IT & Future Strategy 인더스트리 4.0 과 제조업창조경제전략 제 2 호 (2014. 5. 30) 목차 Ⅰ. 제조업을둘러싼환경변화 / 1 Ⅱ. ICT기반인더스트리 4.0 부상 / 5 Ⅲ. 인더스트리 4.0 구현의 3대전략 / 17
IT & Future Strategy 보고서 는 21 세기한국사회의주요패러다임변화를 분석하고이를토대로미래정보사회의주요이슈를전망, IT 를통한해결 방안을모색하기위해한국정보화진흥원 (NIA) 에서기획, 발간하는보고서입니다. NIA 의승인없이본보고서의무단전재나복제를금하며, 인용하실때는 반드시 NIA, IT & Future Strategy 보고서 라고밝혀주시기바랍니다. 보고서내용에대한문의나제안은아래연락처로해주시기바랍니다. 발행인 : 장광수 작성 - 한국정보화진흥원빅데이터전략센터미래전략연구부이정아 (02-2131-0146, leeja@nia.or.kr) - 포스코경영연구소철강기술전략센터김영훈수석연구원 (02-3457-8060, golyong@posri.re.kr) 보고서온라인서비스 - www.nia.or.kr
요약 제조업을둘러싼환경이급변하면서, 제조업부활과함께중요성이재조명 - 글로벌화 도시화 인구구조의변화, 에너지형태의전환이라는지구규모의 끊임없는사회적변화와함께제조업을둘러싼환경도급변 - 1 차 (18 세기 ) 2 차 (20 세기초 ) 3 차산업혁명 ( 70 년초 ) 을거쳐 ICT 와제조업이 완벽하게융합하게될 4 차산업혁명기 (2020 년이후 ) 도래가초읽기에돌입 ICT 와제조업의융합이제조업의효율을높이는수단으로작용 - 제조업과 ICT 융합이생산방식의혁명을일으키며제조업위기의돌파구로 주목받으면서, 제조업부활에날개를달아주는요소로부상 - 4 차산업혁명기에는 ICT 와제조업의융합으로산업기기와생산과정이모두 네트워크로연결되고, 상호소통하면서전사적최적화를달성할것으로기대 - 기술의진보로공장이스스로생산, 공정통제및수리, 작업장안전등을관리 하는완벽한스마트팩토리 (Smart Factory) 로전환되어, 전체생산공정을 최적화 효율화하고, 산업공정의유연성과성능을새로운차원으로업그레이드 < 기술변화에따른산업혁명 (Industrial Revolution) 의 4 단계 >
제4차산업혁명을선도하는 인더스트리 4.0 의등장과부상 - 독일은 11년 하이테크비전 2020 에 ICT 융합을통한제조업창조경제전략인인더스트리 4.0 전략을주요테마로포함시키고, 강도높게추진 - 인더스트리 4.0 은생산공정, 조달 물류, 서비스까지통합관리하는 스마트팩토리 가목표. 이를위해사물인터넷, 사이버물리시스템, 센서등의기반기술개발집중 < 인더스트리 4.0을촉진하는환경요인 > 스마트팩토리를목표로신산업혁명을유도하는 Industry 4.0은필연적흐름 - ICT 기반스마트화는스마트폰, 스마트미터, 스마트시티, 스마트그리드등모든것에적용되고있으며, 공장을스마트화하는인더스트리 4.0도필연적흐름 - 인더스트리 4.0은공장자동화기술, 제조기술, 정보통신기술, 그리고차세대인터넷의중요한방향성을제시하고, 산업의신시대를선도할것으로기대 인더스트리 4.0 구현을위한 3대전략 1 지능형공장및초연결사회의핵심요소기술인센서경쟁력강화방안마련 - IoT IoS 기반의스마트팩토리구축, 더나아가궁극적으로초연결사회구현을위해서는핵심요소기술인센서개발과경쟁력강화가가장시급 2 기술교류및산학연관협력구심점필요 - 구호에그치는제조업창조경제가아니라독일처럼구체적인리딩기관및협업기관을선정하여정부지원하에강하게추진하는것이필요 3 대중소기업간상생모델구축 - 스마트팩토리같은거대한최적화시스템구축을위해서는공정부터공급망까지의지능화가필요하고, 이를위해서는대중소기업간협업체계구축이필수
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 1 Ⅰ 제조업을둘러싼환경변화 1. 사회 문화적 (Social) 변화 제조업에종사하는노동력감소및기능공이나숙련공의고령화가속 출산율저하및고령층경제활동증가등의영향으로선진국의제조업생산인구는급감하고고령화되는반면, 중국 인도등개도국은탄탄한노동력을보유 - 제조강국인일본 독일의제조업종사자는 1990년부터감소세가지속되는반면, - 인도는 2040년까지도생산인구의비중이계속증가세를유지할전망이며, 중국도 2010년이후감소세로전환되었지만속도는빠르지않은상황 글로벌화 도시화 인구구조의변화, 에너지형태의전환이라는지구규모의끊임없는사회적변화는이에대응하는솔루션발견을위한기술적원동력을촉구 - 빠르게고령화되고있는제조숙련공들의노하우를공유하고전수하는시스템을설계함으로써생산인구감소를극복하고생산성향상필요 전통적인제조분야 ( 생산직 ) 에대한업무기피및제조업의공동화심화 도시화의진전, 소비문화확산, 저임금의제조업기피, 서비스업선호등에따라 서비스업중심의경제구조로전환되면서제조업취업의매력도는갈수록저조 제조업이값싼노동력을찾아개도국으로이전하면서제조업전반의노동가치가 하락하고있고, 제조업의공동화현상이급속히진전 < 주요국의생산인구비중 (%) > 국가 1990 2000 2010 2020 2030 2040 미국 65.8 66.3 67.1 64.3 61.0 60.4 일본 69.7 68.2 63.8 58.8 57.1 53.3 독일 68.9 68.1 65.8 64.0 58.7 55.7 한국 69.4 71.7 72.7 70.7 63 56.8 중국 64.9 67.5 73.5 70.1 68.0 63.4 주 : 생산가능인구는 15세이상 65세미만대상, 자료 : UN 인구통계국
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 2 2. 기술적 (Technological) 변화 ICT 기반의 제 4 차산업혁명 (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 커뮤니케이션방식 책, 신문등 전화기, TV 등 인터넷, SNS 등 사물인터넷, 서비스간인터넷 (IoT & IoS) 생산방식 생산기계화 대량생산 부분자동화 시뮬레이션을통한자동생산 생산통제 사람 사람 사람 기계스스로 자료 : 현대경제연구원
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 3 사물인터넷 빅데이터 클라우드컴퓨팅 스마트로봇등기반기술의동시다발적발전 ICT의발전은산업공정에서완전한자동생산체계와지능형시스템구축을가능하게함으로써스마트한생산과함께제조업의생산성과효율성을제고 - 사물인터넷으로정보교환, 클라우드로정보를더하고빅데이터로상황을분석, 생산시뮬레이션을가동하는생산체계구축이가능, 로봇은휴먼- 머신인터페이스로작업 < 스마트팩토리에서로봇과근로자의협력 > 미래 자료 : IDA 세미나자료, 2013. ICT 는네트워크에접속된기기끼리자율적으로동작하는 M2M(Machine to Machine), 개발 판매 ERP(Enterprise Resource Management) PLM(Product Lifecycle Management) SCM(Supply Chain Management) 등의업무시스템에활용되어자동화촉진 < 기술변화에따른산업혁명 (Industrial Revolution) 의 4 단계 > 자료 : 독일인공지능센터 (DFKI), 2011. Industrie4.0 Working Group, Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0 (2013) 에서재인용및일부내용을추가
