 을이용하여학습에의한불량이미지분석 No 명칭출원인 관련특허현황 1 맞춤보급형제조실행플랫폼 에이시에스 2 System and Method for Integrated Workflow Scaling Invensys Systems 3 METHOD, DISTRIBUTED ARCHITECTURE AND WEB APPLICATION FOR OVERALL EQUIPMENT Siemens EFFECTIVENESS ANALYSIS 4 Controlling a manufacturing plant with a MES system Siemens 5 METHOD AND SYSTEM FOR MANAGING DATA IN A MANUFACTURING EXECUTION SYSTEM Siemens 6 Rockwell CLOUD-BASED EMULATION AND MODELING FOR Automation AUTOMATION SYSTEMS Technologies 적용가능분야 디스플레이, 반도체제조공정의비전검사장비 관련기업 모든디스플레이, 반도체제조회사 ( 삼성디스플레이, LG 디스플레이, BOE, 삼성전 자, SK 하이닉스등 ) 81

89 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 설비 Parameter 와에너지사용량의상관관계를분석한에너지절감시스템기술 기술개발 필요성 공정상불필요하게소모되는에너지를분석하여확인함으로써에너지를아낄수있음 환경문제와이로인한에너지저사용에대한내용은세계적인이슈로써설비의에너지효율이떨어진원인을분석하여에너지효율을높이고기업의에너지비용을절감 설비동작중에너지사용량확인 기술개발전략 품질과에너지사용량간의상관관계확인 품질에영향을미치지않는설비 Parameter 를분석하여최소에너지사용량도출 적용 관련특허현황 No 명칭 출원인 1 무선센서네트워크에에너지절약및신뢰성있는정보전달을위한장치및방법 부산대학교 2 에너지관리시뮬레이션을위한가상공장시뮬레이션시스템및방법 포스코아이씨티 3 능동부하관리를이용한급송가능운영예비에너지용량의추정및제공시스템및방법 콘서트아이엔씨 4 에너지사용량모니터링시스템 에이시에스 5 Industrial control energy object Rockwell Automation Technologies 6 An energy efficient method for communication between a wireless sensor network and an industrial control system Abb Research 적용가능분야 제조공장관련에너지절감 ICT 기반건물에너지효율화 관련기업 국내 : 포스코 ICT, 에이시에스, LG CNS, LS 산전 해외 : Siemens, Honeywell, Rockwell Automation, Invensis 82

90 전략제품현황분석 팩토리공간정보모델링및표준화기술 기술개발 필요성 가상증강현실기술을바탕으로업무환경을지원하여미숙련자라도손쉽게작 업할수있는환경마련 가상증강현실기술검토 기술개발전략 지식창고시스템개발 (Knowledge Arcive) 지식창고시스템과가상증강현실을접목하여설비수리에용이하도록개발 No 명칭출원인 1 다중디스플레이를위한시각화시스템및그방법한국과학기술원 2 4D 데이터를시각화하기위한시각화방법및시스템, 및통합데이터파일생성방법및장치 엔쓰리엔 관련특허현황 3 로봇제어시각화장치전자부품연구원 4 5 METHOD, DISTRIBUTED ARCHITECTURE AND WEB APPLICATION FOR OVERALL EQUIPMENT EFFECTIVENESS ANALYSIS METHOD AND SYSTEM FOR MANAGING DATA IN A MANUFACTURING EXECUTION SYSTEM Siemens Siemens 적용가능분야 디스플레이, 반도체, 철강, 자동차등모든제조업분야 관련기업 삼성전자, 삼성디스플레이, SK 하이닉스, POSCO, 현대차, LGD 등의모든제조 회사 83

91 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 작업자이상 유해상황감지및사전대응기술 기술개발 필요성 작업자이상및유해상황을조기감지하여작업자를조기발견및조치로작업자 안정성확보 유해상황감지센서개발 기술개발전략 작업자위치인식및응급상황콜시스템개발 응급센터연계시스템구현 No 명칭출원인 1 시설물안전관리시스템및방법다울 2 작업장사고방지를위한스마트웨어시스템티엘씨테크놀로지 관련특허현황 3 스마트모니터링제어시스템 티엘씨테크놀로지 4 지능형위험전조패턴분석모델을이용한에너지플랜트의실시간위험전조예측방법및예측시스템 한국가스안전공사 5 사물지능통신을기반으로하는재난대응방법 바인테크 6 System and method for optimizing plant operations General Electric 7 Method and a system for an automatic recovery from a fault situation in a production plant Siemens 조선 화학 철강 발전플랜트산업안전관리 적용가능분야 조선업 화학 건설등작업자 ( 근로자 ) 산업안전관리 스마트팩토리위험분석서비스 관련기업 국내 : 포스코 ICT, 삼성 SDS, SK C&C, LG C&S, 티엘씨테크놀로지, 바인테크 해외 : Siemens, General Electric 84

92 전략제품현황분석 가치사슬연계물류흐름추적관리및물류운영최적화기술 기술개발 필요성 물류유통비용의막대화및재고관리및선입선출의어려움대두 관리자들이신속하고유연한작업으로상품의이동을가속화시키고물류비와작업 시간을효과적으로절감할필요성대두 제조환경에최적화된스마트센서를이용한유통물류서비스 기술개발전략 부품조달, 생산, 배송, 사후관리까지실시간통합운영가능한미들웨어및서비스 기술 납기예측시뮬레이션및품질이력추적관리시스템 No 명칭 출원인 1 물류운송을위한클라우드오더관리시스템 에이비씨로지스 의류수출업 물류관리를 위한 하이브리드 앱 기반 ERP 2 시스템 오르트레이딩 관련특허현황 3 스마트물류네트워크의최적화시스템한국무역정보통신 4 모바일을이용한물류관리시스템씨큐프라임 5 모바일을이용한물류자동화시스템 지팬스스마트로 6 양방향통신을지원하는물류 IoT 통신시스템및방법 동아대학교 7 Production management for manufacturing execution systems Siemens 적용가능분야 디지털물류및차량관리 지능형물류시스템 관련기업 국내 : 삼성 SDS, KT 넥스알, 어드밴텍코리아 해외 : Siemens, IBM, Oracle, EMC, SAS 85

93 스마트팩토리 - 스마트제조애플리케이션 BigData 를통해계측되지않은값을예측하는가상계측시스템기술 가상계측을통한사전계측값을확인함으로써설비의효율및문제발견등을할 수있음 기술개발 필요성 설비금액이비싸고, 실제계측에많은시간이걸리는설비로인해모든제품에 대해실제계측을할수없는공정이있음. 이에계측되지않은제품을가상계측하여제품신뢰성을높이고설비도입수량 을최소화하여비용을낮출수있음 기술개발전략 실시간리스크분석및공급망최적설계가시화기술 개방형공급망관리클라우드인프라구축 No 명칭출원인 1 수요예측을통한공급망관리시스템및방법디에스이트레이드 2 원자재 - 부품 - 완제품의공급망의유통이력추적방법및 유통이력추적시스템 엠아이시스 관련특허현황 3 상품정보관리시스템위드엔코 4 공급망관리시스템 Hussmann 5 공급, 제조및물류데이터의분석및제시 Flextronics 6 GEOSPATIALLY RELEVANT SUPPLY CHAIN OPTIMIZATION THROUGH A NETWORKED MOBILE DEVICE THAT LEVERAGES A DISTRIBUTED COMPUTING ENVIRONMENT S T E E L W E D G E SOFTWARE 다품종소량생산제조업 적용가능분야 고객주문형제조공정 스마트 SCM 관련기업 국내 : 삼성 SDS, KT 넥스알, 어드밴텍코리아 해외 : Siemens, IBM, Oracle, EMC, SAS 86

94 전략제품현황분석 설비 Condition 에따른설비수명예측시스템기술 기술개발 필요성 설비의수명을미리예측하여수리함에따라항상설비 Condition을유지하고 Down 시간을최소화하여제품의품질을향상시키고수율을높여제품생산비용을줄임 설비의교체시기를정할수있어 BM이발생할확률을낮추고 PM으로인한비용을절감할수있음 기술개발전략 실제공장의구성및운영요소들을모델링하여공정운영및변경에대한시뮬레이션기술개발 공정상에서쌓인대용량실적로그데이터를기반으로프로세스모델을자동으로도출함으로써, 작업의이해를돕고병목공정등의문제점발견, 미래공정결과예측등에활용하는생산프로세스마이닝기술개발 No 명칭출원인 1 산업유형별공정데이터분석및검증기술과 HW-SW 융합프레임워크기반의정보통합시스템 나라시스템 2 맞춤보급형제조실행플랫폼에이시에스 3 System and Method for Integrated Workflow Scaling Invensys Systems 관련특허현황 4 METHOD, DISTRIBUTED ARCHITECTURE AND WEB APPLICATION FOR OVERALL EQUIPMENT EFFECTIVENESS ANALYSIS Siemens 5 METHOD AND SYSTEM FOR MANAGING DATA IN A MANUFACTURING EXECUTION SYSTEM Siemens 6 CLOUD-BASED EMULATION AND MODELING FOR AUTOMATION SYSTEMS R o c k w e l l A u t o m a t i o n Technologies 적용가능분야 스마트팩토리운영솔루션 SW 관련기업 국내 : SK C&C, LG CNS, 어드밴텍코리아 해외 : Oracle, CAT, IBM, Advantech, Rockwell Automation Technologies 87

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96 전략제품 현황분석 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술

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98 스마트팩토리센서및화상처리기술 정의및범위 스마트센서는스마트한제조환경을가능하게하는제조업에서의다양한정보를감지할수있는센싱소자와신호처리가결합하여데이터처리, 자동보정자가진단, 의사결정기능을수행하는 소형, 경량, 다기능, 고편의성, 고부가가치의센서 를의미 화상처리기술은영상카메라를활용하여제조환경에서의모니터링, 생산라인에서의제품위치파악, 제조환경조절을통하여생산에서의문제를최소화하고생산제품의불량률을최소화하기위한기술을의미정부지원정책 산업통상자원부는 2012년 12월주력산업등의경쟁력강화를위한센서산업구조의고도화를위한 센서산업발전전략 을발표한이후 2015년부터 2020년까지총 1,508억원 ( 국비 1,147.8억원, 민간 360.4억원 ) 을투자할예정 미래창조과학부는스마트센서수요의폭발적증가대비수입에의존하고있는국내센서산업에대한정부의센서관련지원사업현황을진단하고효과적인스마트센서개발을위한정부정책도출 미래창조과학부는스마트헬스, 홈, 재난 / 재해, 농업등 4개분야 IoT 서비스대상스마트센서품목도출 미래창조과학부는 IoT센서 ROIC 등 2개분야 IoT 서비스적용스마트센서사업품목도출 ( 각과제당 30~40억 /5년(3+2년), 2016년추진 ), 나노인프라연계 2015년 45억확정 중소기업시장대응전략 강점 (Strength) ( 환경 ) 유연한산업구조 ( 기술 ) 우수한 IT 인프라 ( 정책 ) 산업지원정책수립기회 (Opportunity) ( 환경 ) 제조패러다임의변화 ( 기술 ) 기반기술연구 개발 ( 정책 ) 정부와업계의높은니즈 약점 (Weakness) ( 환경 ) 영세한산업구조 ( 기술 ) 핵심원천기술미흡 ( 정책 ) 산업계연계미흡위협 (Threat) ( 환경 ) 생산지원인프라부족 ( 기술 ) 글로벌업체와의기술격차 ( 정책 ) 미시적 R&D 정책 중소기업의시장대응전략 나노 MEMS, SoC 기술, 비접촉 무선화, 기능화 자동화, 소형화 저가격화, 소재다변화등의기술을 접목하여초소형, 고성능, 다기능 ( 지능형 ) 센서제품개발로시장대응 지능형카메라에적용하여생산공정에투입이가능한화상처리알고리즘개발

99 핵심기술로드맵

100 전략제품 현황분석 1. 개요 가. 정의 및 필요성 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술이란 스마트팩토리를 가능하게 하는 습도, 온도, 진동, 기 압, 영상 정보 등 스마트팩토리 현장에서의 다양한 정보를 전기적 신호로 변환하는 소자 부품 과 이미지 센서를 활용하여 스마트팩토리의 현장 상황을 영상 처리 기술을 적용하여 스마트한 제조환경을 가능하게 함. 센서의 구성은 센서부, 신호처리부, 제어부로 구성되며, 센서부는 목 적 대상물의 신호 정보를 받아서 이 정보를 신호 처리부에서 아날로그나 디지털 등의 전기적 신호로 변환함. 이 변환된 신호를 제어부에서 소프트웨어를 사용하여 필요한 정보로 활용하거 나 다른 디바이스에 연결하여 정보를 전달하는 기능을 함. 즉 측정 대상물의 정보를 감지하여 전기적 신호로 변화시켜 주는 장치를 센서(sensor)라 정의함 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 기술에는 마치 인간이 주변 환경을 인지하고 파악하는 것처 럼 센서를 통하여 전기적 정보를 취득하고 분석할 수 있게 됨으로써 센서는 인간의 오감과 같은 감각 기관의 역할을 수행하여 스마트팩토리의 핵심 기술이 됨 [ 스마트팩토리 센서 기본 구조 ] 디지털 시장의 성장으로 인간과 기기간의 상호 작용이 심화되고 있어서 기기들의 지능화 되고 있으며, 이에 따라 시장에서 요구하는 센서의 기능도 소형화, 복합화되고 있음 산업 현장에 있어서 산업 재해를 방지하기 위한 센서들도 필요성이 증대되고 있어서 산업 안전 용 센서들에 대한 연구 개발이 활발히 진행되고 있음 위험지역 감지 센서는 십억분의 일의 낮은 농도의 가스도 감지하여 채광현장에서 사고발생으로 인 한 물적 인적 피해를 방지하기 위한 센서 유체 및 화학물질 누출 감지 센서는 독성의 산업 화학물질 또는 유기화합물 같이 산업 현장에서 노동자들의 안전을 위태롭게 하는 물질을 인지하여 사고를 방지하는 센서 차량 충돌 방지 센서는 창고 및 제조업에서 지게차등 사내 운송을 위하여 사용하는 센서로 운전자 가 장애물을 인지하지 못하여 발생하는 인적, 물적 사고를 방지하기 위한 센서 93

101 스마트팩토리 - 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 [ 스마트 센서의 진화 방향 ] 센서산업은 센서 제조를 위한 소재산업, 이 소재를 사용하여 센서의 기능이 구현되어 있는 소 자 산업, 여러개의 소자를 원칩으로 모듈화한 SoC, 및 시스템형 산업을 포함하는 고부가가치 를 창출하는 산업임 센서 산업은 칩, 패키지, 모듈, 시스템의 단계를 거쳐서 여러 산업 부문에 활용되고 있으며, IoT 시대의 도래에 따라 연관 산업의 활용도가 대폭 증대되고 있는 융복합 사업임 화상처리 기술은 열악한 생산 환경으로 이미지 처리에 한계가 있음. 이유는 대부분 핵심 설비 들이 case안에 들어있으며, 열악한 환경(연기, 물, 불 등)으로 이미지 촬영이 쉽지 않아서 핵심 설비에 대한 정보를 정확하게 표현하기 어려운 상황 그러나 화상처리 기술의 고도화와 생산 환 경에서의 카메라 디바이스와 센서의 지능화로 생산 공정에서의 최적화와 제조 상황에 대한 자 율 교정이 가능하게 됨 산업환경에서 제조상황에 대한 조절, 생산 불량을 최소화 할 수 있도록 제조 기기의 자율적 동작 교정이 가능하도록 오류 상황을 센싱하고, 실시간 모니터링 할 수 있는 기술 생산 공정의 최적화를 위하여 각 공정의 상황과 각 생산물의 위치와 현황을 실시간으로 파악할 수 있는 실시간 인지 기술 생산 환경 디바이스/센서의 지능적 기능을 강화하여 자체적 생산환경에 대한 지능적 자가진단이 가능하도록 하여 생산 무인화/자동화를 위한 고신뢰성 보장형, 다기능 스마트디바이스용 경량 OS 기술 94

102 전략제품 현황분석 나. 범위 (1) 제품분류 관점 스마트센서는 감지대상, 동작방식, 제작 재료, 구현 기술 등에 따라 다양하게 분류되며, 사용하 고자하는 대상과 목적, 취득하고자 하는 정보의 종류에 따라 혼용하여 사용하고 있으며. 스마 트팩토리 시장 성장과 사물인터넷 기술 발전과 더불어 적용 범위가 점점 확대되고 있는 기술 분야임 스마트센서에 사용되는 주요 핵심기술은 MEMS 기술, SoC(System-on-Chip, 여러 가지 기능 을 가진 시스템을 하나의 칩에 모아 만든 비메모리 반도체)기술, 임베디드 소프트웨어 등이 있 음 센서 융합기술은 반도체, MEMS, 나노 등의 결합을 통해 활용 [ 제품분류 관점 기술범위 ] 전략제품 제품분류 관점 MEMS 기술 세부기술 각속도, 가속도, TPMS, 압력 센서 등 Micro Electro Mechanical Systems(미세전자기계시스템) CIS(CMOS image sensor), 온습도, 조도센서 등 SoC 기술 모아 만든 비메모리 반도체 기술 적용 기반 기술 스마트 팩토리 센서 및 화상처리 기술 SoC(System on Chip), 여러 가지 기능을 가진 시스템을 하나의 칩에 Nano 기술 임베디드 소프트웨어 바이오 센서, 셀기반, 나노모터, Nano-FET 가스센서 물질을 10억분의 1미터 단위로 제작, U-헬스케어의 핵심 기반 센싱 기능에 데이터 처리, 의사 결정, 통신 기능 등이 결합 자동 보정, 상황 판단, 네트워킹 등이 가능 물리센서 압력센서, 가속도센서, 각속도센서, 온도센서 등 화학센서 가스센서, CO2센서, 스모크센서 등 바이오센서 혈당센서, 단백질센서, DNA센서, 세포칩 등 95

103 스마트팩토리 - 스마트팩토리센서및화상처리기술 (2) 공급망관점 스마트센서는 IT 융합과초연결시대의핵심기반기술로주목을받고있음 미래지능형산업, 초연결시대를열어갈최첨단소자로서제조, 환경, 모바일, 의료 헬스케어, 자동차, 우주, 항공, 군수등다양한응용산업에적용 나노 MEMS, SoC 기술, 비접촉 무선화, 기능화 자동화, 소형화 저가격화, 소재다변화등의기술이접목되면서초소형, 고성능, 다기능 ( 지능형 ) 센서로발전하고있어, IoT(Internet of Things) 의핵심기반 [ 공급망관점기술범위 ] 전략제품공급망관점세부기술 스마트팩토리 스마트팩토리내의다양한센서및디바이스정보수집, 분석을통하여이벤트를처리하고, 가상시스템설계를통한시뮬레이션환경구축, 고장예지보전, 실시간모니터링이가능한스마트팩토리구축에필요한핵심센서들과관련기술 스마트팩토리센서및화상처리기술 자동차 모바일 / 게임디바이스 헬스케어 거리및공간스캔기능을갖는센서를융 복합화하여 3차원공간을정밀스캐닝하며, 높은거리분해능력을가지는광학시스템설계기술, 그리고장애물검출을위한고속영상처리기술등의융합기술이집적된첨단센서 모바일기기용복합모션감지가가능한 10축 (3축가속도 자이로 지자계 + 1축압력 ) 초소형저전력스마트콤보센서로최근스마트모바일기기인터페이스구현의핵심센서 생체정보인식, 환자상태실시간센싱, 동작센싱등의정보를유무선통신기능을통하여전달하고분석하여서비스에활용하는데사용되는관련센서 보안 소형화된스마트센서의등장으로언제어디서나, 전문가가아닌개인도쉽게사용할수있는진단 검사기기의개발이가능하며, 바이오 나노기술과의융합은센서의민감도 (sensitivity) 및측정의정확도를향상시켰고, 반도체및 MEMS 기술의도입으로초소형의, 독자적판단력을지닌센서가등장 96

104 전략제품 현황분석 2. 산업환경분석 가. 산업특징 및 구조 (1) 산업의 특징 센서산업은 센서 제조를 위한 소재산업, 소재를 이용하여 고유 기능이 구현된 소자 산업, 여러 개의 소자를 사용하여 조립한 모듈 및 시스템형 산업을 포함하는 융복합 산업 영역임 센서산업은 칩, 패키지, 모듈, 시스템의 단계를 거쳐 대부분의 산업에 활용되고 있으며, IoT 시대 의 도래에 따라 산업적 활용도는 대폭 증가할 전망 인간과 기기 간 상호작용 심화에 따라 모든 기기가 지능화되고 있으며, 이에 따라 센서의 기능도 소형화 복합화 되고 있음 센서란 측정 대상물로부터 압력 가속도 온도 주파수 생체신호 등의 정보를 감지하여 전기적 신 호로 변환하여 주는 장치를 의미 인간이 오감을 통해 주위 환경을 인지하고 파악하는 것처럼 다양한 전자기기는 센서를 통해 정보 를 취득하고 분석하므로 센서는 전자기기의 감각기관 역할을 수행 MEMS 기술의 도입으로 센서가 더욱 소형화되고 있으며, 단일센서 모듈 복합센서 모듈 one-chip 복합센서로 복합화가 진전되고 있으며, 지능화 된 서비스를 제공 센서는 감지대상, 동작방식, 재료, 구현기술 및 집적도에 따라 다양하게 분류되며, 목적에 맞는 기 준으로 혼용하여 사용 세계 센서시장은 IT융합의 진전으로 센서 사용이 급증하고 센서의 첨단화 추세에 따라 시장이 급성장하고 있으나, 국내 산업의 경쟁력은 선진국 대비 매우 취약한 상황 IT융합의 진전으로 센서가 대부분 기기의 핵심부품으로 대두되어 센서산업의 경쟁력 확보가 국가 산업경쟁력 강화의 필수 요소 우리나라의 경우 센서 핵심기술 수준이 선진국 대비 매우 낮은 수준으로, 13년 기준 글로벌 센서 시장에서 시장점유율은 2.1% 수준에 불과 고효율 고품질을 위한 고효율 고품질 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술의 경우, 선진국과의 기술 격차가 매우 커서 해외 제품에 대한 의존도 높고, 그 결과 센서 적용 제품의 고가화가 발 생하여 다양한 분야의 제품에 대한 가격 경쟁력 하락 중소기업들이 원천 기술 개발에 대한 투자는 가격 경쟁력에 대한 부담을 유발함으로서 중소기업 자체의 결정에 의하여 원천 기술 개발 진행이 어려우며, 시장 수요의 강한 Needs에 의해 개발 투 자가 가능하지만 정부 지원과 정책 과제를 통하여 개발 환경 여건 조성이 절실히 필요함 97

105 스마트팩토리 - 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 산업은 장치 위주의 산업으로 고가의 제품이라도 품질의 신 뢰도가 높고 시장에서 검증된 측면에서 선진국 제품을 구매하고자 하는 경향이 강함 국산화를 통한 저가격 고효율 고성능 제품은 해외 수입 의존도가 높으므로 세계 최고수준의 제품 국산화와 원천 기술의 확보를 통한 다양한 분야에 파급력을 높여야 하며, 이를 통해 품질 경쟁력 확보 및 수출경쟁력 확보 가능 *출처 : ZDnet [ 스마트 센서 적용 도메인 ] (2) 산업의 구조 후방산업은 스마트센서에 사용되는 주요 핵심기술인 MEMS 기술, SoC(System-on-Chip, 여러 가지 기능을 가진 시스템을 하나의 칩에 모아 만든 비메모리 반도체)기술, 임베디드 소프트웨 어 등이 있음 스마트 센서는 마이크로 센서 기술에 반도체 VLSI(Very Large Scale Integration) 기술을 결합하 여 컴퓨터가 갖는 데이터 처리 능력, 판단 기능, 메모리 기능, 통신 기능 등을 보유 증폭회로, ADC(Analog to Digital Conversion)/DAC(Digital to Analog Conversion), MCU등 의 반도체 회로와 결합한 형태로 개발 MCU 내장, 나노 MEMS 기반 4세대 스마트 센서로 진화 센서 융합기술은 반도체, MEMS, 나노 등의 결합을 통해 활용 전방산업으로서 스마트센서 분야는 자동차전장, U-헬스케어, 모바일/게임디바이스, 보안, 스마 트팩토리 등으로 구성 자동차 전장분야의 하나인 타이어 공기압 자동 감지 시스템 애플리케이션(Tire Pres-sure Monitoring System : TPMS)의 시장 성장률은 타이어 펑크로 인한 치명적 사고가 많이 발생한 후 관심이 매우 높은 상황 타이어 압력 이외에 이 센서는 타이어 온도 및 센서 모듈의 배터리 전 압을 측정함. 가속 센서는 시스템을 모니터링하고 휴지 상태의 물리적 동작을 보고함 98

106 전략제품 현황분석 모바일/게임분야는 모바일 핸드폰, 자동차 자세 제어, 로봇, 군수(미사일), 우주항공 등에 응용되고 있으며 최근 게임, 스마트폰 등에서 폭발적으로 수량이 급증하고 있고, 특히 2013년부터 자동차 에 ESC(자세 제어)가 의무 장착됨에 따라 시장 확대 (국내 1,000만 대/년) 생체정보인식, 환자 상태 실시간 센싱 등에 활동되고 있으며, 최근 국내 대기업과 스타트업은 스 마트 헬스케어의 성장성에 기대를 걸고 관련 기술개발과 서비스에 집중하고 있음. 2017년 전세계 적으로 1억 6,950만개의 웨어러블기기가 판매되고, 그 중 헬스케어 관련기기가 50%를 차지할 것으로 전망(ABI리서치)하고 있고, 국내 헬스케어 시장규모 는 3조원 규모에 육박할 것으로 추산 (보건산업진흥원) 보안 분야에 있어서는 소형화된 스마트 센서의 등장으로 언제 어디서나, 전문가가 아닌 개인도 쉽 게 사용할 수 있는 진단 검사 기기의 개발이 가능하며, 바이오 나노 기술과의 융합은 센서의 민감 도(sensitivity) 및 측정의 정확도를 향상시켰고, 반도체 및 MEMS 기술의 도입으로 초소형의, 독 자적 판단력을 지닌 제품 개발이 가능 스마트팩토리 분야에 있어서는 다양한 센서 및 디바이스들을 통해 수집되는 대량의 데이터를 처리 분석하고, 센싱정보 융합기반 가상센서 기술을 활용하여 이종센서 정보들의 데이터 변환 및 연결 기술을 활용하여 스마트팩토리 제어 공정의 신뢰성 향상 및 결합 내성을 향상시킴. 각종 센서와 디바이스들의 등록 및 서비스를 효율적으로 지원하기 위한 스마트팩토리 자원 관리, 공정 자동제 어 기술, 인지형 스마트 디바이스를 활용하여 생산 환경의 지능적 자가 진단이 가능한 솔루션 제 품 센서산업은 센서 핵심부품의 기술력이 완성품의 기능과 성능을 결정하고, 타 산업에 적용되어 기술들 간 융합의 매개체 역할을 함으로써 기존 제품의 성능과 서비스를 첨단화하고 부가가치 를 창출 최신 스마트폰에는 이미지센서, 터치센서, 마이크로폰, GPS, 모션센서, 지자기센서, 조도센서, 근 접센서, 지문센서 등 10종 이상 20개의 센서, 자동차의 경우에는 30종 이상 160개의 다양한 센 서가 사용 [ 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 분야 산업구조 ] 후방산업 반도체 설계 제조, 나노, 바이오설계, 소재, 임베디드 소프트웨어 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 분야 가속도센서, 온습도 센서, 스마트 관제, 바이오 센서, 영상처리 센서, 데이터 분석 및 이종센서 데이터 링크 전방산업 U-헬스케어 자동차전장 게임/모바일 스마트팩토리 구축 보안 99

107 스마트팩토리 - 스마트팩토리센서및화상처리기술 나. 경쟁환경 스마트센서가대부분기기의핵심부품으로확대되면서센서산업의경쟁력확보가국가산업경쟁력강화의필수요소가되고있음 센서산업자체만으로도향후 IoT 진전으로높은성장이예상되며, 센서산업은타산업분야에미치는파급이커서전략산업으로육성할필요가있음 국내센서산업현황, 높은기술장벽, 센서기술보호주의강화등으로시장기능만으로는한계가있어국가차원의적극지원이필요 세계센서시장은 IT융합의진전으로센서사용이급증하고센서의첨단화추세에따라시장이급성장하고있으나, 국내산업의경쟁력은매우취약한상황 국내기업은첨단센서에대한기술력부족과일반센서의가격경쟁력취약으로인해미국 독일 일본등선진기술보유국과가격경쟁력을앞세운중국의중간에위치한샌드위치상태 센서기술은미국, 독일등일부선진국을중심으로디지털센서단계를지나스마트센서에대한연구가활발하게진행되고있으며, 첨단센서의경쟁력을타산업분야경쟁력의핵심으로인식하여집중지원하고있음 국가별기술수준은미국 독일 일본등이최고수준을보유 [ 국가별센서기술수준분석 ] 구분 소재 설계 설비 양산 핵심 평균 미국 유럽 일본 한국 출처 : CHO Alliance(2015), IoT 시대에주목받는스마트센서유망분야시장전망과개발동향 우리나라의경우센서핵심기술의수준이선진국대비 55.8로매우낮은수준으로특히수요가급증하는첨단센서는낮은기술력으로인해국내수요의대부분 ( 약 80% 이상 ) 을수입에의존. ( 산업경쟁력 ) 13년기준글로벌센서시장에서우리나라점유율은 2.1% 수준으로미국 (31.8%), 일본 (18.6%), 독일 (12.2%) 에비해낮고중국 (2.9%) 에도뒤쳐진상태, 내수시장에서도 11% 정도만국산센서가쓰이고, 센서전문기업의 63% 가연간매출액이 50억원에도미치지못하는영세기업 [ 제품분류별경쟁자 ] 구분해외업체국내업체응용분야비고 압력 모토로라, 덴소, 보쉬, 델파이, 인피니언, TI KEC, 케피코 자동차, 의료, 자동화공정, 가정 / 사무기기, 모바일기기 수입 or 개발센서모듈제작 100

108 전략제품 현황분석 가속도 각속도 토크 레벨 물리센서 유량/ 유속 온도 습도 광 이미지 화학센서 바이오 센서 Analog Device, 보쉬, 덴소, 모토로라, TI, VTI 보쉬, Silicon Sensing System, 파나소닉, 지멘스 보쉬, BI-Tech, TRW, SSI-Tech,Hella,발레오, Koyo, NSK Hella, AISHIN, WABCO Intelligent Controls, Mc- Millan, Namco Controls, Hanatek Sensivision, Kamstrup, Auxitrol,Temperature Specialists Sensivision, Able Instru- ments&control Gems Sensors, ENDRICH, Mikoelektronik Gmbh Agilent, OmniVison, Toshiba, Sharp, Sony, Kodak, Micron, Mastusita, Nikon, Mistubishi 가스 Figaro, Fis, Nemoto, Riken Keiki, Monox 혈당 센서 산쿄제약, Sontra, Medi-cal 단백질 센서 Ciphergen, Genome Solutions DNA 센서 세포칩 Affymetrics, 캐피털 바이오, Caliper Technologies 마쯔시타전기, Cephied, Applied Biosystems 현대오토넷, 케피코, 마이크로인 피니티,SML전자 자동차, 자동화공정, 가정/사무 칩 개발 중 센서 모듈 제작 현대오토넷, 케피코, 마이크로인 피니티, SML전자 자동차, 자동화공정, 가정/사무 Prototype 개발 중 대성전기, LG 이노텍 자동차, 자동화공정, 가정/사무 국산화 개발 현대오토넷 자동차, 자동화공정, 가정/사무 Prototype 개발 중 아이에스텍, 두온 시스템 자동차, 자동화공정, 의료, 환경 칩 수입 센서 모듈 제작 오토닉스, GE써 모텍, 써머텍, SY 하이텍 자동차, 의료, 자동화공정, 가정/사무 센서 모듈 제작 SY하이텍 고덴시, KEC 자동차, 의료, 자동화공정, 가정/사무 의료, 환경, 자동화공정, 가정/사무, 보안 단품 판매 개발 중 생산 중 삼성전자, 매그나 칩, 한성엘컴텍 자동차, 의료, 환경, 자동화공정, 가정/사무, 보안, 모바일기기 오토전자,신우전자, 한국가스기기, 세주실업, 센텍코리아 자동차, 의료, 환경, 자동화공정, 가정/사무, 보안, 모바일기기 칩 수입, 센서 모듈 제작 의료, 바이오 생산 중 환경, 의료, 보안, 바이오 생산 중 아이센스, 올메디쿠스 프로테오젠, 파나진, 바이오메드포 토닉스 생산 중 굿젠, 네오딘, 디스진, 마이크로젠 환경, 의료, 보안, 바이오 개발 중 제노프라 가정/사무, 환경, 의료, 바이오 개발 중 다. 전후방산업 환경 센서산업은 기술진입 장벽이 높아 선진국과 일부 기업이 산업의 경쟁력을 확보하고 과점하고 있는 상황으로 미국, EU, 일본이 세계시장의 70%를 점유하고 있는 산업 분야 임 MEMS센서, CIS(contact image sensor), 레이더 SoC 등의 첨단센서가 전체 센서시장 성장을 주도하고 있음 101

109 스마트팩토리 - 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 3. 시장환경분석 가. 세계시장 전세계 센서 시장은 2015년 677억 달러에서 수요 급증으로 2020년 약 1,147억 달러로 전 망 [ 스마트 센서 기술 분야의 세계 시장규모 및 전망 ] (단위 : 억달러, %) 구분 세계시장 , ,147 CAGR ('13~'15) 9.8% *출처: 지식경제부, 센서산업 고도화를 위한 첨단센서 육성사업 기획 보고서, 첨단센서 비중은 20%에서 2020년 49%로 크게 높아질 것으로 전망(2014 하반기 산업전망: 유 진투자증권, ) *출처 : IC insights 2012, ICT standarizationroadmap 2010, isupplimarket Tracker : MEMS 2009, Yole 2010 [ 첨단 센서 비중의 증대 ] 센서산업은 기술진입 장벽이 높아 선진국과 일부 기업이 산업의 경쟁력을 확보하고 과점하고 있는 상황으로 미국, EU, 일본이 세계시장의 70%를 점유하고 있음 102

110 전략제품 현황분석 *출처 : 첨단 센서: 투명 유연 센서, ETRI 2012 [ 글로벌 센서 생산 현황 및 전망 ] 세계 유형별 센서 시장 전망은 이미지 센서와 압력센서 그리고 바이오센서 순으로 비중이 큰 것으로 나타남. 가장 큰 비중을 보이는 이미지 센서는 주로 스마트 기기, 디지털 카메라, 방송촬영용 카메라, 의료 영상기기 등에 사용됨 압력 센서는 압력계, 진공계, 소방시설, 급수장치, 냉동기, 기타 산업현장 등 넓은 응용분야에서 두 루 사용되고 있음 세 번째로 큰 비중을 보이는 바이오센서의 경우 측정 특정 원인 검출 및 검사 장치로써 주로 혈당 (압), 심전도, 임신유무 등의 의료용 장비에 가장 많이 사용 되고 있음 [ 세계 유형별 센서 시장 전망 ] (단위: 백만달러) 구분 CAGR Image sensor 12,280 13,330 14,490 22, % Pressure sensor 10,340 10,910 11,480 16, % Biosensor 8,650 9,430 10,290 16, % Load/torque sensor 6,120 6,530 6,970 9, % Position sensor 5,870 6,290 6,740 9, % Chemical sensor 5,340 5,780 6,210 9, % Temperature sensor 4,810 5,230 5,690 7, % Flow sensor 4,350 4,720 5,120 6, % Level sensor 3,430 3,970 4,430 6, % Miscellaneous sensors 6,990 7,550 8,120 11, % Total 68,180 73,740 79, , % *출처: BCC Research, Global Markets and Technology for sensors,

111 스마트팩토리 - 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 센서 유형별 시장점유율을 12년과 19년도를 비교해 살펴보면, 가장 큰 비중은 역시 이미지 센서 가 차지하고 있으며, 12년 기준 13%의 비중인 바이오센서는 19년에는 압력센서를 제치고 15%의 비중을 차지할 것으로 전망되고 있음 [ 세계 유형별 센서 시장 점유율 ] (2012년 2019년 비교) 센서 유형별로 시장성장률을 살펴보면, 바이오센서가 10.4%로 가장 급속히 서(9.6%), 화학센서(8.3%), 압력센서(7.2%)가 그 뒤를 따르고 있음 [ 세계 유형별 센서 시장 성장율 ] (2014년~19년) 104 성장하고, 이미지 센

112 전략제품 현황분석 지역별로 센서시장의 규모를 살펴보면 12년 기준으로 북미지역이 224억 달러 규모, 점유율 33%로 가장 시장이 크고, 유럽, 아시아- 태평양 지역이 그 뒤를 잇고 있음. 동태적 관점에서 살펴보면, 아시아-태평양 지역이 19년 기준으로 유럽시장을 제치고 북미에 뒤이 어 두 번째로 큰 시장을 형성할 것으로 전망됨 [ 세계 지역별 센서 시장 전망 ] (단위: 백만달러) CAGR 구분 북미지역 22,420 23,835 25,525 37, % 유럽지역 19,715 20,980 22,395 32, % 아시아-태평양지역 17,240 19,300 21,310 32, % 기타지역 8,805 9,625 10,310 13, % 합계 68,180 73,740 79, , % ( 14~ 19) * 출처: BCC Research, Global Markets and Technology for sensors,

113 스마트팩토리 - 스마트팩토리센서및화상처리기술 나. 국내시장 산업통상자원부 ( 이하산업부 ) 의보도에따르면, 국내센서내수시장은 15 년약 72 억달러규 모에서 20 년 99 억달러규모로성장할것으로전망 [ 스마트팩토리센서및화상처리기술분야의국내시장규모및전망 ] ( 단위 : 억달러, %) 구분 CAGR ('13~'15) 국내시장 % * 출처 : 지식경제부, 센서산업고도화를위한첨단센서육성사업기획보고서, 국내내수시장은세계시장보다높은성장률이예상되나국내기업의내수시장점유율은 10.5% 수준으로매우낮은상황 국내기업의생산액은 12년기준 13.3억달러규모로세계시장에서차지하는비중은 1.9% 로매우낮은수준 정부는 첨단스마트센서육성사업 에 15년부터 6년간 1,508억원을투자할계획이며, 20년기준 42억달러생산과 21억달러수출을달성할것을목표로설정 [ 국내센서산업시장규모현황및전망 ] ( 단위 : 억달러 ) 구분 CAGR 국내내수시장 % 국내생산액 % 수출액 % 수입액 % 세계시장에서국내생산비중 (%) 1.9% 2.1% 2.2% 3.4% - 국내기업의내수시장점유율 (%) 10.5% 11.2% 12.0% 21.2% - * 출처 : 지식경제부 (2012), 센서산업발전전략 보도자료를기반으로 ETRI 산업전략연구부추정 국내수요기업은국내제품의신뢰성, 첨단센서의성능문제등으로센서수요를해외기업으로부터주로조달 센서수요기업은성능 신뢰성등을이유로해외제품을사용하고국내센서기업은영세성과기술력부족등으로혁신을회피하는악순환형성 국내기업중에서도글로벌화된수요기업은검증된해외센서를사용하고, 국내센서기업은저가센서조립생산및이로인한첨단센서개발역량취약의악순환지속 국내센서기업중 300억원이상센서매출기업은전체의 14% 인 8개, 평균 R&D 투자는평균매출액 (175억원 ) 의 1.5% 수준인 2.7억원 (57개국내센서기업조사기준, 12.6.) 106

114 전략제품현황분석 센서제품중스마트폰의이미지센서 ( 국내자급률약 50%), 가스및수질을측정하는화학센서 (5~10%), 광섬유를이용하여건물안전을진단하는등의광학센서 (5~10%) 를제외한나머지센서들 ( 압력, 관성, 자기, 영상, 레이더 ) 은거의전량을수입에의존하고있음 신제품개발시에도신뢰성평가를위한기반부재와마케팅역량부족등으로시장진입이곤란한상황이며, 센서제품 기술의신뢰성평가를위한시험 테스트지원이가능한국내기관이없어해외기관에의존 국내스마트폰, 자동차산업의성장에따라일부센서생산업체의매출이동반상승하는효과발생, 그러나생산제품의핵심소자, IC 등은수입에의존하고있어신제품개발과고부가가치창출이곤란하며, 수요가증가하는첨단센서의경우거의 100% 를수입에의존 국내센서기술수준은낮은수준이며, 특히첨단센서의기술수준은더욱미흡한수준 국내센서의기술수준은선진국대비 65% 수준이며, 첨단센서에대한기반기술의부족으로혁신 제품개발에한계 첨단센서의가장중요한분야인소자 신호처리부에대한기술은거의전무한 실정 국내센서산업의종사자는 11년기준약 6천명으로추정되며, 주로검사장비 생산직에종사 기업의신규인력수요는매년약 450명정도인것으로조사되었으나, 대학에서배출되는대부분의인력은반도체등타분야로진출 센서산업에대한비전부재로우수인력의센서분야종사기피, 교육기관의관심도미흡한실정 107

115 스마트팩토리 - 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 다. 무역현황 무역현황은 센서부품 의 무역현황으로 살펴보았으며, 수출량이 급격히 늘어나고 있는 추세임 수출현황은 11년 22만 2천 달러에서 15년 238만 7,000만 달러 수준으로 10배 가까이 증가하 였으며, 수입현황은 11년 348만 8,000만 달러에서 15년 426만 9,000만 달러 수준으로 증가하 여 무역수지 적자폭이 감소한 것으로 나타남 최근 5년( 11~ 15년)간 연평균 성장률을 살펴보면 수출금액은 80.1%로 증가하였으며, 수입금액 은 5.2%로 증가하였으나 전체 무역수지는 12.8% 감소한 것으로 나타남 무역특화지수는 11년(-0.88)부터 15년(-0.28)까지 증가한 것으로 나타나 점차 수출특화상태 로 국내 기업의 수출량이 증가하고 있는 것으로 나타났으며, 국내의 센서 제품 관련해 해외시 장진출이 활발하게 이루어지고 있는 것으로 분석 [ 센서 관련 무역현황 ] (단위 : 천달러) 구분 CAGR ('11~'15) 수출금액 227 2,078 16,343 3,130 2, % 수입금액 3,488 2,896 2,892 5,371 4, % 무역수지 -3, ,451-2,241-1,882 - 무역특화지수* * 무역특화지수 = (상품의 총수출액-총수입액)/(총수출액+총수입액)으로 산출되며, 지수가 0인 경우 비교우위는 중간정도이며, 1 이면 완전 수출특화상태를 말함. 지수가 -1이면 완전 수입특화 상태로 수출물량이 전혀 없을 뿐만 아니라 수입만 한다는 뜻 * 자료 : 관세청 수출입무역통계 HS-Code(6자리 기준) 활용 108

116 전략제품 현황분석 4. 기술환경분석 가. 기술개발 트렌드 연구 개발 동향 센서기술은 크게 시스템의 요구사항에 따라 발전하여 왔으며, 기존의 산업용 센서는 벌크형 센 서(Discrete)로 크기에 상관없이 특정 기능만 구현함 모바일 IT 시대가 도래하면서 무엇보다도 초소형의 센서(CMOS, MEMS)가 요구됐으며, 이후 벌크 형 센서와 초소형 센서가 하나의 반도체 칩 안에 집적화된 imems 센서, 하나의 칩으로 동시에 구현하거나 두 가지 센서를 하나로 통합하는 융복합 센서(Combo, Multi)로 발전해옴 최근 자동차, 모바일, 웨어러블 등에 활용되는 대표적인 핵심 8대 센서에 대한 관심이 집중되 어 있고 국가적 차원의 지원과 산업화가 집중적으로 진행 중 [ 8대 핵심 스마트 센서 분야 ] 센서분야 레이더센서 중분류 주요기능 및 적용 제품(시스템) 2D 레이더 영상 레이더 전방충돌방지시스템 자동차, 군수, 보안 PMD 라이더 FPA 라이더 3차원 거리 측정 첨단UI/UX 기술, 게임기, 로봇, 가전 자기IC센서 스마트 자기센서 회전속도, 각도측정 배터리 감시, 전력모니터링 자이로센서 MEMS 자이로센서 3축자이로센서,MEMS패키징,9축모션 SoC통합형 압력센서 MEMS 압력 반도체 압력 자동차용 압력센싱 나노센서 고압/고감도 반도체식 압 력트랜스듀서 영상센서 다파장 영상센서 초소형 영 상센서 WDR 영상센서 적외선/가시광 WDR 영상센서 로봇비전용 초소형 영 상센서 초광대역 이종접합 영상센서 광센서 적외선 Optics Fiber Optics 바이오 Optics 적외선 감지건축물 안전진단, 전력기기 진단 산업, 항 공, 전력, 의료 바이오메디컬센서 암진단 센서 마이크로 유체 칩 모바일용 진단칩 Digital X-ray 폐암진단 마이크로유체칩 휴대형 오센서 디지털 X-ray 바이오센서 물체형상인식센서 저전력소모형 바이 *출처: IT 융-복합 산업 혁신을 위한 스마트센서 산업 육성 사업 예비타당성 조사보고서 센서 기술의 주요 이슈는 센서와 회로, 시스템 기술로 구분할 수 있고 센서는 감지방식과 감지 구조가 핵심으로, 주요 이슈로는 고성능화(기계/전기식, 광/전자 센서), 소형화 (MEMS 센서), 다기능화(복합 센서), 저전력화(나노 센서) 등 시스템 분야는 소형화와 대량생산화 등의 패키지 분야의 이슈가 크며, 벌크 시스템 형태에서 SiP(System in Package)로 발전하여 패키지를 층층이 쌓는 MCP(Multi-Chip Package)가 등장 109

