스마트팩토리기술및산업동향 조혜지김용균 * 정보통신기술진흥센터선임 정보통신기술진흥센터수석 * I. 서론 국내총생산의약 30% 를차지하고경제성장의견인차역할을했던국내제조업이수년간경기침체가이어지며위기에봉착했다. 세계경기침체영향으로수출주도의산업구조인우리나라는큰타격을입으며제조업의위기가대두되었다. 저효율 고비용의산업구조역시글로벌경쟁력약화를초래했으며, 전문가들은한국제조업의위기가기술우위의제조강국과비용우위의제조강국사이에끼여차별성을잃었기때문이라고분석하기도했다. 서비스분야의발달로제조업비중이감소하고탈산업화가심화되어왔으나, 제조업이전후방연관효과가높고경제전체에미치는영향이크기때문에미국 독일 일본등선진국을중심으로제조업이재조명되고있다. 세계적인글로벌금융위기이후동반된제조업의침체가경제전체에커다란영향을끼침에따라전세계는제조업의중요성을깨닫고앞다투어제조혁신을위한대규모투자와정책수립등의대안을마련하고있다. 제조업과 ICT를융합하여경쟁력을창출하는 4차산업혁명이가속화됨에따라이제스마트팩토리구축을통한맞춤형유연생산체제로의전환은필수이다. 이에본고에서는 4차산업혁명 의핵심인제조혁신을위해스마트팩토리의최근동향을살펴보고, 향후 1~2년간중요하게부각될것으로예상되는스마트팩토리관련이슈및전망을제시하고자한다. * 본내용은조혜지선임 ( 042-612-8224, qaqaws@iitp.kr) 에게문의하시기바랍니다. ** 본내용은필자의주관적인의견이며 IITP의공식적인입장이아님을밝힙니다. ** 본고는 IITP, ICT 10대이슈, 2017. 12 보고서를발췌정리한것입니다. 정보통신기술진흥센터 15
주간기술동향 2018. 6. 6. II. 기술동향 스마트팩토리는 4차산업혁명이제조업에서가시적으로구현되는생산시스템으로 ICT 기술을융복합화하여제조를넘어신가치창출을위한종합솔루션이라할수있다. 제조관점에서스마트팩토리는제조업과 ICT간융합을통해산업기기와생산전과정이네트워크로연결되며, 나아가고객의니즈에유연한대응체계구축을목표로하고있다. 이를위해기존의생산프로세스개선과최적화를넘어포괄적이고편재적인인간과기계간실시간상호작용을시스템적으로형성하고, 시장및고객맞춤형생산시스템은물론생산의효율성을높이기위한예측시뮬레이션및전단계엔지니어링을통합적으로구축해야한다. < 자료 > 강학주, IoT 와데이터기반의중소제조공장의지능화, 2017. [ 그림 1] 스마트팩토리의기술적범위 스마트팩토리가구현되면각공장에서는수집된데이터를기반으로분석하고의사결정하는데이터기반의공장운영 (Data Driven Operation) 체계를갖춤으로써, 생산현장에서발생하는현상, 문제들의상관관계를얻어낼수있고원인을알수없었던돌발장애, 품질불량등의원인을알아내고해결이가능하게된다. 특히, 숙련공들의경험과같은암묵지에머물러있던노하우를축적해형식지화함으로써 16 www.iitp.kr
누구나쉽게활용할수있고, 현장에서발생하는상황들을모니터링하게되어비숙련자들도대응할수있도록원격지에서의가이드제공이가능하다. 스마트팩토리는산업현장의다양한센서와기기들이스스로정보를취합하고취합된정보를바탕으로생산성을최대로끌어올릴수있는인공지능이결합된생산시스템으로더욱진화할것으로기대되고있다. 즉, 스마트팩토리는설계, 개발, 제조, 유통, 물류등생산의전과정에서 ICT 기술을적용하여생산성, 품질, 고객만족도등전략목표를향상시킬수있는지능형시스템으로변화, 발전할전망이다. 