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 4 3. 경제적 (Economic) 제조생태학적 (Ecological) 변화 제조강국의세대교체가속화, 상품수출과기술서비스접목활성화 브릭스 (BRICs) 국가를중심으로제조경쟁력상승세가지속되는반면, 미국 독일 일본 한국등전통제조강국의순위는하락하는추세 - 저가공세와저렴한인건비, 기술개발노력등이맞물리면서중국의상품수출비중은 2012년에 10% 를돌파하는등제조최강국지위를유지 - 제조강국은생산성과기술력측면에서여전히경쟁력이있지만, 브릭스국가에비해임금과제조비용, 그리고전력가격에서는격차가확연 선진국들이상품수출국을대상으로지적재산권판매및라이센싱, 기술정보및서비스를확대함으로써수출경쟁력하락을방어 - 단일제조상품만판매하던방식에서벗어나상품수출과기술서비스를접목 - 독일정부는 2006년부터제품판매와기술서비스의융합을확대 (Innovation with Service) 하면서서비스수출과세계화에집중 - 그결과독일은 2005년기술무역수지가흑자로전환되었고, 상품무역과기술무역에서쌍끌이흑자를달성하는극소수국가로성장 < 글로벌시장에서주요국상품수출비중 > < 제조업경쟁력지수순위변동 > 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) 자료 : 딜로이트, 월드뱅크
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 5 사물인터넷의개화와제조생태계의네트워크화 ICT를기반으로모든사물이인터넷으로연결되어사람과사물, 사물과사물간의정보를교환하고상호소통하는사물인터넷이신성장동력으로부상 - 센싱이나데이터취득이가능한사물에인터넷을연결하는기술인사물인터넷의발전은우리의생활뿐만아니라제조업의생산방식을 180도로바꿔놓을전망 인터넷연결기기 09년 9억대 20 년약 260 억대로급증, 관련시장규모는 3,090 억달러로성장 ( 가트너 ) 공장내부 ( 설비 반제품 작업자 ) 는물론, 공장외부 ( 고객 조달 유통 재고부문 ) 와의네트워크가강화되면서제조생태계차원에서의공정최적화달성 제조생태계와초연결사회간의실시간연계 소통이가능 모든것이네트워크화되는초연결사회에서제조업은단순생산프로세스의변화나 최적화를초월해포괄적 편재적인 HMI(Human-Machine Interface) 를형성 모바일 소셜 클라우드 정보등의 ICT가통합 연계되면서스마트팩토리, 스마트홈, 스마트시티등의생활을실시간으로연결하는것이가능 - 원격업무 지도 ( 스마트홈 ), 안전사고발생시지자체안전관리망과연계해즉시조치 ( 스마트팩토리 시티 ), 완제품이송시지능형교통시스템과연동해물류비용최소화 < 미래 IoT, IoS 기반지능형환경 > < IoT IoS 와스마트팩토리 > 자료 : IDA 세미나자료, 2013. * IoT, IoS 구성요소로서스마트팩토리위치부여 자료 : DFKI, 2011.
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 6 4. 정치적 (Political) 변화 선진국의제조업부활정책총공세및제조업의중요성재조명 2008년글로벌금융위기이후선진국을중심으로제조업르네상스정책이강화되고있으며, 선진국들은첨단제조업에집중 - 서비스업중심의시장경제시스템이경제성공방정식으로받아들여졌으나, 글로벌금융위기와유럽재정위기로이러한방정식에의문이제기 - 2008년금융위기를겪은선진국중제조업이강한국가의경기가빠른속도로회복됨에따라, 제조업이탄탄한국가 ( 독일 중국등 ) 가위기에강하다는인식확산 - 해외생산품의운송비용, 지적재산권침해, 지지부진한공정혁신, 상승하는인건비등여러이유로해외공장들의리쇼어링 (Reshoring) 분위기확산 리쇼어링 : 해외로생산기지를옮기는 ' 오프쇼어링 (Offshoring)' 의반대개념으로, 해외에나가있는자국기업을각종세제혜택과규제완화등을통해자국으로불러들이는정책. 미국은리쇼어링으로세계패권을되찾는다는 일자리자석 정책추진 ( 한경경제용어사전 ) 미국과일본을중심으로세제혜택강화, 제조 R&D 강화및제조업효율화를위한에너지정책등제조업중심의혁신체계구축노력가시화 - 서비스업으로경쟁력을강화하려했던선진국부터, 산업기반확충을도모하는신흥국까지제조업의육성을기반으로한국가성장전략을추진 2010년기준한국경제의제조업비중은 49% 로 2005년 (45.2%) 에비해 3.8%p 상승 (OECD 평균 (7.5%, 9.9%) 에비해매우높은수준 ) ( 한국은행, 2014) - 오바마행정부는법인세인하, 해외진출기업리쇼어링장려, 제조업혁신허브증설, 첨단제조기술전략 (AMT), 제조업혁신연구소건립등을추진 - 아베정부도제조업경쟁력을강화하기위해 6대전략, 37개과제로구성된산업재흥플랜을제시하고, 향후 5년간을긴급구조개혁기간으로지정 일본재흥전략 ( 日本再興戰略 ) 의 3개액션플랜 : 일본산업재흥플랜 ( 산업기반강화 ), 전략시장창조플랜 ( 시장개척 : 국내 ), 국제전개전략 ( 시장개척 : 해외 )
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 7 독일은다가올 4 차산업혁명을주도하고, 미래제조업의경쟁력을선점하기 위해 인더스트리 4.0 프로젝트에 2 억유로를투자 EU 는유럽제조업의부활을성공시키기위해기업과정부가공통의행동계획 ( 커먼어젠다 ) 을수립하고, 향후 15 년에걸쳐연간약 900 억유로를투자할계획 < 미국의재산업화전략 > < 일본의산업재흥플랜 6 대전략 > 구분내용 법인세 35% 에서 28% 로인하 제조업에대한실질세율이 25% 를기업초과하지않도록조정 해외진출기업중국내이전기업에인센티브확대 첨단제조업강화전략혁신 제조업혁신연구소 45개건립추진으로혁신허브구축 청정에너지개발에 79억달러펀딩에너지 에너지부문의창업과고용창출 구분내용 긴급구조개혁프로그램 기업혁신기타 : 과소투자, 과잉규제, 과당경쟁해소 중소기업및소규모사업자혁신 : 창업활성화 4.5% 에서 10% 로 과학기술혁신추진 : WEF 이노베이션순위 1위달성 세계최고수준의 IT사회구현 고용제도개혁및인재양성 : 20~64세취업률개선 입지경쟁력강화 : 산업기반강화, 업무환경개선 자료 : 현대경제연구원, 독일의창조경제 : 인더스트리 4.0 의내용과시사점, 2014. 참고 메이커스 (Makers) : The New Industrial Revolution < 디지털과제조업의공존이가져올 10 년후미래 > 강한국력을원하는나라는제조업기반을유지해야한다. 하지만인건비때문에 제조업을유지하기는갈수록어려워지고있다. 이런추세를반전할길이있다. 과거처럼거대공장으로돌아갈것이아니라웹처럼지역적으로분포해상향식으로운영되고기업가정신을발휘해야하는신제조업경제를건설하는것이다. 인터넷에접속가능한컴퓨터와아이디어만으로세상을바꾸는영리한사업가모습을제조업에서도볼수있게됐다. 메이커스 : 신산업혁명을주도하며제작 판매의디지털화를이끄는사람 기업을의미. 메이커스가앞세대와다른점은기술에정통하고, 혁명을이룰강력한디지털도구를갖추고있다는것 저자 : 크리스앤더슨 (Chris Anderson)