117 스마트팩토리 - 스마트팩토리센서및화상처리기술 앞으로는 SoC 형태의 MEMS 와 CMOS 를직접집적하는 imems 가등장할것이며, 나노기술이 접목되면서소형화및멀티센서로진행될것으로전망 우리나라의스마트센서기술수준은영상센서를제외하고선진기업과큰차이를보이며, 대부분저가의단순센서위주의생산활동을펼치고있는것으로판단 주요스마트센서 ( 대분류 8대센서 ) 의시장단계는도입기 ( 레이더, 관성, Optics, 바이오메디컬 ), 성장기 ( 물체형상인식, 자기 IC, 압력, 영상 ) 로분류 미래융 복합산업의경쟁력저하는물론, 국내주력산업성장이센서수입을부추기는부작용으로나타날가능성이높은것으로예상 주력산업의지능화와미래신산업수요에필수적인스마트센서시장변화에대응할수있는체계마련및 R&D 투자강화필요 센서분야레이더센서물체형상인식센서자기IC센서자이로센서압력센서영상센서광센서바이오메디컬센서기타 [ 8 대스마트센서분야별국내기술개발동향 ] 동향 일부센서소자분야에서는국내연구개발역량을확보하고있으나아직핵심센서는수입중심으로추진됨 아이폰이후모든스마트폰에사용될만큼많이쓰임에도불구하고전량수입되며, 국내에서수년간개발을시도했지만상용화되지못함 ST 마이크로, Bosch, ADI, Murata 등이시장을주도하고있으나, 국내자이로센서는전량수입에의존하며, 대기업에서연구를진행하여시작품을제작한바있으나양산에성공하여상용화된사례는없음 ST 마이크로, Bosch, ADI, Murata 등이시장을주도하고있으나, 국내자이로센서는전량수입에의존하며, 대기업에서연구를진행하여시작품을제작한바있으나양산에성공하여상용화된사례는없음 국내업체에서일부국산화를진행하기는하였으나, 집적화및모듈화를진행하는케피코등의경우센서는수입에의존함 영상센서의경우삼성전자와하이닉스의기술수준이해외선두업체인 Micron technology, Omniv ision 등과격차가거의없음 국내에서화소의크기기준으로 1.4 micron까지개발되며, BSI방식의최신기술을출시하고있음 국내광섬유센서기술력은학술적으로는거의선진국수준에근접해있으나상용화와관련된기술력은많은차이가있음 국내광섬유센서시장이작아서벤처기업에서시작된몇몇중소기업에서만광섬유센서개발에참여함 스마트바이오메디컬센서와관련한 국내연구개발역량 은 세계최고의선진국연구개발역량 과비교할때 20% 수준 ( 나노기술수준평가, KISTI) 으로조사되고있음 아날로그회로설계는전문인력이부족하고주요공정설계에필요한반도체 IP 기술을보유하지못해대부분해외전문업체에용역을의뢰함 생산공정은최근에송도등의신규설비에서시험생산은가능하나, 대량생산의경우해외선진업체의국내법인에위탁생산하는실정임 * 출처 : IT 융 - 복합산업혁신을위한스마트센서산업육성사업예비타당성조사보고서 110

118 전략제품현황분석 최신센서개발동향 ( 융복합센서개발 ) 센시리온 (Sensirion) 의온습도센서는온도센서기능을하는 CMOS 위에폴리머로된습도센서구조체를함께통합해온도와습도를동시에측정하는제품을출시 신크라 (Synkera) 의 e-nose는 8 x 8 어레이로 64개의센서가하나의어레이형태로종합적인가스정보를감지하는제품을출시 어레이를활용하면칩의소형화가가능하며, 특히융복합센서중가장대표적인센서로꼽히는모션센서는 3축가속도계와 3축자이로스코프, 3축지자기를통합해소비자가전시장에서많은주목을받고있음 ( 신기능센서개발 ) 신기능터치센서는기존멀티터치에서더나아가여러신호를필터하고 RISC(Reduced Instruction Set Computer) 로소프트웨어를처리해기능을구현 신기능터치센서는터치가아닌리모트터치 (Remote touch), 동작인식터치 (Hovering touch), 방수터치 (Waterproof touch), 제스처터치 (Gesture touch) 기술의개발로언제어디서나원하는방향으로발전 ( 신기능센서개발 ) 최근에는플렉서블과웨어러블이란기술적화두로섬유형이나인쇄형센서기술이결합 비보메트릭스 (VivoMetrics) 의라이프셔츠 (Life Shirt) 는개인용 PDA 단말기가유선으로연결되어의류속센서와 PDA를통해 30가지이상의바이오정보기록및모니터링이가능 라이프셔츠는말초시신경디바이스를통해혈압과혈류내산소함유량, EEG( 뇌파 ), EOG( 안전도 ), 피부온도등을측정하여 PDA를통해지속해서사용자의생체데이터를콤팩트플래시메모리카드로전송가능 스마트센서응용분야 스마트센서의응용분야중가장큰비중을차지하는것은스마트폰임 스마트폰은기존가속도나각속도, 지자기, 오토포커스, 지능인식센서등이이미탑재됐으며스마트폰으로직접영상을쏘는피코프로젝터 (Pico Projector), 헬스케어기능을위한바이오케미컬, 자외선을측정하는 UV 센서, 홍체인식센서등이탑재 향후에는에너지저장이나적외선 (IR) 센서, 라이다 (LIDAR) 등이탑재될전망 자동차분야에서도스마트센서의비중이커지고있고, 크게파워트레인과안전, 바디로구성되며그중에서도안전분야가스마트센서의주타깃임 기존자동차는안전분야에주로벌크형센서를사용해왔지만최근에는가속도와각속도등의관성센서와압력센서, IR 센서, RF 센서가다양하게탑재 제조업분야에서 90년대공장자동화에서발전하여현제의스마트제조에이르기까지스마트센서에대한관심과중요도가증대 111

119 스마트팩토리 - 스마트팩토리센서및화상처리기술 나. 주요업체별기술개발동향 (1) 해외업체동향 Bosch, Novasensor, Honeywell, Areescale, Analog Device 등글로벌기업들이센서및스마트센서 R&D를주도 자동차용센서의경우, Bosch, Freescale, Analoge Device, BEI Tech 등현재약 40개이상의글로벌기업이경쟁하고있으며, 가격, 신뢰성, 크기, 정밀도등이주요경쟁요소 의료용센서의경우, Novasensor, Honeywell, Measurement Specialities 등의기업이전세계시장의 50% 이상을차지하고있으며, 안전승인, 장수명, 신뢰성, 정밀도, 가격등이주요경쟁요소 항공 / 군수용의경우, Honeywell, BEI Tech, Colibrys 등현재약 15개이상이 R&D 및생산에참여하고있으며, 검출범위, 충격방지, 저전력, 장기안전성등이주요경쟁요소 민수용센서의경우, Analog Device, ST Micro, Freescale, Hitachi, Bosch 등현재약 15개이상의글로벌기업이경쟁하고있으며, 가격, 정밀도, 크기등이주요경쟁요소 세계각국은첨단센서의경쟁력이산업분야경쟁력의핵심요소로인식하여집중지원중이며, 첨단센서개발에필요한공공 R&D 인프라와상용화파운드리구축 운영 인텔, 코닝, 하니웰, 제록스등의업체에서는 MEMS Industry Group 을신설하는등시장성을높이평가하고있으며 Nova Sensor, Motorola, Delphi 등의업체에서 MEMS 기술을이용한센서를생산, 판매중 아시아와아프리카시장이빠르게성장하는가운데아시의경우열처리서비스와장치의새로운시장이형성되기시작하였으며향후신흥공업국시장에서스마트팩토리센서및화상처리기술열처리장비판매를위해고효율장비의국산화요구 토비테크놀로지 (Tobii Technology) : 사용자의시선을센싱하여커서를움직이게하는새로운입력장치를개발중 NTT 도코모 : 기계가인간의음성을인식하고의미를해석하여사용자와대화할수있도록하는 말하는컨시어지 서비스를출시 ( 田中深一郞, 2013) USC(University of South California) 의 Viterbi 연구팀이개발한촉각센서는 117개의재료를 95% 수준에서구분가능함 스위스로잔공대연구팀이주관하고프랑스와독일연구진이참여한인공손이식실험을 13년말시행하였고그결과를 14년 2월미국의학저널 사이언스트랜스레이셔널메디슨 (Science Translational Medicine) 에실림 112

120 전략제품 현황분석 [ IBM이 전망한 5년 후 컴퓨터의 오감 인식 ] 감각 정보 이용 예시 시각 이지미와 동영상 데이터에서 의미를 찾아내는 형태로 센싱능력 발전 - 의료 영상 혹은 이미지에서 특정 상황 정보를 인식하여 정보를 제공하거나 솔루션을 제공할 수 있으며 음식사진에서 질량을 인식하여 칼로리를 계산하는 등의 어플리케이션을 제공 청각 소리를 정밀하게 인식하여 현재의 상황을 제시 - 산이나 바다의 미세한 소리로부터 산사태, 해일 등을 미리 감지할 수 있으며, 가깝게는 집안의 특정(충격) 소리를 측정하여 화재나 침입 등 감지 가능 미각 단맛, 짠맛, 신맛 등 여러 가지 맛이 나는 물질을 감지하여 정보를 제시 - 개인별로 선호하는 맛이 다르므로 특정 음식과 관련된 정보에 대해 호불호를 표시함으로써 여 러 음식들 중 가장 적절한 음식을 권유할 수 있음 후각 공기 중에 떠있는 여러 가지 물질들의 정보를 이용하여 다양한 어플리케이션을 제공 - 가스센서가 대표적이며 인간의 호기 중에 질소, 이산화탄소, 산소, 수소, 메탄, 휘발성 유기화합 물 등 100 종류 이상이 있으며 특정 질병이 발생했을 때 관련 물질이 호기 중에 기준치 이상 발생함으로 이를 통해 질병 진단 및 현재 상황 등에 관한 정보를 제공할 수 있음 촉각 온라인 쇼핑 등을 모바일기기로 할 경우 특정 질감을 직접 만지지 않고 느낄 수 있도록 할 수 있음 *출처: IBM(2012), 이치호(2013) 등의 내용을 수정 및 재정리함 (2) 국내업체동향 국내 센서 산업의 경우 삼성전자 등 일부 대기업을 제외하고는 대부분의 기업이 영세 상당수의 기업이 수입된 센서를 기반으로 제품의 후가공, 조립, 패키징에 의한 모듈 생산에 의존 일부 품목을 중심으로 칩과 프로토 타입이 개발되고 있지만, 기술 격차도 상당한 수준인 것으로 나타남 국내 센서 산업은 기반기술 부족으로 센서 칩을 수입한 뒤 모듈화해서 공급하는 수준에 그치고 있음 직접 칩을 개발해도 시험 평가할 수 있는 생산 시설이나 테스트 기관이 없는 상황이며, 기술 특허 는 양적 질적 모두 글로벌 평균 이하인 상황임 휴대폰용 이미지센서가 선방해 세계 센서시장 생산량의 1.7%를 차지했지만 이후 새로운 성장동 력이 없는 실정 국내의 경우 바이오센서 기술개발은 주로 기초중심의 연구가 대부분인 것으로 확인됨 바이오센서 연구는 1999년부터 2013년까지 총 752건이며 그 중 시스템 측면에서 접근한 종합적 성격의 연구는 71건으로 10%의 수준임 바이오센서 시스템 연구는 2001년부터 시작되었으나 바이오센서를 구성하는 시스템에 관한 연구 로 이것이 실제 제품화하는 측면까지 고려되지 않았으며, 현재까지도 기술개발이 가장 긴 혈당측 정기구와 관련된 제품이 제대로 출시되지 않는 상황임 113

121 스마트팩토리 - 스마트팩토리센서및화상처리기술 2004년에중소기업청의중소기업기술혁신개발사업으로 바이오센서를이용한무채혈혈당측정시스템개발 이수행되었으나해당연구기업은무채혈혈당측정제품을상용화하지못한것으로조사됨 ( 엘바이오 ) 2008년에 KMH 社는무채혈혈당측정기를식약청으로부터허가를받았지만실제로제품이판매되지않았고, 2009년감사의견의견거절에의해유가증권시장상장폐지됨 2005년교육과학기술부에서주관하고대구경북과학기술원설립사업에 FET형의료용바이오센서및시스템개발 과제를수행하였으나연구결과물은없는것으로나타남 [ 주요바이오센서시스템관련기술개발동향 ] 부처사업명과제명과제기간총연구비 산업통상자원부 광역경제권선도산업육성 복합기능현장검사시스템및바이오센서개발 2013~ 억원 ( 지속과제 ) ( 구 ) 교육과학기술부 한국과학기술연구원연구운영비지원 MEMS 기반신경자극시스템및초고감도바이오센서개발 2010~ 억 4,000 만원 ( 구 ) 교육과학기술부글로벌프론티어사업스마트바이오센서시스템 2011~ 억 4,800만원 ( 지속과제 ) ( 구 ) 교육과학기술부 한국과학기술연구원연구운영비지원 분자수준의초고감도나노바이오센서시스템기술개발 2008~ 억 8,800 만원 ( 구 ) 지식경제부 IT 원천기술개발 나노입자를이용한고성능바이오센서시스템 2006~ 억원 ( 구 ) 교육과학기술부 대구경북과학기술원설립 FET 형의료용바이오센서및시스템개발 2005~ 억 1,900 만원 * 출처 : 1999 년부터 2013 년까지 NTIS( 국가 R&D 사업관리 ) 에서나타난바이오 & 센서 & 시스템검색결과 한국전자통신연구원 : 시선인식과뇌파신호를지속적으로측정하여특정상황에처한사용자에게과거분석된맞춤형데이터를제공하는시스템을개발중 한국전자통신연구원 : 투명촉각센서를세계최초로개발하였고, 실용화를위한다양한연구를진행중임 ( 대덕넷, ) 한국기계연구원 : 청각장애인에게소리정보를센싱하고이를뇌에전달할수있는생체모사인공달팽이관핵심기술을개발함 ( 산업일보, 2014) 114

122 전략제품 현황분석 [ 국내외 중요 기업 동향 ] 회사명 국가 설립연도 관련 동향 프랑스 이탈리아 1987 독일 1886 미국 2003 미국 1993 일본 1980 아이폰5S,6에 지자기센서 공급 2012년 모바일 디스바이 부문의 세계 MEMS센서 매출액 2위 한국 2001 항법센서 전문기업으로 로봇청소기와 자동차 내비게이션 등 민수용 항법 시장에 진출 국산 무인기(드론)와 유도탄 개발에 자체 개발한 군수용 항법센서와 시스 템 적용을 목표로 기술 개발 진행 중 군수 분야 국산화가 필요한 MEMS(자이로, 가속도계, 압력센서)와 관성측 정장치(IMU) 개발에 역량을 집중 한국 2005 삼성전기에서 분사한 MEMS 관성센서 전문업체 유도무기 항법 및 탐색기 안정화용 자이로, 가속도계 개발 생산 한국 1998 MEMS 블로메타 타입 적외선 센서 개발 방산 업체로 민수, 수출, 방산용 적외선 센서 양산 한국 1997 국내 산업용 센서, 제어기기 부문 1위 기업 근접센서, 포토센서, 광화이버센서, 압력센서를 포함한 다양한 센서를 제공 한국 1982 산업용 자동제어시스템 및 전기, 전자제품 수입/제조/ 판매업체 기술제휴를 통해 타이머, 근접센서 등을 국산화하고 있음 2014년 MEMS 시장 매출 3위 애플 아이패드 에어와 HTC원에 MEMS마이크 공급 최근 차량용 가속도 센서(AIS3624DQ) 출시 2014년 MEMS 시장 매출 1위 주력 시장은 차량용 MEMS 센서임 애플 아이폰 5S, 5C,아이패드 에어 가속도 센서 공급 최근 가속도 및 자이로스코프를 통합한 6축 센서를 양산, 소니, 삼성전자, HTC에 공급하고 있음 애플 아이폰 6 시리즈에 모션센서 공급 2013년 아나로그디바이스(ADI)의 MEMS 마이크 사업 인수 2013년 한국에 디자인 R&D센터 설립 자이로스코프 센서를 활용해 관련 애플리케이션과 기기의 개발을 돕는 모션앱스라는 소프트웨어 플랫폼 개발 2012년 모바일 디바이스 부문 3축 가속도계 MEMS센서 시장 점유율 2위 Micro-Amp Magnetic Gyro(KMX61G)가 2013 센서 엑스포&컨퍼런스에 서 2013년 최우수 혁신상 수상 115

123 스마트팩토리 - 스마트팩토리센서및화상처리기술 다. 기술인프라현황 산업부는지난 12.12월 센서산업발전전략 을수립한이후, 13년하반기 첨단센서육성사업 에대한기획재정부의예비타당성조사를통과 ( 14.1) 하게됨에따라 첨단스마트센서육성계획 을발표 25년까지센서산업고도화를통해센서 4대강국에진입하는것을목표로, 핵심센서 10개국산화, 세계센서시장점유율 5.0%, 세계최고수준의중견센서기업 20개육성을향후비전으로설정 기간및예산 : 15 20년(6년간), 총 1,508억원 ( 국비 1,148억원, 민간 360억원 ) - 핵심기반기술개발 ( 총 576억원 ): 10대핵심센서기술개발 - 상용화기술개발 ( 총 824억원 ): 자동차, 로봇등 32개센서제품개발상용화 - 인력양성 ( 총 52억원 ): 현장중심의기업맞춤형인력양성프로그램개발운영 현재추진중인 13개 산업엔진프로젝트 중웨어러블스마트디바이스, 자율주행자동차등과같이첨단스마트센서의활용도가높은과제들과연계해서향후개발될스마트센서의상용화및해외시장진출가능성을제고할계획 웨어러블스마트디바이스 자율주행자동차 [ 13 개산업엔진프로젝트 ] 시스템산업 극한환경용해양플랜트 고속 - 수직이착륙무인항공기 국민안전 건강로봇 첨단소재가공시스템 소재 부품산업창의산업에너지산업 탄소소재 첨단산업용비철금속소재 개인맞춤형건강관리시스템 생체모사디바이스 가상훈련시스템 고효율초소형화발전시스템 직류송배전시스템 * 출처 : 산업통상자원부, 센서산업발전전략진하게칠한프로젝트들은스마트센서활용도가높은것으로분석되는과제 센서산업발전의기반을조성하기위해시험 신뢰성평가, 시제품제작등을지원하는 ( 가칭 ) 센서산업화지원센터 구축을별도로추진 나노종합기술원, 전자부품연구원, 한국전자통신연구원등센서관련장비를보유한기관을지역거점으로지정 활용 스마트센서전문기업이수요 ( 세부분야, 기술수준등 ) 를제시하면이를바탕으로국내대학이이에맞는인재를양성하는 기업맞춤형고급센서인력 ( 연간 60여명 ) 양성 도본격적으로추진할계획 이번사업이정부차원에서첨단스마트센서를본격육성하기위한최초의시도인만큼, 향후업계및학계의의견을적극반영하여사물인터넷 (IoE) 시대를대비한미래먹거리산업으로발전시켜나갈계획 116

124 전략제품 현황분석 센서산업의 경제적 기대효과를 분석한 결과, 15년 기준 4조 원의 생산유발, 1조 1천억 원의 부가가치 유발 및 13,800명 정도의 고용유발효과 창출 전망 산업부의 계획대로 국내 생산액이 증대될 경우를 가정하면, 20년 기준으로는 약 8조 3천억 원의 생산유발, 2조 3천억 원 규모의 부가가치유발 및 2만 8천 명 정도의 고용유발효과를 가져올 것으 로 분석됨 [ 스마트 센서 산업의 산업파급효과 분석 ] (단위: 억, 명) 구분 생산유발효과 40,653 46,945 54,213 62,604 72,295 83,487 부가가치유발효과 11,526 13,310 15,371 17,750 20,498 23,671 고용유발효과 13,796 15,931 18,397 21,245 24,534 28,332 *출처: 지식경제부(2012), 센서 산업 발전 전략 보도자료를 기반으로 ETRI 산업전략연구부 추정 [ R&D 정책 방향 ] 분류 정부 정책 방향 Ÿ 2012년 12월 주력산업 등의 경쟁력 강화를 위한 센서산업 구조 고도화를 위한 센서 산업발전전략 을 발표한 이후 2015년부터 2020년까지 총 1,508억원(국비 1,147.6억 원, 민간 360.4억원)을 투자할 예정 Ÿ 스마트 센서 수요의 폭발적 증가 대비 수입에 의존하고 있는 국내 센서 산업에 대한 정부의 센서 관련 지원사업 현황을 진단하고 효과적인스마트 센서 개발을 위한 정부 정책도출 Ÿ IoT서비스: 스마트헬스, 홈, 재난/재해, 농업 등 4개 분야 IoT 서비스 대상 스마트 센 서 품목 도출(각 과제당 40~50억/5년(3+2년), 2016년 추진) Ÿ 공통기반: 나노인프라, IoT센서 ROIC 등 2개 분야 IoT 서비스 적용 스마트 센서 사업 품목 도출(각 과제당 30~40억/5년(3+2년), 2016년 추진), 나노인프라 연계 2015년 45억 확정 Ÿ 2015년도 과제 수주 45억(센서생산공정), 2016년부터 신규 원천 스마트 센서 기술 개발 추진 예정 117

125 스마트팩토리 - 스마트팩토리센서및화상처리기술 라. 특허동향분석 (1) 연도별출원동향 스마트팩토리센서및화상처리기술의지난 7년 ( 10~ 16) 간출원동향 10) 을살펴보면연도별로출원경향이증가, 감소를반복하고있어지속적으로스마트팩토리센서및화상처리기술관련기술개발활발 각국가별로살펴보면미국출원경향은감소-증가-감소추세, 일본, 유럽은유지하는경향을보이고있으며, 한국도출원건수를유지 국가별출원비중을살펴보면미국이 16.6% 로최대출원국으로스마트팩토리센서및화상처 리기술을주도하고있는것으로나타났으며, 일본이 13.9%, 유럽이 13.6% 로비슷한수준의 출원비중을보이고있으며, 한국은 10.9% 의비중임 [ 스마트팩토리센서및화상처리기술분야연도별출원동향 ] 10) 특허출원후 1 년 6 개월이경과하여야공개되는특허제도의특성상실제출원이이루어졌으나아직공개되지않은미공개데이터가존재하여 2015, 2016 년데이터가적게나타나는것에대하여유의해야함 118

126 전략제품 현황분석 (2) 국가별 출원현황 한국의 출원현황을 살펴보면 서서히 증가하는 경향을 보이고 있으며, 외국인의 출원은 낮은 비 중을 유지 외국인의 출원이 낮은 비중을 유지하고 있는 이유를 살펴보면 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기 술의 국내 시장에 대한 외국인의 선호도가 높지 않은 것으로 추정 미국의 출원현황은 13년까지 증가 후 소폭 감소하는 경향을 보이고 있으며, 외국인 출원 비중 이 일정하게 유지되고 있는 것으로 보아 미국 시장에 대한 외국인의 관심도 역시 꾸준한 것으 로 추정 일본과 유럽의 출원현황은 지속적으로 유지되는 추세를 보이고 있으며 일본 출원인 유형은 내 국인 비중이 높으며 유럽은 외국인 비중이 비슷이 높음 [ 국가별 출원현황 ] 119

127 스마트팩토리 - 스마트팩토리센서및화상처리기술 (3) 투입기술및융합성분석 스마트팩토리센서및화상처리기술분야의투입기술을확인하기위하여특허분류코드인 IPC Code 11) 를통하여살펴본결과스마트팩토리센서및화상처리기술분야의가장높은 IPC는 G06F 기술분야가 179건으로가장많이차지하고있으며, 이어서 A61B가 97건, G01N이 93 건으로다수를차지 이외에 H04N 74건, G01R 66건, G06Q 54건, H04L 53건, G08B 50건, H01L 37건, G01L 36건순으로기술이투입되어있어스마트팩토리센서및화상처리기술분야에다양한기술이융합되어존재 더불어해당 IPC의특허인용수명을살펴보면 A61B와 G01N 기술분야의수명이 9년으로가장긴것으로나타났으며, G06Q 기술분야는 4년으로가장짧은것으로분석 [ 스마트팩토리센서및화상처리기술분야상위투입기술 ] IPC 기술내용특허인용수명 (TCT) 12) G06F 전기에의한디지털데이터처리 6 년 A61B 진단 ; 수술 ; 개인식별 9 년 G01N 재료의화학적또는물리적성질의검출에의한재료의조사또는분석 9 년 H04N 화상통신 7 년 G01R 전기변량의측정 ; 자기변량의측정 7 년 G06Q 관리용, 상업용, 금융용, 경영용, 감독용또는예측용으로특히적합한데이터처리시스템또는방법 ; 그밖에분류되지않는관리용, 상업용, 금융용, 경영용, 감독용또는예측용으로특히적합한시스템또는방법 4 년 H04L 디지털정보의전송 6 년 G08B 신호또는호출시스템 ; 지령발신장치 ; 경보시스템 7 년 H01L 반도체장치 ; 다른곳에속하지않는전기적고체장치 6 년 G01L 힘, 토오크, 일, 기계적동력, 기계적효율또는유체압력의측정 8 년 11) 전세계적으로통용되고있는국제특허분류 (IPC: International Patent Classification) 를통해특허정보기술분야에서공지기술을조사할수있으며, 기술및권리정보에용이하게접근가능 12) 특허인용수명지수는후방인용 (Backward Citation) 에기반한특허인용수명의평균, Q1, Q2( 중앙값 ), Q3 에대한통계값을제시함. 특히이와같이산출된 Q2 는 TCT(Technology Cycle Time, 기술순환주기또는기술수명주기 ) 라고부름 120

128 전략제품 현황분석 투입기술이 가장 많은 G06F 분야와 융합이 높게 이루어진 기술은 H04L 분야로 나타났으며, G06B, G06N 분야와도 융합된 기술의 건수가 높은 것으로 분석 이외에 A61B 분야와 융합된 기술은 G06Q, G01B 분야와 융합된 기술이 많은 것으로 나타났으 며, G01N 분야와 융합된 기술은 G01R, G01K, G01L 기술로 분석 [ 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 분야 IPC 기술 및 융합성 ] (4) 주요출원인 분석 세계 주요출원인을 살펴보면 주로 미국의 출원인이 다수의 특허를 보유하고 있는 것으로 나타 났으며, IT, 전기전자 분야의 출원인이 대부분 주요 미국 출원인을 살펴보면 International Business Machines, Google 등 IT 기업과 General Electric, Invensense 등 전기전자 기업이 다수 출원을 하고 있는 것으로 나타났으며, 이들 미국 출원인 은 주로 미국 본국에 출원건수가 높은 것으로 나타남 한국 출원인으로는 한국전자통신연구원이 상위출원인으로 나타나 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 관련 기술을 다수 보유 121

129 스마트팩토리 - 스마트팩토리센서및화상처리기술 가장많은특허를보유하고있는 International Business Machines 의 3 극패밀리수는 1 건으 로다국적시장보다는미국시장을목표로출원을하고있는것으로보이며, Google 역시 1 건으로미국과유럽시장을목표로출원하고있음 일본기업인 Seiko Epson 이확보한특허의피인용지수가 6.5 으로가장높게나타나기술의 파급성이높은원천기술을다수보유하고있는것으로분석됨 [ 주요출원인의출원현황 ] 주요출원인 국가 주요 IP시장국 ( 건수 %) 한국미국일본유럽 IP시장국종합 3극패밀리수 ( 건 ) 피인용지수 주력기술분야 International Business Machines 미국 29 0% 100% 0% 0% 미국 센서가상화, 센서네트워크정보수집기술 Google 미국 % 80% 0% 20% 미국 센서에의해획득된센서데이터기술 한국전자통신연구원 한국 % 71% 0% 0% 미국 센서네트워크시스템및센서데이터처리 Intel 미국 % 92% 0% 8% 미국 스마트센서및로직시스템, 센서허브 Seiko Epson 일본 3 8 0% 27% 73% 0% 일본 물리적정량센서, 압전센서 Bae Systems 독일 4 6 0% 40% 0% 60% 유럽 센서데이터처리기술, 작동센서 Denso 일본 % 30% 60% 10% 일본 센서신호처리기기, 차량제어시스템 General Electric 미국 % 60% 20% 20% 미국 다기능임베디드센서, Renesas Electronics 일본 % 38% 38% 25% 일본 반도체기기및센서시스템, Invensense 미국 6 0% 100% 0% 0% 미국 센서가있는자가테스트제공시스템 122

130 전략제품 현황분석 (5) 국내 출원인 동향 국내 출원인 동향을 살펴보면 대기업은 현대모비스의 출원건수가 가장 높게 나타났으며, 중소 기업에서는 몬트롤의 출원건수가 높게 나타남 대기업의 주요 출원인은 현대모비스, 금호타이어, 에스케이텔레시스 등이 있으며, 중소기업의 주요 출원인은 몬트롤, 글로비트, 티엘씨테크놀러지 등이 주요 출원인인 것으로 나타남 기업 이외의 주요출원인을 살펴보면 한국전자통신연구원, 한국과학기술원 등 연구소/공공기관 의 출원이 다수 나타났으며, 대학은 순천대학교, 경희대학교, 고려대학교, 부산대학교, 중앙대학 교 등의 출원이 높은 것으로 분석됨 [ 국내 주요출원인의 출원 현황 ] 123

131 스마트팩토리 - 스마트팩토리센서및화상처리기술 5. 중소기업환경 가. 중소기업경쟁력 스마트팩토리센서및화상처리기술분야의중소기업경쟁력은기술분류별로차이가있으나센 싱정보링크기술은중소기업이다수참여하여시장에서의역할이큰분야로나타남 [ 스마트팩토리센서및화상처리기술분야중소기업현황 ] 기술분류주요기술대기업중소기업중소기업참여영역중소기업 참여정도 이벤트처리분석 수집데이터고속필터링및연관매칭기술메모리기반의비정형데이터고속분석기술물리센서, 화학센서바이오센서 현대오토넷마이크로인피니티, LG 이노텍삼성전자 케피코 SML 전자대성전기 센서기술데이터고속처리분산, 병렬처리화상처리 센싱정보링크 이종센서정보변환및연결기술 오토닉스 MEC CPS IoT 네트워크기술 Factory-Thi ng 자원관리 소프트웨어정의 FCM 제어기술 현대오토넷마이크로인피니티, LG 이노텍삼성전자 케피코 SML 전자대성전기 FCM 제어기술디바이스제어 인지형스마트디바이스 자율교정을위한인지형스마트디바이스 ( 영상 )/ 센서기술생산공정서비스 / 상황 / 위치인지용디바이스 ( 영상 )/ 센서기술스마트, 바이스 ( 영상 )/ 센서용내장형 OS 기술 현대오토넷마이크로인피니티, LG 이노텍삼성전자 딥러닝, 합습에의한센서기술, 센서를통한자료처리 * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5 단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ) 높은단계 : ) 124

132 전략제품 현황분석 나. 중소기업 기술수요 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 분야의 중소기업의 기술수요를 파악하기 위하여 중소기업 기술수요조사 및 중소기업청 R&D신청과제(2013~2015년)를 분석한 결과 아래 표의 내용과 같은 수요들이 다수 있는 것으로 분석 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 분야 중소기업은 최근 기술트렌드인 IoT기술과의 융복합 기 술에 관심이 높아지고 있는 추세를 반영한 것으로 분석됨 [ 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 분야 과제신청현황 및 수요조사결과 ] 전략제품 기술 분류 관심기술 이벤트 처리 분석 센서 기술 데이터 고속처리 분산, 병렬처리 화상처리, 물리센서, 화학센서 센싱정보 링크 CPS IoT 네트워크 기술 Factory-Thing 자원관리 FCM 제어기술 디바이스 제어 인지형 스마트 디바이스 딥러닝, 학습에 의한 센서 기술, 센서를 통한 자료 처리 스마트 팩토리 센서 및 화상처리 기술 125

133 스마트팩토리 - 스마트팩토리센서및화상처리기술 다. 중소기업핵심기술 (1) 데이터기반요소기술발굴 스마트팩토리센서및화상처리기술의특허및논문데이터검색을통해도출된유효데이터를대상으로데이터마이닝기법 (Scientometrics 기법 ) 을통해클러스터링된키워드의연관성을바탕으로요소기술후보군을도출 스마트팩토리센서및화상처리기술의특허및논문유효데이터를기반으로키워드클러스터링을통하여 10개의요소기술후보군을도출 제품별 dataset 구축 : 스마트팩토리센서및화상처리기술관련특허 / 논문데이터를추출하여노이즈제거후제품별 dataset 구축 1차클러스터링 : 키워드맵을통한고빈도키워드확인-빈도수 (tf-idf) 13) 가상위 30% 에해당하는키워드를대상으로 1차추출 2차클러스터링 : 1차클러스터링에서추출된고빈도키워드사이에서고연관도키워드를 2차추출 ( 고연관도기준은연관도수치 14) 가 2이상인클러스터로제한 ) 다음그림은키워드간연관네트워크를시각화한것으로, 각키워드를나타내는원과키워드간의연관도를나타내는직선으로구성 각키워드가특허와논문중어느데이터에서도출되었는지원의색으로구분하였으며, 키워드로도출된클러스터는황색음영으로표시 키워드를나타내는원은고빈도의키워드일수록원의크기가크게표현되며, 연관도를나타내는선은키워드사이의연관도수치가높을수록굵게표현 스마트팩토리센서및화상처리기술전략제품의특허 논문유효데이터에대하여키워드클러 스터링결과를기반으로요소기술도출 데이터기반의요소기술도출은키워드클러스터링을통해도출된요소기술에대하여전문가의 검증및조정을통하여요소기술을도출 13) 빈도수 (tf-idf) : 각키워드가출현되는특허또는논문수를의미 14) 연관도수치 : 두개이상의키워드사이의특허또는논문수를의미 126

134 전략제품 현황분석 [ 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 분야 키워드 클러스터링 ] [ 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 분야 주요 키워드 및 관련문헌 ] No 주요 키워드 연관도 수치 관련특허/논문 제목 클러스터 01 data processing 4~5 1. Compressed scan systems 2. Universal testing machine 3. DUAL PUMP OIL LEVEL SYSTEM AND METHOD 클러스터 02 sensor unit, sensor module 4~5 1. Current sensor 2. OPERATING SENSORS 3. LENS MODULE FOR FORMING STEREO IMAGE 클러스터 03 electronic device 4~5 1. SENSOR INTERFACE 2. Body heat sensing control apparatus and method 3. Intelligent electronic device having circuitry for highly accurate voltage sensing 클러스터 04 processing device 4~5 1. JOINT SENSOR SYSTEM AND METHOD OF OPERATION THEREOF 2. Smart scanning for a capacitive sensing array 3. METHOD FOR SENSOR THRESHOLD COMPENSATION 127

135 스마트팩토리 - 스마트팩토리센서및화상처리기술 No 주요키워드연관도수치관련특허 / 논문제목 클러스터 05 클러스터 06 current sensor, digital data utility application, magnetic sensor 4~5 5~7 1. Current sensor having self-diagnosis function and signal processing circuit 2. METHOD AND APPARATUS FOR INSPECTING PNEUMATIC TIRE DURING PRODUCTION 3. Current sensing device, and method of manufacturing the same 1. INTEGRATED INTELLIGENT SERVER BASED SYSTEM AND METHOD/SYSTEMS ADAPTED TO FACILITATE FAIL-SAFE INTEGRATION AND/OR OPTIMIZED UTILIZATION OF VARIOUS SENSORY INPUTS 2. SURFACING CROSS PLATFORM APPLICATIONS 3. DISTRIBUTED APPLICATIONS ACROSS PLATFORMS 클러스터 07 image sensor 4 1. VIDEO SUMMARY INCLUDING A FEATURE OF INTEREST 2. Apparatus Method and System for Imaging 3. CAMERAS AND METHODS WITH DATA PROCESSING, MEMORIES, AND AN IMAGE SENSOR WITH MULTIPLE DATA PORTS 클러스터 08 wireless sensor 4 1. Low Power Wireless Sensor System with Ring Oscillator And Sensors for Use in Monitoring of Physiological Data 2. Wireless sensor network information swarming 3. RFID sensor tag and system for small output transducers, and related methods 클러스터 09 user device 4~6 1. DEVICE ATTACHMENT WITH INFRARED IMAGING SENSOR 2. SMART SHOES, METHOD OF PROVIDING SENSOR INFORMATION TO SMART SHOES, SMART DEVICE AND METHOD OF PROVIDING GUIDANCE PROGRAM VIA SMART DEVICE 클러스터 10 processing module 4~5 1. Non-destructive inspection instrument employing multiple sensor technologies in an integral enclosure 2. Systems for assessing and optimizing muscular performance 3. Portable router and power saving control method thereof 128

136 전략제품 현황분석 [ 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 분야 데이터 기반 요소기술 ] No 요소기술명 키워드 요소기술01 Factory-Thing 복합 이벤트 처리 기술 Factory-Thing 요소기술02 수집 데이터 고속 필터링 및 연관매칭 기술 data processing high filter 요소기술03 메모리 기반의 비정형 데이터 고속 분석 기술 processing device 요소기술04 이종센서 정보 변환 및 연결기술 요소기술05 센서 자율 연결(Free Link) 기술 요소기술06 Fault tolerance를 위한 센서 Redundancy 기술 요소기술07 Factory-Thing 인증, 등록 기술 Factory-Thing recognization 요소기술08 소프트웨어정의 FCM 제어기술 processing module FCM control image sensor free link sensor current sensor, digital data fault tolerance 129

137 스마트팩토리 - 스마트팩토리센서및화상처리기술 (2) 요소기술도출 산업 시장분석, 기술 ( 특허 ) 분석, 전문가의견, 타부처로드맵, 중소기업기술수요를바탕으로로드맵기획을위하여요소기술도출 요소기술을대상으로전문가를통해기술의범위, 요소기술간중복성등을조정 검토하여최종요소기술명확정 [ 스마트팩토리센서및화상처리기술분야요소기술도출 ] 분류요소기술출처 이벤트처리 ž 분석 Factory-Thing 복합이벤트처리기술 수집데이터고속필터링및연관매칭기술 메모리기반의비정형데이터고속분석기술 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 기술 / 시장분석, 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 센싱정보융합기반가상센서기술 기술 / 시장분석, 기술수요, 전문가추천 센싱정보링크 이종센서정보변환및연결기술 센서자율연결 (Free Link) 기술 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 기술 / 시장분석, 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 Fault tolerance 를위한센서 Redundancy 기술 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 Factory- Thing 자원관리 Factory-Thing 인증, 등록기술 소프트웨어정의 FCM 제어기술 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 인지형스마트디바이스 자율교정을위한인지형스마트디바이스 ( 영상 )/ 센서기술생산공정서비스 / 상황 / 위치인지용디바이스 ( 영상 )/ 센서기술 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 스마트디바이스 ( 영상 )/ 센서용내장형 OS 기술 기술수요, 타부처로드맵 130

138 전략제품 현황분석 (3) 핵심기술 선정 확정된 요소기술을 대상으로 산 학 연 전문가로 구성된 핵심기술 선정위원회를 통하여 중소기업 에 적합한 핵심기술 선정 핵심기술 선정은 기술개발시급성(10), 기술개발파급성(10), 단기개발가능성(10), 중소기업 적합 성 (10)을 고려하여 평가 [ 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 분야 핵심기술 ] 분류 핵심기술 개요 수집 데이터 고속 필터링 및 연관매칭 기술 IoT 플랫폼을 통해 수집되는 연속 데이터들을 실시 간 분류/매칭하는고속 필터링 및 연관매칭 기술 메모리 기반의 비정형 데이터 고속 분석 기술 비정형 Factory-Thing 참조 데이터를 메모리 기반 저장 및 고속 분석 처리하여 실시간으로 의사결정을 지원하는 메모리 기반의 비정형 데이터 고속 분석 기술 개발 센싱정보 링크 이종센서 정보 변환 및 연결기술 이종센서 정보 변환(Adaptation) 및 연결(Chain) 기술 Factory-Thing 자원관리 소프트웨어정의 FCM 제어기술 소프트웨어 정의 기반의 FCM(Factory Control Middleware)을 통하여 팩토리 생산 디바이스의 제 어를 유연하게 처리하는 FCM 기술 자율교정을 위한 인지형 스마트 디바이스(영상)/센서 기술 산업환경에서 제조상황에 대한 조절, 생산의 차질을 최소화 및 불량률을 최소화 할 수 있도록 제조 기기 의 자율적 동작 교정을 할 수 있도록 비정상적 상황 을 센싱하고 모니터링하는 기술 생산 공정 서비스/상황/위치 인지용 디바이스(영상)/센서 기술 생산 공정의 최적화를 위하여 각 공정의 상황과 각 생산품의 위치를 실시간으로 파악할 수 있는 생산 세부 공정에 따른 재료 및 제품들의 위치와 현 상태 등을 인지하는 기술 스마트 디바이스(영상)/센서용 내장형 OS기술 생산환경 디바이스/센서의 지능적 기능을 강화하여 자체적 생산 환경에 대한 지능적 자가진단이 가능하 도록 하여 생산 무인화/자동화를 위한 고신뢰성 보 장형 다기능성 스마트 디바이스 용 경량 OS 기술 이벤트 처리 분석 인지형 스마트 디바이스 131

139 스마트팩토리 - 스마트팩토리센서및화상처리기술 6. 기술로드맵기획 가. 스마트팩토리센서및화상처리기술로드맵 최종중소 중견기업기술로드맵은기술 / 시장니즈, 연차별개발계획, 최종목표등을제시함으로 써중소기업의기술개발방향성을제시 132

140 전략제품 현황분석 나. 연구개발 목표 설정 로드맵 기획 절차는 산 학 연 전문가로 구성된 로드맵 기획위원회를 통해 선정된 핵심기술을 대 상으로 기술요구사항, 연차별 개발목표, 최종 목표를 도출 [ 스마트팩토리 센서 및 화상처리 기술 분야 핵심기술 연구목표 ] 분류 핵심기술 기술요구사항 수집 데이터 고속 필터링 및 연관매칭 기술 연차별 개발목표 최종목표 1차년도 2차년도 3차년도 물리적 매칭률(%) 90% 이상 95% 이상 98% 이상 수집데이터 분류/ 매칭 기술 개발 메모리 기반의 비정형 데이터 고속 분석 기술 데이터 분석률(%) 90% 이상 95% 이상 98% 이상 비정형 데이터 고속 처리 기술 개발 센싱정보 링크 이종센서 정보 변환 및 연결기술 연결 성공률(%) 95% 이상 98% 이상 이종센서의 정보변환 및 연결기술개발 Factory-Th ing 자원관리 소프트웨어정의 FCM 제어기술 FCM의 데이터처리 성공률(%) 95% 이상 99% 이상 생산 디바이스의 유연성 확보 기술 개발 자율교정을 위한 인지형 스마트 디바이스(영상)/센서 기술 동작교정 성공률(%) 95% 이상 98% 이상 비정형적 상황에 대한 센싱 모니터링 기술 생산 공정 서비스/상황/위치 인지용 디바이스(영상)/센서 기술 생산공정 상황 인지율 (%) 95% 이상 98% 이상 공정별 상황과 생산품의 위치, 상태를 인지하는 기술 개발 스마트 디바이스(영상)/센서용 내장형 OS기술 OS완성율 (%) 90% 이상 95% 이상 이벤트 처리 분석 인지형 스마트 디바이스 99% 이상 다기능성 스마트디바이스 경량 OS기술 133

141

142 전략제품 현황분석 스마트 제조 CPS

143

144 스마트제조 CPS 정의및범위 사이버-물리 시스템 (CPS:Cyber-Physical Systems) 은 컴퓨팅 장치와 같은 사이버 시스템 (Cyber System) 을통해실세계의사람 운영환경 기계장치와같은물리시스템 (Physical System) 을네트워크 로통합하여신뢰성있게자율제어하는시스템 CPS를적응형 / 지능형 / 실시간 / 분산기술이융합된제어시스템으로정의하고, 핵심필요기술로써하이 브리드모델링기술, 시뮬레이션및검증기술, 자율제어기술, 사이버보안, 통신및연동기술, 무선 센싱등이있음 스마트제조 CPPS(Cyber Physical Product System) 는위의 CPS 기술들을제조를위한공정별기 술로다시재분류될수있음. 이는제품기획 / 수요조사 -> 공정설계 -> 생산 -> 출시 / 유통의과 정으로제품 Life Cycle을 Loop 하는제조업의공정에맞추어고신뢰성의산업네트워크기술과, IoT 산업보안강화기술, Cyber 제품설계기술, Mass Customization 공정시스템기술, 지능화 된자율제어가가능한스마트생산시스템기술, 스마트유통시스템기술등으로정의할수있음 정부지원정책 미래창조과학부, 산업통상자원부등각부처별로나눠져 CPS 지원사업추진중 산업통상자원부는 13년 ~ 15년까지 CPS 기술에 총 201억원 ( 정부출연금 138억원, 민간부담금 ( 현금 7억원, 현물 56억원 ) 을투자 미래창조과학부 13년 ~ 15년까지 CPS 기술에총 116억원 ( 정부출연금 97억원, 민간부담금 ( 현금 2 억원, 현물 17억원 ) 을투자 중소기업시장대응전략 강점 (Strength) 약점 (Weakness) 제조업에서 CPS가구체적으로적용되어개선된사례 빠른신기술의확산이미래솔루션으로서 CPS 기술에가부족, CPS 등의스마트핵심제조기술은앞서나가고대한제조업시장의반응이클것으로예상됨있는독일등의선두국가들에비해뒤처지는상황임 세계최고수준의제조업시스템, 통신 / 네트워크인프 중소기업은대기업에비해정보화가상대적으로취약라등을보유중. 4차산업혁명의관심도증가로정부의하여 CPS도입을위한 Infra System부터구축하거나, 동정책적지원이기대됨시에구축해야함 기회 (Opportunity) 위협 (Threat) 신개념, 차세대플랫폼기술로써시장파급효과가클것이며, 새로운응용분야가무궁무진할것으로예상됨 CPS를통한혁신적인공정개선등으로신제품개발및원가절감, 다품종소량생산등새로운성장동력으로작용. CPS의특성상새로운국제표준기술개발로외국의기존핵심기술무력화를통해기술선점가능성이높고원천기술확보가가능함 미국, 유럽등선진국뿐아니라중국, 인도등후발국의시장진입위협이있으며, 세계시장개척에따른경제적부담이존재함. 선진국의핵심기술도입으로인해국내기술이성장하지못하게되어유지보수및개선등이성장을방해할수있음. 미국, 유럽의천문학적규모의장기적지원정책에따른위협요인이존재하며, 국내에서는아직까지지원정책이미비한상황 중소기업의시장대응전략 국내중소제조업의스마트공장화를위한로드맵수정과마스터플랜의재정립 CPS 기술에대한인식제고와방향성정립 중소기업마다당면한과제부터해결이가능한 CPPS 의점진적도입필요 중소기업에서는 IT 기술에대한이해와의사결정이쉽지않음으로정부의기술로드맵을충실히이 행함으로서리스크를줄이며스마트제조로전입해야함.

