2014. 02. 26 + POSRI 보고서 인더스트리 4.0, 독일의미래제조업청사진 박형근수석연구원, 미래창조연구실 (hyungkeun.park@posri.re.kr) 김영훈수석연구원, 미래창조연구실 (golyong@posri.re.kr) [ 목차 ] 1. 왜인더스트리 4.0에주목하는가? 2. 인더스트리 4.0이란? 3. 새로운제조업패러다임, 무엇이바뀌나? 4. 독일의 4차산업혁명구상이우리에게주는의미
인더스트리 4.0 은독일이제조업주도권을이어가기위해구상한차세대 산업혁명을지칭하며, ICT 와제조업의융합을통한경쟁력유지가핵심 - 독일은신흥국의원가경쟁력을통한추격, 선진국의기술추격에대응해제조업주도권을지속하기위해한단계앞서나가는 4 차산업혁명을구상 - 소비자의개별취향을충족하는고품질제품을빠르게전달해부가가치를높이고차별화함으로써독일의제조업경쟁력을유지할것으로기대 - 친환경도심형공장에서숙련된노동자들이오랜세월일할수있으며, 기술교육을받은전문인력에대한수요가늘어고용창출효과도발생 다품종대량생산이가능한가볍고유연한생산체계가인더스트리 4.0 의 중심에있으며, 이를위해서는사물인터넷과사이버물리시스템기술이필수 - 제조업의넥스트패러다임은 IT 와제조의융합이기본바탕이되며, 현실의물리적세계와인터넷의가상서비스를연결해주는사이버물리시스템필요 - 기존의경직된중앙제어식일관공정시스템이유동적인분산제어식가변공정시스템으로바뀜으로써소비자와생산자가치모두향상 - RFID 등스마트메모리장착을통해소재와제품, 생산기기의지능화를이루어제품이능동적으로생산및이동경로를선택하는시스템 지멘스, BMW 등은이미스마트팩토리개념을도입해공정을고도화 하고있으며, 관련하여국가간표준화경쟁이치열할것으로예상 - 산업용기기및소프트웨어분야선두주자인지멘스는연구인력 3 만명가운데절반을소프트웨어엔지니어로채용해제조와 IT 융합을주도 - 보쉬는연료인젝터에 RFID 를부착해수십만가지제품조합을효율적으로생산하고있으며, BMW 는 3D 프린팅기술을적용함으로써생산현장의가변성을높임 - 독일은다국적기업및대학연구기관의참여를통해스마트팩토리프로젝트를주도해시범공장과표준화개발에박차를가하고있음 제조업과 IT 분야강국인한국에게는중요한기회이며, 효과적기술융합을 통해제조업을한단계진화시키는것도가능 1 인더스트리 4.0 은특정기술을지칭하는것이아닌제조업전반의시대적 전환을총칭하는용어로이해하는것이바람직 2 포스코는후판용 RFID 개발등스마트팩토리를구축중이나, 보다종합적인 접근을통해전밸류체인에서리더십을확보할수있는 End-to-End 엔지 니어링필요 Executive Summary 3 독일은국가차원에서표준화및기술개발을서두르고있어, 선점경쟁에서 한발뒤진후발주자들은적극적인표준화참여와협업이필요 1
1. 왜인더스트리 4.0 에주목하는가? 독일은인더스트리 4.0을통해미래제조업시장주도구상 자국제조업의진화를통한양질의일자리창출, 노동고도화통한고임금 고령화구조대응, 고부가생산통한경쟁력유지가궁극의목적 - 독일은제조업기술리더이자세계 2위수출국이지만신흥국과의저가생산경쟁, 중국 한국등후발주자의기술추격에위기인식 - 생산패러다임의변화를통한제조업경쟁력강화와고부가제품시장장악으로마켓리더십을유지하는 End-to-End 리더십전략채택 - 최근많은발전을이룬 IT분야와전통적강점인생산기술분야의결합을통해새로운돌파구모색 국가경쟁력유지를위한 하이테크비전 2020 내에너지, 환경, 통신등핵심미래기술과함께인더스트리 4.0 항목추가해국가로드맵작성 - 2006년시작된국가하이테크비전 2020의액션플랜에인더스트리 4.0을 2012년새로편입시키고이를추진하기위해 2.5억유로규모의국가프로그램운영 - 사물인터넷 (IoT 1 ), 사이버물리시스템 (CPS 2 ), 스마트팩토리등산학연연구프로그램을운영해국가차원의기술표준을개발하고시범모델운영 - 스마트팩토리프로젝트는독일인공지능연구소주도하에지멘스, 