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 8 5. 주요국의제조업창조경제 1) 전략 미국 : 첨단제조기술 (Advanced Manufacturing Technology) 전략 첨단제조혁신을통해국가경쟁력강화및좋은일자리창출, 경제활성화 - ICT( 정보 ( 데이터 ) SW 네트워킹 ), 자동화, 센싱관련기술을개발하여제조업에 확산하고첨단소재개발, 에너지효율화기술등을통해제조혁신을지원 2012년 7월 미국제조업재생계획 을발표하고, 이를지원할인프라구축 - 제조혁신기구 (IMI, Institute for Manufacturing Innovation) : 제조분야원천및사업화기술개발, 지방중소기업지원등을위해전국에 15개설치 - 제조혁신네트워크 (NNMI, National Network for Manufacturing Innovation) : IMI가개발한기술과지식을공유하는전국네트워크 오바마행정부는 2015 년까지범부처적으로추진하는연구개발과제에첨단 제조업을최우선지원분야로하도록권고 일본 : 산업재흥 ( 産業再興 ) 플랜을기반으로한산업구조혁신 연구개발투자부진, 설비투자감소, 비즈니스모델한계, 경영자원효율성저하 등복합적인문제에봉착한일본제조업의위기극복 2013년 6월에발표한일본재흥전략중하나인 일본산업재흥플랜 에서는첨단설비투자촉진, 과학기술혁신추진을핵심과제로제조업부흥을독려 - 범부처전략적혁신진흥사업 (SIP, Cross-ministerial Strategic Innovation Promotion Program) 을통해에너지및차세대인프라기술투자강화 일본문부과학성의 이노베이션창출프로그램 (CoI STREAM) 에서도 인터넷 3D 프린터 라는 ICT 기반의새로운대응전략을추진 1) 선진국들이 창조경제 라는용어를사용하지는않지만, 본보고서에서는제조업과 ICT 를융합하고 ICT 와과학기술을기반으로제조업의효율성과경쟁력을높이면서생산방식의혁명을일으키고일자리까지창출하려는정책을제조업의창조경제라고지칭함
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 9 독일 : 인더스트리 4.0(Industry 4.0) 구상및추진 독일은지속적인경제성장, 일자리창출, 기후변화및고령화에대응하기위해 2006 년부터 하이테크전략 2020 전략을추진 2011년하이테크전략 2020에 ICT 융합을통한제조업창조경제전략인 인더스트리 4.0 전략을주요테마로포함시키고, 이전략을강도높게추진 - 자동차 기계등제조업에 ICT를접목해모든생산공정, 조달및물류, 서비스까지통합적으로관리하는 스마트팩토리 (Smart Factory) 구축이목표 - 이를위해사물인터넷 (IoT), 사이버물리시스템 (CPS, Cyber Physical System), 센서등의기반기술개발및생태계확산에집중 사이버물리시스템 (CPS) : 모든사물이 IoT 기반으로연결되고컴퓨팅과물리세계 (physical world) 가융합되어사물이자동 지능화되는시스템. 제조와의료 헬스케어, 에너지 송전, 운송, 국방등다양한분야에광범위한적용이예상되면서선진국은핵심기술로개발에총력 구분미국일본독일 추진배경 기본정책 핵심사업 촉진 인프라 주요 추진과제 정부예산 < 미국 독일 일본의제조업창조경제주요정책 > 경쟁력강화, 국가안보대응 산업기반강화과학기술 경제성장, 일자리창출 좋은일자리창출혁신추진 기후변화, 고령화대응 국가첨단제조방식 산업재흥플랜 (2013) 하이테크전략 2020 (2012) 전략계획 (2012) 전략적이노베이션 인더스트리 4.0 첨단제조기술사업 (AMP) 창조사업 (SIP) (Industrie 4.0) 제조혁신기관 (NNI) 종합과학기술회의 인더스트리 4.0 플랫폼 제조혁신네트워크 (NNMI) 에너지절감용제조공정혁신 에너지 : 연소기술및구조 유무선 ICT를활용한 제조기술가속화센터건립재료등 5개과제스마트공장 (Smart Factory) 제조혁신네트워크구축 차세대인프라 : 자동운전구현 제조부문로봇개발시스템등 3개과제 2014년 29억달러 2015 년예산편성시첨단 제조부문최우선고려 2014 년 SIP 510 억엔 2012~2015 년간 2 억유로 자료 : 현대경제연구원, 제조업을업그레이드하자, 미 일 독제조업 R&D 정책동향및시사점, 2014.
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 10 Ⅱ ICT 기반의인더스트리 4.0 부상 1. 인더스트리 4.0 2) 등장의배경 추진배경 인더스트리 4.0 은독일산업부흥정책인 High-Tech Strategy 2020 Action Plan 의일환으로추진하는하나의전략 - 과학기술혁신에관한핵심전략인하이테크전략은고용창출을위해중소기업 지원을촉진하는것으로, 고용창출에중심을두고있는것이특징 - 인더스트리 4.0은독일전기 통신 기계공업회 (BITKOM, VDMA, ZVEI) 가운영하는 인더스트리 4.0 플랫폼 사무국에서산학연관워킹그룹 3) 이공동추진 인더스트리 4.0 WG과과학기술아카데미가정리한 Industrie 4.0 전략을 Industry-Science Research Alliance s Implementation Forum 에서독일정부에제언서로제출 (2012.10) 참고 독일 High-Tech Strategy 2020 Action Plan 혁신적인연구로기술혁신 (Innovation) 을창출해독일의높은경쟁력을견지하겠다는비전 (2011년 11월에공포됐지만, 2006년부터이미독일정부가강력하게추진 ) 기후 에너지, 건강 식품, 모빌리티, 시큐리티, 통신등 5개의중점분야정의와함께향후 10~15년이후의중장기적인과학 기술적목표를구체적으로제시 독일이글로벌리더의지위를유지하기위해서는, 이계획의달성이필수라고생각 메르겔총리가적극적으로이를추진, 산학연관으로구성된워킹그룹에대담한예산배분 2) 인더스트리 4.0 은제조업강국인독일이 ICT와제조업을융합해생산성과효율성을제고시켜제조강국의입지를더욱공고히하고, 새로운산업혁명을리드하겠다는의지로국가차원에서추진하는제조업발전전략으로, 다가오는제4차산업혁명을대표하는하나의국가전략임 3) 인더스트리 4.0 워킹그룹에는독일을대표하는기업과연구기관, 대학들이참여하며정부기관에서도옵저버를초대하고있음. 주요기업으로 ABB, BASF, BMW, Bosch, Infinion Technologies, SAP, Siemens, Daimler, ThyssenKrupp, TRUMPF 등이참여함