145 핵심기술로드맵

146 전략제품 현황분석 1. 개요 가. 정의 및 필요성 CPS는 모든 사물들이 서로 연결되어 정보를 교환하는 사물인터넷(Internet of Things)에서 컴퓨팅 을 이용한 사이버세계와 물리 세계가 발전된 IT 기술을 통해 유기적으로 융합되어 사물들이 서로 소통하며 자동적, 지능적으로 제어되어 지는 시스템 기존 임베디드 시스템의 미래지향적이고 발전적인 개념으로써 기존의 전통적인 산업에 ICT기술이 결합되어 기존 산업과 서비스에 새로운 부가가치를 부여하고자 융복합 산업을 구현하기 위한 핵심 기술 다수의 이종 시스템들이 네트워크를 통해 결합되거나 연동되어 자율적으로 임수를 수행하는 스마 트, 시티, 국방, 교통, 스마트그리드, 스마트제조 등을 포함하는 대규모 시스템(System of System)에 필수적으로 필요한 기술로써 사회 전분에 걸쳐 광범위한 적용이 예상 됨 CPS는 대규모로 시스템들을 통합하는 통합화의 과정이기도 하면서 각각의 시스템들이 독립적으로 제어 되는 대표적인 분산정보 시스템의 구조를 가지고 있음. 그래서 CPS를 System of System라 고 정의 할 수 있고, 이런 분산제어 시스템의 구조이어야만, 현실 세계의 복잡하고 대용량의 데이 터를 수집, 통제 할 수 있음 [ NIST Cyber-Physical Systems Public Working Group ] 139

147 스마트팩토리 - 스마트 제조 CPS 사이버-물리 생산 시스템(CPPS, Cyber-Physical Production Systems)은 제조 산업 분야에 CPS 기 술이 적용된 것으로 컴퓨팅 및 정보처리, 통신, 센서 구동 제어 기능이 현실세계의 사물(즉 생산 기 계, 조립 로봇 등)들과 네트워크로 연계되어 자동화 및 지능화된 CPS 기반 스마트제조 시스템 기술 을 의미함 CCPS는 공장 현장의 FieldBus나 PLC, 센서 등에서 데이터를 수집하고, 그 상위로 ERP, MES, SCM 등의 업무 어플리케이션의 데이터를 수집 또는 전달하는 수직적인 데이터의 통합을 통해 공장내외부에서의 데이터를 수집, 전달, 분석함 *출처 : DFKI(독일인공지능연구소) [ Smart Factory에서의 CPS의 개념도 ] CCPS는 제품개발부터 출시 AS, 단종의 단계까지 제품 Life Cycle상에 존재하는 제품의 수요조사 및 설계 및 제품 시뮬레이션 등 PLM 전 과정에서 작동되고 있는 시스템과 일련의 기업 활동에서 발생하는 데이터를 수평적으로 수집, 통합해서 CCPS 내부로 전달함 CCPS는 위와 같이 수직적인 데이터와 수평적 데이터를 원활히 수집하기 위해 각각의 물리적인 통 신 레이어가 다른 이기종의 수많은 디바이스와 센서, 시스템을 통해 데이터를 수집하고 제어하기 위 해서는 이기종간의 OS 독립적이며, 표준화된 통신 방식 및 플랫폼을 가지고 있어야 함 140

148 전략제품 현황분석 [ 공정 기반의 CPS의 통합 범위 및 기술 ] CCPS는 공장 내외의 모든 정보를 수집하고 저장하여 하나의 Big Data를 가지게 됨. 이 Big Data 를 분석하여 비로소 필요한 정보의 생성이나, 지능화된 자율의사 결정을 통해 물리세계인 설비, 엑 츄레이터 등을 제어 할 수 있게 됨 CCPS에서 Big Data를 분석하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있음. 이미 정의된 논리적인 흐름에 의한 데이터의 연산을 통해 단순한 의사결정을 가질 수도 있으며, AI와 같은 첨단 IT기술을 통해 지 능화되고, 자율적인 의사결정을 내릴 수도 있음. 또한 머신 러닝 기법을 이용해 스스로 학습을 통해 최적의 방법을 찾거나 의사결정을 내릴 수도 있음 다양한 지능형 장치 및 유비쿼터스 무선 통신 기기가 급증하고 컴퓨팅 및 메모리성능의 발전이 지 속되면서 여러 응용분야에 컴퓨팅이 미치는 영향도 증가할 것으로 전망 컴퓨팅으로 대표되는 사이버 세계의 기능이 미래에는 훨씬 더 광범위한 분야의 물리적 세계와 접 목하여 그 활용도가 증가할 것으로 판단 의료기기, 자동차, 로봇, 항공기, 보안 및 감시시스템 등 대부분의 컴퓨터탑재 물리시스템들은 구 성 요소의 복잡성 증가로 전체 시스템의 결함 가능성이 증대 따라서 각종 재난과 사고를 미연에 방지할 뿐만 아니라, 고신뢰성을 보장하는 무결점 (zero-defect) 지능 시스템의 필요성 제기 141

149 스마트팩토리 - 스마트 제조 CPS [ 제조 분야의 CPS 기술 ] 정의 등장 배경 제조 환경에 다양한 센서를 설치하여 감지된 신호들이 유 제조분야의 CPS는 제조 기업의 정보시스템(ERP, CRM, SCM, MES 등) 및 컴퓨팅 시스템(PLC, CAD, CAM, 시 뮬레이터, 센서, 인공지능 등)과 사람(경영자, 공장관리자, 무선 통신을 통하여 컴퓨터에 전달, 분석, 처리되고, 구동 기술(액추에이터)을 통하여 제조설비를 제어하여 고품질의 다양한 제품을 자동적으로 생산하는 기술이 점차 현실화 라인근로자 등), 공정, 제조설비와 같은 물리적 시스템을 네트워크로 통합하여, 안전하고 신뢰성 있게 효율적으로 전 제조 과정을 분산 제어하는 지능형 통합 제조시스템 구축 기술 의료기기, 자동차, 로봇, 항공기, 제조시스템, 보안 및 감 시시스템 등 대부분의 물리시스템에 컴퓨터가 탑재되면서 시스템의 복잡도가 기하급수적으로 증가되어 전체 시스템 의 결함 가능성이 증가 * 출처: <Industry 4.0시대의 Smart Factory(출처: Wahlster 교수 발표 자료, BMR 2012, Luxembourg, 2012)> [ 사이버-물리 생산시스템: 제조 산업 분야의 CPS ] 142

150 전략제품 현황분석 나. 범위 (1) 기술분류 관점 CPS는 실제세계에서 동작하는 모든 요소들이 각종 센서, 정보처리장치, 소프트웨어, 사물인터 넷 등에 기반한 컴퓨팅 시스템과 상호 유기적으로 연계되어 최적의 제어를 가능하게 하는 기술 일반적으로 시간의 흐름에 따라 연속적으로 동작하는 물리시스템과, 논리의 흐름에 따라 동작 하 는 컴퓨터와 같은 사이버시스템의 본질적인 괴리를 연계하기 위한 기술 CPS는 사이버시스템을 통해 운영방식이 완전히 다른 물리시스템을 제어하기 위해 발생한 학문으 로써, 기존 임베디드 시스템이 주로 휴대폰 및 정보가전 등의 운용에 집중된 반면, CPS는 센서와 액츄레이터를 통한 자율적인 물리시스템 제어를 목표로 함 [ CPS 기술 분류별 정의 ] 제조 공정 분야 설명 기술 분야 산업 Network 공장내외의 수직 / 수평의 수많은 이기종의 시스템과 센서 등에서 데이터를 수집하고 제어하는 양방향 통신을 원활히 수행 할 수 있는 통신 표준이나 프 레임 워크 기술 현장 Field Bus에서 이기종의 Device나 설비 등에 데이터를 빠르고 정확하 게 전달 할 수 있는 상호운영성 지원의 OS, 미들웨어와 통신 기술 기반통신 및 상호운용성 지원기술 Validation and Verification Cyber 보안 보안이 적용되지 않고 있는 현장의 Field Bus 에 D2D 통신 보안 기술 이기종의 다양한 시스템이 Network 망에서 데이터를 해킹이나 후킹 등에 대비한 통신 보안기술 CPS시스템에 접속과 부절절한 명령체계에 대한 검증할 수 있는 보안 기술 산업 IoT 보안 제품기획 설계/수요예측 최종 소비자의 Needs와 Big Data분석을 통한 신제품을 개발 할 수 있는 모델링 기술과 시뮬레이션 기술 전통적인 소프트웨어 설계 기법이 다루지 못하는 이종 시스템들 간의 결합 에 따른 복잡성, 불확실성, 불예측성 등을 고려한 시스템 설계 기술 하이브리드 모델링기술 공정 설계 Mass Customization을 가능하게 하려면 계속해서 변경되는 제품정보를 공정을 쉽게 변경하거나 시뮬레이션 해야 하는 공정 Cyber 기술 공정시뮬레이션을 통해 사이버 상에서 가상으로 생산 시뮬레이션을 가능하 게 하는 기술 각 공정 및 하부 설비까지 에너지를 가장 효율적으로 사용하기 위한 지능 화된 에너지 제어 설비의 상태를 실시간으로 감시하며 Big Data와 머신러닝을 이용해서 설비 공장을 예지 할 수 있는 기술 시뮬레이션 및 검증기술 생산 (Control Systems) 물리환경에서 발생하는 불확실성을 해결하기 위한 기술로 물리환경의 상황 을 인지해 오류를 사전에 제어하는 기술(Adaptive and Predictive), 네트워 크로 분산된 시스템을 통합 제어하는 기술(Networked Control), 인공지능 기술에 기반하여 최적의 의사결정을 수행하는 기술(Intelligent Systems) 등 을 포함 지능형자율 제어기술 출시 / 유통 품질검사를 위한 카메라 및 센서의 인지 기술 불량 제품의 자동 발견과 공정과 설비의 불량 원인을 자율적으로 찾아내 는 기술 제품 또는 자재의 물류 중에 있는 제품에 대한 실시간 정보를 분석해서 유연한 생산을 가능하게 하는 IoT 센싱 및 추적 기술 Big Data, IoT 센싱, 무선통신 기술 143

151 스마트팩토리 - 스마트 제조 CPS (2) 적용범위 국가 인프라, 운송, 전력망, 국방, 공장 등의 다양한 분야에 CPS를 포함한 정보통신 기술이 적 용되어 새로운 차원의 부가가치가 생겨날 것으로 예상됨 기존 임베디드 시스템의 미래지향적이고 발전적인 형태인 CPS기술은 전력망, 국가 인프라, 헬 스 케어 등 매우 복잡한 핵심 인프라에 모두 적용 될 것으로 예상됨 [ CPS 기술 적용 예 ] 기술 분야 144 이미지 주요특징 스마트 제조 공장 공장 스마트화로 새로운 제품 생산뿐만 아니라, 에너지 소비나 기피 되는 제조업 근로자의 노동환경 등 현대 사회가 안고 있는 다양한 문 제까지도 해결이 가능 스마트 그리드 전력망은 ICT로 효율을 향상시킬 수 있는 인프라. 특히, 풍력 태양광 등이 전력 그리드에 접속할 때 자원 낭비가 없도록 최적화하고 제어 하는 데 ICT가 필수 스마트 헬스케어 정보 통신 기술과 보건 의료를 연결하여 언제 어디서나 예방, 진단, 치료, 사후 관리의 보건 의료 서비스를 제공 교통 시스템 도로교통은 ICT로 큰 변혁을 기대할 수 있는 분야. 개별 차량의 움직 임을 ICT로 파악하면 세밀한 과금 조정 등 유연한 교통 정책을 실현 이 가능 스마트 시티 사람 이동 활동을 토대로 교통 에너지를 예측하고, 기상을 관측 예측해 최적의 에너지 생성 분배 계획을 세우는 도시 설계 국방 컴퓨터가 자동으로 운행하는 무인기나 위험한 전투현장에서 로봇이 전투를 수행하는 기술까지 개발돼 전투현장에 배치되는 등 첨단 ICT 융합 무기개발을 통해 국방력을 개선

152 전략제품 현황분석 2. 산업환경분석 가. 산업특징 및 구조 (1) 산업의 특징 사이버시스템과 물리시스템 간의 정밀한 모델링 및 시뮬레이션 기술을 적용해 각종 산업 분야에서 새로운 서비스 및 가치 기회를 창출 인간과 기술적 시스템 사이의 쌍방향 협업은 숙련된 노동인력의 부족 문제와 점증하는 작업장 내의 다 양성(연령, 성, 문화적 배경 등)을 해결함으로서 지속적인 생산성을 유지할 수 있음 일반적으로 OS 기술이 갖는 한계점인 기술 지원 및 유지 보수 문제를 해결함으로서 새로운 시장 개척 기회를 확보 무인자동차, 무인항공기 등 조립 산업이 CPS로 진화함에 따라 자율제어를 위한 시스템, SW, 부품 수요가 폭발적으로 성장할 것으로 예상되는 상황에서 솔루션 공급 산업의 주도가 가능 국내 원천 기술을 확보하여 외산 대비 저렴한 가격으로 고신뢰 OS를 제공함으로서 국산화를 통한 가 격 경쟁력 확보 CPS시스템의 기반 연동 미들웨어 플랫폼 확보를 통하여 전 산업 분야에서의 대규모 복합 CPS시스 템에 대한 신속한 개발 및 각 산업의 스마트화 조기 달성 각 산업에서 가치 사슬 상에 존재하는 시스템들 간 연동을 통하여 가치사슬 통합을 조기에 달성하 고 이를 통해 다양한 새로운 비즈니스 모델 및 산업 생태계 창출 소비시장의 글로벌화로 소비의 표준화가 촉진되는 동시에, 개인화에 따른 개인 맞춤형 소비추세로 대량생산과 맞춤형 유연생산 요구 증대 기능 품질에서는 글로벌 표준을 요구하면서도 개인화 요구에 따른 다양한 수요 변화를 실시간 반영하 고 유연생산을 통해 신속한 대응 필요 ZARA, UNIQLO 등의 SPA는 1)현장수요파악 2)스피드와 타이밍, 3)생산의 효율화를 통해 좋은 제품 을 대중적 가격에 파는 대량 맞춤 생산을 선도 145

153 스마트팩토리 - 스마트제조 CPS [ 스마트통합공정 ] (2) 산업의구조 후방산업 전산업분야에서 CPS 간의통합연동을촉진할수있는 IoT 통신및연동미들웨어기반이구축될경우 ICT 기술의산업융합이가속화되어전산업분야에서추가적부가가치창출이가능 CPS 기술을이용하여산업별다양한요구사항에따라최적의자원을배치하여에너지및운영비용절감을통한경제발전예상 안전성을위하여복수개의시스템과복수개의 OS를사용하여처리하던기존방식과달리고신뢰듀얼 OS 기술을활용하여하나의시스템에서범용및실시간기능을동시에제공하게됨으로서시스템구축비용을획기적으로절감 SW 안정성에대한규제강화로후발추격국가의고신뢰 OS 시장진출을막고있는선진국시장확보가능 컴퓨터시스템의오류중약 40% 가사람의실수에의한오류임을감안할때, 발생가능한문제들의조기발견을통하여인적자원, 비용관리측면에서파급효과가클것으로판단됨 시스템 SW 수준에서의안전성보장을통하여 2020년임베디드 SW 시장 10% 점유시 4,158 억원의시장창출및 6,653명의고용창출기대 전방산업 CPS는전통산업에 ICT기술이결합되어기존산업과서비스에새로운부가가치를부여하고자스마트시티, 국방, 교통, 스마트그리드, 스마트생산시스템등에활용가치가매우큰기술임 ( 자동차 ) 자동차 ECU에탑재되는 SW비중이증가함에따라관련부품을위한개발지원도구를개발하는업체간의주도권경쟁이더욱심화될것으로보임. 또한거대 IT 기업 (MS, Apple, Google 등 ) 의자동차시장공략이본격화되고있음 ( 조선 ) 선박및해양구조물설계기술고도화및생산성향상을위해선박설계및생산시스템, 관리지원시스템시장이확장되고있으며, 대부분해외기술의존도가높은상황. 국내에서는조선해양전용시스템개발로이에대응하고있음 146

154 전략제품 현황분석 (건설) 초고층, 초정밀 등 시공환경이 고도화됨에 따라 가상건설 설계 기법을 통한 비용 및 기간 최적화 경쟁이 가속화 되고 있음 (섬유) 엔터테인먼트용 디지털 의류를 시작으로 헬스케어 의류 및 i-fashion 기술 등 원천요소기 술에서 제품응용까지 선진국과 큰 기술격차 없음 (의료) 기존 의료기기 제조업체뿐만 아니라 센서 및 측정기기가 부착된 가전, 의류 등이 개발되면 서 다양한 산업군에서 활발히 참여 (기계) 조선, 자동차, 반도체, 디스플레이 등은 외산 기계제품에 의한 제품개발이 대부분임 (에너지) 유럽 및 미국에서는 신재생에너지 개발을 위하여 태양열, 풍력, 바이오 가스 등을 중심으 로 집중적인 연구개발을 수행 중 [ 업종별 주요 이슈와 기술적 대안 ] 업종 현황 및 이슈 대규모 자본집약적 생산시스템은 설비 전자 보전비용 과다(제조원가 15%) 고장, 예방보전 예지보전 필요 자동차 기계. 중공업 패션 기술 스마트 센서 실시간 모니터링에 따른 생산시스템 최적화 CPS 고객수요 맞춤형 주문생산시스템 구축 수요 급증 클라우드 + 빅데이터 전기자동차 도입 필요, 다품종 대량 다품종 대량생산에 최적화된 유연생산 생산의 유연생산 시스템 필요 시스템 구축 CPS 에너지 다소비 업종의 혁신적인 에너지 개별 공장 단위에서 산업단지 단위로 절감 방안 모색 에너지 공유, 절감 방안 모색 에너지 절감 지속적으로 강화되는 환경규제 및 산업단지내 에너지 유출입 정보DB구축 및 에너지 비용 증가 대응 필요 분석 클라우드+빅데이터 철강 제품의 위치정보를 파악할 신기술 및 이를 활용한 실시간 정보화가 필요 통신 공장설비, 생산시스템의 실시간 모니터링 안전, 환경규제 강화와 맞춤형 자동차 총 매출액 중, 물류비용이 10% 차지 철강 기술적 대안과 8대 기술 적용 예 철강제품 환경에서 적용 가능한 새로운 센서 및 통신기술 스마트센서 철강산업 전주기에 걸친 실시간 모니터링과 물류 최적화 시스템 필요 IoT 사물인터넷 시대의 도래, 정보통신량의 제조업 현장 생산정보의 디지털화, 지수 스케일 증가 네트워크화 IoT 이와 동반한, 정보보안 중요성 증대 정보보호 기술 강화 클라우드 패션정보 예측 어려움에 따른 다량의 개별 매장의 제품판매정보 실시간 획득 재고발생 리스크 스마트센서+IoT 실시간 시장정보 획득으로 즉각적 생산 제품생산 시스템의 최적화로 매출증대 및 일정 대응 필요 재고 최소화 빅데이터+CPS 147

155 스마트팩토리 - 스마트제조 CPS 제약. 화약 난치병신약개발기간단축필요 후보물질 DB 최적화 클라우드 최적의후보물질사전검증 빅데이터 전기 에너지관리시스템구축비용최소화를 위한피크부하관리필요 에너지다소비업종의능동적공장에너지 관리시스템구축 CPS 에너지저장장치효율화 에너지절감 [ CPS 분야산업구조 ] 후방산업표면경화분야전방산업 IoT 통신및연동미들웨어, 고신뢰 OS 시장, 임베디드 SW 시장등 센서네트워크시스템, 확률적복합시스템, 복합적안전및효율제어, 가상제조기술속도조절등 자동차, 조선, 건설, 기계, 에너지등 나. 경쟁환경 미국은 CPS-VO, CyberMech, Medical CPS, ActionWebs 등의프로젝트가 2015 년까지종 료예정이며, CPS 분야별로구축되어있는 CPS 테스트베드와데이터센터를기반으로통합 된 CPS 프레임워크를구축하고혁신전문가가참여한공동프로젝트를수행하고있음 독일은 CPS 기반제조생산플랫폼에서제조정보를수집관리하고전체생산과정을통제하여제조공정의최적화를실현하고자하고있으며 2017년까지 M2M, 빅데이터, 스마트로봇등의 ICT 기술과 CPS 기술을접목해 PLM기반의스마트팩토리를구축하려고함. 2015년현재 CPS 운용방식과도구개발 (CyPros), CPS기반 FMS구축 (KapaflexCy), 인공지능과지능센서기반생산관리 (ProSense) 과제가종료되고상황감지스마트툴 (Autonomik) 등의프로젝트가진행되고있음 EU 는 ARTEMIS 과제인 ALMARVI, DEWI, EMC2, R5-COP 등다양한프로젝트를수행하고 있음 148

156 전략제품 현황분석 한국은 ETRI와 일부대학의 R&D과제로 설계이론 및 제어커널 개발, 실시간 자율 복원시스템 기초연구, 고신뢰 자율제어 SW 개발, 생산설비 연동 미들웨어 개발, 고성능 멀티코어 이중OS 개발, 안전우선 SW 플랫폼 등이 있으며, SW 기반의 시스템수준의 오류 탐지 및 복구기술, 신 뢰성 기반의 설계모델 검증기술 개발을 추진하고, 통신기반 기술로 SW중심의 유연 네트워크 제공 기술, 미들웨어, 원격검색, 매쉬업, 고신뢰 연결, QoS 지원 네트워크 기술 개발을 추진하 고 있으며 자율제어 기술로 상태 변화에 대한 자율인식 및 상황인지와 인지모델 기반 실시간 자율제어 기술을 내장한 CPS 소프트웨어 플랫폼 기술개발을 추진하고 있음 일본은 효율적 사회 서비스에 대한 CPS 통합플랫폼 기술개발을 추진하고 있음 [ 제품분류별 경쟁자 ] 구분 기술분류 주요 품목 및 기술 해외기업 경쟁환경 하이브리드 모델링 기술 CPS 모델링 및 시뮬레이션 기술, UML 기반 모델링, IMA-AFDX, TTA TTECH, 시뮬레이션 및 검증 기술 기반 통신 및 상호 운용 성 지원기술 CPS보안 기술 지능형 자율 제어 기술 소프트웨어 검증기술 (Rhapsody), Mathworks의 Matlab 센싱 기술, 액추에이션 기술, DDS(차세대 실시간 통신 미들웨어), 실시간 미들웨어의 스케줄러 기술, QOS지원 실시간 통신 기술 시스템 보안 기술, 암호화 기술(CPS 시스템에 최적화) 오류를 사전에 제어하는 기술, 분산된 시스템을 통합 제어하는 기술, 인공지능 기반 최적의 의사결정 기술 IBM, HP IBM, HP, Microsoft 현대자동차 삼성전자 MDS테크놀로지 델미아, 퀸틱, 아프리소, ls산전 삼성전자 한국전력기술 IBM Real-Time Innovations. Inc, RTI, Prismtech 국내기업 한국항공 우주산업 삼성전자 ls산전 MDS테크놀로지 다쏘시스템 코리아, 아프리소 삼성전자 삼성탈레스 다산네트웍스 149

157 스마트팩토리 - 스마트제조 CPS 다. 전후방산업환경 사이버시스템과물리시스템간의정밀한모델링및시뮬레이션기술을적용해각종산업분야에서새로운서비스및가치기회를창출 인간과기술적시스템사이의쌍방향협업은숙련된노동인력의부족문제와점증하는작업장내의다양성 ( 연령, 성, 문화적배경등 ) 을해결함으로서지속적인생산성을유지할수있음 일반적으로 OS 기술이갖는한계점인기술지원및유지보수문제를해결함으로서새로운시장개척기회를확보 무인자동차, 무인항공기등조립산업이 CPS로진화함에따라자율제어를위한시스템, SW, 부품수요가폭발적으로성장할것으로예상되는상황에서솔루션공급산업의주도가가능 국내원천기술을확보하여외산대비저렴한가격으로고신뢰 OS를제공함으로서국산화를통한가격경쟁력확보 CPS 시스템의기반연동미들웨어플랫폼확보를통하여전산업분야에서의대규모복합 CPS 시스템에대한신속한개발및각산업의스마트화조기달성 각산업에서가치사슬상에존재하는시스템들간연동을통하여가치사슬통합을조기에달 성하고이를통해다양한새로운비즈니스모델및산업생태계창출 제조업, 건설업등의기존산업및운송 물류, 헬스케어 의료분야에큰영향을미칠것으로전망되며전세계 GDP의 46% 에해당하는산업영역에서직 간접적인새로운부가가치창출이가능할것으로예상 제조 생산분야에 CPS 모델링및시뮬레이션기술을적용해국내제조업 ( 전체수출중 97.8% 차지 ) 의경쟁력향상및경제발전에이바지 세계전망을바탕으로국내 GDP 비율을적용할경우총 560조원규모의 GDP 창출효과를낼것으로판단됨 150

158 전략제품 현황분석 [ 산업 인터넷적용 시 신 부가가치 창출 세계 산업 규모 ] (단위 : 십억달러) 대상 부문 분야 유관산업 규모 운송. 물류 2,200 헬스케어. 의료 1,700 제조업 5,500 기타 생산업 5,300 운송. 물류 2,600 헬스케어. 의료 5,300 제조업 6,100 기타 생산업 3,600 비생산 부문 개도국 생산 부문 비생산 부문 선진국 생산 부문 합계 32,300 *World Bank and General Electric, Industrial Internet: Pushing the Boundaries of Minds and Machines,

159 스마트팩토리 - 스마트제조 CPS 3. 시장환경분석 가. 세계시장 4차산업혁명의가속화와함께세계주요국가의정부, 주요기업들의참여로 CPS시장은향후가파른성장이예상됨 CPS기술의세계시장규모는향후 2020년약 1.99조달러로전망됨 CPS시장은가파른성장을통해차량용반도체등자동차관련시스템을제외한전통적임베디드시스템시장을능가할것으로예상됨 [ CPS 분야의세계시장규모및전망 ] ( 단위 : 십억달러, %) 구분 CAGR ('13~'15) 세계시장 1,605 1,686 1,756 1,830 1,906 1, % * 자료 : IDC, Worldwide Embedded and Intelligent Systems Forecast, 기반추정 산업 / 제조분야에서는기존의공장자동화기술과산업용임베디드시스템이결합된 CPS 로기 술적진화가일어나며이에따른시장변화가빠르게진행될전망 산업 / 제조전체시장은연평균 3.57% 성장하는반면산업용임베디드시스템시장 (PLC 등 ) 은 2019 년까지연평균 2.3% 씩역성장할것으로예상 CPS 기반의지능형제조시스템시장은산업 / 제조분야의성장을이끌며연평균 4.4% 성장할 것으로예상 구분 산업용임베디드시스템 [ 산업 / 제조분야의세계시장규모및전망 ] ( 단위 : 십억달러, %) CAGR ('14~'19) % 지능형제조시스템 % 합계 % * 자료 : IDC, Worldwide Embedded and Intelligent Systems Forecast,

160 전략제품 현황분석 나. 국내시장 국내 CPS 시장은 2015년 약 4.1조 원에서 2020년 약 17.1조 원 규모로 성장할 것으로 전망 다만, CPS관련 기술 개발 현황은 분야별로 차이가 있겠지만 대부분 초기단계에 머물고 있으며, 대 부분 연구소나 학교를 위주로 핵심 원천기술 개발이 진행되고 있음 [ CPS 분야의 국내 시장규모 및 전망 ] (단위 : 조원, %) 구분 국내시장 CAGR ('13~'15) 32.8% * 출처: 한국인터넷진흥원, 시큐리티 발전 전략,

161 스마트팩토리 - 스마트제조 CPS 4. 기술환경분석 가. 기술개발트렌드 CPS에대한자율제어, 통합연동미들웨어, 산업용네트워크, 모델링및시뮬레이션, 임베디드시스템, 설비연결표준화통신, OS 및플랫폼관련기술개발이활발 SOA기반통신장비, DB 서버, 응용프로그램등과같은시스템컴포넌트의돌발문제에자율적대응가능한방법 (IBM) Columbia대학의 HW와 SW 통신신호조합에의한정상여부를판단하는방법 ASF (Cisco) 에의한감시, 로그변환, 필터링, 분석, 진단및복구, 피드백의 6단계자율제어프로세스방법등이제시 CPS의고신뢰도를확보하기위해오류분석모델링에의한지식베이스를생성하고자율제어활용방법과자율관리자를이용하는네트워크기반자율제어기술연구도진행중 자율적이고효율적인데이터통신을위한미들웨어기술로, 분산객체상호연동을위한 CORBRA, 메시지기반 API인 JMS, XML기반으로 WSDL, SOAP, UDDI를통한웹서비스, 분산데이터의효율적전송을위한 DDS 기술기반제품들이개선되고출시 CPS 분산환경의시스템간실시간제어를위해시뮬레이션의시간동기화알고리즘설계와시뮬레이터를개발하여검증하는방법들이개발 CPS 자율제어지능화를위한기존솔루션은해외의존도가높고상용화 SW개발역시초기개발단계에있음 CPS 통합연동기술인 DDS 미들웨어기술개발은 RTI, Prism-tech, OCI 등미국업체가선두위치 최근의연구중점은과거의 WSN을더신뢰적이고쉽게수행하기위해 CPS 구축환경의시너지효과에따른이익구현으로전환되어가고있음. 신뢰도개선을위해가상및현실의센서네트워크 (CPSN) 응용분야와다양한센싱정보의가상공간연결방법, CPSN 구조설계이슈등이제시되고있음 센싱설계중점은센싱, 데이터검색, 이벤트처리, 통신, 프로토콜등이며가상설계중점은지능화와상호작용에두고있으며, CPSN의관리요소로역별센서관련데이터, 모바일내장센싱기술과응용, 융합컴퓨팅및저장관련기술과보안기술을제시하고있음 154

162 전략제품 현황분석 인더스트리 4.0 기반의 CPS와 생산관리 시스템간의 미들웨어 구축을 통한 수평적 통합방법으 로 지식베이스의 생성, 자율제어관리자, 미들웨어 엔진, 통신미들웨어 관리자를 통합하는 개념 으로 실험하기도 함 CPS, Middleware, MES 간의 수평적 통합으로 연계할 수 있는 방법론도 제시되고 있으며, CPS 응용층과 가상 머신 간의 미들웨어를 메시지관리, 디바이스 관리, 물류서비스 관리 모듈 로 구성하기도 함 [ 대규모 CPS 네트워크 용 미들웨어 ] 표준화와 관련하여 국제표준화기구의 스마트제조 관련 표준화 활동은 산업데이터, 산업기기 및 시스템 등 표준 간 상호 운용성 확보에 초점을 두고 있으며, 국내의 경우 공장 자동화를 위해 IEEE Ethernet 표준의 확장과 타이밍 제어, 분산클럭 동기화 등 고도의 운영제어를 이 용한 산업용 네트워크가 넓게 산포하고 있음 [ 표준화 동향 ] 구분 IEC SG8 IEC TC 65 ISO TC 184 onem2m 표준화 동향 스마트 제조 국제표준, 로드맵과 구조 제안, 데이터 모델, 산업설비 주파수 공정측정, 제어 및 자동화시스템, 측정제어 디바이스, 네트워크, 제조프로세스 통합 (IEC 62264), 디지털공장, PLM 산업데이터, 자동화 시스템 및 통합:개방형시스템, SW 호환성 프레임, 도메인 인터페이스, 서비스 및 망 표준화와 공정자원 통합구조 IoT 서비스 플랫폼 IEEE P2413 IoT 프레임, 홈과 산업시스템 상호 운영성 보장 프레임, 공유객체 변환 ISO/IEC IoT, 빅데이터 155

163 스마트팩토리 - 스마트제조 CPS 미국 미국의대통령과학기술자문위원회 (PCAST) 는국가시스템창조와운용의핵심기술로서 CPS 를핵심연구분야로선정하여 NSF에서 2006년부터기금운영 2009년 74개 5,900만달러, 2010년 59개 3,240만달러, 2011년 40개 2,780만달러등 2008년 ~2015년까지 181개과제 12,500만달러지원중 PCAST는 2010년 Designing a Digital Future 라는구호를통해 CPS에대한연구지속및확장결정 ( 이유는미국의안보, 경쟁력등수많은분야에걸친과학적 기술적중요성이매우크기때문에 ) 2012년 CPS에대한비전을발표, 각도메인 ( 농업, 빌딩, 국방, 재난, 에너지, 헬스케어, 제조및산업, 사회시스템, 교통 ) 의 CPS 전략과필요기술도출및구체화 NSF는 CPS-VO(Virtual Organization) 를운영하며정기적인미팅을통해신규사업을상시발굴하고국가차원의적극적인지원수행 [ 미국 CPS 관련기술개발사례 ] 사업명기간내용 CPS-VO 2010.~2015. CPS 연구개발프로젝트관리를위한가상조직구성 Cyber Mech 2011.~2015. Cyber-Mechanical System 을위한런타임환경기술개발 Medical CPS 2010.~2015 의료기기역시여러시스템이집적된형태로사용되고있어이를 Medical CPS 라명명하고, 환자의안전을최우선적으로고려한프레임워크기술개발 Action Webs 2009.~2014. Action Webs 란고급센서가탑재된임베디드시스템들의네트워크를의미하며, 다양한의사결정과협업이일어날수있는 CPS 환경에대한연구 EU EU는 2007년부터 Frame Programme 7로서 CPS 및임베디드시스템에 70억달러를투자하였으며, Frame Programme 8(HORIZON 2020) 을통해 2020년까지연구추진 CPS 및임베디드시스템연구프로그램인아르테미스 (Frame Programme 7 ARTEMIS10) 에 2013년까지총 27억유로투입 아르테미스사업은임베디드시스템의연장선에서 CPS의전략적중요성인지및선도적공고를위한 EU 차원의광범위한연구추진 156

164 전략제품 현황분석 [ ARTEMIS 주요 추진 과제 ] 사업명 기간 내용 ALMARV 2014~2017 최첨단 이미지/비디오 처리능력을 요구하는 사회적 변화추세에 부응하 기 위한 사업 DEWI 2014~2017 세계 임베디드 무선 시스템과 스마트 모바일 환경에서 유럽이 차지하 고 있는 선도적 입지를 강화하기 위한 사업 EMC2 2014~2017 임베디드 시스템은 메카트로닉스 제품의 생산 비용을 낮추고 시스템간 커뮤니케이션기능을 향상시켜 정보화 사회의 발전에 크게 이바지. EMC2 프로젝트는 보다 혁신적이고 지속가능하며, 서비스 지향적인 아키텍처 구성을 통해 유럽 임베디드 시스템 산업의 입지를 강화하는 사업 R5-COP 2014~2017 유럽의 제조업 분야는 제품의 다양화 및 생산 비용절감에 대한 지속적 인 요구에 직면. R5-COP 프로젝트는 이러한 요구에 발맞춰 보다 향 상된 자동화 및 로보틱스에 초점 초연결 사회 도래와 사이버물리시스템, NIA, 독일 인더스트리 4.0의 주요 핵심 기술인 CPS, 특히 모델링 및 시뮬레이션 기술을 통해 지능형 스 마트 공장 구현으로 생산성 증가 등 새로운 부가가치 창출 세계 제조업의 주도권 유지. 고령화 고임금 자원 수입의 경제 구조에 대응 기존 기계 장비를 초연결 네트워크로 연결하여 최적화된 제조 생산 체계를 구축 독일 연방교육연구부와 연방경제기술부 지원 하에 4가지 프로젝트를 2015년부터 2017년까지 추진 [ 인더스트리 4.0의 주요 R&D 프로젝트 ] 참여 프로젝트 연구 내용 기간 예산(유로) CyProS 스마트팩토리의 CPS 운용방식과 도구 개발 12.9~ 15.9 약 560만 21개 KapaflexCy CPS를 활용한 유연한 생산시스템 구축 12.9~ 15.9 약 270만 10개 ProSense 인공지능시스템과 지능형센서 기반의 생산관리 실현 12.9~ 15.9 약 308만 9개 Autonomik 통신(인터넷) 기능, 상황감지 및 적응기능, 기기간 상호작용이 가능한 스마트 툴 개발 13~ 17 약 4000만 미정 기관 *출처 : 현대경제연구원, 제조업을 업그레이드하자, 미 일 독 제조업 R&D 정책 동향 및 시사점,

165 스마트팩토리 - 스마트 제조 CPS 나. 주요업체별 기술개발동향 (1) 해외업체동향 CPS 기술은 글로벌 기업들을 통해 특정 도메인 적용 기술로 개발되고 있음 Stanford 대학과 미 국방성은 선진 모델링 및 시뮬레이션 기술을 바탕으로 100% 무인전기셔틀 자동차인 ARIBO를 개발하여 프로젝트에 참여한 대학/기업/군을 대상으로 실험장소 및 테스트 베 드를 선정하여 무인셔틀 서비스를 지원할 예정 Qualcomm은 유량분배시스템에 모델링 및 시뮬레이션 기술을 활용하여 환경재해(홍수, 가뭄) 또 는 노후화된 파이프로 인한 물 유실량을 조기 발견해 효과적으로 가정과 산업에 물을 공급 하는 기술을 개발 혼다와 Qualcomm이 협력해서 CPS 기술을 이용해 운전자에게 HUD를 통해 보행자의 존재를 알 려주고, 보행자에게는 모바일 기기를 통해서 자동차의 존재를 알려주는 서비스인 Vehicleto-Pedestrian CPS Safety Concept 를 개발 IT 기업인 Google은 클라우드를 활용하여 로봇 자원(배터리, 메모리, 센서 등)을 줄이면서도 고도 의 컴퓨팅을 요하는 업무를 수행하는 효용성이 높은 저가의 로봇을 개발하는 클라우드 로보틱스 를 수행 Google은 자사의 IT 기술과 DARPA 주관 무인자동차 대회에서 우승한 스탠포드, 카네기멜론 등 의 핵심 연구원들을 영입하여 확보한 전자 및 제어 기술을 융합해 자율주행 자동차를 개발 하여 42만 km (지구 12바퀴의 거리)를 주행 [ 무인 셔틀 자동차 ARIBO ] 158

166 전략제품 현황분석 [ Vehicle to-pedestrian CPS Safety Concept ] RTI Co / PrismTech Co / Open Computing Inc RTI는 Connext-DDS(Data Distribution Service) 스펙의 제안자이며, 현재 DDS 분야 1위의 시장 점유율 업체로서 미 해군함정, 차세대 전투체계, UGV, SCADA, 도쿄 지능형 교통통제 등에 실제 적용하였고, 스마트 제조 분야의 기반 연동 미들웨어로서 DDS 기술을 확장 개발하여 제품군 출시 지멘스(Siemens) Siemens PLM Software는 PLM(제품 라이프 사이클 관리) 소프트웨어 및 MOM(제조 운영 관 리) 소프트웨어 제공 설계 및 개발에서 제조 및 지원에 이르는 제품 라이프사이클 프로세스의 최적화 테스트 및 메카트로닉스 시뮬레이션 소프트웨어 분야의 선두기업인 LMS International NV를 인 수하여 시험기반 엔지니어링과 기능성능 시뮬레이션, 시스템 타당성 및 검증에 활용되는 LMS 솔 루션확보 싱크스텝(Thinkstep)과 함께 원자재의 수명 주기를 관리하고 원자재가 중심이 되는 제품 설계 과 정을 간소화하는 원자재 관리(Material management) 소프트웨어 솔루션을 출시 원자재 관리 소프트웨어를 통해 부정확한 원자재 정보로 인한 오차와 재작업(Rework), 리콜 등을 줄일 수 있음 159

167 스마트팩토리 - 스마트제조 CPS IBM Rational Rhapsody 개발을통해시스템엔지니어와소프트웨어개발자가실시간또는임베디드시스템과소프트웨어를작성, 테스트, 문서화할수있는협업디자인및개발환경개발 엔지니어링, 프로토콜개발및작동가능시스템디자인제어를위한도구사용중에 MathWorks Simulink, Rational SDL Suite, Rational System Architect 및 IBM Rational Statemate에대한인터페이스를사용하여전체아키텍처의유효성검증가능 개발라이프사이클의초기에요구사항분석, 디자인의사결정의최적화, 기능성유효성검증가능 노빌리아 (Nobilia) CPS를활용한생산자동화 노빌리아는연간 58만세트를생산하는고급키친메이커로서, 인건비가높은독일의웨스트팔렌 (Westfalen) 지역에서생산하기때문에경쟁력을유지하기위해서는생산자동화가필요 재료를부품에가공하는 전 ( 前 ) 공정 과부품을완성품에조립하는 후 ( 後 ) 공정 으로생산공정을나누고각각의공정에고도의 ICT를접목해서활용 전 ( 前 ) 공정에서는부품이나용도마다다른조립용의구멍위치를모두오라클로동작하는데이터웨어하우스로관리 후 ( 後 ) 공정에서는가공이완료된부품에서 ERP MES가주문마다필요한부품을선정, 포장된부품에 RFID 태그나바코드를부착. 이과정에서생산공정과 ERP가직결되어각부품마다개별로식별 ( 모든부품이아이덴티티를보유 ) 가능 어떤고객이주문한키친의어디에들어가는부품으로, 언제어디에도착해야하는지파악이가능하며이를통해조립공정의실시간최적화와불편발생시부품개별의원인규명을효율화 공장은모든과정에걸쳐서 Beckoff Automation SW PLC/NC가동작하는 540대의 PC 컨트롤러로자동제어 [ 주요개발업체 ] 구분 RTI Co. / PrismTech Co. / Open Computing Inc. 지멘스 (Siemens IBM 노빌리아 (Nobilia) RTI 는 Connext-DDS(Data Distribution Service) 스펙의제안자이며, 현재 DDS 분야 1 위의시장점유율업체로서미해군함정, 차세대전투체계, UGV, SCADA, 도쿄지능형교통통제등에실제적용하였고, 스마트제조분야의기반연동미들웨어로서 DDS 기술을확장개발하여제품군출시 Siemens PLM Software 는 PLM( 제품라이프사이클관리 ) 소프트웨어및 MOM( 제조운영관리 ) 소프트웨어제공 Rational Rhapsody 개발을통해시스템엔지니어와소프트웨어개발자가실시간또는임베디드시스템과소프트웨어를작성, 테스트, 문서화할수있는협업디자인및 개발환경개발 CPS 를활용한생산자동화 160