보쉬등산업계, 시스코등해외기업, 스웨덴 스페인을포함한다국적대학등이참여 미국과중국또한제조업의중요성을재조명하며경쟁력강화를위한국가플랜마련, 3D 프린팅과 IoT 등기술개발적극지원 미국은제조업발전을위한국가협의체인 AMP 3 를운영하고있으며, NIST 4, NSF 5 등과학기술단체를통해수억불규모의연구개발투자를실시 중국도 12 차 5 개년계획내 7 대전략사업분야가운데생산장비고도화및 정보통신진흥을위한계획을수립하고 IoT 센터를설립해 CPS 연구등에 1.17 억달러를펀딩하는등적극적입장 ------------------------------------ 1 Internet of Things 2 Cyber Physical System 3 American Manufacturing Partnership 4 National Institute of Science and Technology 5 National Science Foundation 2
복잡성 인더스트리 4.0, 독일의미래제조업청사진 < 독일의인더스트리 4.0 을통한미래성장구상, 포스리분석 > 제조업을어떻게자국에유치할것인가? 저가생산국과어떻게경쟁할것인가? 현재의기술리더십은어떻게보존할것인가? 인구고령화, 고임금문제, 노동의고도화는어떻게이룰것인가? 높은기술력 전통적제조강국 Breakthrough Embedded System 강자 IT 기술융합 독일의 High Tech Strategy 2020 고객가치향상 마켓리더십확보 기술 / 제조업주도 제조업자국유치 고령화 / 고임금대응 2. 인더스트리 4.0 이란? 기계의도입, 자동화의진행, 컴퓨터와로봇의등장에이어기계와사람, 인터넷서비스가상호연결되는생산패러다임의진화 센서, 액츄에이터, 모바일기기등물리적세계의사물이 CPS 라는매개체를통해인터넷상의생산및재고관리, 고객관리등의서비스와연결 물리적세계에서진행되는일들이실제가상의세계로미러링 ( 동일하게복제 ) 되어사전검증, 실시간관리, 사후분석이가능 [ 별첨 1 참조 ] * < 산업혁명의역사적흐름 > 1969 년최초의 PLC* (Modicon 084) 사이버물리시스템기반 (Cyber-Physical System) 유연하고효율적인생산체계 1870 년신시네티도축장최초컨베이어벨트 전자기술과 IT 통한자동화진화 1784 년최초의기계식방직기 컨베이어벨트 전기동력에의한대량생산체계 수력및증기기관 기계식생산설비 18 세기말 20 세기 1970 년대 오늘날 시간 * PLC Programmable Logic Controller 자료 : DFKI ( 독일인공지능연구소 ), 2011 3
소재 / 제품 / 기기의지능화통해과거경직된중앙집중식생산체계에서모듈단위의유연한분산 자율제어생산체계구현 < 인더스트리 3.0 vs. 인더스트리 4.0> 인더스트리 3.0 소재 / 부품 + 시맨틱메모리 * 중앙제어기 무겁고경직 가볍고유연 일관공정 모듈공정 소품종대량생산 순차 고정설비중앙 집중제어 가변 유연설비자율 분산제어 다품종대량생산 Mass Production 유선통신실시간위치파악불가 무선통신실시간위치추적 Mass Customization * 시맨틱메모리 : RFID 등에제품의이동경로등이벤트를기록해저장할수있는메모리 * 시맨틱메모리 : RFID 등제품의이동경로등이벤트를기록해저장할수있는메모리분류 과거중앙제어장치의명령을받아생산기기가소재를가공하던일방향서비스로직에서소재와반제품에 RFID 6 등스마트메모리를장착해스스로지능화된생산기기와통신통해경로를결정하는분산제어체계 모듈단위생산체계로인해제품의변경이나고객주문에따라수시로생산 Layout 변경이가능하고교체즉시가동하는 Plug&Produce 시스템 고객주문으로부터택배물류까지밸류체인전과정의서비스연결및기기간통신을구축해야하는 End-to-End 엔지니어링기술필요 기기가인터넷에연결되어 Stuxnet 7 등외부의공격에취약해질수있으므로클라우드보안기술등의확보는선결해야할과제 3. 