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 11 인더스트리 4.0은독일제조업이직면한사회 (S) 기술 (T) 경제 (E) 생태 (E) 정치 (P) 부문의변화에 ICT를접목해총력적으로대응하겠다는전략 - 제조업위상강화 고급인재유치 양질의일자리마련 풍요로운생활영위등의파급효과를기대하며, 산학연관의힘을결집해새로운제조업을모색 - 사이버물리시스템을기반으로스마트팩토리구축, 외부제조생태계와의네트워킹강화등을통해 4차산업혁명을일으키고주도권을확보하겠다는목표 - 또한, 사물인터넷 클라우드컴퓨팅 임베디드시스템등의기술을접목해숙련공의지식과노하우를적재적소에서적시에활용하고노동생산성향상에기여 - 인터넷등의네트워크를통해공장내외의사물 서비스와연계해새로운가치와비즈니스를창출하고, 궁극적으로는에코사회등다양한사회문제해결에까지연결 인더스트리 4.0의핵심요인 : 표준화, 복잡한시스템관리, 산업용차세대인터넷, 안전 보안, 새로운노동환경, 전문성개발, 규제체계, 자원효율성 (Industrie 4.0 WG, 2013.4) < 인더스트리 4.0 을촉진하는환경요인 > 자료 : IDA 세미나자료, 2013. 추진전략 ( 정부 ) 독일연방교육연구부와연방경제기술부지원하에 4가지프로젝트를 2015년부터 2017년까지추진 - 스마트팩토리구축, 기반기술인사이버물리시스템및인공지능시스템기술개발 확산, 통신및인터넷기술개발등을추진
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 12 ( 산학연 ) 스마트팩토리사업은독일인공지능연구소 (DFKI) 가주도하며지멘스 보쉬등산업계, 시스코등해외기업, 스웨덴 스페인을포함한다국적대학이참여 - 독일인공지능연구소는스마트팩토리기술의사실상의표준화정책을구축하기위해다양한기관의참여를독려 - 초기에는독일인공지능연구소 (DFKI) 가주축이됐지만, 현재는기업과대학, 연구소등 27곳이스마트팩토리프로젝트에참여 프로젝트연구내용기간예산 ( 유로 ) 참여기관 CyProS 스마트공장의 CPS 운용방식과도구개발 12.9~ 15.9 약 560 만 21 개 KapaflexCy CPS 를활용한유연한생산시스템구축 12.9~ 15.9 약 270 만 10 개 ProSense 인공지능시스템과지능형센서기반의생산관리실현 12.9~ 15.9 약 308 만 9 개 Autonomik < 인더스트리 4.0 의주요 R&D 프로젝트 > 통신 ( 인터넷 ) 기능, 상황감지및적응기능, 기기간상호작용이가능한스마트툴개발 13~ 17 약 4,000 만미정 자료 : 현대경제연구원, 제조업을업그레이드하자, 미 일 독제조업 R&D 정책동향및시사점, 2014. 3 차산업혁명의한계및인더스트리 4.0 기반의혁신방향 ICT와제조업의결합은 3차산업혁명 ( 인더스트리 3.0) 시대에시작했지만, 제조공정은부분자동화에머물러있고공정간, 또는제조생태계차원의최적화에는한계 - 중앙제어기가명령을내리면생산설비가받아들여반제품을가공하는단순반복체계 - 개별생산공정에서는최적화가가능하지만생산공정전체에서최적화달성은곤란 인더스트리 4.0은제조공정의최적화문제를해결하기위해다양한기기 설비 작업자에게센서를부착해정보를중앙에서수집하고관리하는체계구축 - 설비제어 : 실시간설비모니터링, 장비의원격제어, 제조일정지연통보및대응책마련, 이상징후예측및대응방안생성등 - 에너지효율화 : 에너지소비량파악, 환경오염도파악및원격검침, 공장환경영향평가및환경이상원인분석, 에너지사용실적집계및패턴분석등 - 물류효율화 : RFID 기반재고수량정보의자동전송, 공정별재고품진행사항추적및적정재고량분석, 3D 디지털맵기반으로최적이동경로안내등
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 13 그러나아직사물간통신 (IoT) 단계까지발전하지못했기때문에실시간최적화가미흡하고중앙통제시스템의지능화속도가더뎌휴먼에러노출은여전히상존 - 현재중앙통제센터에전문기술및관리인력이배치되어화면의신호또는모바일로전송된정보를통해상황을파악 - 따라서아직실시간으로지능화된경영을구현하는단계에까지는못미치는상황 < 통합관제시스템을통한공정자동화및업무효율화개요 > 자료 : 포스코 (2010), 스마트팩토리구축방안, 내부보고서 2. 인더스트리 4.0 의핵심기술구조 지능형메모리개발을통해분산 자율제어생산체계구현 기계설비뿐만아니라소재 반제품에센서와메모리를부착, 주문에따라설비에가공명령을주면생산공정의병목현상을자가진단해유연하게최적생산경로를결정 - 메모리를기계가읽고소비자선호도, 공정상태, 가공방향등을스스로분석해실시간으로최적경로를계산, 현시점에서가장효율적인경로를선택하고적용 - 고객맞춤형생산, 물류 유통현황파악, 사용 재활용과정추적조사등으로제품전주기에서최적화문제를검토, 상류공정에실시간피드백함으로써공정혁신달성
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 14 < 인더스트리 4.0 하에서자율 분산제어생산체계 > 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 자료 : 포스코경영연구소, 인더스트리 4.0, 독일의미래제조업청사진 -ICT 와제조업융합지향, 2014. 시맨틱웹 (Semantic Web) 기술이메모리에탑재되고산업용시맨틱메모리로발전 - SW가통신, 또는인터넷문서내용과의미를추출해정보를덧붙이고, SW 에이전트가원하는정보를자동추출하고가공하는시맨틱웹기술발전 DFKI 는지능형시맨틱메모리 SemProM(Semantic Product Memories) 를개발, 생산라인에적용 - 지능형메모리를생산라인이동팔레트나생산로봇의관절등에부착, All-IP 공장구현 <SemProM 을장착한이동팔렛트 > <SemProM 을장착한로봇 > 자료 : 독일인공지능연구소 (DFKI) 홈페이지
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 15 시맨틱메모리가탑재된설비는레고블럭 (Lego Block) 처럼움직이기때문에모듈형생산플랫폼을구축할수있고, 고객맞춤에따라생산공정을유연하게변경가능 - 무선통신기반으로메모리간소통하기때문에단순한레이아웃설계가능 - 설비공유및교환, 리스등을통해공장운영자의선호및고객니즈에맞춰최소공간에서다양한공장레이아웃설계, 다양한운영방식적용이가능 < 인더스트리 4.0 시대의모듈형생산플랫폼 > < DFKI 의시맨틱메모리발전과정 > 자료 : 독일인공지능연구소 (DFKI), Cyber-Physical System in Factory Automation < 시맨틱제품메모리칩 > 참고 모듈형조립플랫폼적용사례 : 구글의개방형 HW 아라 프로젝트 구글자회사인모토로라모빌리티가모듈형스마트폰과개방형무료플랫폼을개발중 직육면체케이스에더작은직육면체모듈을끼는방식으로스마트폰을조립해 맞춤형제작 이가능. 이런제작이만약모듈의조립을소비자의주문에맞춰생산기계가자율적으로하는방식을택했다면인더스트리 4.0 범위에속함 자료 : 연합뉴스, 구글, 개방형하드웨어 아라 로삼성, 애플압박, 2013.10.30.