168 전략제품 현황분석 (2) 국내업체동향 CPS 관련 기술 개발 현황은 분야별로 차이가 있겠지만 대부분 초기단계에 머물러 있음 한국전자통신연구원(ETRI)에서 고신뢰 자율제어 SW를 위한 CPS 핵심기술 개발 이라는 과제 (2010~2015)로 CPS 하이브리드 모델링 및 시뮬레이션 기술 등 대규모 시스템 통합 데이터 연동 미들웨어 기술을 개발함 국내 고신뢰 CPS OS 기술로는 ETRI의 Qplus-AIR와 Qplus-HYPER가 있음 ETRI는 항공기 표준(ARINC 653)을 준수하는 분할 커널 기반의 Qplus-AIR를 개발하였고, 항공 SW 인증인 DO178B의 안정성 최상위 등급인 Level A를 획득 Qplus-HYPER는 경량 실시간 임베디드 하이퍼바이저(Hypervisor) 기술을 확보하여 기존 레거시 응용을 용이하게 통합할 수 있는 고신뢰 CPS OS 기술 중소기업에서는 제조업 도메인(자동차, 조선, 항공 등)을 위주로 분야별 특화된 모델링 및 시뮬레 이션 기술을 개발해서 생산 시스템의 효율화를 진행 중 서울대, KAIST, 경북대 등 소규모 연구실 단위의 기술연구가 이루어지고 있음 한국정보통신기술협회(TTA)의 PG 609에서는 사이버-물리 시스템(CPS) 프로젝트 그룹을 신설 하고 2010년부터 표준화 과제를 제안하고 있음 해외에서는 다양한 도메인에 적용될 수 있는 공통 기술 형태로 자율제어 기술이 연구 중인 것 과 달리 국내에서는 자동차(현대기아자동차), 항공기(한국항공우주산업), 가전(삼성전자, LG전 자) 등 도메인에 특화된 무인시스템 기술 개발에 매진 현대기아자동차는 운전자에게 각종 센싱 정보를 지원하는 첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)를 주요 양산 차에 적용하고 있으며, 올 연말부터 신차에 적용된 고속도로 주행지원 시스템(HDA)을 통해 차량 간 거리 유지, 차선 유지, 자동 속도 제어 등 주변 차량과 사물을 종합적으로 판단해 자율제 어를 가능하게 할 예정 ETRI의 고신뢰 CPS OS인 Qplus-AIR는 외산에 의존해왔던 항공용 OS를 국산화해 한국항공우주 산업의 3m*2m 크기 시험용 무인기에 탑재했고 국내 최초 비행에 성공 161

169 스마트팩토리 - 스마트제조 CPS 다. 기술인프라현황 ( 산업통상자원부 ) 13년 ~ 15년까지 CPS 기술에총 201억원 ( 정부출연금 138억원, 민간부담금 ( 현금 7억원, 현물 56억원 ) 을투자중 ( 미래창조과학부 ) 13년 ~ 15년까지 CPS 기술에총 116억원 ( 정부출연금 97억원, 민간부담금 ( 현금 2억원, 현물 17억원 ) 을투자중 [ 정부부처투자동향 ] 분류 정부투자방향 13~ 15년연도별투자비중 Ÿ 산업통상자원부는 13년 ~ 15년까지 CPS에총 201 억원을투자 Ÿ Ÿ 2013년에총 13개의과제, 총 114억원 ( 정부출연금 77억원, 민간부담금 ( 현금 4억원, 현물 33억원 ) 의예산을투입 2014년에총 10개의과제, 총 87억원 ( 정부출연금 61억원, 민간부담금 ( 현금 3억원, 현물 23억원 ) 의예산을투입 Ÿ 미래창조과학부는 13 년 ~ 15 년까지 CPS 에총 116 억원을투자 Ÿ 2013 년에총 4 개의과제, 총 101 억원 ( 정부출연금 86 억원, 민간부담금 ( 현금 1 억원, 현물 14 억원 ) 의예 산을투입 Ÿ 2014 년에총 2 개의과제, 총 15 억원 ( 정부출연금 11 억원, 민간부담금 ( 현금 0.3 억원, 현물 3 억원 ) 의 예산을투입 소프트웨어조기교육체계마련을통한미래잠재인력양성 제조혁신 3.0을구현하는핵심원천기술은 SW 기술로컴퓨터프로그래밍에친숙한환경을마련하는것이중요 컴퓨터관련코딩및개인용, 산업용컴퓨터에친숙할수있도록어려서부터코딩습관을기를수있는교육환경마련이필요 정부, 지자체주관의컴퓨터프로그래밍경진대회등확대를통한미래잠재인력양성 162

170 전략제품현황분석 국가주도의소프트웨어연구센터운용을통한전문인력양성을통한제조업서비스경쟁력제고 제조혁신 3.0의 8대기반기술중심의분야별요소기술전문인력양성을통한한국형기술표준화모델마련 CPS의기초연구및그성과를산업, 공공분야에서응용 실용화하기위해전문가및기술리더양성추진 숙련공의노하우를디지털화하여클라우드컴퓨터에저장하고계승자에게지식을전수할수있는기반마련및전문인력육성 숙련공의원격교육, 증강현실활용을통한미숙련공교육, 설비의원격서비스, 스마트팩토리앱스토어등의개발및서비스전문인력양성 산업현장노동자의지식역량고도화를통한신지식일자리창출 제조설비의지능화, 자동화및사이버시뮬레이션기술등혁신적인제조기술이필수적인요소로등장함에따라제조현장노동자의제조장비운용능력고도화필요 고령화및공장자동화에따라산업인력일자리감소를해소하기위해단순작업노동자들에대한컴퓨터운용능력, 자동화설비운용능력향상을위한체계적인교육프로그램을마련 163

171 스마트팩토리 - 스마트제조 CPS 라. 특허동향분석 (1) 연도별출원동향 스마트제조 CPS 기술의지난 7년 ( 10~ 16) 간출원동향 15) 을살펴보면연도별로출원경향이꾸준히증가하고있어지속적으로스마트제조 CPS 기술관련기술개발활발 각국가별로살펴보면미국과일본출원경향은지속적인증가추세, 유럽은유지하는경향을보이고있으며, 한국도출원건수를유지 국가별출원비중을살펴보면미국이 67.3% 로최대출원국으로스마트제조 CPS 기술을주도 하고있는것으로나타났으며, 한국이 12.3%, 일본이 10.6% 로비슷한수준의출원비중을보 이고있으며, 유럽은 9.8% 의비중임 [ 스마트제조 CPS 기술분야연도별출원동향 ] 15) 특허출원후 1 년 6 개월이경과하여야공개되는특허제도의특성상실제출원이이루어졌으나아직공개되지않은미공개데이터가존재하여 2015, 2016 년데이터가적게나타나는것에대하여유의해야함 164

172 전략제품 현황분석 (2) 국가별 출원현황 한국의 출원현황을 살펴보면 증가-감소가 반복되며 유지되는 경향을 보이고 있으며, 외국인의 출원은 낮은 비중을 유지 외국인의 출원이 낮은 비중을 유지하고 있는 이유를 살펴보면 스마트 제조 CPS 기술의 국내 시장 에 대한 외국인의 선호도가 높지 않은 것으로 추정 미국의 출원현황은 꾸준히 증가하는 경향을 보이고 있으며, 외국인 출원 비중이 일정하게 유지 되고 있는 것으로 보아 미국 시장에 대한 외국인의 관심도 역시 꾸준한 것으로 추정 일본의 출원현황은 증가 추세를 유지하고 있고 유럽의 출원현황은 유지되는 추세를 보이고 있 으며 일본 출원인 유형은 외국인 비중이 높으며 유럽은 내국인 비중이 높음 [ 국가별 출원현황 ] 165

173 스마트팩토리 - 스마트제조 CPS (3) 투입기술및융합성분석 스마트제조 CPS 기술분야의투입기술을확인하기위하여특허분류코드인 IPC Code 16) 를통하여살펴본결과스마트제조 CPS 기술분야의가장높은 IPC는 G06F 기술분야가 115건으로가장많이차지하고있으며, 이어서 H04L이 40건, G06Q가 28건으로다수를차지 이외에 B25J 19건, G05B 19건, A61C 9건, B29C 9건, G01N 9건, G06K 7건, G07C 6건순으로기술이투입되어있어스마트제조 CPS 기술분야에다양한기술이융합되어존재 더불어해당 IPC의특허인용수명을살펴보면 G01N 기술분야의수명이 9년으로가장긴것으로나타났으며, G06Q 기술분야는 4년으로가장짧은것으로분석 [ 스마트제조 CPS 기술분야상위투입기술 ] IPC 기술내용특허인용수명 (TCT) 17) G06F 전기에의한디지털데이터처리 6 년 H04L 디지털정보의전송 6 년 G06Q 관리용, 상업용, 금융용, 경영용, 감독용또는예측용으로특히적합한데이터처리시스템또는방법 ; 그밖에분류되지않는관리용, 상업용, 금융용, 경영용, 감독용또는예측용으로특히적합한시스템또는방법 4 년 B25J 메니플레이터 ; 메니플레이터장치를갖는실 ( 室 ) 8 년 G05B 제어계또는조정계일반 ; 이와같은계의기능요소 ; 이와같은계또는요소의감시또는시험장치 6 년 A61C 치과 ; 구강또는치과용위생 10 년 B29C 플라스틱의성형또는접합 ; 가소상태에있는물질의성형일반 ; 성형품의후처리 9 년 G01N 재료의화학적또는물리적성질의검출에의한재료의조사또는분석 9 년 G06K 데이터의인식 ; 데이터의표시 ; 기록매체 ; 기록매체의취급 7 년 G07C 시간이나출석자의등록 ; 기계가동의등록이나표시 ; 난수의발생 ; 투표또는추첨장치 ; 다른개소에속하지않는검사를위한배열, 방식또는장치 5 년 16) 전세계적으로통용되고있는국제특허분류 (IPC: International Patent Classification) 를통해특허정보기술분야에서공지기술을조사할수있으며, 기술및권리정보에용이하게접근가능 17) 특허인용수명지수는후방인용 (Backward Citation) 에기반한특허인용수명의평균, Q1, Q2( 중앙값 ), Q3 에대한통계값을제시함. 특히이와같이산출된 Q2 는 TCT(Technology Cycle Time, 기술순환주기또는기술수명주기 ) 라고부름 166

174 전략제품 현황분석 투입기술이 가장 많은 G06F 분야와 융합이 높게 이루어진 기술은 H04L 분야로 나타났으며, G06Q, G05b 분야와도 융합된 기술의 건수가 높은 것으로 분석 이외에 H04L 분야와 융합된 기술은 H04W 분야와 융합된 기술이 많은 것으로 나타났으며, G06Q 분야와 융합된 기술은 G06T, G06K, A61B, B29D, G05D 기술로 분석 [ 스마트 제조 CPS 기술 분야 IPC 기술 및 융합성 ] (4) 주요출원인 분석 세계 주요출원인을 살펴보면 주로 미국의 출원인이 다수의 특허를 보유하고 있는 것으로 나타 났으며, 제어 분야의 출원인이 대부분 주요 미국 출원인을 살펴보면 Invensys Systems, Irobot 등 제어장치 기업이 다수 출원을 하고 있는 것 으로 나타났으며, 이들 미국 출원인은 주로 미국 본국에 출원건수가 높은 것으로 나타남 한국 출원인으로는 한국전자통신연구원이 상위출원인으로 나타나 스마트 제조 CPS 기술 관련 기 술을 다수 보유 167

175 스마트팩토리 - 스마트제조 CPS 가장많은특허를보유하고있는한국전자통신연구원의 3 극패밀리수는 0 건으로다국적시장 보다는한국과미국시장을목표로출원을하고있는것으로보이며, Boeing 은 9 건으로다국적 시장을확보 한국기업인한국전자통신연구원이확보한특허의피인용지수가 으로가장높게나타나 기술의파급성이높은원천기술을다수보유하고있는것으로분석됨 [ 주요출원인의출원현황 ] 주요출원인한국전자통신연구원 Boeing Siemens Invensys Systems 국가한국미국독일미국 주요 IP시장국 ( 건수 %) 한국 미국 일본 유럽 % 44% 0% 0% % 55% 18% 18% % 50% 0% 38% 6 0% 100% 0% 0% IP시장국종합 3극패밀리수 ( 건 ) 피인용지수 한국 미국 미국 일본 주력기술분야 사이버물리 시스템및가상 머신모니터링 방법사물인터넷을 이용한공장 생산관리사이버물리 시스템의 아키텍처감독프로세스 제어및제조 시스템 Rohm 일본 5 0% 0% 100% 0% 한국 센서네트워크 시스템 중앙대학교산학협력단 Irobot 대청시스템스 한국미국한국 4 100% 0% 0% 0% 1 3 0% 25% 75% 0% 3 100% 0% 0% 0% 한국 미국 미국 사이버물리 시스템에서의 동적제어관리네트워크 데이터포함 로봇시스템수처리장의 감시제어 시스템 Airbus Operations 프랑스 2 1 0% 67% 0% 33% 미국 제조장치 네트워크 Columbia University 미국 3 0% 100% 0% 0% 미국 사이버물리 시스템의동적 처리 168

176 전략제품 현황분석 (5) 국내 출원인 동향 국내 출원인 동향을 살펴보면 대기업은 에스케이하이닉스의 출원건수가 가장 높게 나타났으며, 중소기업에서는 대청시스템스의 출원건수가 높게 나타남 대기업의 주요 출원인은 에스케이하이닉스가 있으며, 중소기업의 주요 출원인은 대청시스템즈, 아 토리서치, 신호시스템 등이 주요 출원인인 것으로 나타남 기업 이외의 주요출원인을 살펴보면 한국전자통신연구원 등 연구소/공공기관의 출원이 다수 나 타났으며, 대학은 중앙대학교, 서울여자대학교, 아주대학교 등의 출원이 높은 것으로 분석됨 [ 국내 주요출원인의 출원 현황 ] 169

177 스마트팩토리 - 스마트제조 CPS 5. 중소기업환경 가. 중소기업경쟁력 스마트제조 CPS 기술분야의중소기업경쟁력은아직은초기단계에머울러있음 [ 스마트제조 CPS 분야중소기업현황 ] 기술분류주요기술대기업중소기업중소기업참여영역중소기업 참여정도 사이버물리 서비스기반사이버물리기술제조가상화시스템기술시스템센서, 보안기술암호화기술 한국항공우주산업삼성전자 LS 산전 MDS 테크놀로지 사이버물리기술제조가상화기술센서보안기술 산업네트워크 고신뢰성산업용전용통신기술산업네트워크를고려한초소형보안기술시스템제어네트워크 CPS 모델링기술 한국항공우주산업삼성전자 LS 산전 MDS 테크놀로지 네트워크장비기술보안기술시스템제어방식 이종이동형산업용게이트웨이 현장제조환경특성반영데이터수집 / 처리기술 DDS, 네트워크기술 다쏘시스템아프리소 센서및앰프기술 개발 Factory-Thi ng D2D 프로토콜 Factory-Thing D2D 표준정보연계프레임워크오류사전제어기술, 분산시스템기술 한국항공우주산업삼성전자 LS 산전 MDS 테크놀로지 오류제어기술공정해석기술 * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5 단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ) 높은단계 : ) 170

178 전략제품 현황분석 나. 중소기업 기술수요 스마트 제조 CPS 기술 분야의 중소기업의 기술수요를 파악하기 위하여 중소기업 기술수요조사 및 중소기업청 R&D신청과제(2013~2015년)를 분석한 결과 아래 표의 내용과 같은 수요들이 다 수 있는 것으로 분석 스마트 제조 CPS 분야 중소기업은 사이버물리 기술과 관련된 기술개발에 다수 수요가 있는 것으 로 나타났으며, 이는 최근 기술트렌드인 IoT기술과의 융복합 기술에 관심이 높아지고 있는 추세를 반영한 것으로 분석됨 [ 스마트 제조 CPS 분야 과제신청현황 및 수요조사결과 ] 전략제품 기술 분류 관심기술 사이버 물리 서비스 기반 사이버물리 기술 제조 가상화 시스템 기술 시스템 센서, 보안 기술 암호화기술 산업 네트워크 고신뢰성 산업용 전용 통신기술 산업네트워크를 고려한 초소형 보안기술 시스템 제어 네트워크 CPS 모델링 기술 이종 이동형 산업용 게이트웨이 현장 제조환경 특성 반영 데이터 수집/처리 기술 DDS, 네트워크 기술 Factory-Thing D2D 프로토콜 Factory-Thing D2D 표준 정보연계 프레임워크 오류 사전 제어 기술, 분산 시스템 기술 스마트 제조 CPS 171

179 스마트팩토리 - 스마트제조 CPS 다. 중소기업핵심기술 (1) 데이터기반요소기술발굴 스마트제조 CPS의특허및논문데이터검색을통해도출된유효데이터를대상으로데이터마이닝기법 (Scientometrics 기법 ) 을통해클러스터링된키워드의연관성을바탕으로요소기술후보군을도출 스마트제조 CPS의특허및논문유효데이터를기반으로키워드클러스터링을통하여 10개의요소기술후보군을도출 제품별 dataset 구축 : 스마트제조 CPS 관련특허 / 논문데이터를추출하여노이즈제거후제품별 dataset 구축 1차클러스터링 : 키워드맵을통한고빈도키워드확인-빈도수 (tf-idf) 18) 가상위 30% 에해당하는키워드를대상으로 1차추출 2차클러스터링 : 1차클러스터링에서추출된고빈도키워드사이에서고연관도키워드를 2차추출 ( 고연관도기준은연관도수치 19) 가 2이상인클러스터로제한 ) 다음그림은키워드간연관네트워크를시각화한것으로, 각키워드를나타내는원과키워드간의연관도를나타내는직선으로구성 각키워드가특허와논문중어느데이터에서도출되었는지원의색으로구분하였으며, 키워드로도출된클러스터는황색음영으로표시 키워드를나타내는원은고빈도의키워드일수록원의크기가크게표현되며, 연관도를나타내는선은키워드사이의연관도수치가높을수록굵게표현 스마트제조 CPS 전략제품의특허 논문유효데이터에대하여키워드클러스터링결과를기반으 로요소기술도출 데이터기반의요소기술도출은키워드클러스터링을통해도출된요소기술에대하여전문가의 검증및조정을통하여요소기술을도출 18) 빈도수 (tf-idf) : 각키워드가출현되는특허또는논문수를의미 19) 연관도수치 : 두개이상의키워드사이의특허또는논문수를의미 172

180 전략제품 현황분석 [ 스마트 제조 CPS 기술 분야 키워드 클러스터링 ] [ 스마트 제조 CPS 기술 분야 주요 키워드 및 관련문헌 ] No 주요 키워드 연관도 수치 관련특허/논문 제목 4~5 1. Virtual Machine Manufacturing Methods and Media 2. Verified Runtime Validation of Verified Cyber-Physical System Models 3. Metrics and Semiparametric Model Estimating Failure Rate and Mean time Between Failures 4~5 1. CALIBRATION FOR ROBOTIC SYSTEMS 2. Computer method and system for predicting physical properties using a conceptual segment model 3. ROBOT CALIBRATION TOOLKIT 클러스터 01 physical system 클러스터 02 industrial control 클러스터 03 additive manufacturi ng, process control 4~5 1. Manufacturing design and process analysis system 2. Internationalization of objects executable in a supervisory process control and manufacturing information system 3. Supervisory process control and manufacturing information system application having an extensible component model 클러스터 04 international publishing 4 1. Industrial cyber-physical systems in textile engineering 2. Information model for intention-based robot-human interaction 3. Family houses energy consumption forecast tools for smart 173

181 스마트팩토리 - 스마트제조 CPS No 주요키워드연관도수치관련특허 / 논문제목 grid management 클러스터 05 클러스터 06 클러스터 07 physical production virtual network power system 4~5 4 4~5 1. Knowledge-driven service orchestration engine for flexible information acquisition in industrial cyber-physical systems 2. Cloud computing as a facilitator for web service composition in factory automation 3. Design, modelling, simulation and integration of cyber physical systems: Methods and applications 1. METHOD AND SYSTEM FOR MANAGING INTERCONNECTION OF VIRTUAL NETWORK FUNCTIONS 2. Method to dynamically create a virtual network 3. Automatically addressing performance issues in a distributed database 1. Collaborative method for active power control of cyber physical island microgrid 2. Influence of information system on microgrid operation reliability 3. Towards holistic power distribution system validation and testing an overview and discussion of different possibilities 클러스터 08 smart factory 4~5 1. Engineering the smart factory 2. Smart factory and education: An integrated automation concept 3. Proposal of communication standardization of industrial networks in Industry 4.0 클러스터 09 industrial internet 4~5 1. Digital design and manufacturing on the cloud: A review of software and services 2. Cyber physical security for Industrial Control Systems and IoT 클러스터 10 energy efficiency 5~6 1. Enabling Effective Operational Decision Making on a Combined Heat and Power System Using the 5C Architecture 2. Intelligent eco-building management system 3. Intelligent products: The grace experience 174

182 전략제품 현황분석 [ 스마트 제조 CPS 기술 분야 데이터 기반 요소기술 ] No 요소기술명 키워드 요소기술01 서비스 기반 사이버물리 기술 physical system 요소기술02 제조 가상화 시스템 기술 virtual network 요소기술03 이종 센서/디바이스간 자율적 연결/연동 기술 개발 industrial internet 요소기술04 현장 제조환경 특성 반영 데이터 수집/처리 기술 additive manufacturing, process control 요소기술05 산업용 게이트웨이 자율적 지능화 기술 industrial gateway 요소기술06 D2D 이종 통신 네트워크 관리 기술 D2D network control 175

183 스마트팩토리 - 스마트제조 CPS (2) 요소기술도출 산업 시장분석, 기술 ( 특허 ) 분석, 전문가의견, 타부처로드맵, 중소기업기술수요를바탕으로로드맵기획을위하여요소기술도출 요소기술을대상으로전문가를통해기술의범위, 요소기술간중복성등을조정 검토하여최종요소기술명확정 [ 스마트제조 CPS 기술분야요소기술도출 ] 분류요소기술출처 사이버물리최적화기술 특허 / 논문클러스터링 사이버물리 산업네트워크 이종연동형산업용게이트웨이 Factory- Thing D2D 프로토콜 서비스기반사이버물리기술제조가상화시스템기술고신뢰성산업용전용통신기술팩토리환경을고려한상황인지기반안테나설계기술산업네트워크를고려한초소형보안기술이종센서 / 디바이스간자율적연결 / 연동기술개발현장제조환경특성반영데이터수집 / 처리기술산업용게이트웨이자율적지능화기술 Factory-Thing D2D 표준정보연계프레임워크 D2D 이종통신네트워크관리기술 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 기술 / 시장분석, 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 기술 / 시장분석, 기술수요, 전문가추천 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 기술 / 시장분석, 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 경량 D2D 표준프로토콜기술 기술수요, 타부처로드맵 176

184 전략제품 현황분석 (3) 핵심기술 선정 확정된 요소기술을 대상으로 산 학 연 전문가로 구성된 핵심기술 선정위원회를 통하여 중소기업 에 적합한 핵심기술 선정 핵심기술 선정은 기술개발시급성(10), 기술개발파급성(10), 단기개발가능성(10), 중소기업 적합 성(10)을 고려하여 평가 [ 스마트 제조 CPS 분야 핵심기술 ] 분류 핵심기술 개요 서비스 기반 사이버물리 기술 스마트 그리드, 스마트 물류, 스마트 재료, 스마트 빌딩, 스마트팩토리 등 서비스 간 인터넷(Internet of Service)을 기반으로 인텔리전트 생산 체계를 제 공하는 기술 제조 가상화 시스템 기술 사이버물리 최적화 기술, 서비스 기반 사이버 물리 기술을 기반으로 IoT 기반 스마트팩토리 제조 환경 과 연동하는 오픈형 제조기반 사이버 물리 제조 시 스템 고신뢰성 산업용 전용 통신기술 플랜트 설비들에서 다양하게 발생할 수 있는 통신 장애 상황을 최소화하여 신뢰성을 강화하는 산업 표 준 네트워크 프로토콜 기반의 통신 기술 산업네트워크를 고려한 초소형 보안기술 산업용 네트워크를 해킹하는 등의 사이버 공격으로 부터 안전한 보호가 필요한데, 이를 보호할 수 있는 시스템 및 보안 프로토콜 기술 현장 제조환경 특성 반영 데이터 수집/처리 기술 센싱 디바이스로 부터의 다양하고 막대한 제조환경 의 데이터를 기반으로 각 제조환경의 특성에 따라 가공하여 유의미한 필수 데이터를 추출할 수 있도록 하는 데이터 수집/가공/처리하는 기술 Factory-Thing D2D 표준 정보연계 프레임워크 상이한 프로토콜을 사용하는 제조공정 디바이스 사 이의 표준화된 방식의 데이터 교환을 위한 플랫폼 독립 시리얼 캡슐화 및 통합 아키텍처 기술 기반의 Factory-Thing D2D 표준 정보연계 프레임워크 기술 사이버 물리 산업 네트워크 이종 이동형 산업용 게이트웨이 Factory-Thing D2D 프로토콜 177

185 스마트팩토리 - 스마트제조 CPS 6. 기술로드맵기획 가. 스마트제조 CPS 기술로드맵 최종중소 중견기업기술로드맵은기술 / 시장니즈, 연차별개발계획, 최종목표등을제시함으로 써중소기업의기술개발방향성을제시 178

186 전략제품 현황분석 나. 연구개발 목표 설정 로드맵 기획 절차는 산 학 연 전문가로 구성된 로드맵 기획위원회를 통해 선정된 핵심기술을 대 상으로 기술요구사항, 연차별 개발목표, 최종 목표를 도출 [ 스마트 제조 CPS 분야 핵심기술 연구목표 ] 분류 핵심기술 기술요구사항 서비스 기반 사이버 물리 기술 적용 서비스 시나리오 수 연차별 개발목표 1차년도 2차년도 3차년도 2개 5개 20개 사이버 물리 최종목표 사이버-물리 제조 시스템 구축 제조 가상화 시스템 기술 가상화 수준 - 50% 90% 고신뢰성 산업용 전용 통신 기술 향상도 80% 90% 95% 산업 네트워크 고신뢰성 산업네트워크 구축 산업 네트워크를 고려한 초소형 보안 기술 보안취약성 수준 (30% 이하 가정) 30% 20% 10% 이종 연동형 산업용 게이트 웨이 현장 제조환경 특성 반영 데이터 수집/처리 기술 데이터 정확도 80% 90% 100% 상호호환성 산업용 게이트웨이 구축 Factory-Th ing D2D 프로토콜 Factory-Thing D2D 표준 정보 연계 프레임워크 100% 표준화된 D2D 데이터 교환 시스템 구축 완성도 50% 80% 179

187

188 전략제품 현황분석 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템

189

190 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 정의 및 범위 빅데이터(BigData) 기술은 다양한 데이터, 방대한 데이터, 비/주기적으로 발생하는 데이터로부터 고속 수집/처리하고 분석하여 정보가치를 추출, 예측, 추천할 수 있는 플랫폼 기술 빅데이터는 Iot, AI, 클라우드 기술과 더불어 4차 산업혁명에 중요한 요소기술이며, 거의 모든 산업에 서 새로운 비즈니스 가치를 얻을 수 있지만, 특정 산업군은 숨겨진 현상 발견과 마이닝 마인즈 (Mining Minds)로 잠재적 가치를 얻을 것으로 예상됨 [ 빅데이터 적용 범위 ] 정부지원 정책 개방과 공유를 통한 창조정부 구현 정부보유 데이터, 국토 자원 및 사회기반시설의 사물센싱 데이 터 등 다양한 정보를 분석하여 국가 미래전략 및 위기대응 전략 수립 2012년 6월, 방송통신위원회는 새로운 트렌드인 빅데이터 기술을 활용하여 기업과 국가의 경쟁력제 고와 사회현안을 해결하는 개인의 스마트 생활구현을 위한 빅데이터 서비스 활성화 방안 발표 스마트 국가 구현을 위한 빅데이터를 마스터플랜 국가정보화전략위원회 심의( ) 및 VIP 보고 ( ) 빅데이터 산업 발전전략 (2013)에서는 서비스뿐만 아니라 관련 산업까지 포괄한 종합적인 산업육성 전략으로 구체적인 목표치가 설정되고 시장 창출 및 확대, 산업 육성 기반 확대, 지속발전 가능한 생 태계 조성 등의 세부 전략이 수립 정부3.0 및 창조경제 구현을 위한 공공데이터 기반 창업활성 화 정책 실현의 일환으로 빅데이터 이 용활성화 지원 을 중점과제로 선정하고 2014년 빅데이터 추진과제(총 12억 예산)중 제조 분야에 자 동차 부품 기업간 공동활용 빅데이터 플랫폼 구축 과제를 선정함 관계부처 합동으로 발표한 제조업 혁신 3.0 전략 실행대책 에서 4대 추진방향 및 13대 세부 추진 과제를 선정 ① 스마트팩토리 보급 확산 ② 8대 스마트 제조기술 개발과제를 공정 내 빅데이터 기반 품질분석 예측시스템 구축 및 공정적용 목표를 달성하기 위한 지원정책 방향을 정립 빅데이터 적용으로 유럽 제조부문은 개발 조립 비용의 50%, 운전자본의 7% 절감효과 발생기대(맥킨지)

191 중소기업시장대응전략 강점 (Strength) 신기술의트랜드추격및습득생산성높음 원천기술에비하여응용및상용분야의개발력은상대적으로우수함 연구개발에대한강력한의지및의사결정기회 (Opportunity) 약점 (Weakness) 기업의업무가치사슬관점에서데이터분석, 제품기획및기술개발, 홍보마케팅 / 영업, 관리까지전과정데이터의인과관계추론경험부족 빅데이터활용을위한분석전문인력부족 업종과 SW개발인력의전문성및경험부족위협 (Threat) 4차산업혁명의지원정책과트랜드에동승하여빅데이터시장진입용이 GE, 지멘스, 슈나이더등글로벌기업들의빅데이터관련기술국내특허출원이아직낮은수준 센싱데이터의표준화, OneM2M 초기단계 HPE, IBM 등의솔루션이진출로인한시장위협과중국등신흥국의저가공세 규모의경제, 역량의한계로대응력과경쟁력이약한중소기업들에게불리함 정부3.0 공공부문이이슈주도, 민간확산미흡 중소기업의시장대응전략 기술개발전략 (Make, Buy, Alliance & Licensing) 에따라 4차산업혁명에대응하는글로벌선진기업의비즈니스성장기회에동참 막대한양의정형, 반정형및비정형데이터분석으로적시정보를얻거나시장상황에신속한대응과비즈니스성장기회를식별할수있는빅데이터아키텍쳐에대한투자집중 전체보다는 CEP(context event processing context event processing) 와같은빅데이터기술개발에집중. 단, 가치사슬 (value chain) 각단계는데이터수집 분석, 제품기획및기술개발, 홍보마케팅, 영업활동등전분야에대한경험축적이필요. 각과정에서인과관계를예측, 추론 국가정책사업의적극적으로대응으로표준화기술참여및특허확보

192 핵심기술로드맵

193 스마트팩토리 - 스마트제조빅데이터분석시스템 1. 개요 가. 정의및필요성 빅데이터 (Big Data) 란기존의정형화데이터뿐만아니라, 대량의다양한비정형 / 반정형 / 정형데이터를저장, 관리, 분석할수있는분산 / 통합데이터처리를말함 인터넷 3.0( 협업과소통 ) 기술과 OSMU(One Source Multi Use), OPMD(One Person Multi Device) 로소셜네트워크서비스의확산, 동영상콘텐츠의유통증가등으로대량의, 다양한데이터를처리하여분석할수있는빅데이터가중요한이슈로부각되고있으며, 어지럽게나열된방대한양의데이터에서사람의욕망 ( 마음 ) 을읽고, 기업의제품및서비스에반응과홍보 마케팅그리고서비스품질개선에활용하거나독감과관련된단어에대한인터넷검색의집계와위치분석으로전세계적으로독감의유행수준 / 전파를예측하는등기존데이터수집및분석방법론으로는불가능했던서비스를가능하게함 빅데이터관련기술은 IBM, SAS, Oracle, SAP, MS, 구글, HPE와같은글로벌IT 기업뿐만아니라아마존처럼전자상거래기업그리고 GE, 지멘스, 슈나이더등전통적인기업에서적극적으로추진하고있어국내기술의성장과경쟁력확보가절실히요구됨 주요기관들의빅데이터정의는데이터의새로운특성과의사결정지원등비즈니스가치를강 조하며, 다소차이는있지만, 대체적으로데이터의특징과기술을언급하는유사성을알수있음 [ 각기관별빅데이터의정의 ] 기관주요개념주요특징 IDC Gartner 데이터특징 : 고속캡쳐, 발견, 분석이가능한다양한데이터기술 : 경제적가치의추출이가능한새로운기술및아키텍처 데이터특징 : 큰규모, 빠른속도, 다양한형태의정보자산기술 : 새로운형태의처리기술, 의사결정및통찰력향상, 프로세스최적화 빅데이터기술에대한정의 빅데이터특징및기술의상세화 Oracle 데이터특징 : 전통적인 DB 기반의데이터와비구조화데이터인프라와기술의역할 Intel 데이터특징 : RDB 트랜잭션데이터, 이메일, 센서데이터, 블로그, 소셜미디어등 데이터원천의중요성 300TB/ 주이상데이터가생성되는조직에서의활용 Microsoft 기술 : 대용량, 복잡한정보처리프로세스, 기계학습, 인공지능컴퓨팅파워의활용측면 Wikipedia HorizonW atch MIKE2.0 NIST 데이터특징 : 크고복잡한데이터의집합기술 : 전통적인데이터베이스관리툴및기술의한계를벗어남 데이터특징 : 기업내의사결정에중요역할을할수있는데이터기술 : 정보의수집, 저장, 관리기술 데이터특징 : 데이터들의복잡성, 특히조합, 상호연관수준의중요성 데이터특징 : 기존의방식이나시스템의한계와역량을넘어서는데이터들 빅데이터자체에대한정의빅데이터가치와역할에집중데이터의복잡성강조현존하는상용기술과의간극 186

194 전략제품 현황분석 나. 범위 (1) 제품분류 관점 빅데이터 기술은 다양한 데이터 소스로부터 데이터를 수집하고, 수집한 데이터에서 필요 없는 데이터를 필터링하거나 적절한 형태로 가공하는 등 전처리 단계와 정보를 체계적으로 저장하고 관리하면서 숨겨진 현상 발견과 마이닝 마인즈(Mining Minds)로 잠재적 가치를 얻음 기반기술은 데이터수집, 저장, 처리, 활용하기 위한 데이터 처리의 일반적 방법을 포함하는 기술 패턴 융합기술은 여러 기반 기술이 다차원적으로 결합된 기술패턴으로서 다양한 형태로 변형될 수 있음 응용기술은 기반 기술과 융합 기술이 빅데이터 문제를 해결하기 위해 다양한 비즈니스 시나리오에 적용되어 솔루션 형태로 결합된 것 [ 제품분류 관점 기술범위 ] 전략제품 제품분류 관점 세부기술 조직 내외부에 분산된 다양한 데이터 소스로부터 필요한 데이터를 자동 또는 수집기술 수동으로 수집하기 위한 기술 센서, 웹 / 소셜미디어 데이터 수집, 디바이스 데이터 수집, 트랜잭션/운영/웨어 하우스 데이터 수집 등 대용량 데이터의 저장 관리를 고성능으로 수행하기 위한 기술 저장기술 기술, 전통적 데이터 저장 기술 등 기반기술 빅데이터 분석 시스템 분산 정형 데이터 수집 기술, 분산 비정형 데이터 수집 기술, 클라우드 저장 처리기술 빅데이터가 실시간, 준실시간 또는 일괄적으로 분석, 처리되는 기술 이력 분석 기술, 고급 분석 기술, 비정형 데이터 전처리 기술, 애드혹 분석 기술 빅데이터 분석 결과를 표현하고 활용하기 위한 기술 활용기술 시각화 기술, 애드혹 탐색 기술, 데이터 통합 기술, 메시지 전송 기술, 운영 프로 세스 연계 기술 등 저장 및 탐색, 의도 분석 및 예측 분석, 실행중심 분석 융합기술 정형분석, Ad-Hoc분석, 회귀분석, 다차원분석, 상관분석, 인과분석, 네트워크 분석, 군집분석 응용기술 빅데이터 탐색 솔루션, 비즈니스 통찰력 향상 솔루션, 의사결정 최적화 솔루션 시각화, 위치, 공간기반의 표시 등 187

195 스마트팩토리 - 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 (2) 공급망 관점 빅데이터 처리/분석 플랫폼은 공급망 관점에서 어플라이언스 제품과 기반기술, 융합기술, 응용 기술 분야별로 단일 소프트웨어 제품, 온라인 서비스 플랫폼으로 분류됨 구글은 2011년 11월 일부 기업 및 개발자가 분석하고자 하는 데이터를 웹 서비스를 이용하여 업 로드하면 상호작용 방식으로 빅데이터를 분석해 주는 서비스인 Google BigQuery 서비스를 공개 아마존의 AWS(Amazon Web Services)는 클라우드 기반의 B2B검색 서비스를 제공하고, 대표적 인 하둡 솔루션 업체로 Cloudera와 Hortonworks, IBM, Oracle, EMC, SAS, Teradata 등은 자 신의 솔루션에 하둡을 통합하여 어플라이언스를 제공함 국내는 구루터와 넥스알 등이 하둡기반의 어플라이언스를 제공하며, 다음소프트에서는 소셜미디어 같은 대용량의 텍스트 분석 서비스를 제공 중 [ 빅데이터 업계지도 ] [ 공급망 관점 기술범위 ] 전략제품 공급망 관점 인프라 SW 빅데이터 분석 시스템 분석 SW 어플리케이션 서비스 플랫폼 188 세부기술 데이터 수집, 저장, 관리 표현 기술 hadoop, NoSQL, MapReduce 통계, 데이터 마이닝, 기계학습, 패턴인식 등을 통한 분석 기술 IBM MPP DW, Oracle Big data Applicance, 넥스알 NDAP, 그루터 BAAS 빅데이터 처리 플랫폼 EMC Greenplum, IBM MPP Data Warehouse, Oracle Big data Applicance 빅데이터 분석을 위한 인프라와 서비스 기술 Google BigQuery, Amazon AWS, MS Azure

196 전략제품 현황분석 2. 산업환경분석 가. 산업특징 및 구조 (1) 산업의 특징 다양한 데이터로 구성된 방대한 볼륨의 데이터로부터 수집, 데이터 검색 및 분석을 통해 가치 를 추출할 수 있도록 마이닝 마인즈(Mining Minds)가 디자인된 기술과 아키텍처를 의미 빅데이터의 3V(Volume, Velocity, Variety) 현상은 최근 들어 더욱 분명하게 나타나고 있고 IBM은 3V에 추가하여 신뢰성(Veracity)을 빅데이터의 또 다른 중요한 특징으로 정의 볼륨(Volume): 정형화된 데이터에서 구체적으로 나타남 일부 정형 데이터는 트랜잭션 데이터 형 태로 저장소에 보관되고, 개인과 기업의 급증하는 온라인 활동결과 생성되는 전자흔적과도 연계됨 다양성(Variety): 기존의 정형화된 데이터 외에 반정형, 비정형 데이터인 텍스트, 비디오 및 기타 다른 형태의 데이터를 분석하기 위해서는 완전히 다른 아키텍처와 기술이 필요함 속도(Velocity): 좀 더 빠른 데이터 생성 주기와 의사결정단계에서의 빠른 분석 속도에 대한 요구 사항을 충족시킬 수 있어야함 정확성(Veracity): 데이터의 정확성은 일정 유형의 데이터에 부여할 수 있는 신뢰 수준을 의미함 [ 빅데이터의 특징 ] 데이터의 양은 전 세계적으로 2020년에는 35제타바이트로 증가할 것으로 예측하고 있으며 이 는 10년 사이에 44배나 증가함을 의미함. 대량 다양한 데이터의 실시간처리로 의사결정하는 비즈니스 환경으로 변화하고 있으며 전통방법으로 분석이 어려운 비구조 데이터가 80%를 차 지 189

197 스마트팩토리 - 스마트제조빅데이터분석시스템 국내의빅데이터분석분야는뛰어난 IT 인프라를가지고있어신기술을적용하기좋은환경을가지고있으므로다양한서비스의활성화와플랫폼개발을통해세계적경쟁력확보가가능함 빅데이터분석시장은향후폭발적인성장이예상되는만큼, 관련중소기업들에대한정부의지원책과관련법규마련을통해향후빅데이터분석분야가국가의중추산업으로발전할수있음 (2) 산업의구조 빅데이터관련산업은서버, 스토리지, 네트워크, 운영체제등을제공하는하드웨어분야산업과 빅데이터 SW 솔루션을이용하여제조, 서비스, 의료, 공공, 보안, 금융, 통신등비즈니스분석 에활용하는업종분야로분류할수있음 [ 스마트제조빅데이터분야산업구조 ] 하드웨어분야빅데이터 SW 분야업종분야 서버, 스토리지, 네트워크, 운영체제 플랫폼, 소프트웨어 제조, 서비스, 의료, 공공, 보안, 금융, 통신, 서비스 나. 경쟁환경 IDC 는세계빅데이터시장을 Infrastructure, SW, Services 로구분하고전체시장규모가 2010 년 45 억달러에서 2016 년 238 억달러에이를것으로예측함. 그중 SW 부문은 2010 년 11 억달러에서년평균 31.5% 성장을통해 2016 년 60 억달러에이를것으로전망하고있음 [ IDC 세계빅데이터 SW 시장성장전망 ] 190

198 전략제품 현황분석 Major 기업들은 빅데이터 플랫폼 제공을 위하여 제품개발 및 인수합병을 추진 중임 기업들이 단기간에 빅데이터 역량을 취득하고 강화할 수 있는 방법은 기업을 인수합병하는 방법 임. 최근 글로벌 기업들이 빅데이터 관련하여 인수하는 기업 또는 제품군을 통하여 글로벌 기업들 이 향후 성장할 것으로 예상하고 진출하는 영역을 알 수 있음 IBM은 지속적인 투자 및 전략적 합병을 통해 빅데이터 시장을 공략하고 있음. 2011년 빅데이터 분석 솔루션 및 서비스 분야 R&D에 1억 달러의 투자할 것을 밝혔고, 지난 5년 동안 160억 달러 이상을 투자해 빅데이터 분석 관련 30여개의 업체를 인수하였음 Oracle은 기존의 전통적인 엔터프라이즈 데이터 아키텍처에 빅데이터 툴을 통합함으로 비즈니스 가치를 찾을 수 있도록 제품 포트폴리오를 구성하는 전략을 추구하고 있음 EMC는 Greenplum, Isilon 등 빅데이터 관련 솔루션 업체를 인수를 시작으로 빅데이터 시장에서 의 입지를 강화하기 위해 지속적으로 관련 업체를 인수할 계획을 가지고 있음 [ 제품분류별 경쟁자 ] 인수기업 IBM Oracle 시 점 대상기업 및 솔루션 Netezza i2 Limited Vivisimo Varicent Application Tealeaf Technology Application The Now Factory Application Endeca Vertica Autonomy Asterdata ecircle Application Marketing Analytics Greenplum Information Management DW Appliance Pivotal Labs Information Management Analytic Application Development Framework HP Teradata EMC 영 역 세부 분야 Information Management Analytics & Discovery Analytics & Discovery DW Applicance & Analytics Analytics for crime & fraud prevention Analytics & Discovery Analytics & Discovery Analytics & Discovery Information Management Enterprise Search SW Sales Performance Analytics Smarter Commerce Analytics SW Mobile Networks Analytics Information Discovery BI, real-time analytics Pattern matching technology MapReduce based analytics 191

199 스마트팩토리 - 스마트제조빅데이터분석시스템 대부분의기업들은현재빅데이터의도입단계에있음 대중매체의보도에는일부과장된면도없지않지만, 기업들이현재빅데이터의도입단계에있다는사실에는이견이없는편임 아직많은기업들이빅데이터의개념을이해하는데집중하는단계 (24%) 이거나, 빅데이터와관련된로드맵을작성하고있는단계 (47%) 에있다고응답함 선도적인기업에속하는 28% 의응답자들은개념증명 (Proofs Of Concepts) 단계혹은이미빅데이터솔루션을도입하고있다고응답함 [ 빅데이터활용단계 ] 빅데이터활용은주로고객중심적목표를추구하는데집중되어있음 빅데이터활용을통해추구하는가장중요한목표에대해서거의절반정도의기업들은고객중심적목표를최우선과제로생각하고있음. 고객에대한깊은이해를바탕으로모든분야의기업들이기존고객및잠재고객과상호작용할수있는새로운방법을찾고있음. 이는최종소비자및일반대중을대상으로하는산업은물론이고비즈니스파트너및공급업자등과의 B2B 비즈니스영역에도적용이됨 192 [ 빅데이터주요활용분야 ]