새로운제조업패러다임, 무엇이바뀌나? 제품의가치향상, 고효율의지능화된공장, 편리하고안전한근로자환경을추구하는새로운생산패러다임으로전환 ------------------------------------ 6 Radio Frequency Identification: 극소형칩에안테나를달아무선으로데이터를송신하는장치 7 발전소 공항 철도등기간시설파괴목적으로제작된바이러스 4
나만을위한제품 이각광받는 Batch Size 1 시대개막 - 3D 프린팅업체인스트라타시스의조사에따르면소비자는개인화된제품에대해서 5~20% 의프리미엄을지불할의사를갖고있음 - 보쉬는디젤엔진핵심부품인연료인젝터생산시 RFID 적용으로수십만가지제품사양을충족하고, 실시간생산정보를고객사와공유해가치제고 - 제약업계에서는약통에스마트메모리를부착, 생산연도, 선적일등을저장하고, 내장센서를이용해개봉후경과시간과투약횟수를보여줌으로써환자의편의를개선 도시에위치한친근한공장, 인간에반응하는똑똑한생산로봇 - 자동화기기기업인비텐슈타인은소음과오염배출을혁신적으로줄인친환경도심형공장을독일슈투트가르트근교에운영, 근로자들이가까운거리를출퇴근하고생산과정에서남는열을지역난방에활용해지역에도공헌 - 빌레펠트대학에서는생산로봇을가벼운소재로제작해한사람이들어옮길수있고, 사람의동선을피해움직이게하는지능화연구를진행 오염배출 비텐슈타인펠바흐공장 소음줄이고, 안전하고, 친근한생산설비 지역공헌 : 생산과정잔열지역난방 저소음 깔끔한이미지 생산과정잔열 자료 : Wittenstein 가상공간에서의공장구현을통해사전에많은가능성들을타진해볼수있고, 지구반대편에서도공장설비의보수가가능한가상현실기술 - 지멘스는 TIA (Totally Integrated Automation) 소프트웨어를개발해공장 레이아웃점검부터제어설계, 생산시뮬레이션, 가동모니터링을하나의 패키지에서구현하도록해혁신적비용절감실현 - 가상 / 증강현실기술의발달로구글글래스나모바일기기를통해 손쉽게현장교육이가능해져멀리떨어진생산현장에갈필요가없는 원격교육및원격보수활성화 5
증강현실통한조립교육 증강현실통한원격보수 자료 : SAP 인더스트리 4.0에서도중요한축을담당하는 3D 프린팅과빅데이터 - BMW는신차출시에따라수시로변하는부품형상에맞추어반제품을실어나르는 Jigs&Fixtures를 3D프린팅기술로생산함으로써경제적이고신속하게대응 - 센서, 액츄에이터의연결, 소재와제품의메모리사용으로유통데이타가기하급수적으로늘어나면서빅데이터처리기술의중요성증대 - 생산기기의업그레이드앱판매를통해새로운애프터세일즈시장창출 장비판매후소프트웨어의업그레이드, 선택적기능판매통한새로운사업 다양한모델의생산, 변동성높은생산설비에 3D 프린팅통해비용절감, 생산성제고 부품 3D 프린팅생산, 블레이드파손보수 자료 : Stratasys, DFKI, GE 4. 독일의 4 차산업혁명구상이우리에게주는의미 1 기술개발및표준화서두르는독일에뒤쳐지지않으려면... 인더스트리 4.0 은특정기술을지칭하는것이아닌제조업분야시대적전환을총칭하는용어로이해해야 6
많은기업들이각요소기술에대해단편적으로접근하고있으나, 표준화로전밸류체인에걸친리더십을갖는것이핵심으로독일과같이종합적접근을통해협업을유도하는것이유리 독일이국가차원의육성을통해글로벌표준을선점할경우, 후발주자들은다시그들에끌려갈수밖에없어대비필요 따라서, 한국도독일스마트팩토리프로젝트, 세계사물인터넷포럼등에참가해적극적으로의사를개진하고동향파악과기술교류를실시할필요 2 제조업과 IT 강점분야인한국에겐기회요인 독일인공지능연구소장, 지멘스등전문가인터뷰에따르면, 인더스트리 4.0 은 2020 년경에본격화될전망으로아직초기단계 제조업경쟁력 5 위, IT 발전지수 1 