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 16 All-IP 공장을초월해사물인터넷 (IoT) 으로초연결생태계구현 지능화된생산설비가생산관리시스템 (MES), 전사적자원관리시스템 (ERP) 과연동 - 중앙정보처리장치의일방적명령이아닌작업장내모든설비가상호간, 또는중앙정보시스템과실시간통신하고공장별 MES 와연동, 최적화된조업솔루션을도출 - 공장내최적화솔루션은실시간으로전사적자원관리시스템 (ERP) 과연동되어그룹사전체의경영 재무 재고 유통 인사전략수립에기여 생산관리시스템 (MES, Manufacturing Execution System) : 생산계획 작업지시 자재소요 생산추적 설비관리 생산성과분석등으로생산관리의효율성을높이는시스템 ( 위키피디아 ) 사이버물리시스템 (CPS) 을통해스마트공장과사물인터넷 (IoT) 세상을연결하고, 제품의생애전주기 (PLC) 관리수행 - 공장내외사물이센서로연결돼 IP공장 IP세상을연결하는사이버물리시스템기술발전 - 이에따라스마트팩토리는스마트그리드, 스마트교통체계, 스마트빌딩과연동되고재료와제품의생애전주기관리시스템을구축 - 실시간제품정보가출하에서폐기단계까지공유되고저장된모든정보가생산과정에환류되어자원효율의극대화에기여 < 스마트공장과사이버물리시스템 > < IOT 시대초콜릿제품생애주기관리 > < 인더스트리 4.0 시대양방향 MES/ERP 시스템 > 자료 : 독일인공지능연구소 (DFKI) 및현대경제연구원 (2014)
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 17 참고 사이버물리시스템 (CPS : Cyber-Physical Systems) 개요 사이버물리시스템 (CPS) 개념과현상 - CPS(Cyber-Physical Systems) 란실세계와 IT 가긴밀하게결합된시스템 IBM 의 Smarter Planet, HP 의 CeNSE(the Central Nervous System for the Earth), MIT 나 Auto-ID Labs 가추진하는 Internet of Things(IoT) 등도유사한개념 - 06 년미국과학재단 (NSF) 이 CPS 가능성과과제등의논의를시작하고, 09 년에 연구지원프로그램으로연 300 억원의예산을투입하면서 CPS 를주목 미국경쟁력위원회가미국이향후경쟁력유지를위해서는 CPS 가열쇠가된다는견해피력 - 미국오바마대통령은 13 년에발표한혁신프로젝트에 CPS 를포함시켰고, 독일은 CPS 기반혁명이라고할수있는인더스트리 4.0 을국가미래프로젝트로추진 - 유럽 EIT ICT LABS 는 12 년부터 CPS 연구를진행하면서 CPS 비즈니스인큐베이션, 표준화된아키텍처, ICT 인프라및범유럽플랫폼개발등을추진 CPS 를 사물 데이터 서비스의인터넷을가져오는현실세계와가상세계와의융합 이라고정의 CPS 가다시주목받는이유 - 임베디드시스템의복잡성이급속하게증대하면서, 기존의기법과다르게 SW 와 물리세계의인터랙션을위한품질높고신뢰할수있는설계기법이요구 - ICT 가환경 에너지 교통 경제 안전 의료등복잡한사회시스템의인프라가되면서, 안전 하고효율적으로사회시스템을설계 운용 보수하기위해필요한 ICT 신기술필요 - 센서기술등복잡한 CPS 를가능하게하는요소기술이급속히발전하면서물리세계의 데이터를쉽게 ICT 세계에넣을수있게되었고, 모아진대량데이터의분석도가능 CPS 적용사례 - ( 스마트그리드 ) 전력망은 ICT 로효율을향상시킬수있는인프라. 특히, 풍력 태양광 등이전력그리드에접속할때자원낭비가없도록최적화하고제어하는데 ICT 가필수 덴마크 EDISON 프로젝트 : 풍력으로생산된잉여전력을전기자동차에임시저장해전력이용을효율화 - ( 교통시스템 ) 도로교통은 ICT 로큰변혁을기대할수있는분야. 개별차량의 움직임을 ICT 로파악하면세밀한과금조정등유연한교통정책을실현이가능 - ( 스마트시티 ) 사람이동 활동을토대로교통 에너지를예측하고, 기상을관측 예측해 최적의에너지생성 분배계획을세우는도시설계 (UAE 의 Masdar 프로젝트 ) CPS 와기존 ICT 와의차별점 - ( 복잡함 ) CPS 의전형적특징의하나는시스템이양적 질적으로복잡하다는것. 데이터 처리량등양적복잡함이상으로수많은물리적도메인을연결해야하는질적복잡함요구 - ( 오픈성 ) CPS 는하나의컴포넌트라고할수있는물리세계와긴밀히통합돼야하기 때문에, 모델화와예측이어려운물리세계의동적인변화에유연한대응이필요 - ( 합의형성의어려움 ) CPS 를도입해사회를혁신하기위해서는수많은이해관계자 간의합의가필요하며, 이는 CPS 를기획할때큰장애로작용 자료 : http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/column/20101115/354117/
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 18 3. 인더스트리 4.0 의기대효과 소비자맞춤형대량생산 (Mass Customization) 확대 소비자고유의선호도가제품주문및생산계획단계에반영되고고객의선호도변화에따라제조방식및디자인이실시간으로변경 - 고객니즈저장, 설비부문과생산방식간의통신, 생산정보를고객사와공유하기위해 RFID 기술개발및시스템구축이중요 ( 예 : 보쉬고객맞춤연료인젝터생산 ) - 시장변동성에맞춰용이하게시제품을제작하기위해 3D 프린팅기술적용 ( 예 : BMW의 Jigs and Fixtures) 나만을위한제품이각광받는 Batch Size 1 시대개막과개인화된제품제공 - 고객은개인화된제품에 5~20% 의프리미엄을지불할의사가있기때문에생산원가를낮출경우, 이윤창출과함께고부가시장선점이가능 파레토법칙에따르면상위 20% 제품이전체매출의 80% 를차지하지만 ICT 발전과물류혁신으로 80% 의맞춤형제품이매출에상당부분기여 ( 롱테일경제학, 크리스앤더슨 ) - 나이키는세상에서단하나뿐인운동화를주문제작해주고있으며 (NIKE ID), 단하나뿐인초콜릿제품을만들어주는회사 (Chocomize) 도등장 - 제약업계에서는약통에스마트메모리를부착해생산년도, 선적일등을저장하고개봉후주변환경에반응하여경과시간등환자를위한맞춤정보제공 < Nike ID > < Chocomize > < 환자맞춤제품경로저장 > < 환자맞춤정보제공 > 자료 : 포스코경영연구소, 박형근 (LG CNS 발표자료 ), 2014.
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 19 사전시뮬레이션및 End-to-End 엔지니어링등으로자원효율성제고 고객주문이생산공정에미치는영향등을사전에시뮬레이션해서비용절감 - 지멘스는 TIA(Totally Integrated Automation) SW 를개발해공장레이아웃 점검부터제어설계, 생산시뮬레이션, 가동모니터링을하나의패키지에서구현 고객주문에서맞춤형생산관리, 재고및유통관리, 고객사이송및 A/S까지 End-to-End 엔지니어링시현 - 포스코는창고 ~ 유통기지 ~ 고객사도착까지 RFID 체제를구축 - 고객사는제품입출고및재고관리를자동화할수있고, 포스코는고객사재고수준을자동으로확인하여 JIT(Just In Time) 생산이가능 < 지멘스의 TIA 사례 > < 포스코의 RFID/GPS 기반물류혁신사례 > 자료 : 지식경제부, 'RFID/GPS 기반물류혁신추진방안 ', 2009. 참고 기업의소비자맞춤형생산사례 ( 보쉬 ) 디젤엔진핵심부품인연료인젝터생산시 RFID 적용으로수십만가지제품사양을충족하고실시간생산정보를고객사와공유해가치제고 (BMW) 신차출시에따라수시로변하는부품형상을 3D 프린트로제조하고, 비용절감및생산성제고는물론다양한고객니즈에대응 (GM) 신속프로토타입 (Rapid Prototyping) 프로그램을통해차량부품의사전조립시뮬레이션및성능검증등을수행 자료 : 포스코경영연구소, 인더스트리 4.0, 독일의미래제조업청사진 -ICT 와제조업융합지향, 2014.