200 전략제품 현황분석 고급 분석 기술의 부재가 가치를 끌어내는 데 가장 큰 장애요인 현재 대부분의 기업들은 초기 빅데이터 활용의 초점을 정형 데이터 분석에 맞추고 있음. 그러나 많은 기업들이 다양한 데이터 유형을 분석해야 할 필요를 느끼고 있음 빅데이터를 활용중인 기업들 중 절반 이상이 콜센터 상담과 같은 자연 상태의 텍스트를 분석할 수 있는 고급기능을 이용하고 있다고 대답함 대부분의 기업들은 지리공간적 위치 데이터나 음성, 비디오와 같은 비정형 데이터나 스트리밍 데 이터 등을 분석할 능력을 보유하기 위해 지속적인 노력을 기울이고 있음 빅데이터를 도입하면 고급 데이터 시각화 기능에 대한 요구가 늘어남. 응답자들은 빅데이터 활용 의 71%를 데이터시각화 기술에 의존하고 있다고 대답함 빅데이터 활용기업들은 복잡한 데이터 속에서 패턴을 발견하기 위해 최적화 모델, 시뮬레이션 기 능 등 점점 더 고급 능력을 원하고 있으며, 이런 고급 기술과 분석 기능을 취득 발전시키는 것이 빅데이터를 활용중인 기업들의 가장 큰 과제가 되고 있음 [ 제품분류별 경쟁자 ] 구분 경쟁환경 기술분류 수집 기술 주요 품목 및 기술 해외기업 국내기업 저장 기술 처리 기술 활용 기술 관리 기술 웹/소셜 미디어 데이터수집, 디바이스 데이터수집, 트랜잭션/ 운영/ 웨어하우스데이터 수집 분산 저장 기술, 클라우드 저장 기술, 전통적 데이터 저장 기술 분석 엔진 기술, 이력분석기술, 고급분석기술, 비정형데이터전 처리기술, 애드혹 분석기술 시각화 기술, 애드혹 탐색 기술, 데이터 통합 기술, 메시지 전송 기술, 운영프로세스 연계 기술 데이터 표준 및 품질 관리 기술, 정보 수명 주기 관리 기술, 정보 보안 및 프라이버시 기술 Sqoop, Flume, Scribe, Chukwa Amazon, Redis, Netezza, MongoDB, HBase Google, Hadoop, Scope, HaLoop, IBM, SAS SAS, Tibco, Watson, Sqoop, Apache, Oracle, IBM IBM, Microsoft Daum 없음 (해외 기업 솔루션 의존) KT 넥스알, 삼성테크윈, 일리시스, GRUTER 없음 (해외 기업 솔루션 의존) 없음 (해외 기업 솔루션 의존) 193

201 스마트팩토리 - 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 다. 전후방산업 환경 한국정보통신기술협회는 후방산업의 발전으로 인해 방송, PC 인터넷, 통신 각 영역이 멀티미디 어, 슈퍼컴퓨팅, 네트워크, 모바일 환경으로 진화하는 흐름과 함께 빅데이터 시대가 열렸다고 보고 있음 [ 기술발전에 따른 빅데이터 등장배경 ] 구글, 월마트, 코카콜라 등 기업들이 전방 산업 전반에 빅데이터 기술을 각자의 도메인에 적용 하여 생산성 증대 및 서비스 품질 향상을 이뤄내고 있음 [ 국내외 빅데이터 적용 기업 ] 업체명 주요 내용 실시간 자동번역시스템에 빅데이터 도입하여 사람이 미리 번역한 문서를 통계적 Google (IT 서비스) 으로 비교해 자동 번역 시도. 서적 스캐닝 프로젝트에서 수천만 권의 전문 번역 데이터베이스 구축 각 지점의 모바일과 소셜 쇼핑의 특징을 이용한 월마트랩(Walmartlabs) 운영 월마트 (유통) Social Genome은 소셜 미디어를 통해 대규모 데이터를 수집하여 리얼타임으로 해석된 추출된 정보를 이용하여 상품판매를 촉진하는 기법 다양한 소셜 미디어에서 얻어진 데이터를 분석하여 제품 판매에 연관된 의사결정 코카콜라 (식음료) 반영 코카콜라에 비우호적인 정보가 증가하는 국가나 지역을 대상으로 홍보를 강화하 는 등 실시간 대응 철광석 가격 예측을 위한 다양한 변수를 고려하여 최적의 구매 시스템 마련 포스코 (철광) 수많은 세부 공정에서 발생하는 온도, 습도 및 압력에 의한 데이터를 분석하여 생산 효율성을 높이는데 이용 소셜 네트워크에서의 여론 동향 분석을 통해 기업에 필요한 콘텐츠 제공 SK 텔레콤 (통신) 효율적인 기업 홍보 및 마케팅 방법으로 발전 또한 마케팅 효과에 대한 정량적인 측정기준 마련 194

202 전략제품 현황분석 3. 시장환경분석 가. 세계시장 멕킨지는 최근 빅데이터 보고서에서 빅데이터는 민간 부문뿐 아니라 국가경제와 시민들에게 경제적 이익을 제공하는데 핵심적인 역할을 할 수 있는 명확한 증거가 있다 고 언급하고 주요 산업별 정량적 기대효과를 제시함 미국 의료 부문의 잠재적 가치 - 매년 $300 Billion 소매 부문 운영 마진 증가율 - 60% 이상 유럽의 공공부문 운영 효율증가 - 매년 250 Billion ($149 Billion) Economist는 데이터는 자본이나 노동력과 거의 동등한 레벨의 경제적 투입 자본으로 비즈니 스의 새로운 원자재 역할 을 할 것으로 언급하면서 빅데이터는 비즈니스 트랜드 파악, 질병 예 방, 범죄해결 등에 효과를 나타낼 것으로 전망 글로벌 빅데이터 시장은 2026년에 846달러를 넘어 설 것으로 예측되고 있으며, 2011년부터 연 평균 17%의 성장세를 보일 것으로 전망됨 특히 2014년에는 39.6%의 성장세를 보인 것으로 나타났으며, 2015년에도 21.7%의 고성장 추 세를 이어갈 것으로 전망되고 있고, 2016년 이후에는 연간 15% 내외의 안정적 성장을 보일 것 으로 예측 [ 빅데이터 분야의 세계 시장규모 및 전망 ] 195

203 스마트팩토리 - 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 [ 빅데이터의 세계 시장규모 및 전망 ] (단위 : 십억달러, %) 구분 CAGR ('13~'15) 세계시장 % * 자료: 위키본(ʼ15.5), ʻʻBig Data Market Forecast ʼʼ, Statista, Forecast of Big Data market size, based on revenue, from 2011 to 2026 빅데이터 시장의 성장을 견인하는 요인으로는 빅데이터 활용 사례가 확대되고 데이터웨어하우 스 시장의 성숙이 이루어졌다는 점과 데이터 거버넌스, 데이터 변환 및 데이터 파이프 라인 생 성 기능과 관련한 빅데이터 제품 및 서비스의 지속적인 성능 개선 등이 주로 언급 산업별로는 특히 금융 서비스, 소매, 의료 및 통신 산업에서 핵심 전략 과제로 빅데이터 기반 의 사 결정 시스템의 증가가 두드러지는 것으로 나타남 [ 빅데이터 부문별 비중 전망 비교 ] 2014년 부문별 비중에서는 서비스 43%, 하드웨어 37%, 소프트웨어 20%를 점유할 것으로 전망 하였으며, 2020년에는 서비스 27%, 하드웨어 39%, 소프트웨어 34%로 성장할 것으로 전망함 196

204 전략제품 현황분석 [ 빅데이터 부문별 규모 ] 2014년 빅데이터 시장 규모 중 단일부문으로는 Professional Service가 43%를 차지하면서 규모가 가장 큰 것으로 파악되었으며, 그 다음으로는 하드웨어 부문(compute, Storage, Networking) 으로 전체 시장 대비 37%를 차지하고 있으며, 금액으로는 101억 달러에 달하 고, 데이터 관리부분 은 93만 달러를 차지하고 있음 197

205 스마트팩토리 - 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 나. 국내시장 국내 빅데이터 시장 규모는 2015년에 약 3천억원에 이를 것으로 예상되며, 세계 빅데이터 시 장의 약 1.6%의 비중을 점유할 것으로 전망함 2020년에는 약 1조원에 이를 것으로 예상되며, 이런 추세로 빅데이터 시장이 성장할 경우 2020 년에는 약 2.6% 비중을 점유할 것으로 전망함 [ 빅데이터 분야의 국내 시장규모 및 전망 ] (단위 : 백만달러) 구분 Servers Storage Networking Software Service 합계 * 자료 : 2012년 방송통신 산업 통계 연보, ITSTAT, IDC(2012) 자료를 기반으로 KISTI 추정 국내 빅데이터 시장규모는 KISTI의 마켓리포트에 의하면 매년 70%대의 고성장을 이룰 것으로 전망됨 국내 빅데이터 시작 규모는 2016년 3,300억원을 시작으로 2020년까지 1조원대 규모로 성장할 것이며, 국내 ICT 관련 산업에서 빅데이터가 차지하는 비중 역시 2020년에는 약 2.6%에 이르고, 세계 빅데이터 시장의 약 2%를 점유할 것으로 전망되며 현재 국내에는 SK텔레콤을 포함 센솔로 지, 아크원소프트 등 약 14개의 대 중소기업이 빅데이터 솔루션 및 서비스 사업을 추진 중에 있음 [ 국내 빅데이터 분야의 국내 시장규모 및 전망 ] (단위 : 백만달러, %) 구분 CAGR ('13~'15) 국내시장 % *출처: 한국정보화진흥원( 16.2) 빅데이터 시장은 연평균 약 25%정도 성장할 것으로 예측되며, 이러한 성장을 견인하는 주요 요인은 공급 측면에서 관련 기술의 발전과 수요 측면에서 빅데이터에 기반한 분석 요구의 확대 를 들 수 있음 198

206 전략제품 현황분석 4. 기술환경분석 가. 기술개발 트렌드 비정형 데이터 분석 기술 과거부터 진행된 다양한 종류의 비정형 데이터 처리 기술의 확장 또는 연계를 기반으로 비정형 데이터에서 특정 성격의 정보를 추출하는 기술 텍스트분석과 음성분석에 있어 비영어권 언어 및 다국어 지원, 혼합 언어 문서 처리 등에 대한 요 구가 많아지고 있음 모바일과 텔레매틱스 인터페이스에 음성인식기술 적용이 확산될 전망임 비디오 검색은 메타데이터 기반의 단순검색이 아닌, 동영상내 컨텐츠(오디오, 텍스트, 객체 등) 분 석을 통한 검색 기술로 발전할 전망임 단순한 공간정보 제공에서 다양한 정보(SNS, 영상, 센서, 위치 데이터 등)들과의 융합, 가공 및 분 석을 통해 새로운 형태의 공간정보를 제공하는 기술로 발전할 전망임 사물인터넷 산업이 점점 활성화됨에 따라 대용량 실시간 스트림 데이터 분석 기술에 대한 수요가 증가할 것임 예측 고도화 및 시각화 기술 빅데이터로부터 기계 학습, 통계 분석, 시뮬레이션, 최적화, 시각화 등의 기법을 이용하여 데이 터 내에 존재하는 의미있는 정보를 추출하기 위한 기술 단기적으로는 정형데이터를 마이닝하는 위주로 진행되지만, 점차 전문적 분석 기술을 요하는 비정 형 데이터로 이동할 전망임 Deep analytics의 필요성이 더욱 증대되며, 분석대상 데이터 소스, 분석기법 (소프트컴퓨팅, 신경 망, 유전알고리즘 등)이 다양해짐 데이터량이 증가할수록 대규모 데이터를 직관적으로 표현할 수 있는 시각화 기술 활용이 확대될 것이고, 담당자들의 분석 업무 효율화를 위한 시각화 중심 도구에 대한 요구가 많아질 것임 빅데이터 운영 및 관리 기술 데이터 자체에 대한 수집, 보안, 운영 등 기능적 관점의 기술로 빅데이터 플랫폼의 효율적 안정 적 운영과 관리를 위한 기술 빅데이터 도입이 본격화 되면, 데이터 품질관리, 정보 거버넌스, 메타데이터 관리 등 빅데이터 정 보자산 관리가 이슈화될 것임 축적된 빅데이터 자산의 가치 및 위험 평가에 대한 체계와 시스템이 요구될 전망임 199

207 스마트팩토리 - 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 보안 및 개인정보관리에 대한 표준화 CSA(Cloud Security Alliance TM)는 빅데이터 영역에 있어 보안과 개인 정보보호 관련된 10 개 주요 주제 발표 분산환경 프레임워크 하에서의 연산 시 보안 확보 NoSQL을 포함한 비관계형 데이터 스토어에 대한 보안 관련 베스트 프렉티스 확보 데이터 저장소와 트랜젝션 로그에 대한 보안 확보 수집된 빅데이터 원본에 대한 유효성 검증방안 및 신뢰성 확보되지 않은 데이터의 배제 실시간 보안 및 컴플라이언스 모니터링 방안 확보 개인정보보호가 보장된 확장 가능하고 구성 가능한 데이터마이닝과 분석 방안 확보 데이터 성격 및 접근권한에 따른 암호화 및 보안이 유지된 통신방안 확보 더욱 세분화된 접근제어방안 확보 더욱 세분화된 보안감시 및 분석방안 확보 데이터 생성 및 변경이력에 대한 보안관점 분석 및 해석방안 확보 나. 주요업체별 기술개발동향 (1) 해외업체동향 가트너의 하이프 사이클에 의하면, 빅데이터는 2013년에 과잉 기대의 정점 (Peak of Inflated Expectations) 단계였으며, 2014년부터 실망기 (Trough of disillusionment) 시기를 지나 2020년에 는 비즈니스 운영의 기본적인 요소로 자리 잡을 것으로 예상 [ Gartner Hype Cycle for BigData, 2014 ] 200

208 전략제품 현황분석 SCM World-MESA International Survey, 2014년 조사에 의하면 제조 산업의 효율성을 제공 하는 임팩트가 가장 큰 기술분야로 빅데이터 분석을 1순위로 선정 [ 해외 빅데이터 주요연구개발 동향 ] 구분 연구개발 주요 동향 구글은 빅데이터 기반 대용량 분산 언어 모델링 기술 방식을 바탕으로 서비스를 제 텍스트 분석/음성 분석 공하고, 이를 통해 얻은 빅데이터를 이용하여 음성인식 성능을 점진적으로 개선할 수 있는 선순환적 구조를 구축함. 2019년경에는 거의 사람이 수행하는 정도의 수준으로 발전시킬 계획임 영상분석 영상인식기술은 ObjectVideo, iomni-scient, AgentVi, Bosch 등 해외 업체들이 절 대 강세를 보이고 있으며, 물체와 상황 인지 및 추적 기술 개발이 활발히 진행중임 미국을 중심으로 한 세계 각국의 공공 데이터 개방이 있고, 구글, 야후 그리고 트위 공간분석 터 등 기업들과 연구기관 및 정부기관에서 다양한 플랫폼과 시스템을 구축하여 국민들 에게 서비스 중임 스트림 데이터 모델링이나 Stream OLAP, 빈발패턴 분석, 스트림 분류 등의 기법들 이 주로 연구되어지고 있으며, 스트림 분석 플랫폼을 활용하여 응용프로그램이 구현되 스트림 분석 고 있음 스트림 분석 플랫폼으로는 Oracle, MicroSoft, IBM, Streambase 등의 외산 상용 솔루션이 주를 이루고 있으며, 데이터 스트림 마이닝을 위한 오픈 소스 SW인 RapidMiner, MOA도 있음 다양한 정보를 활용한 예측분석 연구를 수행하고 있으며, 사회 / 경제적 위험 요소에 대한 예측과 소셜미디어의 여론 동향 분석이 비교적 용이한 선거 결과 분석 및 예측에 고급 분석 많은 연구가 진행되고 있음 해외업체들이 예측분석 솔루션 분야에서 강세를 보이고 있으며, 특히 IBM, SAS는 포레스터가 선정한 가장 경쟁력 있는 솔루션 업체임 데이터 시각화 기술은 아직 초기 단계이며, 기업들이 데이터 사용과 축적을 전략적으 시각화 기술 로 추진함에 따라 점점 주목받고 있는 기술 분야임 IBM, SAS, SAP, 오라클 등 대형 IT 기업들과 타블로나 스팟파이어 등 시각화 전문 업체들이 솔루션을 출시함 빅데이터 운영 및 관리기술 대부분 국가는 현재 빅데이터에서의 개인정보보호를 위한 법제가 마련되지 않은 상 태이며, EU에서는 새로운 규정에 프로파일링에 관한 내용을 포함하고 있음. 201

209 스마트팩토리 - 스마트제조빅데이터분석시스템 (2) 국내업체동향 국내연구개발은공공기관및대기업위주로진행이되고있으며, 각분석기술의단계는초기 단계에머물러있어서향후빅데이터시장의선도를위해선집중투자가필요함 [ 국내빅데이터주요연구개발동향 ] 구분 연구개발주요동향 텍스트분석 / 음성분석 한국전자통신연구원에서웹데이터및대규모코퍼스로부터반자동으로언어분석에필요한지식추출방법을개발하여기술문서자동번역시스템에탑재함 다양한산업분야에텍스트마이닝을활용하는연구가진행중이며, 평판분석, 감성분석등소셜미디어를대상으로하는기술개발이활발히진행되고있음 영상분석 공간분석 국내지능형영상인식기술은시작단계이며, 적극적인기술개발지원이필요함 다음, NHN, 솔트룩스, SK 텔레콤, KT 클라우드웨어등과같은업체들이자체관련기술들을개발하여공간빅데이터서비스를제공하고있지만공간빅데이터시장에서전문인력및연구역량을체계적으로확보하고있지않아관련연구는아직초기단계에머물러있음 스트림분석 대학이나국가연구소중심의연구가이루어지고있으나, 국내기업의스트림분석기술연구는활발하지않음 한국전자통신연구원에서 2010년부터클러스터시스템을기반으로폭증하는데이터스트림을실시간으로처리하는 iflow를연구개발중임 고급분석 주로비즈니스인텔리전스 (BI) 솔루션들을중심으로정형적데이터또는수치데이터를이용한데이터분석이주를이루며, 일부연구기관에서전문가의예측을지원하는도구개발을시도하고있지만국외기술에비해시작단계이고수작업의존도가높음 국내에서는주로수치데이터를이용한예측분석이주를이루며, 비정형적데이터에서정보를추출한예측연구는시작단계임 시각화기술 빅데이터운영및관리기술 빅데이터저장처리및분석도구위주로기술개발이진행되는단계이며, Data Visualization/Inforgraphics 에대한중요성이두드러지지않음 인포그래픽분야에서주로다루어지고있으며, 데이터마이닝작업에기초한정보전달보다는메시지전달을위한시각표현위주의작업이이루어지고있음 빅데이터에대한개인정보보호나데이터품질관리에대한법제와가이드라인에대한연구는진행중임 202

210 전략제품 현황분석 다. 기술인프라 현황 2012년 11월 국가정보화전략위원회와 관계부처가 협의하여 스마트 국가 구현을 위한 빅데이 터 마스터플랜을 수립 6개 분야에서 대상과제 16개를 제시하였고 유용성을 고려하여 3개 과제를 2013년도에 우선 추 진한 후 2017년도까지 단계적 활용계획을 수립 6개 분야는 사회안전, 국민복지, 국가경제, 국가 인프라, 산업지원, 과학기술이며, 대상과제별 로 주관부처를 선정 산업지원 부문에 속해 있는 제조분야 대상과제는 제조공정 실시간 장애 예측을 통한 생산 효율 고도화 이며, 제조 장비 공정에 소요되는 부품별 상태 정보를 수집 분석하여 고장 장애 예측 및 선제적 예방으로 중단시간 최소화 및 운영비용을 절감하는 것과 중장비 시설이나 첨 단 제품 생산 설비 운영에 있어 발생하는 데이터에 대한 수집 분석 예측으로 장애예측 및 생산 효율 고도화하는 것을 목적으로 함 미국, 유럽 등 주요국에 비교하여 시기적으로 다소 늦게 도입되었으나, 정부가 빅데이터의 중요성 을 인식하고 범부처가 참여하여 해외 선진국의 빅데이터 관련 정책을 벤치마킹 한 뒤 다양한 정책 방안을 제시 [ 빅데이터 마스터플랜의 빅데이터 대상과제 ] 분야 사회안전 국민복지 빅데이터 대상 과제 주관부처 범죄발생 장소, 시간 예측을 통한 범죄발생 최소화 [우선추진] 경찰청, 행안부, 법무부, 검찰청 예측기반의 자연재해 조기 감지 대응 [우선추진] 방재청, 경찰청, 기상청, 행안부 음란물 유통차단을 통한 건강한 인터넷문화 조성 방통위, 행안부, 경찰청, 여가부 민원 데이터 분석을 통한 정책의 환류 시스템 마련 권익위, 각부처, 지자체 복지 수요 공급 매칭을 통한 맞춤형 서비스 제공 복지부, 노동부, 지자체, 국세청 일자리 현황 분석, 예측으로 고용정책 수립 지원 노동부, 중기청, 교과부 과세 데이터 분석으로 탈세방지 및 국가 재정 확충 지원 국세청, 기재부 다양한 경제관련 데이터 분석 기반의 경제정책 수립 지원 기재부, 지경부 국가경제 주민참여형 교통사고 감소체계 구축 [우선추진] 경찰청, 국토부, 지자체 국가 인프라 실시간 네트워크시스템 재난 관리 및 대응체계 마련 자영업자 창업 실패 예방 지원 산업지원 중기청, 노동부, 지경부, 지자체 제조공정 실시간 장애 예측을 통한 생산효율 고도화 산업부, 교과부 수급 전망에 기반한 농수산물 생산 관리 농림부, 기상청 국가 기후 위험요소에 대한 선제적 대응 체계 구축 과학기술 방통위, 행안부 기상청, 국토부, 산림청 유전자, 의료 데이터 분석을 통한 국민 건강 증진 교과부, 복지부, 지경부, 식약청 위성영상 데이터 분석 및 활용을 통한 재난 대응 교과부, 기상청, 국토부 203

211 스마트팩토리 - 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 관계부처 합동으로 발표한 제조업 혁신 3.0 전략 실행대책 에서 4대 추진방향 및 13대 세부 추진과제를 선정 ① 스마트팩토리 보급 확산 ② 8대 스마트 제조기술 개발 과제를 통해 공정 내 빅데이터 기반 품질 분석 예측 시스템 구축 및 빅데이터 기술개발을 통한 공정적용 목표를 달성하기 위한 지원정책 방향을 정립 사업화 인력양성을 지원하는 빅데이터 분석활용센터 운영( 월, 미래부) 기술력과 아이디어는 있으나 인프라(서버, 분석솔루션 등)가 부족한 중소기업 대학 등에 테스트 기 반 제공 및 사업화 지원 국내 기술수준 시장규모 등을 고려해 분산 병렬처리 기술, 개인정보보호 기술 등 7대 유망 원 천 기술의 선정 및 개발 데이터과학자 1천명 등 수준별 전문인력 5천명 양성(~2017년) 계획을 수립함 수요조사를 거쳐 희망 대학에 석사급 프로그램 및 관련 교과목 지원 [ 정부부처 투자 동향 ] 분류 투자 방향 미래부는 빅데이터산업 원천기술개발, 글로 벌 전문기술 개발, 전문인력양성, 산업 표준 개발 및 기반조성 사업 등 에 지원 중 산업부는 클라우드의 제조업 융복합화를 추 진하여 크게 사업화연계 기술개발 및 국제협 력 기술개발, 지역 및 광역산업육성 기술개발 측면에서 지원 중 중소기업청은 기업의 기술혁신 및 창업성장 측면에서 클라우드 기술의 상용화 기술개발 을 지원 중 204 `13 ~ `15년 기술별 투자비중

212 전략제품 현황분석 라. 특허동향 분석 (1) 연도별 출원동향 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 기술의 지난 7년( 10~ 16) 간 출원동향20)을 살펴보면 연도 별로 출원경향이 꾸준히 증가하고 있어 지속적으로 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 기술 관 련 기술개발 활발 각 국가별로 살펴보면 미국 출원경향은 감소-증가를 반복하지만 전반적으로 우상향 추세, 일본과 유럽은 유지하는 경향을 보이고 있으며, 한국은 출원 증가 추세 국가별 출원비중을 살펴보면 미국이 75.6%로 최대 출원국으로 스마트 제조 빅데이터 분석 시 스템 기술을 주도하고 있는 것으로 나타났으며, 한국이 13,1%로 미국 다음으로 많은 특허를 출원하였고 유럽 8.2%, 일본 3.1%의 출원비중을 보이고 있음 [ 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 기술 분야 연도별 출원동향 ] 20) 특허출원 후 1년 6개월이 경과하여야 공개되는 특허제도의 특성상 실제 출원이 이루어졌으나 아직 공개되지 않은 미공개데이터가 존재하여 2015, 2016년 데이터가 적게 나타나는 것에 대하여 유의해야 함 205

213 스마트팩토리 - 스마트제조빅데이터분석시스템 (2) 국가별출원현황 한국의출원현황을살펴보면증가추세가유지되는경향을보이고있으며, 외국인의출원은낮은비중을유지 외국인의출원이낮은비중을유지하고있는이유를살펴보면스마트제조빅데이터분석시스템기술의국내시장에대한외국인의선호도가높지않은것으로추정 미국의출원현황은감소 - 증가가반복되나전반적으로증가하는경향을보이고있으며, 외국인 출원비중이일정하게유지되고있는것으로보아미국시장에대한외국인의관심도역시꾸 준한것으로추정 일본과유럽의출원현황은지속적으로유지되고있는추세를보이고있으며, 출원인대부분이 외국인으로일본과유럽은자국인의출원이미미 [ 국가별출원현황 ] 206

214 전략제품 현황분석 (3) 투입기술 및 융합성 분석 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 기술 분야의 투입기술을 확인하기 위하여 특허분류코드인 IPC Code21)를 통하여 살펴본 결과 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 기술 분야의 가장 높은 IPC는 G06F 기술분야가 178건으로 가장 많이 차지하고 있으며, 이어서 G06Q가 53건, H04L 이 36건으로 다수를 차지 이외에 G06N 18건, G06K 11건, G05B 10건, G01N 9건, A61B 7건, G01R 7건, H04W 7건 6건 순으로 기술이 투입되어 있어 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 기술 분야에 다양한 기술이 융합되어 존재 더불어 해당 IPC의 특허인용수명을 살펴보면 G01N 기술분야의 수명이 9년으로 가장 긴 것으로 나타났으며, G06N 기술분야는 4년으로 가장 짧은 것으로 분석 [ 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 기술 분야 상위 투입기술 ] IPC 기술내용 특허인용수명(TCT)22) G06F 전기에 의한 디지털 데이터처리 6년 G06Q 관리용, 상업용, 금융용, 경영용, 감독용 또는 예측용으로 특히 적합한 데이 터 처리 시스템 또는 방법; 그 밖에 분류되지 않는 관리용, 상업용, 금융용, 경영용, 감독용 또는 예측용으로 특히 적합한 시스템 또는 방법 4년 H04L 디지털 정보의 전송 6년 G06N 특정 계산모델 방식의 컴퓨터시스템 4년 G06K 데이터의 인식; 데이터의 표시; 기록매체; 기록매체의 취급 7년 G05B 제어계 또는 조정계 일반; 이와 같은 계의 기능요소; 이와 같은 계 또는 요 소의 감시 또는 시험장치 6년 G01N 재료의 화학적 또는 물리적 성질의 검출에 의한 재료의 조사 또는 분석 9년 A61B 진단; 수술; 개인 식별 9년 G01R 전기변량의 측정; 자기변량의 측정 7년 H04W 무선통신네트워크 4년 21) 전세계적으로 통용되고 있는 국제특허분류(IPC: International Patent Classification)를 통해 특허정보 기술분야에서 공지기술을 조 사할 수 있으며, 기술 및 권리정보에 용이하게 접근 가능 22) 특허인용수명 지수는 후방인용(Backward Citation)에 기반한 특허인용수명의 평균, Q1, Q2(중앙값), Q3에 대한 통계값을 제시함. 특히 이와 같이 산출된 Q2는 TCT(Technology Cycle Time, 기술순환주기 또는 기술수명주기)라고 부름 207

215 스마트팩토리 - 스마트제조빅데이터분석시스템 투입기술이가장많은 G06F 분야와융합이높게이루어진기술은 G06N 분야로나타났으며, H04L, G06Q 분야와도융합된기술의건수가높은것으로분석 이외에 G06Q 분야와융합된기술은 G06N 분야와융합된기술이많은것으로나타났으며, H04L 분야와융합된기술은 G06N 기술로분석 [ 스마트제조빅데이터분석시스템기술분야 IPC 기술및융합성 ] (4) 주요출원인분석 세계주요출원인을살펴보면주로미국의출원인이다수의특허를보유하고있는것으로나타났으며, 컴퓨터와통신분야의출원인이대부분 주요미국출원인을살펴보면 International Business Machines, Oracle International, Leidos 등컴퓨터기업과 Fisher Rosemount Systems 등통신기업이다수출원을하고있는것으로나타났으며, 이들미국출원인은주로미국본국에출원건수가높은것으로나타남 한국출원인으로는한국전자통신연구원이상위출원인으로나타나스마트제조빅데이터분석시스템기술관련기술을다수보유 208

216 전략제품 현황분석 가장 많은 특허를 보유하고 있는 International Business Machines의 3극 패밀리수는 0건으 로 다국적 시장 보다는 자국인 미국 시장을 목표로 출원을 하고 있는 것으로 보이며, 한국전자 통신연구원도 0건으로 한국 시장을 목표로 출원을 하고 있는 것으로 추정됨 미국 기업인 Salesforce Com이 확보한 특허의 피인용지수가 10.00으로 가장 높게 나타나 기 술의 파급성이 높은 원천기술을 다수 보유하고 있는 것으로 분석됨 [ 주요 출원인의 출원현황 ] 3극 주요 IP시장국 (건수 %) 주요출원인 국가 한국 International Business Machines 한국전자통신연구원 Fisher Rosemount Systems EMC Palantir Technologies SAP Oracle International Leidos Salesforce Com Software 미국 일본 유럽 11 0% 100% 0% 0% % 55% 0% 9% 5 4 0% 56% 44% 0% 6 미국 IP시 패밀 피인용 장국 리수 지수 종합 (건) 작업 네트워크 미국 한국 100% 0% 0% 4 1 0% 80% 0% 20% 3 2 미국 60% 0% 40% 3 1 0% 75% 0% 25% 3 0% 100% 0% 0% 3 미국 100% 0% 0% 2 1 0% 67% 0% 33% 독일 0.00 시스템에서의 빅데이타의 분석 및 모델링 조사 시스템 및 대용량 데이터 분석 데이터 처리 클라우드 기반 실시간 빅데이타 미국 0% 0 시스템 미국 미국 전처리 장치 및 지식 집약형 미국 미국 0.09 방법 미국 0% 0 대량의 데이터 미국 독일 에서 입수된 빅데이터 미국 0% 1.36 예측 시스템 공정 제어 미국 미국 0 데이터 분석 빅데이터의 미국 미국 주력기술 분야 대규모 분석 방법 및 시스템 대량의 이종 미국 데이터 세트의 온라인 분석 209

217 스마트팩토리 - 스마트제조빅데이터분석시스템 (5) 국내출원인동향 국내출원인동향을살펴보면대기업은포스코아이씨티의출원건수가가장높게나타났으며, 중소기업에서는가이온의출원건수가높게나타남 대기업의주요출원인은포스코아이씨티가있으며, 중소기업의주요출원인은가이온, 소프트온넷등이주요출원인인것으로나타남 기업이외의주요출원인을살펴보면한국전자통신연구원, 전자부품연구원등연구소 / 공공기관 의출원이다수나타났으며, 대학은국민대학교, 경희대학교등의출원이높은것으로분석됨 [ 국내주요출원인의출원현황 ] 210

218 전략제품 현황분석 5. 중소기업 환경 가. 중소기업 경쟁력 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 분야의 중소기업 경쟁력은 기술분류별로 차이가 있으나 자원 모델링/시뮬레이션 기술은 중소기업이 다수 참여하여 시장에서의 역할이 큰 분야로 나타남 [ 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 분야 중소기업 현황 ] 기술 분류 주요 기술 생산 빅데이터 애널리틱스 생산 현장 데이터 수집/관리 기술 생산 데이터 분석 기술a 분석 결과 정보 가시화 기술 스마트팩토리 에너지 소비를 고려한 생산운영 최적화 기술 자원 모델링/ 시뮬레이션 모델링/시뮬레이션 기술 인력/재료/공정/설비 모델링 기술 가상/증강현실 기반 공정데이터 연계형 작업자 지원 기술 프로세스 통합/공정 시뮬레이션 기술 예측기반 품질 및 설비 고도화 데이터 분석 기반 품질 고도화 기술 실시간 데이터 기반 품질 및 제품 수명 예측 기술 고장진단 및 예측기반 설비보전 기술 설비자산 건전성 통합관리 및 설비보전 지식화 기술 대기업 중소기업 중소기업 중소기업 참여영역 솔트룩스, 마이즈랩, 실시간 데이터 수집 기술 데이터 연계 및 통합 기술 다음소프트 KT 넥스알 그루터 대용량 트랜잭션 데이터 저장 기술 인메모리 저장 기술, 클라우드 서버 기술, 데이터베이스 NoSQL, 데이터 보안 기술 다음소프트 KT 넥스알 구루터, 사이람, 솔트룩스, 와이즈넛 디지털팩토리, 마이즈랩, 리비, 코난테크놀로지, Zoy Corporation 실시간 처리/분석 기술 네트워크 분석 기술 데이터 시각화 기술 서비스 시각화 기술 KT 넥스알 참여정도 * 중소기업 참여정도와 점유율은 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구 분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: ) 211

219 스마트팩토리 - 스마트제조빅데이터분석시스템 나. 중소기업기술수요 스마트제조빅데이터분석시스템분야의중소기업의기술수요를파악하기위하여중소기업기술수요조사및중소기업청 R&D신청과제 (2013~2015 년 ) 를분석한결과아래표의내용과같은수요들이다수있는것으로분석 스마트제조빅데이터분석시스템분야중소기업은최근에기술과관련된기술개발에다수수요가있는것으로나타났으며, 이는최근기술트렌드인 ICT기술과의융복합기술에관심이높아지고있는추세를반영한것으로분석됨 [ 스마트제조빅데이터분석시스템분야과제신청현황및수요조사결과 ] 전략제품기술분류관심기술 생산빅데이터애널리틱스 생산현장데이터수집 / 관리기술생산데이터분석기술 a 분석결과정보가시화기술스마트팩토리에너지소비를고려한생산운영최적화기술 스마트제조빅데이터분석시스템 자원모델링 / 시뮬레이션 모델링 / 시뮬레이션기술인력 / 재료 / 공정 / 설비모델링기술가상 / 증강현실기반공정데이터연계형작업자지원기술프로세스통합 / 공정시뮬레이션기술 예측기반품질및설비고도화 데이터분석기반품질고도화기술실시간데이터기반품질및제품수명예측기술고장진단및예측기반설비보전기술설비자산건전성통합관리및설비보전지식화기술 212

220 전략제품 현황분석 다. 중소기업 핵심기술 (1) 데이터 기반 요소기술 발굴 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템의 특허 및 논문데이터 검색을 통해 도출된 유효데이터를 대 상으로 데이터마이닝 기법(Scientometrics 기법)을 통해 클러스터링된 키워드의 연관성을 바탕 으로 요소기술 후보군을 도출 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템의 특허 및 논문 유효데이터를 기반으로 키워드 클러스터링을 통하여 10개의 요소기술 후보군을 도출 제품별 dataset 구축 : 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 관련 특허/논문 데이터를 추출하여 노 이즈 제거 후 제품별 dataset 구축 1차 클러스터링 : 키워드 맵을 통한 고빈도 키워드 확인-빈도수(tf-idf)23)가 상위 30%에 해당하 는 키워드를 대상으로 1차 추출 2차 클러스터링 : 1차 클러스터링에서 추출된 고빈도 키워드 사이에서 고연관도 키워드를 2차 추 출 (고연관도 기준은 연관도수치24)가 2이상인 클러스터로 제한) 다음 그림은 키워드 간 연관네트워크를 시각화한 것으로, 각 키워드를 나타내는 원과 키워드 간의 연관도를 나타내는 직선으로 구성 각 키워드가 특허와 논문 중 어느 데이터에서 도출되었는지 원의 색으로 구분하였으며, 키워드로 도출된 클러스터는 황색음영으로 표시 키워드를 나타내는 원은 고빈도의 키워드일수록 원의 크기가 크게 표현되며, 연관도를 나타내는 선은 키워드 사이의 연관도수치가 높을수록 굵게 표현 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 전략제품의 특허 논문 유효데이터에 대하여 키워드 클러스 터링 결과를 기반으로 요소기술 도출 데이터 기반의 요소기술 도출은 키워드 클러스터링을 통해 도출된 요소기술에 대하여 전문가의 검증 및 조정을 통하여 요소기술을 도출 23) 빈도수(tf-idf) : 각 키워드가 출현되는 특허 또는 논문수를 의미 24) 연관도수치: 두 개 이상의 키워드 사이의 특허 또는 논문수를 의미 213

221 스마트팩토리 - 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 [ 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 기술 분야 키워드 클러스터링 ] [ 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 분야 주요 키워드 및 관련문헌 ] No 클러스터 01 주요 키워드 big data, data set 연관도 수치 관련특허/논문 제목 4~5 1. Method for Processing and Displaying Real-Time Social Data on Map 2. SYSTEM AND METHOD FOR USING DATA INCIDENT BASED MODELING AND PREDICTION 3. System, Process and Article of Manufacture for Human Health and Longevity Data Analysis 클러스터 02 storage system 4 클러스터 03 social network Massively scalable object storage system for storing object replicas 2. SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING A BIG-DATA PLATFORM 3. Massively scalable object storage system 1. Social Revenue Management Method 2. SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING EDUCATIONAL RELATED SOCIAL/GEO/PROMO LINK PROMOTIONAL DATA SETS FOR END USER DISPLAY OF INTERACTIVE AD LINKS, PROMOTIONS AND SALE OF PRODUCTS, GOODS, AND/OR SERVICES INTEGRATED WITH 3D SPATIAL GEOMAPPING, COMPANY AND LOCAL INFORMATION FOR SELECTED

222 전략제품현황분석 No 주요키워드연관도수치관련특허 / 논문제목 WORLDWIDE LOCATIONS AND SOCIAL NETWORKING 3. Process and Framework For Facilitating Data Sharing Using a Distributed Hypergraph 클러스터 04 power consumption 4~6 1. ADJUSTMENT OF EXECUTION OF TASKS 2. FORECAST FOR DEMAND OF ENERGY 3. RUNTIME CONFIGURABLE ARITHMETIC AND LOGIC CELL 클러스터 05 real time, high performance 4~5 1. DATA PROCESSING SYSTEM AND METHODS 2. SYSTEM AND METHOD FOR PROVIDING EDUCATIONAL RELATED SOCIAL/GEO/PROMO LINK PROMOTIONAL DATA SETS FOR END USER DISPLAY OF INTERACTIVE AD LINKS, PROMOTIONS AND SALE OF PRODUCTS, GOODS, AND/OR SERVICES INTEGRATED WITH 3D SPATIAL GEOMAPPING, COMPANY AND LOCAL INFORMATION FOR SELECTED WORLDWIDE LOCATIONS AND SOCIAL NETWORKING 3. SYSTEMS AND METHODS FOR DATA MINING AND MODELING 클러스터 06 software application 5~7 1. SYSTEM AND METHOD FOR COLLECTION AND DISTIBUTION OF MEDICAL INFORMATION 2. Green Software Applications 클러스터 07 event processing 4~5 1. DATA ACCELERATION 2. METHOD AND SYSTEM FOR CONTINUOUS QUERY PROCESSING 3. Systems and/or methods for statistical online analysis of large and potentially heterogeneous data sets 클러스터 08 클러스터 09 large number distributed disk 5~6 5~7 1. Using hash signatures of DOM objects to identify website similarity 2. CORONA AVOIDANCE ELECTRIC POWER LINE MONITORING, COMMUNICATION AND RESPONSE SYSTEM 3. Method and apparatus for modeling of GNSS pseudorange measurements for interpolation, extrapolation, reduction of measurement errors, and data compression 1. Method And Process For Enabling Distributing Cache Data Sources For Query Processing And Distributed Disk Caching Of Large Data And Analysis Requests 2. A METHOD AND PROCESS FOR ENABLING DISTRIBUTING CACHE DATA SOURCES FOR QUERY PROCESSING AND DISTRIBUTED DISK CACHING OF LARGE DATA AND ANALYSIS REQUESTS 클러스터 10 database query 5~6 1. Methods and systems for optimizing queries in a multi-tenant store 2. DATABASE SYSTEM USING BATCH-ORIENTED COMPUTATION 215

223 스마트팩토리 - 스마트제조빅데이터분석시스템 [ 스마트제조빅데이터분석시스템분야데이터기반요소기술 ] No 요소기술명키워드 요소기술 01 생산데이터분석기술 big data, data set 요소기술 02 분석결과정보가시화기술 data, visualization 요소기술 03 스마트팩토리에너지소비를고려한생산운영최적화기술 power consumption 요소기술 04 모델링 / 시뮬레이션기술 storage system 요소기술 05 가상 / 증강현실기반공정데이터연계형작업자지원기술 software application 요소기술 07 데이터분석기반품질고도화기술 big data, data set 요소기술 08 실시간데이터기반품질및제품수명예측기술 real time, high performance 216

224 전략제품 현황분석 (2) 요소기술 도출 산업 시장 분석, 기술(특허)분석, 전문가 의견, 타부처로드맵, 중소기업 기술수요를 바탕으로 로 드맵 기획을 위하여 요소기술 도출 요소기술을 대상으로 전문가를 통해 기술의 범위, 요소기술 간 중복성 등을 조정 검토하여 최종 요소기술명 확정 [ 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 분야 요소기술 도출 ] 분류 요소기술 출처 생산 현장 데이터 수집/관리 기술 기술/시장 분석, 전문가 추천, 특허/논문 클러스터링 생산 데이터 분석 기술 기술/시장 분석, 기술수요, 특허/논문 클러스터링, 전문가추천 분석 결과 정보 가시화 기술 기술/시장 분석, 전문가 추천, 특허/논문 클러스터링 스마트팩토리 에너지 소비를 고려한 생산운영 최적화 기술 기술/시장 분석, 기술수요, 전문가추천 모델링/시뮬레이션 기술 기술수요, 특허/논문 클러스터링 인력/재료/공정/설비 모델링 기술 기술/시장 분석, 전문가 추천, 특허/논문 클러스터링 가상/증강현실 기반 공정데이터 연계형 작업자 지원 기술 전문가추천, 특허/논문 클러스터링 프로세스 통합/공정 시뮬레이션 기술 특허/논문 클러스터링, 전문가추천 데이터 분석 기반 품질 고도화 기술 기술수요, 특허/논문 클러스터링 실시간 데이터 기반 품질 및 제품 수명 예측 기술 기술/시장 분석, 기술수요, 특허/논문 클러스터링 고장진단 및 예측기반 설비보전 기술 기술/시장 분석, 기술수요, 특허/논문 클러스터링 설비자산 건전성 통합관리 및 설비보전 지식화 기술 기술수요, 타부처로드맵 생산 빅데이터 애널리틱스 자원 모델링/ 시뮬레이션 예측 기반 품질 및 설비 고도화 217

225 스마트팩토리 - 스마트제조빅데이터분석시스템 (3) 핵심기술선정 확정된요소기술을대상으로산 학 연전문가로구성된핵심기술선정위원회를통하여중소기업에적합한핵심기술선정 핵심기술선정은기술개발시급성 (10), 기술개발파급성 (10), 단기개발가능성 (10), 중소기업적합성 (10) 을고려하여평가 [ 스마트제조빅데이터분석시스템분야핵심기술 ] 분류핵심기술개요 생산빅데이터애널리틱스 생산현장데이터수집 / 관리기술 생산데이터분석기술 분석결과정보가시화기술 IoT 기술을활용한설비장착 Device(PLC, sensor 류 ) 에대한안정적실시간데이터수집과생산전과정에서의기기의유지 / 보수 / 관리 / 제어에대한이력정보수집및관리 생산현장설비기본감시제어시스템운용및관리를위한생산데이터의 Real-Time 분석 (Alarm 룰등 ) 및사용자주도분석 ( 현상분석및원인분석 ) 과시스템 Batch 분석 ( 감시 Point 등급및감시 Spec 설정 ) 수행 Real-Time 분석, 사용자주도분석, 시스템 Batch 분석을통해얻어진실시간모니터링상태및생산현장데이터분석결과에대한 Visualization 과특정상황에대한시뮬레이션이가능한대쉬보드구현 자원모델링 / 시뮬레이션 산업네트워크를고려한초소형보안기술 산업용네트워크를해킹하는등의사이버공격으로부터안전한보호가필요한데, 이를보호할수있는시스템및보안프로토콜기술 데이터분석기반품질고도화기술 대규모의품질리콜과설비이상에의한라인중단에사전대응할수있도록설비 공정상태와연계한예측기반품질 설비고도화기술 예측기반품질및설비고도화 실시간데이터기반품질및제품수명예측기술 대용량제조데이터에대한분석 마이닝기술을바탕으로공정품질예측및출하후제품수명예측모델을개발 고장진단및예측기반설비보전기술 설비상태에대한실시간데이터를바탕으로설비고장을진단하고유지보수하는보전기술 218