위인한국으로서는두분야의성공적융합을통해제조업을한단계업그레이드시킬수있는기회 3 포스코패밀리도이미인더스트리 4.0 에진입 포스코는냉연, 열연코일에직립형 RFID 를개발해적용한데이어후판용 RFID 도지난 1 월세계최초로개발해물류혁신주도 포스피아 3.0 의일환으로모바일기기와데이터베이스를연동해안전작업을확인하고재고를관리하는등스마트워크플레이스운영 또한, 제철소산소공장의에너지제어관리시스템개선으로가시적성과를창출하여확대적용을추진 종합적인스마트팩토리개념적용을통해마케팅단계에서부터사후관리의전밸류체인에걸친발전로드맵수립필요 4 표준화는여전히넘어야할벽 독일은사물인터넷통신표준과스마트메모리, 생산기기연결소켓의표준화를통한 Plug & Produce 를추구하고있으나기업간기술주도권경쟁으로표준개발과단일화에상당한노력이필요할것 시장과기술리더십이모두강한일본, 중국, 미국도국가차원의로드맵및기술표준을개발하고있어지역별표준이세분화될가능성도있음 독일의스마트팩토리프로젝트처럼국가차원에서산학연단체의적극적인참여를유도함으로써기술정보를공유하고표준화작업도서둘러야 이자료에나타난내용은포스코경영연구소의공식견해와는다를수있습니다. 7
[ 별첨 1] 개념적서비스를물리적하드웨어와연계해주는 CPS Convergence Technology Sensing, Actuation & Control Computing Smart Material Smart Product Communication 자료 : DFKI ( 독일인공지능연구소 ), 2011 [ 별첨 2] 밸류체인전반에걸친 End-to-End 엔지니어링 제품밸류체인 End-to-End Engineering 생산설비밸류체인 자료 : 포스리분석 8
[ 별첨 3] 포스코의인더스트리 4.0 재고및물류관리, 고객정보제공 생산현장모바일업무환경제공 자료 : 언론자료종합 [ 별첨 4] 독일의산학연협력프로젝트인스마트팩토리 자료 : DFKI ( 독일인공지능연구소 ), 2011 9
[ 참고자료 ] - Industrie 4.0, Smart Manufacturing for the Future, German Trade & Invest, 2014.1.14 - Industry 4.0: The Semantic Product Memory as a CPPS, Wolfgang Wahlster, DFKI 2013.5.27 - Recommendations for Implementing the Strategic Initiative Industry 4.0, German Acatech, 2013.4 - Innovation and Production, A Preview of the MIT Taskforce on Innovation and Production Reports, 2013.2.22 - Industry 4.0-The German Vision for Advanced Manufacturing, Detlef Zuehlke, DFKI 2013.12 - www.dfki.de, www.smartfactory.de, 독일인공지능연구소, 스마트팩토리프로젝트 - 장벽붕괴 25년, 게르만의비상, 한국경제신문-포스코경영연구소공동기획한국경제신문기사, 2014.1.2~1.16 - 한국경제신문-포스코경영연구소 2013년 12월독일공동취재팀 인더스트리 4.0 전문가인터뷰 Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Wahlster, 독일인공지능연구소장 Prof. Dr.-Ing. Detlef Zuehlke, 독일인공지능연구소생산혁신시스템연구소장 Dipl. Ruediger Dabelow, Managing Director, 스마트팩토리카이저스라우턴 Prof. Dr. Dieter Wegener, Siemens Industry 10