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 20 제조업의서비스화를통한경쟁력제고 숙련공의노하우를디지털화하거나숙련공과미숙련공을원격으로연결시켜속인성지식을공유, 또는전수하는환경마련 - 숙련공의속인성기술을동영상으로만들어클라우드컴퓨터에저장하고언제어디서든지지식을공유하도록시스템구축 - 가상 증강현실기술의발달로구글글래스나모바일기기를통해손쉽게현장교육이가능해져장거리생산현장에갈필요없는원격교육및원격보수가능 설비교체를통한공장업그레이드가아니라, 설비기능을상시모니터링하고설비에탑재된 SW 앱을업그레이드할수있는앱스토어구축 - 스마트팩토리에서는앱스토어에저장된앱을이용해실시간설비모니터링, 장비원격제어, 생산설비의 SW를빠르고쉽게할수있고원격갱신도가능 - 글로벌시장에서고객 Lock-In 효과와함께고객과중장기적신뢰관계구축 < 숙련공원격교육 > < 증강현실활용미숙련공교육 > < 고객사설비상시모니터링 > < 스마트팩토리를위한앱스토어 > 자료 : 독일인공지능연구소, 'Industry4.0 : The semantic product memory as a basis for CPPS', 2013.
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 21 도심형공장, 재택근무활성화로지역사회공헌및일과가정의양립이가능 설비공유, 에너지효율성증대등의효과가맞물리며도심형공장이확산 - 센서가내장된모듈형설비확산으로공장간설비공유와함께설비배치가자유로워작업공간의효율성이향상되며, 제조근로자의재택근무도활성화 - 지능화 자동화된첨단제조시설은에너지효율화와함께소음과오염배출을줄여서도심형 아파트형공장과산업단지구축을가능하게하고, 이는스마트시티구축으로도연계 자동화기기업체인비텐슈타인은소음과오염배출을획기적으로줄인친환경도심형공장을운영, 근거리출퇴근과함께생산중잔열을지역난방으로활용해지역사회에도공헌 < 도심형공장 : 독일비텐슈타인펠바흐공장사례 > 자료 : 포스코경영연구소, 인더스트리 4.0, 독일의미래제조업청사진 -ICT 와제조업융합지향, 2014. 참고 지멘스 : 제조혁신을위한 SW 투자계획 2014년 2월지멘스는인더스트리 4.0 전략에맞춰기계자동화와제조관련신기술투자에집중하기위해 1억달러규모의투자펀드를조성 제조업이글로벌경쟁력을갖기위해서디지털화와 SW 경쟁력이중요함을인식하고클라우드기반 3D가상화 SW 기업 ( Lagoa ), 사이버보안회사 ( 카운터택 ) 등에투자강화 자료 : 지디넷코리아, ' 지멘스, 스타트업투자펀드 1 억달러장전 ', 2014.2.18
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 22 4. 인더스트리 4.0 구현의주요과제 스마트팩토리를목표로신산업혁명을유도하는 Industry 4.0 은필연적흐름 ICT 기반스마트화는스마트폰, 스마트미터, 스마트시티, 스마트그리드등모든것에적용되고있으며, 공장을스마트화하는인더스트리 4.0도필연적흐름 미 GE사는인더스트리 4.0과거의유사한컨셉으로 Industrial Internet 를제창 - 공장스마트화로새로운제품생산뿐만아니라, 에너지소비나기피되는제조업근로자의노동환경등현대사회가안고있는다양한문제까지도해결이가능 - 현재는조업재개를위해많은에너지를소비하지만, 공장조업에맞춰에너지공급을실시간조정하면전체에너지소비량을큰폭으로절감하는것이가능 - ICT 활용으로기계 설비를원격지에서조작하게되면통근자체가불필요해지고안전한장소에서쾌적하게근무할수있게되어근로자생활의질을제고 인더스트리 4.0 은공장자동화기술, 제조기술, 정보통신기술, 그리고차세대 인터넷의중요한방향성을제시하고, 산업의신시대를선도할것으로기대 인더스트리 4.0 을통한제조업을혁신을기대하지만, 실현을위한과제도존재 인더스트리 4.0 WG은인더스트리 4.0 구현을위한주요과제로표준화, 복잡한시스템관리, 통신인프라정비, 안전과시큐리티등 4개의과제를제시 1) ( 표준화 ) 제조공장의설비를내외의다양한물건이나서비스와연결해야하기때문에통신수단이나데이터형식등많은사물의표준화가중요하고시급 2) ( 복잡한시스템관리 ) 생산계시스템과그이외 시스템이다양하게연결되면서시스템전체가 복잡해지고어려워지므로특별관리가필요 < 인더스트리 4.0 추진시해결해야할과제 > * 278 개사설문 ( 복수응답 ) 3) ( 통신인프라정비 ) 산업용으로견딜수있는 신뢰성 (SLA) 높은통신인프라정비가필수 4) ( 안전 보안 ) 외부네트워크와접속하면악성 SW 침입등사이버공격의위험성이높아지므로 안전이나시큐리티확보가급선무 자료 : 인더스트리 4.0 WG
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 23 참고 인더스트리 4.0 실현사례 : 노빌리아 (Nobilia) 독일의부엌가구제조업체인노빌리아 (Nobilia) 는유럽최대규모의메이커 - 노빌리아는매일 2,600세트, 연간 58만세트를생산하는고급키친메이커로서, 취급제품은모두특별주문사양. 인건비가높은독일의베스트팔렌 (Westfalen) 지역에서생산하기때문에경쟁력을유지하기위해서는생산자동화가전제조건 - 제조업으로완성품비즈니스를하는독일의중견기업이생산거점을국내에남기면서, 품질유지와생산비용을절감해국제적인가격경쟁력을유지하면서세계 70개국을대상으로제품출하가가능한것은꾸준한생산자동화의결과 - 2개의공장에서일하는 2,500명의종업원으로 13,000억원에가까운매상고를달성 ( 종업원당매상고는 52,000만원 ) 하고있으며, 이는인텔의생산액과거의비슷 노빌리아 (Nobilia) 의자동생산방식 - 생산공정은재료를부품에가공하는 전 ( 前 ) 공정 과부품을완성품에조립하는 후 ( 後 ) 공정 으로나누고각각의공정에고도의 ICT를접목해서활용 - 전 ( 前 ) 공정에서는부품이나용도마다다른조립용의구멍위치를모두오라클로동작하는데이터웨어하우스로관리 예를들어드릴천공시스핀모터의전류치나전력, 모터나워크의진동등모든생산공정의데이터가 MES에기록되어부품품질의최적화를위해활용 - 후 ( 後 ) 공정에서는가공이완료된부품에서 ERP MES가주문마다필요한부품을선정, 포장된부품에 RFID 태그나바코드를부착. 이과정에서생산공정과 ERP가직결되어각부품마다개별로식별 ( 모든부품이아이덴티티를보유 ) 어떤고객이주문한키친의어디에들어가는부품으로언제어디에도착해야하는지파악이가능. 이를통해조립공정의실시간최적화와불편발생시부품개별의원인구명을효율화 - 공장은모든과정에걸쳐서 Beckhoff Automation SW PLC/NC 가동작하는 540대의 PC 컨트롤러로자동제어 - 공장전체의하루데이터트랜잭션수는 100 만을넘는데, 트랜잭션당 100 밀리세컨드정도의시간에처리. 노빌리아는자사의이런생산방식을 Manufacturing by Wire 라고지칭 < 노빌리아의자동생산방식 > 자료 : http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1404/04/news014_3.html