226 전략제품 현황분석 6. 기술로드맵 기획 가. 스마트 제조 빅데이터 분석 시스템 기술로드맵 최종 중소 중견기업 기술로드맵은 기술/시장 니즈, 연차별 개발계획, 최종목표 등을 제시함으로 써 중소기업의 기술개발 방향성을 제시 219

227 스마트팩토리 - 스마트제조빅데이터분석시스템 나. 연구개발목표설정 로드맵기획절차는산 학 연전문가로구성된로드맵기획위원회를통해선정된핵심기술을대 상으로기술요구사항, 연차별개발목표, 최종목표를도출 [ 스마트제조빅데이터분석시스템분야핵심기술연구목표 ] 분류핵심기술기술요구사항 연차별개발목표 1 차년도 2 차년도 3 차년도 최종목표 생산현장데이터수집 / 관리기술 데이터정확도 90% 100% - 생산빅데이터애널리틱스 생산데이터분석기술 분석률 95% 100% - 생산운영최적화기술개발을통한생산효율증대 분석결과정보가시화기술 가시화수준 50% 75% 100% 자원모델링 / 시뮬레이션 인력 / 재료 / 공정 / 설비모델링기술 향상도 70% 85% - 모델링 / 시뮬레이션을통해최적화된공정데이터를토대로효율적인공장운영관리지원 데이터분석기반품질고도화기술 고도화수준 90% 예측기반품질및설비고도화 실시간데이터기반품질및제품수명예측기술 예측정확도 80% 90% 100% 품질분석 / 설비보전애플리케이션을통한생산제어및관리 고장진단및예측기반설비보전기술 오진율 - 10% 5% 220

228

229 전략제품 현황분석 스마트 제조 홀로그램

230

231 스마트제조홀로그램 정의및범위 홀로그램 (Hologram) 은물체의표면으로부터반사되는빛을기록했다가 3차원상에서재구성해보여주는실감형기술 홀로그램 (Hologram) 은실제사물을보는것과동일한입체감과현실감을제공해주는인간친화형실감형콘텐츠기술로각광받음 홀로그램기술은구현방식에따라투과형 (transmission) 과반사형 (reflection) 홀로그램으로구분할수있으며, 이는홀로그램을기록할때기록방식에따라결정정부지원정책 미래창조과학부는홀로그램을 ICT 10대핵심기술로선정 (ICT R&D 중장기전략, 월 ) 미래창조과학부는 14년 8월제2회 정보통신전략위원회 를통해정보통신 ( 이하 ICT) 분야의새로운성장동력인홀로그램산업을활성화하기위한 홀로그램산업발전전략 을확정 홀로그램이차세대영상기술로전망되고있으며, 미래국가경재를견인할새로운성장동력으로기대됨에따라정부부처는 11년부터홀로그램원천기술에서상용화기술까지적극지원, 육성하고있음 ( 산업통상자원부 ) 13년 ~ 15년까지홀로그램기술에총 88억원 ( 정부출연금 66억원, 민간부담금 ( 현금 2억원, 현물 20억원 ) 을투자중 중소기업시장대응전략 강점 (Strength) 세계최고수준의디지털인프라 고화질디스플레이제조역량 정부의홀로그램육성전략기회 (Opportunity) 홀로그램의높은성장성과확장성 신기술수용도및동반성장의지 3D 입체영상의수요증가 약점 (Weakness) 홀로그램원천기술및산업기술격차 홀로그램개발업체의부족 전문인력부족위협 (Threat) 선진국의홀로그램투자급증 홀로그램관련표준부재 홀로그램관련비즈니스모델부재 중소기업의시장대응전략 R&D투자확대를통한제조분야전후방기술개발 홀로그램의글로벌진출경쟁력을확보할기반구축 스마트제조기술시장의규모확대를도모

232 핵심기술로드맵

233 스마트팩토리 - 스마트제조홀로그램 1. 개요 가. 정의및필요성 홀로그램 (Hologram) 은물체로부터전파해오는빛그자체를간섭무늬의형태로기록하고재현하는기술임 홀로그램은실사로부터반사되거나회절되어전파되는빛의분포를기록및재현하는기술로데니스가버 (Denis Garbor) 가 1948년에발표한논문 A New Microscopic Principle 에서최초로구현원리를설명, 가버는이원리로 1971년노벨물리학상까지수상함 상용화가이미이루어진 3D입체영상과상용화단계에진입하고있는초고화질 (Ultra High Definition, UHD) 영상기술을넘어, 향후홀로그램으로의영상기술진화가이루어질전망 홀로그램 (Hologram) 은실제사물을보는것과동일한입체감과현실감을제공해주는인간친화형실감형콘텐츠기술로각광받고있음 홀로그램은기존 3D 영상대비 안경착용無 시각피로無 공간왜곡無등을지향하는완전한입체영상을구현하는기술임 이처럼불편함없이입체감과현실감을느낄수있다는점에서인간의눈으로직접보는효과를가장잘구한하기때문에차세대미래실감형기술로각광받고있음 홀로그램기술은구현방식에따라투과형 (transmission) 과반사형 (reflection) 홀로그램으로구분할수있으며, 이는홀로그램을기록할때기록방식에따라결정됨 투과형홀로그램은홀로그램의뒤에서빛을비추어투과하고나온상을홀로그램의앞에서관찰하도록제작된것으로밝고선명한색상이장점임 반사형홀로그램은홀로그램의앞에서빛을비추어반사하여나온상을홀로그램앞에서관찰하도록제작된것으로뚜렷한입체감을보유함 투과형방법 반사형방법 [ 홀로그램기술 ] 226

234 전략제품 현황분석 투과형 방법은 홀로그램의 뒤에서 빛을 비추어 투과하여 나온 상을 홀로그램 앞에서 관찰하도록 제작 제작 시 물체파와 기준파를 같은 방향으로 사진 필름에 노출하여 색이 선명하고 밝음 홀로그램의 앞에서 빛을 비추어 반사하여 나온 상을 홀로그램 앞에서 관찰하도록 제작 제작 시 물체파와 기준파의 방향을 감광재료에서 반대 방향에서 입사하여 입체감이 뛰어남 홀로그램기술은 빛의 간섭을 기반으로 하여 데이터를 획득 복원 생성하는 기술과 디스플레이 기 술로 구성됨 이에 대한 활용은 3차원 객체로부터 반사된 빛과 참조광 간의 간섭을 기록하는 프린지 패턴(간섭 무늬)을 활용하는 분야와 획득된 프린지 패턴을 다시 회절 및 굴절을 시켜서3차원으로 복원된 객 체 영상을 활용하는 분야로 구분됨 프린지 패턴은 어린이용 장난감이나 포장지에 활용되는 무늬의 기록이며, 이를 다시회절 및 굴절 시켜 3차원으로 복원한 영상은 입체감을 갖는 영상이 됨 간섭에 의한 홀로그래픽 기술 회절 및 굴절에 의한 홀로그래픽 디스플레이 [ 홀로그래피 기술의 원리 ] 227

235 스마트팩토리 스마트제조홀로그램 나. 범위 (1) 생성및재생방식관점 홀로그래피기술을활용하여만들어내는홀로그램은생성하고재생하는방식에따라아날로그홀로그램, 유사홀로그램, 디지털홀로그램등크게 3가지로분류함 아날로그홀로그램은사진촬영을응용하여광원으로레이저를사용하여촬영한 3차원영상이미지생성기술을총칭함 유사홀로그램은완전한홀로그램은아니지만초다시점입체영상을촬영하여홀로그램효과를만들어내는기술과특수한반투과형스크린을통해서명상을투영하여홀로그램영상효과를모방하여내도록하는기술을말함 ( 슈도홀로그램, Pseudo Hologram) 디지털홀로그램은 CCD 카메라나 CMOS 센서등의이미지센서로촬영한 3차원디지털데이터를획득하여홀로그램을생성하고, 저장과처리및편집이가능한형태인디지털홀로그래피기술을적용하여입체적으로제작한기술을말함 [ 생성및재생방식관점기술범위 ] 전략제품생성및재생방식세부기술 아날로그홀로그램 필름을사용하여실물을입체영상으로구현기술 홀로그램필름, 광원및광학소자기술등 홀로그램 유사홀로그램 디지털홀로그램 반투과형스크린투영영상기술 초다시점입체영상으로홀로그램효과구현기술 반투과형스크린투영영상및초다시점콘텐츠획득 생성 전송 재현기술 사물로부터반사된빛을디지털화된기록및재현을통해현실감을제공하는실감기술 디지털홀로그램획득 생성 전송 재현기술 228

236 전략제품 현황분석 (2) 물리적 원리 관점 홀로그램 기술은 빛의 간섭을 기반으로 피사체에 대한 정보의 획득, 복원, 기술과 빛의 회절 및 굴절을 통한 디스플레이 기술로 구성되어 있으며 이의 응용 및 적용 범위는 매우 넓음 홀로그램 기술의 아날로그 간섭패턴은 제조업분야 정밀기기와 의료 기기에 활용되며 디지털간접패 턴은 수학적 모델 기반 3차원 객체에 대한 간섭패턴을 계산하는 것으로 디스플레이와 보안 등에 활용됨 회절 및 굴절 기술을 활용하는 디스플레이 기술은 정적 디스플레이와 동적 디스플레이로 나뉠 수 있는데, 정적 디스플레이 기술은 보안 제품과 홀로그래피 프린터를 활용한 다양한 교육, 문화 그 리고 HOE(홀로그래픽 광학소자, Holographic Optical Element) 등에 활용 될 수 있으며, 동적 디스플레이 기술은 홀로그래피 디지털화로 인해 향후 가능해질 분야로 현재 기술개발 단계에 있음 [ 물리적 원리 관점 기술범위 ] 전략제품 물리적 원리 획득 복원 생성 기술 (빛의 간섭) 세부기술 아날로그 간섭패턴 (획득 복원) 레이저빔 또는 카메라로 직접 객체정보를 획득하고 이로부터 정 디지털 간섭패턴 (생성기술) 수학적 모델기반 3차원 객체에 대한 정확한 간섭패턴 계산 기술 정적 디스플레이 홀로그램 기술 매칠에 간섭 패턴을 기술하여 디스플레이 기술 동적 공간광변조기(SLM)에 의한 동영상 홀로그램 디스플레이 기술 확한 3차원 객체정보 추출(복원기술) 기술 정밀측정기기, 비파괴검사기, 의료기기 홀로그래픽 렌더러(홀로그래픽 디스플레이 및 프린터) 기술 홀로그램 디스플레이 기술 (회절 및 굴절) 디스플레이 보안제품, 홀로그래픽 프린터 기술 동영상 홀로그래픽 플레이, 홀로그래픽 개인단말 기술 229

237 스마트팩토리 스마트 제조 홀로그램 2. 산업환경분석 가. 산업특징 및 구조 (1) 산업의 특징 홀로그램 기술은 다양한 산업에 적용되어 활용되고 있으며, 특히 홀로그래피 기술을 활용하면 레이저빔 또는 카메라를 이용하여 객체 정보를 정밀하게 획득할 수 있어 다양한 스캐너, 산업 용 테스팅, 설계 등 제조 산업 분야에 적극적으로 활용되고 있음 [ 홀로그램 산업 분야 ] 산업 자동차 기계, 철강 전자, 통신 의료 문화 엔터테인먼트 분야 설계 계측, 검사 H-HUD H-HMD 수술 진단 기록, 보존, 복원전시 디지로그 가상공연 내용 자동차/기계 부품의 여러 요소를 입력하여 산출된 시제품의 3차원 입체 영상을 검토하여 보완, 정밀도 등 품질향상, 비용 및 시간 절감 도모 홀로그래픽 산업용 테스팅을 통해 기존 CAT 스캔, 엑스레이, 초음파로 검출할 수 없었던 결함 파악 등 비파괴 검사 분야 적용 비행기 및 차량용 홀로그램 HUD 개발을 통한 실시간 주행정보제공 및 안전운 행 및 기존 물리적 모니터, 키보드, 마우스에서 벗어난 차세대 UI 개발 디스플레이를 통해 이용자에게 3차원 완전 입체 영상을 제공하는 홀로그래피 기기 개발/제공 의료용 3D 홀로그램을 활용하여 수술의 정확도와 효율성을 제고 홀로그램 3차원 영상을 활용한 영상 현미경, 3차원 스케너 등 의료진단과 약물 발견 등에 활용 미술공예품, 사적지, 경관 등 역사상 중요한 문화재 또는 자연의 기록 등을 간 결하고 정확하게 기록하고 보존 관람객의 몰입도 증진을 위해 가장의 전시품을 극사실적인 홀로그램 재현 기술 을 통해 구현/전시 기존 공연에 홀로그래피 기술을 이용하여 배경화면 및 전경의 가상 물체를 실 사에 영상을 합성하여 관객의 몰입도와 현장성을 극대화 현장에 실제 공연자가 공연하는 것처럼 실시간 또는 사전 제작한 영상을 홀로 그램화 홀로그램 산업은 현재 강점과 약점, 기회와 위협을 모두 가지고 있음 강점과 기회요인으로는 국내외적으로 정부와 민간 부문에서 홀로그램에 관한 관심이 고조되고 있 으며, 세계 최고 수준의 3D 디스플레이 기술력을 보유하고 있어 대외경쟁력이 높고 국가적으로 전략적 기술개발을 추진중에 있음 약점과 위협요인으로는 선진국에 비해 홀로그램 분야 원천기술 및 산업기술격차가 상존하고 있으 며, 관련 표준을 아직 정립하지 못한 상태인바 이에 대한 보다 적극적인 표준개발 및 선점전략이 필요함 230

238 전략제품 현황분석 나. 경쟁환경 세계 시장에서 대표적인 홀로그램 전문기업으로는 스위스 3D AG, 미국의 Headwall Photonics, 독일의 JENOPTIK 등이 있음 아마존, 마이크로소프트 등 기존 기업들도 시장 선점을 위해 홀로그램 단말 및 실용화 서비스 프로젝트 등을 수행하고 있음 아마존은 2014년 무안경 3D 스마트폰(파이폰) 출시를 발표 했으며, 마이크로소프트는 2012년 홀 로그램 터치 디스플레이 프로젝트 메르메르(Project Vermeer) 에 이어 15년 H-HMD 기기인 홀 로렌즈(Holo-lens)를 선보여 디지털 홀로그램의 성공가능성을 높임 해외 기업들은 현재 주목하고 있는 홀로그램 기술은 3D 홀로그램으로 3D 입체영상, 울트라 HD(Ultra HD) 등 진화를 거듭하고 있는 디스플레이 분야의 새로운 차세대 혁신 기술로 각광 받고 있음 글로벌 기업들은 홀로그램 시장의 잠재력을 높이 평가 하며, 지속적으로 R&D에 투자하고 있음 에 따라, 미국, 일본, 독일 등의 기술 선진국에서 홀로그램 관련 특허를 선점하고 있음 미국은 전체 특허 출원의 40%이상 점유하고 있으며, 일본은 24%, 유럽과 한국이 각각 21%, 14%를 차지하고 있음(KEIT, 11년) 아날로그 및 유사 홀로그램분야에서는 제품 위주의 특허가 출원되고 있으며, 디지털 홀로그램 분 야에서는 원천 기술 위주의 특허 출원 중에 있음 시장에서 상용화된 3D 홀로그램 기술은 플로팅(Floating)방식의 홀로그램 기술로 360도에서 감상이 가능한 완전한 3D 입체영상을 보여주지는 못하며, 평면에 2차원 영상을 투영하는 유사 홀로그램 기술임 초기에는 공연, 전시에 주도적으로 사용되기 시작한 홀로그램은 기술 발전에 따라 제조, 게임, 화상전화, 의료 수술 보조 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것으로 기대됨 3D 홀로그램의 구현을 위해 주목받고 있는 홀로그램 기술은 디지털 홀로그램으로 실사영상 및 3차원 객체를 완벽하게 재현할 수 있다는 측면에서 실감 영상의 궁극의 기술로 각광 받고 있 으며 다양한 활용 서비스로의 발전이 예측되어 산업적으로 큰 의미가 있음 231

239 스마트팩토리 스마트제조홀로그램 디지털홀로그래피는기존아날로그홀로그래피와는달리, 압축 / 전송이용이해지며, 동영상의 구현이가능해지기때문에실감영상의궁극의기술로부상하고있음 2011 년부터정부주도로홀로그래픽단말및콘텐츠의핵심 원천기술확보와홀로그램신산업 창출을위한연구개발지원을하고있음 대기업을중심으로디지털홀로그래픽패널및프린팅기술개발이추진중이며, 중소기업은 아날로그홀로그램및유사홀로그램기술을활용한사업진행하고있음 우리나라는삼성, LG 등을중심으로디지털홀로그래픽패널기술을추진중이며, 중소기업은아날로그홀로그램및유사홀로그램기술을활용한사업을진행하고있음 삼성은 15년미래부가주관하는범부처사업인 기가코리아 워크샵을통해현재해상도를 5배이상높인초고해상도모바일 OLED 패널양산을위해완전입체디스플레이기반기술인 디지털홀로그래픽패널 기술을확보하겠다고밝힘 유사홀로그램분야에서는 KT가와이지엔터네인먼트와손잡고홀로그램공연콘텐츠를개발하여 14 년 K-LIVE에서 홀로그램 K-Pop 콘서트 를운영하고있으며, 2015년 7월제주도홀로그램공연장인 플레이케이팝 공연장을오픈하여운영하고있음 [ 해외홀로그램주요기업 ] 업체명국적전문분야 3D AG 스위스 홀로그램인쇄, 보안 / 인증 API Group PLC 영국 홀로그램인쇄, 패키징, 보안 / 인증 CFC International 미국 홀로그램인쇄, 패키징, 보안 / 인증 Headwall Photonics Inc 미국 홀로그램정밀계측장비, 비파괴분석 ( 농업, 국방, 해양, 환경, 기계분야등 ) JENOPTIK Microoptics 독일 Holographix LLC 미국 Zebra Imaging 미국 Holografika 헝가리 GGHs(Computer Generated Holograms), 홀로그램테스팅, 디지털이미징등 홀로그래픽광학소자 ( 회절격자 ), 홀로그램용 replicated mirrors/lense, 회절광학렌즈 3D 홀로그래픽프린트, 3D 스캐너, 3D 홀로그래픽디스플레이 ( 홀로그램지도등 ) 3D 홀로그래픽디스플레이 ( 실시간다시점상용화시스템 ), 홀로그램 SW(3D converter, 홀로그램렌더러, 홀로그램플레이어, 뷰어등 ) Leia display Systems 폴란드 3D 홀로그래픽디스플레이, 홀로그램화상전화시스템 RealView Imaging LTD 이스라엘 의료용 3D 홀로그램디스플레이시스템, 심혈관중재시술기, 3D 진단영상기기 232

240 전략제품 현황분석 3. 시장환경분석 가. 세계시장 현재 아날로그 홀로그램 기술이 보안, 인증, 인쇄 등 분야에서 다양하게 활용되고 있으며, 최근 유사 홀로그램 시장이 부각되고 있는 상태로 디지털 홀로그램 시장은 태동 단계에 있음 아날로그 홀로그램은 보안/인증, 인쇄/전시, 의료기기/정밀계측장비, 홀로그램 광학소자 등 다양한 분야에 적용되어 성숙단계에 도달함 유사 홀로그램은 최근 공연, 전시 분야에서 반투과형 스크린 투영 영상을 이용한 유사 홀로그램 기 술 및 콘텐츠가 활용되면서 주목받고 있는 시장임 디지털 홀로그램은 국내외적으로 3D 콘텐츠의 확산으로 실감영상의 궁극인 홀로그램에 대한 이용 자의 니즈(Needs)가 높아지는 등 점차 디지털 홀로그램 산업이 태동하고 있음 세계 홀로그램 시장규모는 15년 기준 약 199억 달러 규모로 형성되어 있으며, 25년 세계 시장은 1,162억 달러로 연평균 약 14% 내외로 지속성장할 것으로 전망됨 현재 세계 홀로그램 시장은 보안/인증, 인쇄/전시, 의료기기/산업장비 등 아날로그 홀로그램이 주 도 하고 있는 것으로 나타남 2020년까지, 아날로그 및 유사 홀로그램 시장을 중심으로 관련 기술의 상용화, 제품화 등이 계속 진행될 것으로 예상됨 2020년 이후 디지털 홀로그램 시장이 본격화 되면서 기존 아날로그 및 유사 홀로그램 시장을 점 진적으로 대체하면서 성장할 것으로 전망됨 디지털 홀로그램 기술은 테마파크, 광고, 전시, 군사 등의 분야에서 우선 활용될 것으로 전망되며, 중장기 적으로 H-HMD/H-HUD, 웨어러블 디바이스 등의 개인 단말 시장 중심으로 성장이 이루어 질 것으로 예상됨 [ 세계 홀로그램 분야의 시장규모 및 전망 ] (단위 : 백만달러, %) 구분 세계시장 19,923 22,178 24,775 27,748 31,097 34,865 CAGR ('13~'15) 9.5% *출처: Global Industry Analsis, Inc., "Holography for Industrial Applications",

241 스마트팩토리 스마트제조홀로그램 나. 국내시장 국내홀로그램시장규모는 2015년기준 4,875억원수준으로추정되며, 2020년국내시장은 8,155억원규모로지속성장할것으로전망 이중보안 / 인증및의료기기등산업장비등아날로그홀로그램이시장을주도할전망 유사홀로그램분야인홀로그램콘텐츠시장은상용화, 제품화가지속적으로진행될것으로예상 디지털홀로그램분야중 HMD 시장은 2020년경, HUD 시장은 2021년에새롭게열릴전망 [ 홀로그램분야의국내시장규모및전망 ] 구분 ( 단위 : 억원, %) CAGR ('13~'15) 국내시장 4,875 5,435 6,138 6,876 7,489 8, % * 출처 : Global Industry Analsis, Inc., "Holography for Industrial Applications", 아날로그홀로그래피의경우세계시장에서국내시장이차지하는비중은 3% 에불과하나, 향후 HMD, HUD, 홀로그래피 TV 등디지털홀로그램시장에서는디스플레이시장의경쟁력을기반으로시장의 20% 가량차지할것으로예상됨 HMD 시장의경우국내제품의점유율은 2020년 12.1% 에서 2025년 44.4% 로증가할것으로전망되며, 국내 HUD 제품점유율은 2021년 12.5% 에서 2025년 31.2% 로성장할전망 * 자료 : 디지털홀로그래피기술동향및전망 (ETRI, ) [ 국내디지털홀로그래피시장전망 ] 디지털홀로그래피기기의상용화시점은 HMD, HUD 의경우 2017~2020 년, 홀로그래피스 마트폰은 2020 년, 홀로그래피 TV 는 2025 년으로전망함 정부의적극적지원이있을경우 2017 년경부터디지털홀로그래피상용화가가능할전망됨 234

242 전략제품 현황분석 다. 표준화 현황 홀로그램 분야는 아직 표준기술이 정해지지 않은 상태이며, 홀로그램은 아직 표준기술이 정해 지지 않았음. 정보통신기술(ICT)의 특성상 기술을 선점하는 것이 무엇보다 중요함 홀로그램에 관해서 현재 국제 표준화기구에서 실무조직 부재로 인해 향후 신규 표준 위원회구성 및 추진 필요성이 제기되고 있는 상황임 이에 정부는 글로벌 시장선도를 위해 기술분야별 국내 표준을 마련하고 국제표준을 선도하기위한 대응방안을 마련함(홀로그램 산업 발전전략(안), 미래부, 14. 8) 단말 콘텐츠 서비스간 상호연계성 확보를 위한 주요 세부 사업 및 기술 분야별 국내 표준 마련 홀로그램 新산업 및 서비스별 산 학 연 전문가를 중심으로 표준화 그룹 구성 운영( (가칭)홀로 그램 포럼 내 표준화 분과 운영) [ 주요 분야별 표준화 ] 분야 홀로그램 단말 및 서비스 홀로그램 콘텐츠 홀로그램 IOP* 추진 내용 패널, 카메라, 신호처리 및 전송, 플랫폼, 네트워킹 기술 표준 인터페이스, 인터렉션, 콘텐츠 포맷, 콘텐츠 저작도구, 콘텐츠 서비스 모델, 휴 먼펙터 표준 상호 호환성 및 측정, 검증 표준 * IOP : Interoperability(상호 호환성) 시장초기의 표준 선점을 위한 국제표준활동 강화 국내 디지털 홀로그램 표준화 방향 수립 국내외 산 학 연 상호 협력 및 참여유도 관련 국제 표준 기구에서의 공조 홀로그램 新산업에 대한 국제 표준화 추진과 함께 국내 전문가들의 국제 표준기구에 진출할 수 있 도록 적극 지원 235

243 스마트팩토리 스마트제조홀로그램 4. 기술환경분석 가. 기술개발트렌드 해외기업들은현재주목하고있는홀로그램기술은 3D 홀로그램으로 3D 입체영상, 울트라 HD(Ultra HD) 등진화를거듭하고있는디스플레이분야의새로운차세대혁신기술 레이저를쏘아 360도에서볼수있는리얼홀로그램을구현하는기술은광학기술의한계로당분간실용화가힘든만큼디지털프로젝션과반사거울이나투명막, 시각적착시효과를이용해보다더간단하고실용적인방식으로홀로그램을구현하려는연구가진행. 현재아날로그홀로그램기술이보안, 인증, 인쇄등분야에서다양하게활용되고있으며, 최근유사홀로그램시장이부각되고있는상태로디지털홀로그램시장은태동단계 3차원홀로그램디스플레이의본격적인상용화시기는 2020년경으로예상되며, 미국애리조나대학의나세르페이검배리언 (Nasser Payghambarian) 교수연구팀에의하면 2020년까지홈 3D 비디오스크린에홀로그램을구현할수있을것으로전망 시장에서상용화된 3D 홀로그램기술은플로팅 (Floating) 방식의홀로그램기술로 360 도에 서감상이가능한완전한 3D 입체영상을보여주지는못하며, 평면에 2 차원영상을투영하는 유사홀로그램기술 플로팅홀로그램은물체의영상이바닥에설치된거울에투사되고, 여기서반사된이미지가 45도로기울어진투명막에투영됨으로써시각적인착시를일으키는원리에기반 오래전개발된기술인플로팅방식의홀로그램으로도관객에게놀라움을불러일으킬수있고, 높은호응을이끌어내는것으로보면 360도에서관람이가능한리얼홀로그램기술의파급력과효과는상당히클것으로예상 초기에는공연, 전시에주도적으로사용되기시작한홀로그램은기술발전에따라제조, 게 임, 화상전화, 의료수술보조등다양한분야에활용될수있을것 3D 홀로그램이기존의디스플레이기술과차별되는지점은물리적인디스플레이화면을요구하지않는투명성 (Transparency) 과내추럴유저인터페이스 (NUI) 와의접목가능 3D 홀로그램으로표현된물체를손으로만지거나다른도구로접촉하는것이자유롭기때문에가상공간의사물이실제로같은공간에있는것처럼인간의동작이나조작에반응하는내추럴유저인터페이스구현에최적화된특징 NUI가 3D 홀로그램과접목될경우홀로그램체스말을직접손으로집어움직이거나, 수술중에장갑을벗지않고도홀로그램으로표시된심장이나인간의장기 ( 臟器 ) 를손으로돌려가며다른각도에서보는것과같은혁신적인형태의인터랙션이가능 236

244 전략제품 현황분석 * 출처 : techcrunch.com [ 3D 홀로그램 NUI 구현 사례 ] 향후 홀로그램이 가상현실과 증강현실과 기술융합을 통해 새로운 서비스 또는 비즈니스가 발굴 될 것 3D 홀로그램의 구현을 위해 주목받고 있는 홀로그램 기술은 디지털 홀로그램으로 실사영상 및 3차원 객체를 완벽하게 재현할 수 있다는 측면에서 실감 영상의 궁극의 기술로 각광 받고 있으며 다양한 활용 서비스로의 발전이 예측되어 산업적으로 큰 의미 일본, 유럽, 미국 등에서 홀로그래피 연구가 더욱 활성화되고 있는데, 일본은 22년 월드컵을 타겟으로 Holo-TV 방송 계획을 발표하고 추진 유럽, FP7의 Real 3D 프로젝트에서 디지털 홀로그래피의 전 분야에 대한 핵심기술을 추진하 고 있고, 미국에서는 민간과 대학을 중심으로 홀로그램 융합산업의 원천기술 확보를 추진 디지털 홀로그래피는 기존 아날로그 홀로그래피와는 달리, 압축/전송이 용이해지며, 동영상 의 구현이 가능해지기 때문에 실감 영상의 궁극의 기술로 부상 디지털 홀로그래피는 광학계 필름을 사용하는 아날로그 기술과는 달리, CCD(Charge Coupled Device) 및 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)를 포함하는 광전자기기에 의해 획득 또는 수학적 모델에 의해 생성된 홀로그래피 프린지 패턴으로, 실사 영상 또는 3차 원 객체 데이터에 대한 정보를 포함 디지털 홀로그래피의 핵심 기술은 아래와 같이 크게 디지털 홀로그래피 획득, 생성과 복원 기 술, 디지털 홀로그램 신호처리 기술, 디지털 홀로그래피 디스플레이 홀로그래피 기술을 전자기 기 및 광전자기기를 이용하여 구현하고, 광정보처리를 통해 홀로그래피 데이터를 처리 하는 기 술로 아날로그는 광학계/필름을 사용하여 콘텐츠를 생성/기록/디스플레이, 기록 기술로 구분 237

245 스마트팩토리 스마트제조홀로그램 [ 디지털홀로그램세부기술 ] 구분 디지털홀로그래피획득, 생성및복원기술 세부기술 다중디지털홀로그램획득기술다시점 / 초다시점 / 집적영상기반생성기술디지털홀로그램화질향상기술디지털홀로그램 3 차원공간복원기술 디지털홀로그램신호처리기술 홀로그래피기술기반왜곡보정기술디지털홀로그램트랜스코딩기술 3 차원공간정보정의및정보최소화기술홀로그래피토모그래피기술 디지털홀로그래피디스플레이기술 디지털홀로그램공간광변조기술자연색홀로그램광원및광학계기술디지털홀로그래피광학엔진기술고속 / 고휘도디지털홀로그램기록기술 글로벌기업들은홀로그램시장의잠재력을높이평가하며, 지속적으로 R&D 에투자하고 있음에따라, 미국, 일본, 독일등의기술선진국에서홀로그램관련특허를선점하고있음 미국은전체특허출원의 40% 이상점유하고있으며, 일본은 24%, 유럽과한국이각각 21%, 14% 를차지 아날로그및유사홀로그램분야에서는제품위주의특허가출원되고있으며, 디지털홀로그램분야에서는원천기술위주의특허출원 ( 아날로그홀로그램분야 ) 레이저, 기록매질기술의발전에따른대형홀로그램제작기술, 천연색컬러홀로그램제작에관한기술특허 ( 유사홀로그램분야 ) 무안경 3D, 다수시점제공, 다시점동영상처리, 눈의피로완화, 시점교차방지, 초다시점시스템분야등에관한특허 ( 디지털홀로그램분야 ) 컴퓨터생성홀로그램제작기술, 잡음성분제거기술, 실시간재생기술등에관한특허출원추진 홀로그램은차세대영상기술로, 미래국가경제를견인할새로운성장동력으로기대되고있 으나, 우리나라는아직까지관련기술전반적인측면에서의기술성숙도가부족한상황임에따라 시장수요중심과미래국가경쟁력확보를위한핵심원천기술개발이동시에요구 현재홀로그램시장은아날로그시장과유사시장이당분간주도할것으로전망됨에따라수요 기반의산업응용기술개발이필요 238

246 전략제품 현황분석 아날로그 홀로그램 제작 장비 기술개발을 통해 홀로그램 제작 용이성 확보 및 서비스 산업 활성화 요구 유사홀로그램 영상 투영시스템, 콘텐츠 제작기술, 실사/가상영상 합성기술 등 시장수요기반의 기술 상용화 요구 향후 3D 입체 영상 수요에 대비하여 이와 관련된 핵심원천기술 확보 및 조기 상용화 전략이 요구 우리나라가 기반 경쟁력을 확보하고 있는 홀로그램 패널 기술을 중심으로 콘텐츠 기술, 서비스 기 술, 부품기술 등을 중심으로 기술개발 및 조기 상용화 요구 나. 주요업체별 기술개발동향 (1) 해외업체동향 해외 기업들은 초기 3차원 입체영상 시장 선점을 위해 실용화가 가능한 단말 및 서비스 모델 발굴에 전념 미국의 벤처기업인 복손(Voxon)은 박스모양의 3D 홀로그램 디스플레이 위에서 체스와 같은 게임 을 즐길 수 있는 프로토타입 제품인 복시박스(Voxiebox) 를 소개 헝가리의 Holografica는 완전 입체 3차원 영상이 사용자와 자연스럽게 상호작용하는 시스템을 개 발 아마존은 3D 안경을 쓰지 않고도 어떠한 각도에서도 스크린의 이미지를 볼 수 있는 3D 스마트폰 (파이어폰) 출시를 발표( ) 폴란드 기업인 레이아 디스플레이 시스템즈(Leia Display Systems)는 영국 미러(Mirror)誌와의 인 터뷰에서 홀로그램 화상전화 시스템을 개발하고 있다고 밝혀 관심을 모음 이스라엘 기업인 리얼뷰 이미징 LTD(RealView Imaging LTD)는 2014년 1월 3D 홀로그램을 심 장 수술 보조에 적용하는 데 성공했다고 밝힘에 따라 의료용 3D 홀로그램 디스플레이 시스템이 성공적으로 상용화될 경우 수술의 효율성을 높이는 데 기여할 것으로 전망 일본 파나소닉의 플로팅 인터렉티브 디스플레이(Floating interactive Display) 는, 유사 홀로그램 을 디스플레이에 적용해 안경 없이 입체영상을 볼 수 있게 만드는 기술을 미국 라스베이거스에서 열린 CES 2014에서 선보인 바 있음 239

247 스마트팩토리 스마트제조홀로그램 [ 홀로그래픽콘텐츠기술개발주요현황 ] 국가기관내용 MIT Kinect 카메라기반의실시간디지털홀로그램생성및복원다채널 AOM 광학변조기와 LCD 를이용한 5 인치급디지털홀로그램동영상재생시스템인 'HoloVideo' 를개발했으며, 홀로그램데이터처리방법론, 햅틱을이용한홀로그램인터랙션등디지털홀로그램관련기초연구를수행중 미국 NSIC DARPA 지원하에홀로그램을이용한차세대대용량저장장치를개발하기위해광굴절저장물질을개발하는산학연컨소시엄형태의대형국책프로젝트인 PRISM(Photo refractive Information Storage Materials) 과시스템및관련부품을개발하기위한 HDSS(Holographic Data Storage System) 를수행중 일본 유럽 CorticalCafe 커네티켓대학교 버지니아공대 게이오대학 NTT 동경대 NHK 지바대 빌켄트대학 ( 터키 ) 케임브리지대학교 ( 영국 ) SeeReal( 독일 ) 범유럽산학연컨소시엄 ( 프랑스 영국 이탈리아 스위스 ) Java Platform 에서 Fresnel Zone-Plate 기반의 CGH 저작툴 디지털홀로그램의부호화를위한기술개발을진행 레이저빔이생성하는간섭무늬를전기신호로변환및저장해, 고해상도의 CCD 카메라없이효율적으로홀로그램데이터를획득할수있는광주사홀로그래피 (Optical Scanning Holography) 기술을개발 레이저집광과공기중의플라즈마생성을통해점 (flashpoint) 단위공간영상의실험적인생성에성공 홀로그램대용량저장장치에대하여연구가진행중임 Touchable 홀로그램초기연구결과물을시연하여, 사용자와인터랙션이가능한홀로그램의개발가능성을시사 HD 급공간광변조기 (SLM) 를이용해고해상도홀로그래픽디스플레이를개발 FPGA 기반으로 CGH 홀로그램을고속생성및생성 수치복원기술개발 CGH 생성에요구되는다양한 Diffraction 계산루틴을 API 화한 CWO 및 CWO++ 라이브러리제공 유럽 7개국이참여하는 FP7의 Real3D 프로그램을통하여, HDF5 기반의디지털홀로그래픽콘텐츠데이터파일포맷연구 CGH 생성및복원영상을 bmp나 avi 파일형태로출력하고, 원본영상과복원영상간의유사성분석기능을갖춘 Hololab Software 개발사용자의관심영역에만홀로그램영상을생성함으로써고속화된디지털홀로그램생성이가능한 Sub-hologram 기술창안, 20인치급홀로그래픽디스플레이장치를개발 항공용의자동물체인식장치 자동물체추적장치 공장자동화용형상인식장치에응용 이가능한초고속홀로그래픽디지털광상관기및대용량저장장치개발을위하여 BRITE-EuRAM 프로젝트를수행중 * 출처 : 홀로그래피 : 완전입체영상기술의전망, TTA Journal Vol.133, ETRI 240

248 전략제품 현황분석 *출처 : 각 기업 홈페이지 참조 [ 주요 선진국 기업들의 홀로그램 주요 개발품 ] 241

249 스마트팩토리 스마트제조홀로그램 (2) 국내업체동향 ( 민간부문 ) 대기업을중심으로디지털홀로그래픽패널및프린팅기술개발이추진중이며, 중소기업은아날로그홀로그램및유사홀로그램기술을활용한사업진행 삼성전자및 LG전자등에서초다시점및홀로그래픽패널, 홀로그래픽프린터등의응용시스템개발추진 한교아이씨등일부국내중소기업은아날로그홀로그램을중심으로서비스모델발굴및사업화 KT와 YG는미래부와함께지난해 1월홀로그램전용관 K라이브(K-live) 를오픈하는등유사홀로그램상용화에박차 [ 디지털홀로그래픽콘텐츠기술개발주요현황 ] 기관 내용 서울대 공간광변조기를원통형구조의어레이로배열하여홀로그램복원시시야각을넓히는연구를진행중 광운대 동영상표준코덱을이용한디지털홀로그램의압축방식, 고속 CGH 생성기술, 디지털홀로그램의보 호및보안기술, 컬러홀로그래픽디스플레이기술등의전반적인기술개발을진행중 세종대 광주사홀로그래피를이용해실제물체의복소수홀로그램을추출하는홀로그램정보추출기술, 추 출한복소수홀로그램을변환해데이터량을줄이는디지털변환처리기술, 쌍영상잡음없이복원 하는복원기술을진행중 충북대 Affine 변환기반의디지털홀로그래픽콘텐츠처리알고리즘연구 직접광학계를이용해촬영한객체의요소영상을합성하여객체의홀로그램생성하는연구를진행중 고려대 삼각형메쉬기반의 CGH 생성최적화알고리즘및광학적복원검증기법연구 KIST 홀로그래픽스크린시스템및홀로그램데이터입출력시스템을개발 ETRI 실사및가상객체에대한 CGH 홀로그램고속생성 합성 편집기술및디지털홀로그램프로덕션파 이프라인기술개발 * 출처 : 홀로그래피 : 완전입체영상기술의전망, TTA Journal Vol.133, ETRI 242

250 전략제품 현황분석 다. 기술인프라 현황 [ 홀로그램 관련 기술개발 주요 지원과제 현황 ] 분야 홀로 그래픽 단말 분야 홀로그램 콘텐츠 분야 주요내용 예산( 13년) 수행기관 (디지털 홀로그래픽 테이블탑형 단말 기술 개발) - 수평 360도/수직 60도 실시간 컬러 테이블탑형 홀로그래 픽 단말 기술 개발 37억원 ETRI (실시간 인터랙션을 제공하는 초다시점 단말 기술 개발) - 인터랙티브 초다시점 모바일 단말 기술 및 200인치 급의 초다시점 대화면 30억원 KIST (기가급 대용량 양방향 실감 콘텐츠 기술 개발) - 다양한 각도에서 기가급 대용량 실감 콘텐츠 획득/표현/ 상호 작용을 위한 콘텐츠 기술 30억원 ETRI (대화면 디지털 홀로그래픽 콘텐츠 제작 원천 기술 개발) - 10인치 수준의 대화면 초고해상도 (64K급) 홀로그래픽 콘텐츠 저작 도구 개발 20억원 KEIT 5억원 광운대 (천연색 360도 3D 동영상 홀로그램 제작 기술 개발) - 천연색 멀티플렉스, 동영상, 180도, 360도 3D 동영상 홀로 그램 제작 기술 개발 미래창조과학부는 홀로그램을 ICT 10대 핵심기술로 선정 (ICT R&D 중장기전략, 월) 국가중점과학기술 전략로드맵 에서 홀로그램 중심의 실감 콘텐츠 를 30대 국가중점과학기술 중 하나로 선정( 14. 4월) 기가코리아 사업 등을 통해 13년부터 본격 연구개발을 착수하여 152억원 규모로 홀로그램 관련 연구를 지원 중( 13년 현재) 미래창조과학부는 14년 8월 제2회 정보통신 전략위원회 를 통해 정보통신(이하 ICT) 분야의 새로운 성장동력인 홀로그램 산업을 활성화하기 위한 홀로그램 산업 발전전략 을 확정 新ICT 산업생태계를 여는 홀로그램 창의국가 실현 을 비전으로 정하고, 기술/표준화 선도 (Leading Technology & Standard), 미래 유망서비스 활성화(Immersive Service), 혁신 인 프라 구축 (Vitalizing Innovative Infrastructure), 지속 발전 가능한 생태계 조성 (Establishing Holo-Eco System) 등 홀로그램 LIVE 전략 을 마련 243

251 스마트팩토리 스마트제조홀로그램 라. 특허동향분석 (1) 연도별출원동향 스마트제조홀로그램기술의지난 7년 ( 10~ 16) 간출원동향 25) 을살펴보면연도별로출원경향이감소, 증가를반복하고있어지속적으로스마트제조홀로그램기술관련기술개발활발 각국가별로살펴보면미국출원경향은감소-증가추세, 일본은감소-증가-감소추세, 유럽과한국은유지되는경향을보이고있음 국가별출원비중을살펴보면미국이 55.6% 로최대출원국으로스마트제조홀로그램기술을 주도하고있는것으로나타났으며, 일본이 20,8% 로미국다음으로많은특허를출원하였고 한국 13.7%, 유럽 9.9% 로비슷한수준의출원비중을보이고있음 [ 스마트제조홀로그램기술분야연도별출원동향 ] 25) 특허출원후 1 년 6 개월이경과하여야공개되는특허제도의특성상실제출원이이루어졌으나아직공개되지않은미공개데이터가존재하여 2015, 2016 년데이터가적게나타나는것에대하여유의해야함 244

252 전략제품 현황분석 (2) 국가별 출원현황 한국의 출원현황을 살펴보면 출원이 유지되는 경향을 보이고 있으며, 외국인의 출원은 낮은 비 중을 유지 외국인의 출원이 낮은 비중을 유지하고 있는 이유를 살펴보면 스마트 제조 홀로그램 기술의 국내 시장에 대한 외국인의 선호도가 높지 않은 것으로 추정 미국의 출원현황은 감소-증가가 반복되며 출원이 유지되는 경향을 보이고 있고, 외국인 출원 비중이 일정하게 유지되고 있는 것으로 보아 미국 시장에 대한 외국인의 관심도 역시 꾸준한 것으로 추정 일본과 유럽의 출원현황은 지속적으로 유지되고 있는 추세를 보이고 있으며, 일본 출원인 대부 분이 내국인인데 비해 유럽 출원인은 외국인 비중이 높음 [ 국가별 출원현황 ] 245