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 24 Ⅲ 인더스트리 4.0 구현을위한 3 대전략 1. 핵심요소기술로드맵구축및개발 지능형공장및초연결사회의핵심요소기술인센서경쟁력강화방안마련 우리나라센서 (sensor) 기술수준은선진국 ( 미국 유럽 일본 ) 의 2/3 수준에 불과하고, 중국은 90% 까지한국을추격 - 세계최고수준을 100이라할때, 우리나라는센서소재 55.5%, 센서설계 72.4%, 센서생산설비 70.0%, 센서양산기술 69.7%, 핵심센서기술 55.8% 수준 - IoT IoS 기반의스마트팩토리구축, 더나아가궁극적으로초연결사회구현을 위해서는핵심요소기술인센서개발과경쟁력강화가가장시급한과제 < 국가별센서기술수준 > 구분 미국 유럽 일본 한국 중국 소재 100 100 100 55.5 47.3 설계 100 100 95 72.4 56.7 설비 90 95 90 70.0 57.5 양산 85 95 100 69.7 64.3 핵심 100 100 100 55.8 46.9 평균 95 98 97 64.6 54.5 자료 : 밸류에드, 국내센서기업실태조사, 2010. 센서기술은미국, 독일등일부선진국을중심으로디지털센서연구단계를거쳐첨단센서연구가활발히진행중 ( 과학기술기획평가원, 2013) - 자동차, 스마트폰등센서수요산업의엄격한요구에따라더욱정밀하고소형화되고에너지효율적인센서개발에노력 - 최근에는사물인터넷 (IOT) 확산등으로단순한주변상황감지에서신체정보, 사용자행동, 감정인지기능을수행하는등영역이확대
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 25 7 대분야별로핵심센서기술을도출하고선택과집중원칙에따라집중지원 하는연구개발로드맵작성이중요 분야 (1) 자동차 (2) 모바일 (3) 로봇 (4) 보안 (5) 바이오 / 의료 (6) 환경 (7) USN < 7대분야핵심센서기술 ( 예시 ) > 내용 RF레이더센서, 10cm급초음파센서, 전기자동차용전류센서라이다센서시스템, 가시광 / 적외선센서, 차량용 6축관성센서, 차량용압축센서고압센서및 SoC, 머신비전용이미지센서, SAW 자이로센서등마이크로폰센서, 10축콤보센서, 압력센서, 온도센서스마트TV 동작인지센서, MEMS 음향센서, 온도센서어레이등자이로센서, 자세 / 위치센서, 인체감지센서촉각센서, 인간로봇인테페이스, 영상인식및촉각센서, 전력량센서등영상 / 음향센서, 망막인식센서, 영상분석알고리즘, 지문인식센서적외선이미지센서, 스마트음향센서, 열영상적외선이미지센서등고속유전자진단시스템, NanoFET 바이오센서, 생체신호감지시스템헤모글로빈센서, 바이오센서, 대사측정센서인체자기측정센서, 질병진단가스센서등고속영상센서모듈, 수질환경센서시스템, 환경감지나노경보기마이크로 GC, 이산화탄소검출시스템, 나노구조체환경센서복합대기가스측정, NOx센서, CMOS 광학센서유해환경모니터링센서, 독성가스감지용광센서유량 USN센서, 각속도센서모듈, 자기유도형전류센서, 포름알데히드검출센서전력설비열화진단시스템, 네트워크전력검침센서, 전력케이블모니터링사면및절개지감시센서등 자료 : 한국과학기술기획평가원, 센서사업고도화를위한첨단센서육성사업, 2013 사이버물리시스템 (CPS) 요소기술추진로드맵수립 사이버물리시스템 (CPS) 기반의혁명이라고할수있는인더스트리 4.0 구현의핵심운영기술인사이버물리시스템기술수준파악및청사진마련이중요 - 사이버물리시스템은인더스트리 4.0 구현뿐만아니라의료 헬스케어, 에너지 송전, 운송, 국방등다양한분야에광범위한적용이예상되면서다시주목을받는상황 - 미국 독일 EU 등선진국은사이버물리시스템을차세대핵심기술로인식하고사이버물리시스템관련기술과플랫폼개발에총력을기울이는상황 미국오바마대통령은 2013년 2월, 미국의핵심먹거리로 9개의 혁신프로젝트 를발표했고, 추진해야할주요과제에사이버물리시스템을포함
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 26 사이버물리시스템구축을위해서는센서기술뿐만아니라액추에이터, 보안기술, 최적화 SW, 인지기능등다방면의기술이동시다발적으로개발 융합되는것이관건 - ICT로실제세계와가상세계를연결하는사이버물리시스템은엄청난데이터처리와함께수많은물리적도메인을연결해야하는매우복잡한시스템 - 따라서사이버물리시스템구축을위해서는어떤분야에어떤기술을어떻게적용하고설계, 운용할지체계적인추진로드맵을수립하는것이필요 사이버물리시스템추진을위한분야별혁신펠로우 (KIF, Korean Innovation Fellow) 를선정하고기술개발을조율하는컨트롤타워설치도필요 < CPS 플랫폼과 IoT IoS 관계 사람 시스템 사물간연계 > 자료 : Industrie 4.0 Working Group Final report, Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0, 2013.4. 소프트웨어조기교육체계마련 인더스트리 4.0를구현하는핵심언어이자부가가치의원천으로써어렸을때부터컴퓨터프로그래밍에친숙한환경을마련하는것이중요 - 오바마대통령은미국의중장기적경쟁력을위해코딩조기교육이필요함을역설했고, 빌게이츠등도어렸을때부터독서하는습관처럼코딩습관을길러야한다고주장 - 영국은초중고필수과목에컴퓨터과학 (CS) 을포함, 기존컴퓨터활용교육을뛰어넘어학생들이컴퓨터언어를사용해 SW를만드는 코딩교육 으로전면개편 ( 한국경제, 2014)
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 27 ICT 분야에국한된교육에서탈피해첨단제조기술융합형인재육성시스템구축 - 자동화 지능화 로봇화등선진국제조기술의발전과제조혁명에대한대응력강화가시급 - 디자인, 3D 프린터, 디지털제작, 센서와자동화, 로봇과같은첨단기술을보유한인력의공급이중요해졌기때문에이를육성할수있는시스템구축 (STEPI, 2014) 2. 기술교류및산학연관협력구심점필요 독일인공지능센터 (DFKI) 처럼제조업의창조경제를이끌리더기관선정 독일의인더스트리 4.0은정부의전폭적지원과인공지능센터의리더십을통해산재돼있는요소기술을종합하고협업을이끌어내면서효율적으로추진되는중 DFKI(Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz) : 인공지능기반의혁신적인 SW기술연구소로세계에서가장큰비영리연구기관중하나 ( 주주로 MS, SAP, BMW 등이있음,1988년설립 ) 이며, 독일인더스트리 4.0 전략의청사진제시 반면많은국가에서는개별기술들이구심점이없이연구개발되고있기때문에추진력과효율성이상대적으로떨어짐 - 이미센서기술, 인공지능, 보안기술, 빅데이터, 3D프린팅, 인지기능, 소프트웨어등은많은국가의대부분의기업에서연구 개발되고있음 구호에그치는제조업창조경제가아니라독일처럼구체적인리딩기관및협업 기관을선정하여정부지원하에강하게추진하는것이필요 < 독일의스마트팩토리구축산학연협력모델 > 자료 : 포스코경영연구소, 인더스트리 4.0, 독일의미래제조업청사진 -ICT 와제조업융합지향, 2014.
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 28 표준화경쟁에서중요한위치를선점하기위한전략구상 인더스트리 4.0 구현의당면과제는다수의생산기기와인터넷연계를위한표준화 - 개별생산기기와설비가첨단의독자제어기능이있어도상호소통을위한방식이통일되어있지않으면유기적생산체계구축이불가능 - 실용적인제품 기술의표준과생산표준의개발을위해서는개발단계에서부터정부의조정능력을발휘하고, 산업계와의협력을꾀하는것이중요 독일은혁신적기업간협력으로산업생산의글로벌표준화를이루고자노력한다 ( 랄프래식 ) 독일은이미제조업창조경제프로젝트에서다양한표준화작업을진행중 - 사물인터넷통신표준과스마트메모리, 생산기기연결소켓의표준화를통한 Plug and Produce 를추구 - 스마트팩토리프로젝트에서도국가가산학연의적극적참여를유도해표준화작업진행 - 독일이글로벌표준을선점할경우, 한국을포함한많은후발국가및기업들이다시독일의기술에끌려갈수밖에없기때문에대비필요 독일이산업계에서존재감을드러내는것은 표준화 에뛰어나기때문임. PLC 프로그램언어의국제표준인 IEC 61131-3(PLCopen) 은독일솔루션이주류를이룸 한국은중장기적관점에서독일스마트팩토리프로젝트, 세계사물인터넷포럼등에참여해표준화의견개진과동향파악, 기술교류에적극적인견지가필요 - ICT와제조업의융합이필수인인더스트리 4.0 구상에서, ICT에강점이있는한국과제조업에강점이있는독일과의협업모델구축과글로벌시장선점도가능 < 독일인더스트리 4.0 표준화프로젝트구조 > 자료 : 독일인공지능연구소, 'Industry4.0 : The semantic product memory as a basis for CPPS', 2013.
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 29 3. 대중소기업간상생모델구축 End-to-End 엔지니어링을위해대중소협력업체간의파트너십구축 재고관리의효율화와물류 유통의혁신을위해 RFID 사업을활발하게추진했으나, 공정및공급망전체에걸친 End-to-End 적용을하지못함 - 특정기업의일부생산품이나물류과정에만 RFID를적용하고, 밸류체인전체에적용이어려운경우가많아서효과가반감하는경우가발생 - 대부분의중소유통및가공업체가설치나유지비용의부담때문에참여하지않으면서완전하게확대 적용도되지않고, 물류혁신의속도도지연 - 비교적투자가쉬운대기업이자사제품의생산과관리유통에 RFID 기술을적용해도수많은중소협력업체들이참여하지못하면성과는반감되기마련 포스코는 RFID로입출고와검수절차를자동화하고유통 가공업체와협업체계를구축했으나, 중소업체의비용부담으로확산하지못하고포스코의물류혁신속도도지연 현대기아차가 RFID를통해통합 SCM 자재관리체제를구축한사업도 50% 이상의중소협력업체들이참여하지못하면서아직충분한성과를발현하지못하는상황 제조업의지속가능한성장을위해서는대기업과협력업체간공존생태계필요 - 스마트팩토리같은거대한최적화시스템구축을위해서는공정부터공급망까지의지능화가필요하고, 이를위해서는대중소기업간협업체계구축이필수 독일 스위스중견기업은협력업체를의사결정과정에참여시키고, 팀으로간주해협업 ( 머니투데이 ) - 센서개발, 기업간통합관리시스템공유등제조생태계 IoT 확산사업과함께 < 제조생태계 IoT 확산사업 ( 사례 ) >
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 30 < 인더스트리 4.0 의팩토리 4.0 > 자료 : Roland Berger Strategy Consultants, 'INDUSTRY 4.0 : The new industrial revolution How Europe will succeed', 2014.3.
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인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 32 [22] 현대경제연구원 (2014), 독일의창조경제 : 인더스트리 4.0의내용과시사점 [23] 현대경제연구원 (2014), 제조업을업그레이드하자, 미 일 독제조업 R&D 정책동향및시사점 [24] 과학기술정책연구원 (2014), 선진국진입에따른제조업일자리감소현상및대응방안, STEPI INSIGHT, 제134호, 2014. 1. 15. [25] 한국능률협회컨설팅 (2013), 제조업, ICT로다시날다, 월간 CHIEF EXECUTIVE, 2013년 10월호 [26] IDA 세미나자료 (2013) [27] Industrie4.0 Working Group Final report, Recommendations for implementing the strategic initiative INDUSTRIE 4.0, 2013.4. [28] RolandBerger Strategy Consultants(2014), Industrie4.0(The new industrial revolution How Europe will succeed) [29] 관련웹사이트 (Accessed : 2014-04~06) - http://www.ida.liu.se/ida30/program/wolfgang_wahlster-ida30-20130924- Industrie_4_0_Active_Semantic_Memories_for_Smart_Factories.pdf) - http://www.kantei.go.jp/jp/singi/keizaisaisei/pdf/saikou_jpn.pdf - http://itpro.nikkeibp.co.jp/article/column/20101115/354117/ - http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1404/04/news014_3.html - http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1404/04/news014.html - http://www.hannovermesse.co.jp/news/cebit/2014/release_cebit2014_ APR2014_3.pdf - http://www.nict.go.jp/int_affairs/int/4otfsk000000osbq-att/re130328.pdf - http://www.rolandberger.com/media/publications/2014-04-02-rbsc-pub-ind USTRY_4_0_The_new_industrial_revolution.html - http://www.rolandberger.co.jp/news/2014-04-21-press_release_20140424.html - http://young-germany.jp/article_954 - http://www.nikkei.com/article/dgxnasfk2302g_t20c14a1000000/ - http://ameblo.jp/aqv04719/entry-11824692191.html [30] 위키피디아및한경경제용어사전, 각일간지관련기사등참조
인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 33 IT & Future Strategy 보고서 제 1 호 (2014. 4. 29), LOD 기반의데이터관리패러다임전환전략 제 2 호 (2014. 5. 30), 인더스트리 4.0 과제조업창조경제전략 1. 본보고서는정보통신진흥기금으로수행한정보통신 방송연구개발사업의결과물이므로, 내용을발표할때는반드시미래창조과학부정보통신 방송연구개발사업의연구결과임을밝혀야합니다. 2. 본보고서내용의무단전재를금하며, 가공 인용할때는반드시출처를 한국정보화진흥원 이라고밝혀주시기바랍니다. 3. 본보고서의내용은한국정보화진흥원 (NIA) 의공식견해와다를수있습니다.