253 스마트팩토리 스마트제조홀로그램 (3) 투입기술및융합성분석 스마트제조홀로그램기술분야의투입기술을확인하기위하여특허분류코드인 IPC Code 26) 를통하여살펴본결과스마트제조홀로그램기술분야의가장높은 IPC는 G03H 기술분야가 298건으로가장많이차지하고있으며, 이어서 G02B가 86건, B42D가 45건으로다수를차지 이외에 G11B 39건, G01B 24건, H04N 23건, B32B 20건, G09F 17건, G03F 16건, G06K 16건순으로기술이투입되어있어스마트제조홀로그램기술분야에다양한기술이융합되어존재 더불어해당 IPC의특허인용수명을살펴보면 G09F 기술분야의수명이 10년으로가장긴것으로나타났으며, G11B 기술분야는 6년으로가장짧은것으로분석 [ 스마트제조홀로그램기술분야상위투입기술 ] IPC 기술내용특허인용수명 (TCT) 27) G03H 홀로그래픽처리또는장치 7 년 G02B 광학요소광학계또는광학장치 8 년 B42D 책 ; 책의커버 ; 낱장식 ; 달리분류되지않는특수형의인쇄물 ; 그것에사용되는장치및사용되지않는장치 ; 이동되는대상체의기입또는독취장치 8 년 G11B 기록매체와변환기사이의상대적인운동을기본으로하는정보저장 6 년 G01B 길이, 두께또는유사한직선치의측정 ; 각도의측정 ; 또는윤곽의불규칙성측정 면적의측정 ; 표면 7 년 H04N 화상통신 7 년 B32B 적층체, 즉평평하거나평평하지않은형상 8 년 G09F 표시 ; 광고 ; 사인 ; 라벨또는명찰 ; 시일 10 년 G03F 사진제판법에의한요철화또는패턴화표면의제조 5 년 G06K 데이터의인식 ; 데이터의표시 ; 기록매체 ; 기록매체의취급 7 년 26) 전세계적으로통용되고있는국제특허분류 (IPC: International Patent Classification) 를통해특허정보기술분야에서공지기술을조사할수있으며, 기술및권리정보에용이하게접근가능 27) 특허인용수명지수는후방인용 (Backward Citation) 에기반한특허인용수명의평균, Q1, Q2( 중앙값 ), Q3 에대한통계값을제시함. 특히이와같이산출된 Q2 는 TCT(Technology Cycle Time, 기술순환주기또는기술수명주기 ) 라고부름 246

254 전략제품 현황분석 투입기술이 가장 많은 G03H 분야와 융합이 높게 이루어진 기술은 G02B 분야로 나타났으며, B42D, G11B 분야와도 융합된 기술의 건수가 높은 것으로 분석 이외에 G02B 분야와 융합된 기술은 B42D, G02F, G09G 분야와 융합된 기술이 많은 것으로 나 타났으며, B42D 분야와 융합된 기술은 B32B, G09F 기술로 분석 [ 스마트 제조 홀로그램 기술 분야 IPC 기술 및 융합성 ] (4) 주요출원인 분석 세계 주요출원인을 살펴보면 주로 미국의 출원인이 다수의 특허를 보유하고 있는 것으로 나타 났으며, 전자와 엔지니어링 분야의 출원인이 대부분 주요 미국 출원인을 살펴보면 Celloptic, Qualcomm Mems Technologies 등 전자 기업과 General Electric 등 엔지니어링 기업이 다수 출원을 하고 있는 것으로 나타났으며, 이들 미국 출 원인은 주로 미국 본국에 출원건수가 높은 것으로 나타남 한국 출원인으로는 한교아이씨와 삼성전자 등 2개 기업이 상위출원인으로 나타나 스마트 제조 홀 로그램 기술 관련 기술을 다수 보유 247

255 스마트팩토리 스마트제조홀로그램 가장많은특허를보유하고있는 Dainippon Printing 의 3 극패밀리수가 24 건으로다국적으로 시장을확보하며출원을하고있는것으로보이며, Sony 도 6 건으로다국적시장을확보 미국기업인 Qualcomm Mems Technologies 가확보한특허의피인용지수가 1.56 으로가장 높게나타나기술의파급성이높은원천기술을다수보유하고있는것으로분석됨 [ 주요출원인의출원현황 ] 주요 IP 시장국 ( 건수 %) 3 극 주요출원인 Dainippon Printing 국가일본 한국 미국 일본 유럽 % 15% 78% 7% IP시장국종합 패밀리수 ( 건 ) 피인용지수 일본 주력기술분야 홀로그램 제조방법및 장치 Sony 일본 % 42% 50% 8% 일본 홀로그램 제조방법, 저장필름 General Electric 미국 % 57% 14% 29% 미국 홀로그램 데이터기록 방법 Celloptic 미국 % 82% 9% 9% 미국 홀로그램생성 장치 Sabic Innovative Plastics Ip Bv 네덜란드 8 3 0% 73% 0% 27% 미국 홀로그램제작 및저장방법 Qualcomm Mems Technologies 미국 9 0% 100% 0% 0% 미국 홀로그래픽 디스플레이용 기기와방법 한교아이씨 한국 8 100% 0% 0% 0% 한국 홀로그래픽 스테레오그램의 마스터제작 삼성전자 한국 7 0% 100% 0% 0% 미국 홀로그래픽 3D 디스플레이 장치 Seereal Technologies 룩셈베르크 6 0% 100% 0% 0% 미국 홀로그래픽 디스플레이 기기 Sharp 일본 6 0% 0% 100% 0% 일본 파장선택적인 홀로그램 제조방법 248

256 전략제품 현황분석 (5) 국내 출원인 동향 국내 출원인 동향을 살펴보면 대기업은 포스코강판의 출원건수가 가장 높게 나타났으며, 중소 기업에서는 한교아이씨의 출원건수가 높게 나타남 대기업의 주요 출원인은 포스코강판과 기아자동차가 있으며, 중소기업의 주요 출원인은 한교아이 씨, 다이셀, 선경홀로그램 등이 주요 출원인인 것으로 나타남 기업 이외의 주요출원인을 살펴보면 한국광기술원, 한국생산기술연구원, 한국전자통신연구원 등 연구소/공공기관의 출원이 다수 나타났으며, 대학은 서울대학교, 건국대학교, 고려대학교 등의 출원이 높은 것으로 분석됨 [ 국내 주요출원인의 출원 현황 ] 249

257 스마트팩토리 스마트제조홀로그램 5. 중소기업환경 가. 중소기업경쟁력 스마트제조홀로그램분야의중소기업경쟁력은모든기술들이원천기술및높은기술력을요구 하는분야로중소기업의경쟁력이낮은것으로분석됨 [ 스마트제조홀로그램분야중소기업현황 ] 기술분류주요기술대기업중소기업중소기업참여영역중소기업 참여정도 스마트검사장비 고분해능 3 차원이미징기술가변및시분해특성을이용한계측기술 삼성전자 LG 전자 KT YG 한교아이씨 이미징기술계측기술 증강현실활용 See-Through 홀로그램 AR기기개발및활용기술홀로그램 AR기기인터페이스기술가상입체설계및 Assisted 제조기술 삼성전자 LG 전자 KT YG 한교아이씨 AR 기기입체설계제조 홀로그램메뉴얼 홀로그램프린팅기술프린팅홀로그램기록재료및저장기술천연색프린팅홀로그램제작기술 삼성전자 LG 전자 KT YG 한교아이씨 홀로그램프린팅프린팅기술 * 중소기업참여정도와점유율은주요제품시장에참여하는중소기업의참여규모와정도 ( 업체수, 비율등 ) 를고려하여 5 단계로구분 ( 낮은단계 :, 중간단계 (,, ) 높은단계 : ) 250

258 전략제품 현황분석 나. 중소기업 기술수요 스마트 제조 홀로그램 분야의 중소기업의 기술수요를 파악하기 위하여 중소기업 기술수요조사 및 중소기업청 R&D신청과제(2013~2015년)를 분석한 결과 아래 표의 내용과 같은 수요들이 다수 있는 것으로 분석 [ 스마트 제조 홀로그램 분야 과제신청현황 및 수요조사결과 ] 전략제품 기술 분류 관심기술 스마트 검사장비 고분해능 3차원 이미징 기술 증강현실 활용 See-Through 홀로그램 AR기기 개발 및 활용 기술 홀로그램 AR기기 인터페이스 기술 홀로그램 메뉴얼 홀로그램 프린팅 기술 프린팅 홀로그램 기록 재료 및 저장 기술 스마트 제조 홀로그램 251

259 스마트팩토리 스마트제조홀로그램 다. 중소기업핵심기술 (1) 데이터기반요소기술발굴 스마트제조홀로그램의특허및논문데이터검색을통해도출된유효데이터를대상으로데이터마이닝기법 (Scientometrics 기법 ) 을통해클러스터링된키워드의연관성을바탕으로요소기술후보군을도출 스마트제조홀로그램의특허및논문유효데이터를기반으로키워드클러스터링을통하여 10개의요소기술후보군을도출 제품별 dataset 구축 : 스마트제조홀로그램관련특허 / 논문데이터를추출하여노이즈제거후제품별 dataset 구축 1차클러스터링 : 키워드맵을통한고빈도키워드확인-빈도수 (tf-idf) 28) 가상위 30% 에해당하는키워드를대상으로 1차추출 2차클러스터링 : 1차클러스터링에서추출된고빈도키워드사이에서고연관도키워드를 2차추출 ( 고연관도기준은연관도수치 29) 가 2이상인클러스터로제한 ) 다음그림은키워드간연관네트워크를시각화한것으로, 각키워드를나타내는원과키워드간의연관도를나타내는직선으로구성 각키워드가특허와논문중어느데이터에서도출되었는지원의색으로구분하였으며, 키워드로도출된클러스터는황색음영으로표시 키워드를나타내는원은고빈도의키워드일수록원의크기가크게표현되며, 연관도를나타내는선은키워드사이의연관도수치가높을수록굵게표현 스마트제조홀로그램전략제품의특허 논문유효데이터에대하여키워드클러스터링결과를 기반으로요소기술도출 데이터기반의요소기술도출은키워드클러스터링을통해도출된요소기술에대하여전문가의 검증및조정을통하여요소기술을도출 28) 빈도수 (tf-idf) : 각키워드가출현되는특허또는논문수를의미 29) 연관도수치 : 두개이상의키워드사이의특허또는논문수를의미 252

260 전략제품 현황분석 [ 스마트 제조 홀로그램 기술 분야 키워드 클러스터링 ] [ 스마트 제조 홀로그램 분야 주요 키워드 및 관련문헌 ] No 클러스터 01 주요 키워드 holographic image 클러스터 02 optical element 클러스터 03 holographic display 클러스터 04 volume hologram 연관도 수치 관련특허/논문 제목 4~6 1. Interactive holographic display device 2. Wide angle hologram device illuminated with a near field source and method for manufacturing same 3. Apparatus for multi-wavelength holographic imaging 4~5 1. ENDOSCOPIC APPARATUS AND METHOD FOR PRODUCING VIA A HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENT AN AUTOSTEREOSCOPIC 3-D IMAGE 2. Optical design of a wide field of view pupil forming HUD 3. COLOR HOLOGRAPHIC OPTICAL ELEMENT 4~5 1. SCALABLE AND TILEABLE HOLOGRAPHIC DISPLAYS 2. Methods and apparatus for holographic animation 3. Anisotropic Leaky-Mode Modulator for Holographic Video Displays 4 1. CONFOCAL RAINBOW VOLUME HOLOGRAPHIC IMAGING SYSTEM 2. Holographic Film and Recording Method 3. TRANSMISSION TYPE VOLUME HOLOGRAM RECORDING MEDIUM AND MANUFACTURING METHOD THEREOF 253

261 스마트팩토리 스마트제조홀로그램 No 주요키워드연관도수치관련특허 / 논문제목 클러스터 05 클러스터 06 laser beam 5~8 electromagn etic radiation 5~7 1. DYNAMIC TIME MULTIPLEXING FABRICATION OF HOLOGRAPHIC POLYMER DISPERSED LIQUID CRYSTALS FOR INCREASED WAVELENGTH SENSITIVITY 2. PRODUCING IMAGES OF SECURITY FEATURES 3. True three dimensional imagery and use thereof 1. SYSTEM, APPARATUS AND METHOD FOR EXTRACTING THREE-DIMENSIONAL INFORMATION OF AN OBJECT FROM RECEIVED ELECTROMAGNETIC RADIATION 2. WINDSHIELD SMART REFLECTOR SYSTEMS AND METHODS 3. HOLOGRAPHIC MODE CONVERSION FOR ELECTROMAGNETIC RADIATION 클러스터 07 blade body 5~6 1. Fishing Lure and Attractors and Methods of Manufacture 클러스터 08 spatial light 4 1. INCOHERENT FLUORESCENCE DIGITAL HOLOGRAPHIC MICROSCOPY USING TRANSMISSION LIQUID CRYSTAL LENS 2. APPARATUS FOR PRODUCING A HOLOGRAM 3. System for order alignment of diffractively produced images 클러스터 09 first hologram 4 1. Light irradiation device and light irradiation method irradiating converged light with an object 2. MOBILE TERMINAL 3. Holographic memory reproduction device and holographic memory reproduction method, demodulation device and demodulation method, and observation device and observation method 클러스터 10 optical society 4~5 1. Layered holographic stereogram based on inverse Fresnel diffraction 2. Three dimensional digital holographic aperture synthesis 3. Dynamic holographic three-dimensional projection based on liquid crystal spatial light modulator and cylindrical fog screen 254

262 전략제품 현황분석 [ 스마트 제조 홀로그램 분야 데이터 기반 요소기술 ] No 요소기술01 요소기술명 고분해능 3차원 이미징 기술 키워드 holographic image 요소기술02 가변 및 시분해 특성을 이용한 계측 기술 spatial light 요소기술03 See-Through 홀로그램 AR기기 개발 및 활용 기술 holographic AR 요소기술04 가상 입체 설계 및 Assisted 제조기술 holographic image assisted produce 요소기술05 홀로그램 프린팅 기술 holographic printing 255

263 스마트팩토리 스마트제조홀로그램 (2) 요소기술도출 산업 시장분석, 기술 ( 특허 ) 분석, 전문가의견, 타부처로드맵, 중소기업기술수요를바탕으로로드맵기획을위하여요소기술도출 요소기술을대상으로전문가를통해기술의범위, 요소기술간중복성등을조정 검토하여최종요소기술명확정 [ 스마트제조홀로그램분야요소기술도출 ] 분류요소기술출처 고분해능 3 차원이미징기술특허 / 논문클러스터링 스마트검사장비 가변및시분해특성을 이용한계측기술 기술 / 시장분석, 기술수요, 특허 / 논문클러스터링, 전문가추천 See-Through 홀로그램 AR 기기개발및활용기술 기술 / 시장분석, 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 증강현실기반제조 / 설계 홀로그램 AR 기기 인터페이스기술 기술 / 시장분석, 기술수요, 전문가추천 가상입체설계및 Assisted 제조기술 기술수요, 특허 / 논문클러스터링 홀로그램프린팅기술 기술 / 시장분석, 전문가추천, 특허 / 논문클러스터링 홀로그램메뉴얼 프린팅홀로그램기록재료및저장기술전문가추천, 기술 / 시장분석 천연색프린팅홀로그램 제작기술 기술 / 시장분석전문가추천 256

264 전략제품 현황분석 (3) 핵심기술 선정 확정된 요소기술을 대상으로 산 학 연 전문가로 구성된 핵심기술 선정위원회를 통하여 중소기업 에 적합한 핵심기술 선정 핵심기술 선정은 기술개발시급성(10), 기술개발파급성(10), 단기개발가능성(10), 중소기업 적합 성(10)을 고려하여 평가 [ 스마트 제조 홀로그램 분야 핵심기술 ] 분류 스마트 검사장비 핵심기술 개요 고분해능 3차원 이미징 기술 고품질의 품질 검사가 요구되는 반도체와 디스플레 이를 비롯한 의료 및 다양한 분야에서 활용하기 위 하여, 홀로그래픽 간섭 패턴으로부터 수치적인 방법 에 의해 3차원 객체 정보를 추출ž계측하는 기술 See-Through 홀로그램 AR기기 개발 및 활용 기술 실제 환경에 홀로그래피 3D 영상을 부가하여 보여 주는 증강현실 기기의 개발ž활용하는 기술 홀로그램 AR기기 인터페이스 기술 See-Through 광학 구조를 통해 사용자의 주위 실제 공간에 가상의 홀로그래픽 3D 영상을 정합된 형태 로 인터페이싱 하는 기술 홀로그램 프린팅 기술 홀로그램으로 제작된 매뉴얼을 통하여 3D 영상을 보여줌으로써 간접적으로 현장 체험과 기술 습득이 가능하게 하는 기술 프린팅 홀로그램 기록 재료 및 저장 기술 설비를 구축한 엔지니어의 노하우를 홀로그램 매뉴 얼로 체계화하여 저장하는 기술 증강현실 활용 홀로그램 메뉴얼 257

265 스마트팩토리 스마트제조홀로그램 6. 기술로드맵기획 가. 스마트제조홀로그램기술로드맵 최종중소 중견기업기술로드맵은기술 / 시장니즈, 연차별개발계획, 최종목표등을제시함으로 써중소기업의기술개발방향성을제시 258

266 전략제품 현황분석 나. 연구개발 목표 설정 로드맵 기획 절차는 산 학 연 전문가로 구성된 로드맵 기획위원회를 통해 선정된 핵심기술을 대 상으로 기술요구사항, 연차별 개발목표, 최종 목표를 도출 [ 스마트 제조 홀로그램 분야 핵심기술 연구목표 ] 분류 핵심기술 기술요구사항 스마트검사 장비 고분해능 3차원 이미징 기술 See-Through 홀로그램 AR기기 개발 연차별 개발목표 1차년도 2차년도 3차년도 적용 물체 수 2개 5개 10개 향상도 수준 80% 90% 95% 증강현실 활용 최종목표 스마트 검사장비 제조 시스템 구축 증강현실 활용 인프라 구축 홀로그램 AR기기 인터페이스기술 상황인지 수준 평면 3D 영상 확대 - 홀로그램 프린팅 기술 구현 수준 텍스트, 2D 수준 3D 확대 홀로그램 매뉴얼 제작 및 보급 시스템 구축 홀로그램 매뉴얼 프린팅 홀로그램 기록 재료 및 저장 기술 데이터 정확도 - 90% 100% 근접 259

267

268 전략제품 현황분석 3D 프린팅 제조 시스템

269

270 3D 프린팅제조시스템 정의및범위 전통적제조방법인절삭가공의비효율성과 3차원복잡형상제조문제를극복하기위해적층제조 (Additive manufacturing) 기법으로, 대상물체의 3차원형상정보로부터재료의접합을통해 2차원적단면층을쌓아올리는인쇄제조방식인 3차원적층방식의가공시스템 3D 적층제조기술은분말, 액체, 고체형태의특정물질 ( 폴리머, 금속등 ) 로입체형상을제조하기위해모델링, 프린팅, 후처리등의요소기술들을포함하고있으며, 기존폴리머기반의단순시제품이아닌, 티타늄등메탈기반의초정밀 / 초대형부품의양산기술포함정부지원정책 3D 프린팅산업발전전략수립및국가적인차원의기술개발선도 3D 프린팅포럼구성, 제조혁신지원센터구축및운영 2020 년까지 3D 프린팅선도국가도약을위한 4 대전략 11 대과제제시 중소기업시장대응전략 강점 (Strength) 3D 프린팅성능과품질향상, 기술인지도및관심도향상 HW, SW 및최종제품의가격경쟁력 다양한소재개발기술의발전 기본적인 CAD 기술을갖춘인력확대 3D 모델링 SW의확산기회 (Opportunity) 최근 3D 프린터의기술진보및가격하락 네트워크 +3D프린팅 + 신소재의결합, 새로운생산 / 유통 / 소비방식탄생 저가형및금속프린터고성장예상 융합기술의부상 약점 (Weakness) 국내장비생산기술미약 완제품출력시까지장시간소요 특정제품인쇄에필요한소재의부족 높은소재가격 제품의불법복제및무단제작등의법적문제점발생우려위협 (Threat) 글로벌기업의국내진출 제품의불법복제및무단제작등의법적문제점발생우려 총기류등불법무기제조확산에대한우려 선진국과의기술격차 중소기업의시장대응전략 특정시장수요에부응하는선택과집중을통해초기시장에성공적으로진입 클라우드 / 네트워크기반의수요창출및 DB 확보로새로운유통모델창출 CAD 인력풀을바탕으로하는설계역량의확보 공동연구, 공동마케팅등의유관기업들과의기능적협업으로중소기업 3D 프린팅클러스터창출 ICT기술과의융복합화를통한스마트공정을개선

271 핵심기술로드맵

272 전략제품 현황분석 1. 개요 가. 정의 및 필요성 디지털 디자인 데이터를 이용, 소재를 적층(積層)하여 3차원 물체를 제조하는 프로세스 재료를 자르거나 깎아 생산하는 절삭가공과 대비되는 개념으로 공식용어는 적층제조(AM: Additive Manufacturing), 쾌속조형(RP: Rapid Prototyping) 구현하고자 하는 물체를 3차원 디지털 도면을 통해 가상의 물체로 디지털화한 후, 매우 얇은 단면 (약 0.015~0.10mm)을 한 층씩 형상을 쌓아 결과물을 제조 적층제조(Additive Manufacturing, AM)라고도 불리며, 입체물을 기계 가공 등을 통하여 자르거 나 깎는 절삭가공(Subtractive Manufacturing) 제조방식과 반대되는 개념 [3D 프린팅 과정] 3D 적층제조 시스템이란 적층가공(Additive Manufacturing) 또는 쾌속조형(Rapid Prototyping) 이라고도 하며, 3차원 CAD프로그램 등을 이용한 설계 데이터에 따라 액체 파우더 형태의 폴리 머(수지), 금속 등의 재료를 적층 방식(Layer-by-layer)으로 쌓아올려 입체물을 제조하는 방법 을 의미하고, 폴리머 기반의 단순 시제품 제작형태가 아닌, 티타늄 등의 금속 기반의 초정밀 및 초대형 부품을 양산할 수 있는 기술도 포함 기존의 금형 제작 기술은 매우 큰 비용과 제작 시간을 필요로 하기 때문에 3D 프린팅을 활용 한 금형제작기술 (Rapid Prototyping)이 각광받게 되었음. 다양한 시도를 빠르게 해 볼 수 있 으면서 좋은 디자인을 만들 수 dlt다는 것이 3D 프린팅의 효시였으며 그에 따라 조악하지만 빠른 (Quick & Dirty) 방식을 굉장히 정밀하게 수행하는 것이 가능해짐 3D 프린팅 기술은 첨가 가공 공정기술과 기계제어 기술 및 3차원 설계기술의 발전을 기반으 로 제품을 직접 혹은 시제품을 빠르게 생산해 냄으로써 제조업의 혁명을 예고하고 있음. 전자, 항공 자동차, 의료, 교육 패션, 건축 등 다양한 산업분야에 걸쳐 맞춤형 제작에 적용되고 있음 265

273 스마트팩토리 - 3D 프린팅제조시스템 나. 범위 (1) 3D 프린팅공급망관점및공정관점에따른범위 3D적층제조시스템산업은공급망관점에서장비, 소재, 소프트웨어로구분됨 장비기술은프린터기술이주를이루며다양한적층방식에따라구분되며적층대상을데이터로변환하기위한스캐너도있음 소재기술은대상의속성에따라금속, 세라믹, 고분자수지, 생체소재등이있으며형태에따라액체, 분말, 고체등으로나눌수있음 소프트웨어기술은기반 SW 기술, 응용 SW 기술및임베디드 SW 기술로나눌수있음 [ 3D 적층제조시스템공급망관점의범위 ] 대분야중분야세부제품및기술 장비 접착제분사방식프린터, 재료분사방식프린터, 분말소결방식프린터, 고에너지직접조사방식프린터, 압출방식프린터, 광조형방식프린터, 시트적용방식프린터 3D 적층제조시스템 소재 금속, 세라믹, 고분자, 창의소재, 생체적합성소재, 하이브리드스마트소재등 소프트웨어 위상최적설계 SW, 가상프로토타이핑툴, 형상검색 SW, 디자인 / 콘텐츠지적재산권관리, 프린터용임베디드 SW, 하드웨어제어기술등 3D적층제조시스템은프로세스에따라모델링, 프린팅, 후처리, 소재등으로세부기술구분 모델링분야에는 3D디자인변환, 3D 스캐닝, 3D디자인 SW 등 CAD 등컴퓨터그래픽설계프로그램을이용해물체의모양을 3차원으로구성하거나, 물체를스캔및디자인하여데이터로변환하는기술등이포함 프린팅분야에는미세노즐, 미세분사기술등의분사 인쇄기술, 에너지원 ( 열, 레이저, 전자빔등 ) 출력및조절기술, 정밀위치제어, 고속제어기술등의위치 제어기술등이포함되며, 디지털화된파일로데이터를분석하고조형을하는단계로, 해상도및제조시간등을개선하는기술이요구 소재분야에는다양한소재의적정융점및경화제어기술등이요구되고있으며, 후처리기술은착색, 연마, 표면재료증착기술등이요구 266

274 전략제품 현황분석 [ 3D적층제조 시스템 제품 분류 관점의 범위 ] 대분야 중분야 세부 제품 및 기술 모델링 3D디자인 변환, 3D 스캐닝, 3D디자인 SW 등 프린팅 미세노즐, 미세분사기술, 에너지원(열, 레이저, 전자빔 등)출력 및 조절기술, 정밀 위치제어, 고속제어 기술 등 소재 적정융점 및 경화 제어기술 등 후처리 착색, 연마, 표면재료증착 기술 등 3D적층제조 시스템 (2) 3D 프린팅 방식에 따른 기술 분류 3D 적층제도 시스템은 적층방식과 사용하는 재료에 따라 다양한 기술로 구분할 수 있음. 적층 공정 방식으로는 압출, 잉크젯 방식의 분사, 광중합, 분말 소결, 인발, 시트 접합 등이 있으며, 활용 가능 재료에는 폴리머, 금속, 종이, 목재, 식재료 등이 다양하게 개발 중임 3D 프린팅을 위한 소재로는 현재 플라스틱과 금속이 주로 사용되고 있으나, 비싼 소재 가격이 사용 확대의 큰 걸림돌로 지적됨. 현재 3D 프린팅의 한계로 지적되는 제조 시간, 해상도, 강 도, 표면 특성 등의 문제는 프린터의 문제와 소재의 문제가 결합된 문제로 볼 수 있음. 그러나 기술 개발에 따라 거의 모든 종류의 소재가 3D 프린터 소재로 활용 가능할 것으로 예상 적층 공정방식에 따른 기술 분류 광중합 방식(Light Polymerization)은 빛의 조사로 플라스틱 소재의 중합반응을 일으켜 선택적으로 고형화시킴 Stereolithography(SLA)과 Continuous Liquid Interface Production (CLIP)등이 대표적인 기술 재료압출 방식(Material Extrusion)은 고온 가열한 재료를 노즐을 통해 압력으로 연속적으로 밀어내며 위치를 이동시켜 물체를 형성 시킴. 대표적인 기술은 Fused Filament Fabrication(FDM) 등 267

275 스마트팩토리 - 3D 프린팅제조시스템 재료분사방식 (Material Jetting) 은용액형태의소재를 Jetting 으로 토출시키고자외선등으로경화시키는방식을의미하고, Polyjet 등이대표적인기술임 접착제분사방식 (Binder Jetting) 은가루형태의모재위에액체형태의접착제를토출시켜모재를결합시키는것으로, 대표적인기술로는 Powder Bed and Inkjet Head (PBIH), Plaster-based 3D Printing(PP) 등이있음 분말소결방식 (Powder Bed Fusion) 은가루형태의모재위에고에너지빔 ( 레이저나전자빔등 ) 을주사하며조사해선택적으로결합시키는방식임. 대표적인방식으로 Selective Laser Sintering(SLS) 등이있음 고에너지직접조사방식 (Direct Energy Deposition) 은고에너지원 ( 레이저나전자빔등 ) 으로원소재를녹여부착시키는방법. 대표적인방식으로 Direct Metal Tooling(DMT), Electron beam melting(emb) 등이있음 적층공정방식의대표적기술 1 FDM (Fused Deposition Modeling) 필라멘트타입의재료를헤드를통하여분출시켜서적층시키는방식 헤드는 X, Y축으로이동하고, 플레이트는 Z축으로내려가면서제품이적층 미국 Stratasys사에서개발되었고, 현재개인용 3D 프린터에가장많이사용되는방식 가장많은제조사들이적용하고있는기술이기에가장보편적인기술이라고볼수있으며높은강도와내열성을가지고있으나, 조형물의표면이비교적거침 2 PolyJet 광경화성액상재료를헤드를통하여분출하고, UV램프로분사된재료를경화시켜서제작하는방식으로, 주로사용하는액상재료는아크릴계열의재료이며, 가장다양한소재를만들어낼수있는장점 단일재료로경질및연질의재료가있으며, 소재를혼합하여경도값이다른재료를만들어내며, 일반적으로낮은레이어로적층을하기에표면조도가매우좋은장점이있음 최근에는컬러가지원되는재질이출시되어다양한색상구현으로다양한분야에적용 268

276 전략제품현황분석 3 SLA (Stereo Lithography Apparatus) 액상수지의재료를레이저를사용하여경화시키는방식으로, 최초의 3D 프린팅기술이며, 전세계적으로가장많이사용되었던방식 별도의보조재료를사용하지않고미세형상의기둥이보조역할을하며, Sharp Edge의형상구현이매우좋음 고가의장비와레이저유지보수비의이유로최근에는많이보급이되지않고있으며, 대형장비또는특정분야에서만사용 주로아크릴또는아크릴계열의재료가사용되고있으며, 이외에도매우다양한소재가출시되고있으나, 광경화성재료의한계로제한적으로활용됨 4 SLS (Selective Laser Sintering) 분말재료를사용하고, CO2 Laser를주사하여제품을제작하는방식으로녹지않는분말재료가지지대역할 나일론을주소재로사용하기에강성이강하거나온도가높은특성이있으며, 특히, 금속분말을이용하여사용하는사례가최근에늘어나고있는추세 소결 (Sintering) 방식이아닌 Direct Melting방식으로금속분말을이용 제작속도가빠르고, 대량생산이가능하기에다품종소량생산에직접적용이가능하나, 예열작업과냉각과정을반드시거쳐야하는단점 미국의 3D Systems사와독일의 EOS사가이방식을이용하여장비제조 5 DLP (Digital Lighting Process) 광경화성액상수지를사용하며, 백만개이상의작은거울이반사하는빛으로광경화성수지를고형화하는방식 뛰어난미세형상능력을자랑하나, 파트가커질수록해상도가떨어지면서치수정밀도는떨어짐 Casting 재료를주로사용하기에보석, 치과용보조재에많이사용 독일의 Envisiontec에서최초개발하였으며, 현재는보급형장비로도많이사용 269

277 스마트팩토리 - 3D 프린팅제조시스템 2. 산업환경분석 가. 산업특징및구조 (1) 산업의특징 3D프린팅은 1984년최초로개발된이후 2000년대까지단순시제품제작에주로사용되었으나, 최근장비및소재의기술진보에따라완성품제작까지활용범위가확대 3D프린팅은기존의제조공정과달리틀 ( 금형등 ) 없이시제품을만들수있고, 디자인도면의변경으로만수정이가능하기때문에제조업분야의시제품개발단계에서주로사용 3D 프린팅은다품종소량생산과개인맞춤형제작이용이한까닭에시제품의제작비용및시간절감, 제조공정간소화등많은장점을보유하고있어규모의경제와저임노동비우위를가진전통적인방식과다른형태의생산 / 유통 / 소비방식을만들어내고있음 3D 프린팅시설을갖춘공장과네트워크를통하여누구나연결되어무엇이든지주문할수있게되어직접생산혹은대량맞춤형 (Mass Customization) 이라고불리며, 소비자의주문에맞추어생산을하기때문에미리재고를확보해둘필요가없음 3D프린팅은제조업의혁신뿐아니라투자, 판매, 재무관리등의전단계에변화를가져올수있는기회를제공 3D프린팅은금형투자의고정비용을낮춰주고시장에서의반응을살펴보기위한소량생산을가능케하며, 재고자산을줄여주어경영리스크를감소시킬것으로예상 제품의주기가점점짧아지는가전시장의경우성공여부가신제품출시속도에크게좌우되는까닭에 3D 프린팅을적용하여기업경쟁력을갖추는것이목적 최근에는 3D프린팅관련기술개발과장비재의가격하락에힘입어산업용정밀기계, 자동차, 의료, 항공등다양한분야에활용되고있음 특히부품제조분야에활용도가높은데 3D프린팅으로부품을생산할경우미리생산해창고에비축할필요가없으며, 단종된부품도도면만있으면다시제작할수있음 현재 3D프린팅은제작시간절감, 정밀성향상, 금속소재개발등단점을극복하기위해다양한기술을개발하는단계에있음 3D프린팅은금형등을이용한제조방식과달리, 제품의순차생산에따른긴제조시간과높은생산비용등으로인해완제품의대량생산을대체하기에는어려운상황 주로 3D프린터의상용화단계를가속시키기위한기술개발이진행되고있으며이러한기술들이개발되어야만완제품의대량생산이가능 270

278 전략제품 현황분석 [ 3D 프린팅의 주요 장단점 ] 장점 단점 - 시제품의 제작비용 및 시간 절감 - 조형속도가 매우 느리고 규모가 큰 프린팅 한계 - 다품종 소량생산에 유리 - 표면 해상도가 아직 높지 않음 - 복잡한 형상, 내부형상을 가진 제품제작 용이 - 적층제조로 단층 방향의 힘에 약함 - 1개 장비로 다양한 제품 생산 - 소재의 다양성에 한계가 있음 - 시제품의 제작비용 간 절감 - 재료비의 가격이 비쌈 - 공정 간소화로 인건비와 조립비용 절감 - 디자인의 전문성이 요구됨 - 복수의 상이한 재료를 사용한 일체 조형도 가능 - 지적재산권 분쟁의 소지가 있음 - 조작자와 생산자의 기술력에 크게 의존하지 않음 - 소재와 공정에 대한 표준이 정립되어 있지 않음 장비 및 소재를 개발 생산하는 제조업과, 생산대행 제작 지원을 제공하는 서비스업 등 다양한 산업이 연관된 산업으로, 전후방산업으로의 파급효과가 큰 제조업의 토대이면서 향후 신산업을 이끌어갈 원동력이 될 전망 스마트팩토리에 적용될 경우 과거 복수의 부품을 개별 생산해서 조립하던 공정을 일체형으로 설계 하여 조립, 용접 등 일부 공정을 단축 가능하며, 기존 방식으로 구현이 어려운 복잡한 형태의 제 품을 손쉽게 제작 가능할 뿐 아니라 재고를 보유할 필요가 없기 때문에 스마트 제조의 개념에 부 합하는 제조 방식임 (2) 산업의 구조 3D 프린터 시장은 주로 산업용 프린터를 중심으로 성장하여 왔으나 최근 규모의 경제 효과 및 기술 발전으로 인한 원가절감에 힘입어 개인용 프린터 시장의 성장이 가속화되고 있음 3D 프린팅 오픈소스를 이용한 소규모 사업장에서 장비를 개발하고 원하는 제품을 현장에서 직접 생산 제공하는 서비스까지 등장하고 있으며 이에 대한 교육이 확대되면서 3D 프린터 대중화론 급 부상 전방산업은 산업용 기계류, 우주 항공, 자동차, 소비재 가전, 인공 뼈, 치과보형물 등의 의료용 생체조직의 의료 치과, 공학 교육, 공공 국방, 복잡한 구조의 건물의 건축모형 및 건축자재의 건 축 분야 등 다양하게 존재 271

279 스마트팩토리 - 3D 프린팅제조시스템 * 출처 : Wohlers Report 2016 [ 3D 프린팅의활용분야 ] 최근수년간 3D 적층제조시스템활용이활발해진산업분야로는산업용기계류가비중이크게늘 어났으며 ( 12 년 13.4% 16 년 19.9%), 항공, 자동차, 소비재산업, 의료, 교육분야에걸쳐 고르게성장하고있는추세임 장비및서비스업체를지원하기위한후방산업으로는수지, 금속등의 3D 프린팅용소재산업, 노즐, 분사헤드, 레이저등의핵심부품산업과 3D CAD/CAM, 스캐닝 SW 및설계용부품의방대한 DB 등을필요로하는 SW 및 Data 산업이있음. 수요가다양해지고정밀도가높아질수록이들후방산업의의존도가커지는만큼이를국가적인핵심사업으로발전시키기위한정책적관심이필요함 [ 3D 프린터관련산업구조 ] 272

280 전략제품 현황분석 나. 경쟁환경 국내 3D프린팅 시장은 2013년에 420억원 규모이며 연 40% 내외로 급속히 성장하고 있지 만, 3D프린터 장비를 대부분 수입에 의존하고 있으며 소재 또한 장비와 소재를 연계하여 판매 하는 산업구조이며 대부분 외국으로부터 수입함. 특히 고가 산업용 장비는 90% 이상 수입됨 기술 개발 역시 주요 선진국에서는 다양한 분야로의 응용을 위한 기술 개발에 집중 투자 중이 며 장비와 소재 중심의 산업에서 향후 서비스 중심으로 전환이 예상됨. 국내의 기술 개발은 제 조업과 의료 도구 제작에 활용하는 20여개 안팎의 기업에 그치고 있고 산업용 프린터를 시판 하는 기업은 아직 소수임. 소재 관련 시장도 아직은 초기 단계임 이미 선진국에서는 제조업 원가 절감 및 재활성화, 에너지 및 소재 절감을 추구하며 의료/바이 오, 우주/항곡 등 3D 프린팅과 기존 산업과의 연계성에 주력하고 있으며 제조업의 경쟁력 강 화를 위해 3D 프린팅 기술에 집중 투자하고 있음. 국내에서도 뒤늦은 감이 있지만 정부가 2020년까지 3D 프린팅 선도국가 도약을 목표로 전략과 과제를 제시하였고 정부 주도의 투자 를 진행하고 있음 (2013~2015년간 산업통상자원부 217억원, 중소기업청 30억원 등) [ 국내 기업의 경쟁 환경 SWOT 분석 ] Strength Weakness - 국내시장 확대 및 보급 확산 - 중소기업 위주로 기반 미약 - 성능 및 품질, 인지도 향상 - 아직 높은 장비 및 소재의 가격 - 정부 주도의 추진 - 기술표준 부재 - CAD 기술인력 보유 - 국내 산업구조 변화 대응전략 부재 - 소재 기술의 발전 - 제작시간 등 성능 부족 Opportunity - 최근 시장 고성장 및 가격하락 추세 - 기술진보 속도가 빨라짐 - 새로운 산업에 적용하는 예가 많아짐 - 글로벌 기업의 국내진출로 관련산업 활성화 Threat - 선진국 주도의 기술 개발 및 투자 - 글로벌 기업의 국내진출로 기회봉쇄 - 선진국 위주의 기술표준화 추세 - 제품의 불법복제 등 법적 이슈 존재 - 선진국과의 기술 격차 273

281 스마트팩토리 - 3D 프린팅제조시스템 다. 전후방산업환경 3D 프린팅기술은현재초기성장단계로서기술발전에따라높은성장이기대되나산업의핵심기술로서수용되기까지는앞으로 5~10년이자나야할것으로예상됨 최근 3D 프린팅에대해낙관론을경계하는중립적시각과함께 3D 프린팅무용론같은극단적시각도관찰되고있음 3D 프린팅과기존제조기술의특성을비교해볼때미래성장성못지않게아직부족한면이많이있음. 표면품질과정밀도, 제조속도, 제품가격및소재가격은아직도기술적으로개선해야할측면이많이남아있음을보여주고있음 3D 프린팅관련특허출원은지속적으로증가추세에있으나원천특허들이만료되어시장확산에도움이되고있음 3D 프린팅관련특허출원은 1986년미국의 3D Systems에서출원한특허가최초이며이후 1990년경에표준특허가출원됨. 3D Systems가보유하고있던주요원천특허들이 20년이지나만료가되는것들이많아이제는 3D 프린터제조시특허침해에대한우려가줄어들었음 소재, 서비스등에서는아직특허화의여지가많이남아있으며이를잘활용하면기회가될것으로전망. 특히후발주자로서국내기업들은 3D 프린팅산업의발전방향에부합하는전략을세울필요가있으며적절한선택과집중으로기회를살릴수있을것임 3D 프린팅의가장큰약점은속도와정밀도, 그리고소재의다양성임. 이부분에서의원천특허를확보한다면향후크게도약할 3D 프린팅관련산업에서주도권을가질수있음. 또한 3D 프린팅으로변화하게될산업에서이제까지존재하지않던서비스를창출하는분야역시새로운성장의기회가될수있음. 예컨대 CAD 관련인력이많다는강점을살려서부품설계의 DB화를통한부품설계 data 제공을서비스화하는것을고려해볼수있음 3D 프린터의영향으로는 ➀ 기술집약형산업화가이루어지고, ➁ 제조업과 ICT 융합등새로운산업형태가생기며, ➂ 제품, 부품, 취미활동용장식품등을 3D 프린팅으로직접 제작 생산 소비하는프로슈머및소비자와제조업자의결합을의미하는콘슈팩처러 (consu-facturer) 의등장 ➃ 온라인또는공용제작공간에서소통하며창의적결과물을산출하는집단지성협업문화확산이이루어질것으로전망 전통산업에서기존제조설비, 컨베이어벨트, 로봇등자동화기계와 3D 프린팅을결합할경우제조업 4.0과스마트공장의효율성을극대화할수있을것으로전망 소규모생산이활성화되고수요와공급간의물리적, 시간적거리가크게줄어들것이므로새로운형태의업종이생겨날것으로전망. 누구나설계와디자인, 서비스에접근할수있게되며아이디어가실물로구현되는시간이획기적으로줄어들게되어인터넷이정보의교환과공유를강화하여산업을변화시켰듯이아이디어의실물화를강화함으로써또한번의큰변화를예고 274

282 전략제품 현황분석 아이디어 제품, 부품, 취미활동용 장식품 등을 3D 프린팅으로 직접 제작, 생산, 소비하는 프로슈 머 (생산적 소비자) 형성을 촉진할 것이며 책상 위 프린터에서 물건을 직접 만들어 내는 데스크톱 (Desktop) 공장이 현실화될 것임 3D 프린팅 기술이 기존 산업의 변화에 영향을 주기 위해서는 융합기술이 필수적임. 예컨대 개인 맞춤형 의료기기를 생산하기 위해서는 ICT 기술이 의료기기에 적용되어 개인화를 촉진하듯이 ICT 기술을 수용할 수 있는 기술 기반을 갖추는 것이 필요함. 그러려면 피부나 보청기 같이 자유 곡면 을 가진 표면 위에 실장될 수 있는 ICT 부품들의 설계 기술이 반드시 확보되어야 할 것이며 이와 같은 융합기술의 확보는 아직까지 만개되지 않은 3D 프린팅의 새로운 영역을 개척할 수 있을 것 으로 전망 *출처: IDTechEx [ 3D 프린팅의 application 추세를 보여주는 hype curve ] 275

283 스마트팩토리 - 3D 프린팅제조시스템 3. 시장환경분석 가. 세계시장 Wohlers Associates의 2016년보고서에따르면 3D 프린팅관련시장은 09년이후큰성장을경험하고있으며최근 5년동안시장크기가 4배로성장하여 2015년에약 51억달러규모를기록 [3D 프린팅제품 ] 전세계매출은 2015년약 23.6억달러이며 2014년 19.97억달러에비해 18.4% 성장. 장비, 시스템업그레이드, 재료, 애프터마켓제품 ( 소프트웨어, 레이저등 ) 이시장의성장을이끌었음 [3D 프린팅서비스 ] 전세계매출이 2015년약 28억달러로성장했으며 2014년에비해 33% 증가. 3D 프린팅으로제작한부품, 유지보수계약, 교육, 세미나, 컨퍼런스, 전시회, 광고, 출판물, 컨설팅서비스, 연구용역등이주를이룸 [ 3D 프린팅의세계시장규모및전망 ] ( 단위 : 십억달러, %) 구분 CAGR ('13~'15) 세계시장 * 출처 : Wohlers Associates (2014) 세계 3D프린팅시장은일반기계설비시장에비해규모가작지만장비의성능향상, 가격하락및관련서비스산업발전에힘입어고속성장전망 세계 3D프린팅시장은 2015년기준 51억달러규모로강한성장세에도불구, 기계설비시장에비하면여전히작은규모 RolandBerger의 2013년보고서에따르면금속을이용한 3D프린팅은일반기계설비시장의약 10% 정도차지 전체 3D 프린트시장은향후 2018년 125억달러, 2020년 210억달러로성장전망 276

284 전략제품 현황분석 *출처: Wohlers Associates (2014) [ 세계 3D프린팅 세계 시장규모 및 전망 ] Gartner는 3D 프린터 세계 시장 규모가 2016년 16억 달러에서 저가격 3D 프린터의 보급 확대에 따라 2018년에는 69억 달러, 3D 프린팅 재료의 시장 규모는 2016년 7.8억 달러에서 2018년 69억 달러가 될 것으로 전망 영국의 시장조사 기관인 Canalys는 3D 프린터, 소재 및 관련 서비스 시장은 2013년 25억 달 러, 2014년 38억 달러, 2018년 162억 달러에 이를 것으로 예측 3D프린터 시스템의 실제 활용은 미국, 독일, 일본의 3개국이 60% 이상을 차지하고 있음. 프 린터 시장 규모는 항공기, 자동차, 의료분야를 중심으로 하여 많은 기업들이 의욕적으로 도입 하여 성장되고 있으며, 2018년까지 세계 제조업체의 25% 이상이 3D 프린터를 도입할 것으 로 전망되고 있음 산업용 3D프린터의 1988년~2013년 누적 설치대수는 약 66,702대로, 이 중 미국이 전 세계의 38%를 차지하며 일본, 독일, 중국이 각각 9.4%, 9.1%, 8.8%를 차지하는 반면, 우리나라는 2.5%에 불과 개인용 3D프린터는 2010년 이후 기술 특허 만료에 따른 가격인하로 판매대수가 크게 증가하고 있으며 2013년에는 72,000대 이상이 보급됨 3D프린터 장비 공급업체는 소수의 선두기업들이 시장의 약 70% 이상을 점유하고 있으며, 장 비 공급업체가 직접 소재 개발을 통해 소재 공급까지 주도하고 있는 상황 현재 500개 이상의 국제 특허기술을 보유 중인 미국의 Stratasys와 세계 최초로 3D 프린팅 기술 을 개발한 미국의 3D Systems가 세계시장을 이끌고 있는 상황 277

285 스마트팩토리 - 3D 프린팅제조시스템 산업용에서는금속부품제작을위한메탈 3D 프린팅기술의수요가증가하고있으며 808 대 의금속프린터가판매되어 2014 년의 550 대에비해 47% 증가 산업용은 Stratasys( 美 )(41.1%), 3D Systems( 美 )(15.3%) 등 2 개사가시장과점중 [ 산업용 3D 프린터제조사시장점유율 (2016) ] * 출처 : Wohlers Report 2016 [ 금속 3D 프린팅시장연도별성장추이 ( 판매량 ) ] 개인용 3D 프린터는 5천달러이하의 RepRap 및그에서파생된 FFF 방식의장비시장으로정의함 개인용은 Stratasys( 美 ) 가인수한 MakerBot(25%), 3D Systems( 美 ) 의자회사 (Bits From Bytes, Cubify)(25%), Beijing Tiertime( 中 ) (25%) 등 3개사가전체시장의 75% 차지 개인용 3D 프린터판매량은해마다급증하고있으며 2015년도에는전년도대비 69.7% 성장한 278,385대가판매된것으로추정. 최근 3년간급격한성장률을보이고있으며 2012년부터 4년간판매량평균성장률은 87.3% 에이름 2015년시장규모는약 2.9억달러이며이는전체 3D 프린팅시장대비 19.4% 임. 2014년에는 1.8억달러였으며 14% 에해당됨. 개인용프린터시장의성장이돋보임 278

286 전략제품 현황분석 *출처: Wohlers Report 2016 [ 전세계 개인용 3D 프린터 판매량 (대) ] (해외 동향) 주요 선진국(미국, EU 등)들이 주도, 다양한 분야로의 응용을 위한 기술개발 집중투자 중이며, 서비스 시장 확대 전망 미국, 일본, EU, 이스라엘, 중국 등 주요 국가의 장비가 시장을 점유하고 있으며, 장비기술 보유업 체가 소재기술도 동시 보유 (국가별 장비 점유율) 미국(63.4%), 이스라엘(16.6%), EU(12.9%), 중국(3.6%), 일본 (2.8%) (Wohlers Report 2014) 주요 국가별로 소비재, 전자, 자동차, 의료, 항공 분야 등으로 활용범위 확대중이며, 신규 원천기술 개발에도 집중 3D프린팅 관련 산업생태계는 장비와 소재 중심에서 서비스 중심으로 전환이 예상되며, 소프트웨 어 및 서비스 기술들도 발전하고 있음 * 3D프린팅 제조 서비스 : Redeye(미국), Materialise(벨기에), Proto Labs(미국) 등 * 3D프린팅 온라인 서비스 : I.materialise(벨기에), Sculpteo(프랑스), Thingiverse(미국), Cubify(미국) 등 279

287 스마트팩토리 - 3D 프린팅제조시스템 나. 국내시장 13 년이후급격한성장세에있으나, 국내업체의시장점유율이 10% 에불과하며, 해외기술에 의존적인실정임 국내 3D 프린터시장현황 : 해외업체 90%/ 국내업체 10% ( 한국경제 ) 일부중소 / 벤처기업중심으로제품개발, 상용화초기단계진입하였으나, 시장을선점하기에는 역부족 [ 3D 프린팅의국내시장규모및전망 ] ( 단위 : 억원, %) 구분 CAGR ('13~'15) 국내시장 820 1,160 2,260 3,160 4,551 6, % * 출처 : MauldinEconomics,2013. 한국경제 , 기타년도는연평균성장률기준추정치 2015년에실시한국내 3D 프린팅산업실태조사결과 2014년국내 3D 프린팅산업의총매출액은 1,562억원이며분야별로는장비가 1,266억원, 소재 215억원, 서비스 57억원, 소프트웨어 24억원임 2013년대비 2014년도의장비판매량은국산장비의경우 192% 성장, 외산장비는 858% 성장을보임 국산제품에비해외산제품이 4배이상팔린이유는국산제품의신제품개발빈도저하및외산제품에대한선호등이주요요인임 2014년동국산제품의수출은 110대규모로총판매대수의 2% 에불과함 [ 2014 년도국내 3D 프린팅장비판매량 ( 대 ) ] 280

288 전략제품현황분석 국내에서 3D 프린팅관련사업을하는기업은 190여개로추정되며서울경기지역에 100개이상이분포 [ 장비 ] 국산제조사와외산제조사로구분되며국산제조사는 48개사정도. 이중 25개사정도가지속적제품판매를하고있으며나머지는기술개발중임 [ 소프트웨어 ] 인텔리코리아, 로이비즈 3D TADA 같은국산소프트웨어개발사와외산소프트웨어개발사로구분 [ 소재 ] 대림화학, 3D 코리아와같은 FFF용필라멘트개발사와 SK케미칼, LG 화학등원재료개발사및스트라사시스코리아, 3D 시스템즈코리아와같은장비연계하여재료를판매하는외산장비판매사로구분 [ 활용 ] 관련기술활용기업은 3D 프린팅대행, 피규어제작, 교육등으로구성 국내 3D프린터장비공급업체는주로저가산업용장비를생산하는중소 중견기업 산업용 3D프린터를제조, 판매하는국내기업은 2개사에불과하며, 개인용 3D프린터의경우최근국내에진출한해외기업 (Stratasys( 美 ) 의자회사 Makerbot, 3D Systems ( 美 ) 의자회사 Cubify 등 ) 이시장의대부분을차지 3D프린터장비관련원천기술취약, 소재및소프트웨어개발부족등으로우리기업들의세계시장참여는미진한상황 미국등글로벌선도기업이 3D프린터핵심원천기술 (SLS, SLA 등 ) 을주도하고있으며국내기업들의장비제조기술력은미흡한편 국내몇몇기업은디지털광학기술 (Digital Light Processing, DLP, 캐리마 ), 레이저금속성형기술 (Direct Metal Tooling, DMT, 인스텍 ) 등기술을보유하고있지만대부분 SLS, SLA와같은글로벌기술활용 소재로는플라스틱등에서고부가가치소재 ( 세라믹, 바이오, 복합소재등 ) 로활용분야가다양화되고있으나국내관련연구개발은미흡 3D Systems, EnvisionTEC 등글로벌선도장비업체는전용소재만사용가능 (RFID 탑재 ) 하여고부가소재시장의종속우려 281

289 스마트팩토리 - 3D 프린팅제조시스템 다. 각국의정부정책동향 우리나라정부는 3D 프린팅기술을타산업과의융합을통한파급효과가큰차세대제조핵심기술로선정, 미래창조과학부와산업통상자원부주관으로 3D 프린팅산업발전전략을수립하고기술개발과산업발전지원을가속화하고자함 2014년 4월 3D 프린팅산업발전전략 을국가과학기술심의회에서의결, 범부처 3D 프린팅산업발전협의회구성 2020년 3D 프린팅산업의국제적선도국가도약을비전으로제시하고, 세계적선도기업 5개, 독자기술력확보를통한세계시장점유율 15% 달성을목표로선정 4대전략 : 수요연계형성장기반조성, 비즈니스활성화지원, 기술경쟁력확보, 법 제도개선 11대과제 : 기업제조혁신지원, 국민참여환경조성, 기초 전문인력양성, 비즈니스모델발굴및사업화지원, 3D 프린팅용콘텐츠시장활성화, 창업및글로벌진출지원, 수요연계형전략기술로드맵수립, 3D 프린팅소재 장비기술개발, 3D 프린팅 SW 기술개발, 법 제도개선, 3D 프린팅설비 유통환경보안강화 미국 유럽 독일 일본 중국등해외주요국은제조업원가절감및다양한산업에 3D 프린팅을적용하기위한지원정책을활발히시행중 미국은세계최고의기술력을기반으로국방, 항공, 자동차, 의료등다양한제조분야에서원가절감추구. 에너지및소재의절감을통해지속가능한성장을위한제조인프라구축시도 유럽은제조업의재활성화를위해 3D 프린터기술을제조업의주요트렌드로육성하기위한전략개발및개발자금투자를논의중. 특히영국은 3D 프린터를제조업과경제를변화시키는기술로인식, 아이디어를 SW로구현하고 3D 프린터로직접만드는교육과정을계획 독일은프라운호퍼를중심으로의료 / 바이오 / 금속소재등에서성과를올리고있음. 2009년부터프라운호퍼에서프로젝트 바이오랩 을진행하여 2011년인공혈관제작, 2013년생체조직용의젤라틴형태의바이오잉크를공개했고인공피부제작을위한나노수준의 3D 프린팅기술개발프로젝트인 아티바스크 3D 추진중임. 또한금속소재부문에서도개발역량을집중하고있음 일본은콘텐츠, 뿌리산업, 금속소재등에서다양한지원을진행중. 별도의금형을사용하지않고복잡한형상의주조틀을제작할수있는 3D 프린터개발에착수하여산학연컨소시움을통해 2018년까지 30억엔의예산을투입. 금속소재부문에서도 2014년한해에만 37억엔을투입하여 30여개대학 기업 산업체의기술종합연구소들이참여하는금속분말 3D 프린팅기술개발프로젝트진행중 중국은 4대국가첨단기술연구프로그램으로복잡부품및금형에 3D 프린팅을적용하는과제를지원하고이를위해혁신센터를건립, 기존산업과 3D프린팅기술연계를지원. 우주항공분야에서정부주도로대학연구소에인프라를지원하고세계최초로티타늄합금이용복합구조물인쇄기술을개발. 신소재분야에서도 2014년 9월국가성장재료제조산업발전계획을발표하여천연재료, 합성고분자등의특수소재연구를시작함 282

290 전략제품 현황분석 4. 기술환경분석 가. 기술개발 트렌드 3D 프린팅 기술은 제조업, 의료, IT 등 다양한 분야에서 기술 패러다임을 바꾸며 산업 혁신을 이끌 것으로 기대되고 있음 높은 가격 때문에 주로 산업용 프로토타입 시제품 제작용으로 사용되던 3D 프린터가 가격이 저렴 해지면서 집에서 개인맞춤형으로 제작된 완구, 액세서리에 적용되거나 맞춤형 보청기, 의수, 의족 등의 의료기기를 만드는 데 사용하는 방향으로 확산되고 있음 의료분야에서 3D 프린팅 기술은 단순히 개인맞춤형 보청기, 의족, 틀니 등이 실리콘, 플라스틱이 나 금속으로 제작되어 생체 친화성이 아직 부족하나 미래에는 자신의 세포와 조직을 사용하여 재 료를 배양하고 이를 인쇄 재료로 써서 완벽한 자신만의 뼈, 피부, 혈관, 장기 등을 재생, 생산할 수 있는 연구 개발이 진행 중임 시장 조사전문기관인 Gartner에 따르면, 3D 스캐너 및 디자인 도구의 발전으로 3D 프린팅 기술 이 향후 제조 뿐 아니라 건축, 엔지니어링, 토목 등으로 확장될 것으로 전망. 또한 다른 시장조사 기관인 IDTechEx에 따르면, 3D 프린터의 응용 분야로서 보석, 가정용, 치과용은 이미 상용화 단 계에 있고, 항공, 구조물, 스포츠, 교육, 의약, 건축 등의 순서로 상용화가 진행될 것으로 예상 산업용 프린터 시장은 이미 기대 절정기를 지나 안정적으로 성장하는 단계에 접어들었고 개인용 3D 프린터 시장 역시 과도한 기대감에서 벗어나 꾸준한 저변 확대가 이루어지고 있음. 아직까지 3D 프린팅은 조형 속도, 표면 해상도, 가공 재료의 제한이 있으나 지속적 기술 개발로 수년 내 해결될 수 있을 것으로 예상됨 기술 관련 주요 이슈로는 핵심 특허권 만료, 위상 기하학 최적화, 새로운 프로세스 기술개발, 금속물질의 개발 및 진화 등이 있음 기존의 특허가 만료되어 누구나 사용할 수 있게 됨에 따라 이를 발전시키거나 새로운 방식의 기술 을 개발하려는 노력이 진행되고 있음 FDM 방식의 원천 기술 특허권 만료 시 오픈소스 프로그램인 RepRap 같은 시스템이 가능해졌고 그 결과 2011년 2만대 이상의 개인용 3D 프린터 보급이 이루어짐 위상기하학적 최적화란 수학적 계산을 통해 재료를 배치하여 제품의 강도, 중량, 소요시간을 획기 적으로 개선하려는 기술이며, 전통 제조방식에서는 가격이 높아 불가능했으나 3D 프린팅에서는 가능함 새로운 프로세스 기술 개발로는 현재의 SLS 기법보다 빠른 속도인 레이저 용형 기술, 후처리 프로 세스를 생략할 수 있는 Printoptical 기술 등이 연구되고 있음 플라스틱에 이어 금속 물질 기술이 빠르게 발전하는 중이며 수요산업과 연계되어 다양한 소재가 등장하고 있음. 연철 물질과 동일한 소재이지만 주물 성분의 강도를 뛰어넘는 다양한 재료가 연구 되고 있음 283

291 스마트팩토리 - 3D 프린팅제조시스템 표준화동향 : ISO/TC 261, ASTM F42, SASAM 프로젝트등을통해 3D 프린팅의전반적표준화활동이진행중임 ISO/TC 261은 2011년 Additive Manufacturing (3D printing) 분야의표준화를위해설립된국제표준화위원회로서 3D 프린팅분야의프로세스, 용어정의, HW/SW의프로세스체인, 시험절차, 품질관리를위한파라미터, 공급계약등전반적인기본적사항들을표준화하는것을목적으로함 ASTM F42: IASTM과 ISO가적층제조표준화를위해 PSDO (Partner Standards Developing Organization Agreement) 를맺고 Joint Group을구성하여표준화를추진. 두기관이 MoU를통해 ASTM F42 표준 2건을 ISO TC261에서표준으로채택하고두기관이같이사용하도록명칭결정. ASTM F42는 2009년설립되었음 SASAM은유럽연합 (EU) 중심프로젝트로서유럽위원회 (European Committee) 의지원으로 Additive Manufacturing의표준화를위한지원활동을수행하며표준화로드맵을수립 3D 프린팅기술을시제품생산을빠르게하는데초점을두고사용하고있지만, 최근일부다국적기업들은 3D프린팅을비즈니스모델에적용하여그들의가치전달네트워크의효과성과효율성을높이려는움직임을보여주고있으며, 가장대표적으로눈에띄는움직임을보이고있는곳은신발산업임 전세계최대스포츠용품업체인 NIKE 社는 3D프린팅기술을활용하여아직일부이기는하지만축구화에사용되는미끄럼방지용밑창의시제품을제작하여작업의효율성을높이고있으며, NIKE 社가개별선수들의발에맞는미끄럼방지용밑창을만들지는않는반면에, 경쟁사인 New Balance 社는 3D프린팅기술을활용하여개별육상선수들의발에맞춤화된운동화를제작하기시작 3D 프린팅은기업에파괴적혁신을가져다줄것으로전망되며이러한파괴적혁신은 (1) 제조 프로세스의효율성 (Efficiency) 증대와 (2) 기업의가치사슬및가치전달네트워크의변화로나 타날것으로예상 제조프로세스의효율성증대에대해서는다양한보고서에서제시되어왔으며, 제조방식의근간인주물 (Casting), 주조 (Molding), 성형 (Forming) 등의작업이원재료또는금형을깎아제조하는절삭가공이라면, 3D 프린팅은점진적으로재료를더하는적층가공으로 3D 프린팅을사용할경우, 절삭으로인해서발생하는재료의낭비를줄일수있고금형의필요성을줄여서제조비용을감소를예상 또한절삭가공을사용할경우, 부품또는제품의내부와외부를분리해서작업해야하고이로인해서제조프로세스가늘어나거나부품의단순화를추구 적층가공방식일경우, 과거에는불가능하거나고비용으로고려되지않았던소비자개개인의요구에맞춤화된제품및복잡한부품의디자인및제조가수월해질수있을것으로예상됨에따라 284

292 전략제품현황분석 이점을인식하고일부의기업에서는이미 3D 프린팅을비록대량생산은아니지만소량전문화된생산에활용하기시작 유럽의자동차회사중하나인애스턴마틴 (Aston Martin) 社는 F1 포뮬러에참가하는자동차의엔진및부품을 3D 프린팅기술을활용하여제작하고있으며, 보잉 (Boeing) 社는전투기인 F18의엔진부품을 3D 프린팅기술을활용하여제조하고있고, 최근제네럴일렉트로닉 (General Electronic) 社와롤스로이스 (Rolls-Royce) 社도항공기엔진의부품을제작하기위해서 3D 프린팅을사용한다고발표 소비자가상대적으로쉽게접할수있는제품으로는얼라인테크놀로지 (Align Technology) 社가전세계소비자들에게맞춤화된교정기를 3D 프린팅기술을통해서제공하고있고, 지멘스 (Siemens) 社와포낙 (Phonak) 社가전세계소비자들의귀에개별적으로맞춤화된보청기를제조 현재기업이가지고있는가치사슬뿐만아니라가치전달네트워크상의변화를가져올수있을것으로예상되어소비자들에게맞춤화된제품을제공하는데현재의시스템보다높은효율성을가져다줄수있을것으로예상 가치전달네트워크에서기업들은값싼노동력과물류비용감소를위해서생산및물류거점을지정하고, 이들거점지역에서대량생산하여관련지역에공급하였으나, 맞춤화된제품을제공하는것이확산될경우, 기업은대량생산에따른원재료, 부품그리고완제품재고보관의필요성이줄어들게될것으로전망 소형공장들을수요지중심으로재배치하는것이더높은효율을가져다줄수있을것이고대형물류기지의필요성이줄어들것임. 그결과값싼노동력을찾아서대형공장을이전해야할필요성이감소 맞춤화된제품을제공함으로써기업들은마케팅중개자없이고객과직접의사소통을하는것이가능해져가치전달네트워크에서중개자의역할이줄어들것이고, 기업은고객과의접점이강화될수있는기회가확대 부품의수리나교환을위해서기업이부품을보관하고있을필요성도줄어들것임. 소프트웨어산업에서일어나고있는것과비슷하게일부부품에대해서는소비자가부품의도면을온라인으로받아서직접부품을만들어수리하는셀프서비스 (Self-Service) 의시대가제조업에확산 신제품개발관련 R&D의주체로서고객의영향이확대될수있으며, 3D 프린팅이확산될경우소비자가더이상소비의주체만이아닌제품계획단계에주도적으로참여가능 과거많은혁신적인제품들 ( 예를들어스노보드및비행기등 ) 이사용자맞춤화를통해서시작되었고, 이후시장에성공을거두었으며, 최근에도신제품개발과정에소비자참여의중요성이강조되고있음 3D프린팅이활성화될경우, 신제품개발 R&D에서소비자의개발및사용경험을기업이흡수하는역량, 소비자의아이디어를인식하고관리하는역량, 그리고개방형혁신역량이더욱강조될전망 285

293 스마트팩토리 - 3D 프린팅제조시스템 나. 주요업체별기술개발동향 (1) 해외업체동향 주요선진국 ( 미국, EU 등 ) 들이주도, 다양한분야로의응용을위한기술개발집중투자중이며, 서비스시장확대전망 미국, 일본, EU, 이스라엘, 중국등주요국가의장비가시장을점유하고있으며, 장비기술보유업체가소재기술도동시보유 국가별장비점유율 : 미국 (63.4%), 이스라엘 (16.6%), EU(12.9%), 중국 (3.6%), 일본 (2.8%) (Wohlers Report 2014) 주요국가별로소비재, 전자, 자동차, 의료, 항공분야등으로활용범위확대중이며, 신규원천기술개발에도집중 Stratasys ( 미 ) 년이스라엘의 Objet 사를인수하여자사의강점인열용해방식에잉크젯방식을더하여제품라인업의보완확대및판매체제와개발체제를강화함 2014년 9월트리플젯 (Triple-jet) 기술을탑재한복합재료 3D 프린터를출시. 이기술은한번에최대세가지의서로다른재료를조합하여제품제작이가능하며여러재료를혼합하여디지털 ABS 같은새로운재료를만들어낼수있게설계됨 Stratasys는정밀도와적층속도를높여전세계에판매하고있으나아직장비의가격이고가인까닭에아시아시장에서는도입이활발하지않음 3D Systems ( 미 ) - 3Dp 방식의 860 Pro 를출시하여인쇄가능색상 6 백만컬러에도달하였 고 5 개의프린터헤드를장착, 적층속도와해상도를향상. 하지만고가의가격때문에개인용 보다는전문가용판매가더활발히이루어지고있음 HP ( 미 ) 년 10월멀티젯퓨전이라는새로운기술을발표하여 3D프린터시장에진입 멀티젯퓨전은기존제품보다 10배더빠르고출력비용이 50% 저렴하여비용과시간을획기적으로줄인대량생산이가능. 또한여러색상과재질을동시에지원하며고해상도묘사력과기계적강도가높은품질의제품을인쇄할수있다고함 3D프린팅관련산업생태계는장비와소재중심에서 서비스 중심으로전환이예상되며, 소프트웨어및서비스기술들도발전하고있음 3D프린팅제조서비스 : Redeye( 미국 ), Materialise( 벨기에 ), Proto Labs( 미국 ) 등 3D프린팅온라인서비스 : I.materialise( 벨기에 ), Sculpteo( 프랑스 ), Thingiverse( 미국 ), Cubify( 미국 ) 등 286

294 전략제품 현황분석 (2) 국내업체동향 선진국 대비 기술경쟁력이 부족하지만, 수요 산업과의 연계를 통한 성장 잠재력 보유 산발적인 지원으로 인해, 국내 기술수준은 선도국(미국)대비 미약한 수준으로 국책사업 차원의 적 극적인 지원이 시급함 미국, 제조업 혁신 국가 네트워크 구축(10억$), 3D프린팅 특화연구소(NAMII) 설립(0.7억$) 등 국내 3D프린팅 관련 투자규모는 2011년부터 2013년까지 정부(21.5억원)와 민간(0.24억원)을 합 쳐 21.74억원이 투자됨 장비/소재 기술개발에 머무르지 않고, 수요 산업과의 연계를 통한 기술개발 추진 중 최근 3D프린팅 기술을 의료분야에 응용하기 위한 산 학 연 연계 기술개발이 추진되고 있음 미래창조과학부, ICT기반의 의료용 3D프린팅 응용 SW플랫폼 및 서비스 기술개발 (5년, 200억) 대구 첨단의료복합단지 및 13개 기업 기관 연계추진 국내 3D프린터 장비 공급업체는 주로 저가 보급형 장비를 생산하는 중소 중견기업들이며 국 내 제조업체로는 (주)캐리마, (주)인스텍, (주)로킷 등 소수의 업체가 있음 이외에도 개인용 3D프린터를 제작하는 오픈크리에이터, 윌리봇이 있으며, 3D 설계 소프트웨어 기 술을 보유한 (주)아이너스기술 등이 있음 (주)아이너스기술은 우수한 3D 소프트웨어 기술력을 인정받아 12년 3D Systems(美)에 약 3,500 만 달러에 인수되었음 (주)캐리마는 기계적인 구조가 복잡하지 않은 DLP방식의 산업용 프린터를 제조하고 있으며, 아크 릴, 에폭시 등 5종의 광경화성 소재를 자체적으로 개발하여 생산 판매하고 있음. 핵심부인 DLP모 듈은 외부(Texas Instrument)에서 구입하여 사용하고 있으며, 수출 실적을 늘리며 성장 중이나 2 년 매출규모는 약 16억원 수준으로 미미한 편임 (주)인스텍은 대부분 기술을 자체적으로 개발하는데 성공한 것으로 알려져 있는 산업용 3D프린터 제조업체로, DMT(Directed Metal Tooling) 원천기술을 보유하고 있음. 고에너지형(Directed Energy Deposition) 기술을 미국에 이어 세계에서 2번째로 개발한 것으로 알려져 있으며, LG전 자(주), 현대자동차(주) 등 전자 자동차 의료 등 다양한 분야에 장비를 납품하고 있음 이외에도 엔피케이(주)는 3D 프린터의 주원료인 열 가소성 수지의 착색 컴파운드 및 고농도 안료 의 설계 개발 생산 판매를 하고 있으며 새로운 가공 안료를 개발 중임 287

295 스마트팩토리 - 3D 프린팅제조시스템 [ 제품분류별경쟁자 ] 공급망단계 3D 적층제조시스템 주요내용산업용 3D 프린터개인용 3D 프린터 3D 프린팅서비스 해외기업 Stratasys( 미국 ), Object( 이스라엘 ), 3D Systems( 미국 ), Beijing Tiertime( 중국 ), Z corp( 미국 ), Organovo( 미국 ), EnvisionTec( 독일 ), EOS( 독일 ), solidscape( 미국 ) Bit From Bytes( 영국 ), MakerBot( 미국 ), PrintrBot( 미국 ), Cubify( 미국 ) Shapeways( 미국 ), Materialise( 벨기에 ), Quirky( 미국 ) 국내기업 캐리마, 인스텍, TPC 메카트로닉스 로킷, 오픈크리에이터, 윌리봇, 제이씨현시스템 아이너스기술, 트루바인 288

296 전략제품 현황분석 다. 기술인프라 현황 미래창조과학부에서는 3D 프린팅산업 진흥 육성을 위한 프린팅 전략기술 로드맵을 발표함 장비 소재 소프트웨어 전략기술을 발굴하기 위한 10대 핵심 활용분야를 도입하여 단기 또는 중장 기적 확보전략 마련함 향후 기술 주도권 확보를 위한 3D 프린팅 방식별 핵심기술 개발을 통해 주력산업 및 신산업 적용 을 고려하여 응용분야별 특화함 기술격차 해소를 위한 금속, 고분자, 세라믹 소재 및 미래 시장 선점을 위한 창의 소재 개발, 내수 수출용 Two Track 추진함 획득, 저작, 활용 분야 핵심 소프트웨어 국산화 및 생태계 활성화를 위한 서비스 소프트웨어 개발함 주력산업 경쟁력 강화와 신산업 육성을 목표로 기초 원천연구에서 사업화까지 전주기를 포괄하여 수립함 * 출처: 미래창조과학부 [ 3D 프린팅 관련 분과별 기술전략 ] 3D 프린팅산업 본격 육성 추진을 위한 삼차원프린팅 산업 진흥법 시행 [ 삼차원프린팅법령 체계 ] 구분 주요내용 법률 삼차원프린팅산업 진흥법(약칭 : 삼차원프린팅법) 대통령령 삼차원프린팅산업 진흥법 시행령 부령 삼차원프린팅산업 진흥법 시행규칙 삼차원프린팅서비스사업의 신고 등에 관한 규정 고시(지침) 삼차원프린팅서비스 안전교육 위탁 및 운영 등에 관한 규정 삼차원프린팅제품의 안전한 이용을 위한 이용자보호지침 기타 품질인증가이드라인(SW(미래부), 장비 소재(산업부)) * 자료 : 미래창조과학부 289

297 스마트팩토리 - 3D 프린팅제조시스템 미래창조과학부에서는창업기업육성, 중소기업혁신, 지역특화사업을위하여지역별창조경제혁신센터운영함 전국 17개지역, 18개혁신센터가있음 각지역센터는정부 / 지자체 / 지원대기업이협업하는일대일전담지원체계로운영함 출처 : 미래창조과학부 [ 창조경제혁신센터지역별협업현황 ] 290

298 전략제품 현황분석 창업을 희망하는 경우 맞춤형 컨설팅을 제공함 우수 기술 기업에는 입주공간, 멘토링, 투자자 연결, 글로벌 진출 등 종합서비스 제공함 법률/금융/특허 전문가의 컨설팅 제공함 지역특성에 전문화된 프로젝트를 진행함 출처 : 미래창조과학부 [ 창조경제혁신센터 지역별 핵심사업 ] 291

299 스마트팩토리 - 3D 프린팅 제조 시스템 미래창조과학부 산하 K-ICT 디바이드랩 아이디어 발굴, 전문 교육 프로그램 운영, 기술 디자인 마케팅 등 멘토링 서비스 제품화(시작품 시제 품), 시험 인증 테스트 및 컨설팅 지원, 투자유치 및 판로개척 등의 전주기 지원 프로그램 운영함 3D 모델링, 3D 프린터, CNC, 레이져 커터 등 스마트 디바이스 제작을 위한 기본적인 환경 지원함 구축된 고성능 장비를 활용하여 상주 전문인력을 통해 시제품 개발(3D 모델링, 외형출력, 정밀가 공, 간이생산) 지원함 출처 : K-ICT [ 지역별 K-ICT 디바이드랩 ] 292

300 전략제품 현황분석 라. 특허동향 분석 (1) 연도별 출원동향 3D 프린팅 제조 시스템 기술의 지난 7년( 10~ 16) 간 출원동향30)을 살펴보면 연도별로 출원 경향이 증가하고 있어 지속적으로 3D 프린팅 제조 시스템 기술 관련 기술개발 활발 각 국가별로 살펴보면 미국, 유럽, 한국, 일본 모두 증가하는 추세를 보임 국가별 출원비중을 살펴보면 미국이 62.7%로 최대 출원국으로 3D 프린팅 제조 시스템 기술 을 주도하고 있는 것으로 나타났으며, 유럽이 22.6%로 미국 다음으로 많은 특허를 출원하였 고 한국 10.2%, 일본이 4.5%의 출원비중을 보이고 있음 [ 3D 프린팅 제조 시스템 기술 분야 연도별 출원동향 ] 30) 특허출원 후 1년 6개월이 경과하여야 공개되는 특허제도의 특성상 실제 출원이 이루어졌으나 아직 공개되지 않은 미공개데이터가 존재하여 2015, 2016년 데이터가 적게 나타나는 것에 대하여 유의해야 함 293

301 스마트팩토리 - 3D 프린팅제조시스템 (2) 국가별출원현황 한국의출원현황을살펴보면 13년부터증가하는경향을보이고있으며, 외국인의출원은낮은비중을유지 외국인의출원이낮은비중을유지하고있는이유를살펴보면 3D 프린팅제조시스템기술의국내시장에대한외국인의선호도가높지않은것으로추정 미국의출원현황은빠르게증가되는경향을보이고있고, 외국인출원비중이일정하게유지되 고있는것으로보아미국시장에대한외국인의관심도역시꾸준한것으로추정 일본과유럽의출원현황도증가추세를보이고있으며, 일본출원인대부분이내국인인데비해 유럽출원인은외국인비중이높음 [ 국가별출원현황 ] 294

302 전략제품 현황분석 (3) 투입기술 및 융합성 분석 3D 프린팅 제조 시스템 기술 분야의 투입기술을 확인하기 위하여 특허분류코드인 IPC Code31) 를 통하여 살펴본 결과 3D 프린팅 제조 시스템 기술 분야의 가장 높은 IPC는 B29C 기술분야 가 562건으로 가장 많이 차지하고 있으며, 이어서 B22F가 221건, B23K가 76건으로 다수를 차지 이외에 G06F 55건, A61F 38건, F01D 36건, G05B 33건, A61C 32건, B28B 27건, G06Q 22건 순으로 기술이 투입되어 있어 3D 프린팅 제조 시스템 기술 분야에 다양한 기술이 융합되어 존재 더불어 해당 IPC의 특허인용수명을 살펴보면 B28B 기술분야의 수명이 11년으로 가장 긴 것으로 나타났으며, G06Q 기술분야는 4년으로 가장 짧은 것으로 분석 [ 3D 프린팅 제조 시스템 기술 분야 상위 투입기술 ] IPC 특허인용수명(TCT)32) 기술내용 B29C 플라스틱의 성형 후처리 또는 접합; 가소 상태에 있는 물질의 성형 일반; 성형품의 B22F 금속 분말의 가공; 금속분말로부터 물품의 제조; 금속분말의 제조; 금속 분 말에 적용되는 특수 장치 또는 장비 8년 B23K 납땜 또는 비납땜; 용접; 납땜 또는 용접에 의하여 가열에 의한 절단 8년 G06F 전기에 의한 디지털 데이터처리 6년 A61F 혈관에 이식할 수 있는 필터; 보철; 인체의 관상 구조를 개존 시키는 또는 붕괴를 방지하는 장치; 정형외과 용구, 간호 용구 또는 피임 용구; 찜질; 눈 또는 귀의 치료 또는 보호; 붕대; 피복 용품 또는 흡수성 패드; 구급 상자 9년 F01D 비용적형의 기계 또는 기관 9년 G05B 제어계 또는 조정계 일반; 이와 같은 계의 기능요소; 이와 같은 계 또는 요 소의 감시 또는 시험장치 6년 A61C 치과; 구강 또는 치과용 위생 10년 B28B 점토 또는 다른 세라믹 조성물, 슬래그 또는 시멘트 함유 혼합물 11년 G06Q 관리용, 상업용, 금융용, 경영용, 감독용 또는 예측용으로 특히 적합한 데 이터 처리 시스템 또는 방법; 그 밖에 분류되지 않는 관리용, 상업용, 금융 용, 경영용, 감독용 또는 예측용으로 특히 적합한 시스템 또는 방법 클래딩 또는 피복; 국부 9년 4년 31) 전세계적으로 통용되고 있는 국제특허분류(IPC: International Patent Classification)를 통해 특허정보 기술분야에서 공지기술을 조 사할 수 있으며, 기술 및 권리정보에 용이하게 접근 가능 32) 특허인용수명 지수는 후방인용(Backward Citation)에 기반한 특허인용수명의 평균, Q1, Q2(중앙값), Q3에 대한 통계값을 제시함. 특히 이와 같이 산출된 Q2는 TCT(Technology Cycle Time, 기술순환주기 또는 기술수명주기)라고 부름 295

303 스마트팩토리 - 3D 프린팅제조시스템 투입기술이가장많은 B29C 분야와융합이높게이루어진기술은 B33Y 분야로나타났으며, B22F, G05B 분야와도융합된기술의건수가높은것으로분석 이외에 B22F 분야와융합된기술은 B28B, B23K, B33Y 분야와융합된기술이많은것으로나타났으며, B23K 분야와융합된기술은 B32P, B05B 기술로분석 [ 3D 프린팅제조시스템기술분야 IPC 기술및융합성 ] (4) 주요출원인분석 세계주요출원인을살펴보면주로미국의출원인이다수의특허를보유하고있는것으로나타났으며, 프린터와엔지니어링분야의출원인이대부분 주요미국출원인을살펴보면 Stratasys, Xerox 등프린터기업과 General Electric, Honeywell International 등엔지니어링기업이다수출원을하고있는것으로나타났으며, 이들미국출원인은주로미국본국에출원건수가높은것으로나타남 한국출원인으로는상위출원인목록에오른기업은없었음 296

304 전략제품 현황분석 가장 많은 특허를 보유하고 있는 Stratasys의 3극 패밀리수가 36건으로 다국적으로 시장을 확 보하며 출원을 하고 있는 것으로 보이며, General Electric도 27건으로 다국적 시장을 확보 스웨덴 기업인 Arcam이 확보한 특허의 피인용지수가 1.82으로 가장 높게 나타나 기술의 파급 성이 높은 원천기술을 다수 보유하고 있는 것으로 분석됨 [ 주요 출원인의 출원현황 ] 3극 주요 IP시장국 (건수 %) 주요출원인 국가 한국 Stratasys General Electric Arcam Boeing Honeywell International Hamilton Sundstrand Renishaw Voxeljet Bae Systems Xerox 미국 일본 유럽 % 72% 1% 23% % 55% 12% 31% % 67% 0% 33% 미국 IP시 패밀 피인용 장국 리수 지수 종합 (건) 적층 제조를 미국 미국 57% 11% 32% % 59% 0% 41% % 64% 4% 32% 미국 0% 50% 0% 50% 13 6 독일 0% 68% 0% 32% 5 9 0% 36% 0% 64% % 71% 29% 0% 독일 적층 제조 형성을 위한 D 물품 제조 방법 및 장치 터빈 엔진 등의 적층 제조 방법 임펠러, 블레이드 로터 등의 적층 제조 유럽 미국 적층 제조 장치 및 방법 3D 프린팅 방법과 기기 적층 제조 유럽 미국 0.02 터빈 부품, 가스 미국 독일 27 적층 제조 방법 미국 미국 위한 레이어 3D 물품 미국 0% 1.76 방법과 장치 미국 미국 36 트랜스퓨전 3D 컴포넌트의 미국 스웨덴 주력기술 분야 방법에 의한 물품 제조 기술 3D 프린트 미국 제조 시스템 및 장치 297

305 스마트팩토리 - 3D 프린팅제조시스템 (5) 국내출원인동향 국내출원인동향을살펴보면대기업은케이티의출원건수가가장높게나타났으며, 중소기업에서는디아이의출원건수가높게나타남 대기업의주요출원인은케이티와한화시스템이있으며, 중소기업의주요출원인은디아이, 동산콘크리트산업, 에스엔씨등이주요출원인인것으로나타남 기업이외의주요출원인을살펴보면한국생산기술연구원, 한국세라믹기술원, 전자부품연구원, 한국과학기술연구원등연구소 / 공공기관의출원이다수나타났으며, 대학은조선대학교, 한림대 학교, 건국대학교, 고려대학교, 인하대학교등의출원이높은것으로분석됨 [ 국내주요출원인의출원현황 ] 298

306 전략제품 현황분석 5. 중소기업 환경 가. 중소기업 경쟁력 3D 프린팅 제조 시스템 분야의 중소기업 경쟁력은 기술분류별로 차이가 있으나 3D 프린팅 제조 시스템 기술은 중소기업이 다수 참여하여 시장에서의 역할을 하고 있음 [ 3D 프린팅 제조 시스템 분야 중소기업 현황 ] 중소기업 기술 분류 주요 기술 대기업 중소기업 중소기업 참여영역 제조 초고속 가공시스템, 고능률 복합 가공시스템, 다축/다기능 터닝시스템, 대형/다기능 가공시스템, 난삭재 가공공정 및 시스템 두산인프라코 어 현대위아, 화천기계, SIMPAC, LS엠트론 세스코 한국정밀, SKEM,대영, 한국정밀, 기흥기계, 엘엠에스, 동신프레스, 우진플라임 대형공작기계, 연삭장비, 요소부품 가공, 프레스 및 성형 가공장비 제품설계 초정밀 형상 부품 가공공정 및 시스템, 초미세 레이저가공시스템, 미세 패턴 롤성형 시스템, 대면적 미세형상 성형시스템, 초미세 입자빔 가공시스템, 고정밀 연삭시스템 기술, 플라즈마 응용 가공시스템 세스코, AM Tech. 초정밀 미세 패턴 가공장비 공장설비 초고속 정밀 3D프린팅 공정 기술 저진공 고출력 전자빔을 이용한 고융점 3D프린팅 시스템 기술 다중 와이어 공급과 고출력 전자빔을 이용한 하이브리드 3D프린팅 시스템 두산인프라코 어 현대위아, 다가치, 엑센솔루션 운용관리 솔루션 참여정도 * 중소기업 참여정도와 점유율은 주요제품 시장에 참여하는 중소기업의 참여규모와 정도(업체수, 비율 등)를 고려하여 5단계로 구 분 (낮은 단계:, 중간 단계(,, ) 높은 단계: ) 299

307 스마트팩토리 - 3D 프린팅제조시스템 나. 중소기업기술수요 3D 프린팅제조시스템분야의중소기업의기술수요를파악하기위하여중소기업기술수요조사및중소기업청 R&D신청과제 (2013~2015 년 ) 를분석한결과아래표의내용과같은수요들이다수있는것으로분석 3D 프린팅제조시스템분야중소기업은최근에제품설계, 공장설비기술과관련된기술개발에다수수요가있는것으로나타났으며, 이는최근기술트렌드인 ICT기술과의융복합기술에관심이높아지고있는추세를반영한것으로분석됨 [ 3D 프린팅제조시스템분야과제신청현황및수요조사결과 ] 전략제품기술분류관심기술 제조 자유곡면상의 3D 전자소자프린팅기술 3D 프린팅을이용한사물인터넷용스마트센서모듈제조기술제작 - 검사장비일체형제조설비기술모래형주형제작을위한샌드프린터및샌드소재국산화및양산을위한샌드소재제작장치개발기술 3 차원고성능바이오 chip 프린팅기술 제품설계 클라우드기반 3 차원가상제조오픈플랫폼기술빅데이터기반소량생산디지털서칭ㆍ매칭기술 3D 프린팅기반 A/S 용부품설계및제작기술 공장설비 초고속정밀 3D프린팅공정기술저진공고출력전자빔을이용한고융점 3D프린팅시스템기술다중와이어공급과고출력전자빔을이용한하이브리드 3D프린팅시스템 300

308 전략제품 현황분석 다. 중소기업 핵심기술 (1) 데이터 기반 요소기술 발굴 3D 프린팅 제조 시스템의 특허 및 논문데이터 검색을 통해 도출된 유효데이터를 대상으로 데 이터마이닝 기법(Scientometrics 기법)을 통해 클러스터링된 키워드의 연관성을 바탕으로 요소 기술 후보군을 도출 3D 프린팅 제조 시스템의 특허 및 논문 유효데이터를 기반으로 키워드 클러스터링을 통하여 10 개의 요소기술 후보군을 도출 제품별 dataset 구축 : 3D 프린팅 제조 시스템 관련 특허/논문 데이터를 추출하여 노이즈 제거 후 제품별 dataset 구축 1차 클러스터링 : 키워드 맵을 통한 고빈도 키워드 확인-빈도수(tf-idf)33)가 상위 30%에 해당하 는 키워드를 대상으로 1차 추출 2차 클러스터링 : 1차 클러스터링에서 추출된 고빈도 키워드 사이에서 고연관도 키워드를 2차 추 출 (고연관도 기준은 연관도수치34)가 2이상인 클러스터로 제한) 다음 그림은 키워드 간 연관네트워크를 시각화한 것으로, 각 키워드를 나타내는 원과 키워드 간의 연관도를 나타내는 직선으로 구성 각 키워드가 특허와 논문 중 어느 데이터에서 도출되었는지 원의 색으로 구분하였으며, 키워드로 도출된 클러스터는 황색음영으로 표시 키워드를 나타내는 원은 고빈도의 키워드일수록 원의 크기가 크게 표현되며, 연관도를 나타내는 선은 키워드 사이의 연관도수치가 높을수록 굵게 표현 3D 프린팅 제조 시스템 전략제품의 특허 논문 유효데이터에 대하여 키워드 클러스터링 결과를 기반으로 요소기술 도출 데이터 기반의 요소기술 도출은 키워드 클러스터링을 통해 도출된 요소기술에 대하여 전문가의 검증 및 조정을 통하여 요소기술을 도출 33) 빈도수(tf-idf) : 각 키워드가 출현되는 특허 또는 논문수를 의미 34) 연관도수치: 두 개 이상의 키워드 사이의 특허 또는 논문수를 의미 301

309 스마트팩토리 - 3D 프린팅 제조 시스템 [ 3D 프린팅 제조 시스템 기술 분야 키워드 클러스터링 ] [ 3D 프린팅 제조 시스템 분야 주요 키워드 및 관련문헌 ] No 주요 키워드 클러스터 01 additive manufacturin g 연관도 수치 관련특허/논문 제목 4~6 1. Checking gauge having integrated features and method of making the same 2. Low density subsea buoyancy and insulation material and method of manufacturing 3. ADDITIVE MANUFACTURING WITH ELECTROSTATIC COMPACTION 4~5 1. Personalized fit and functional designed medical prostheses and surgical instruments and methods for making 2. Low density subsea buoyancy and insulation material and method of manufacturing 3. Use of additive manufacturing processes in the manufacture of custom wearable and/or implantable medical devices 클러스터 02 manufacturin g process 클러스터 03 three dimensional article 5~7 1. METHOD FOR ADDITIVE MANUFACTURING 2. ADDITIVE MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL ARTICLES 3. POYLMERIC COMPOSITION FOR USE AS A TEMPORARY SUPPORT MATERIAL IN EXTRUSION BASED ADDITIVE MANUFACTURING 클러스터 04 energy beam 5~7 1. ADDITIVE MANUFACTURING USING A POWDERED METAL AND POWDERED FLUX 302 FLUIDIZED BED OF