이를위해서는지금까지의공장이생산설비에대한중앙집중식통제가가해졌던것에비해스마트팩토리는기기와기기사이, 기기와인간사이에다양한정보의교류가필수적이다. < 자료 > 대한민국제조혁신콘퍼런스 (KMAC), 한국더터스트리 4.0 협회, KB 금융지주경영연구소, 국내 / 외스마트팩토리동향, 2017. [ 그림 2] 스마트팩토리의개념적진화방향스마트팩토리기술은공장자동화의수직적통합에서가치사슬의수평적통합으로발전중에있다. 지금까지생산현장에서추진했던공장자동화의개념은수직적통합으로 공장 과 제조 의범위로볼수있으나최근스마트팩토리기술은다양해진고객의요구사항에실시간대응을위해가치사슬의수평적통합으로확대하며발전중이다. 즉, 스마트팩토리는수직적인생산시스템과수평적인가치사슬이통합된형태로진화하고발전중에있으며, 사물인터넷, 빅데이터, CPS 등최신기술의출현으로더욱정교하고세밀한수직적 / 수평적통합의구현이가능할것이다. 수평적통합지원기술에는 CAD/CAE 등을포함한 PLM 솔루션, 시제품생산을빠르게지원할수있는 3D 프린터, 가상과실재의연동이가능한사이버물리시스템, 제조프로세스분석 정보통신기술진흥센터 17
주간기술동향 2018. 6. 6. < 자료 > 조용주, 중소 중견제조기업의스마트팩토리구축을위한제언, 한국무역협회국제무역연구원, Issue Paper No.2, 2016. [ 그림 3] 스마트팩토리의통합기술 을위한공정시뮬레이션등이포함된다. 수직적통합지원기술에는생산설비의많은데이터를획득하기위한스마트센서와사물인터넷기술, 생산현장의에너지절감기술, 제조데이터분석을위한빅데이터기술등이포함된다. 스마트팩토리의도입은맞춤형생산공정, 다품종복합생산, 조달및물류혁신, 기계와인간의협업을가능하게하여기업경쟁력등을확보, 개선하는지름길이될것이다. III. 산업동향 1. 시장동향 4 차산업혁명시대의도래로제조경쟁력을강화시킬수있는스마트팩토리가주목받고 있다. 컨설팅기업딜로이트가 3 년주기로발표하는 세계제조경쟁력지수 에서우리나라의 18 www.iitp.kr
순위는지속적으로하락하는추세이며, 2020년에는세계 6위까지밀려날것으로예상했다 [8]. 제조경쟁력강화를위해최근업계에서는 스마트팩토리 가대안으로제시되고있으며, 4차산업혁명시대도래 저성장의일상화뉴노멀시대진입 고령화로인한숙련공부족 기술혁신등이스마트팩토리도입을촉진하는요인이다. ( 가 ) 가트너 Hype Cycle ( 나 ) S-Curve < 자료 > Gartner, 2017. [ 그림 4] 세계스마트팩토리기술 / 시장전망스마트팩토리분야에서 ERP, SCM, MES 등의애플리케이션기술은이미성숙되었으나, 3D 프린팅, 로봇, 머신비전, 사물인터넷등디바이스신기술들이기술의미성숙과높은가격때문에기술확산속도가상대적으로느린편이다. 시장조사회사 Markets and Markets에따르면, 세계스마트팩토리시장규모는 2016년 1,210 억달러에서연평균 9% 로완만하게성장하여 2020년 1,713억달러에이를전망이다 [14]. 스마트팩토리시장중애플리케이션분야에서는분산제어시스템 (DCS), 프로그래머블로직컨트롤러 (PLC), 생산관리시스템 (MES) 이, 디바이스분야에서는산업용로봇과센서가가장큰비중을차지할전망이다. 적용산업별로봤을때, 자동차, 반도체/ 전자, 에너지, 광업/ 금속업, 화학, 식음료 업종에서스마트팩토리도입이활발할것으로기대되고있다. 산업용사물인터넷과빅데이터분석이스마트팩토리의핵심이다. 투자은행골드만삭스는스마트팩토리를도입함으로써기업들이공장당평균 10~15% 의비용절감효과를거둘수있을것이며, 이에따라전세계적으로 5,000~6,500억달러의잠재적경제효과가기대된다고발표했다 [12]. 특히, 전자, 기계, 식음료, 자동차, 화학 / 플라스틱, 금속업종에서비용절감효과가클것으로예상했다. 정보통신기술진흥센터 19
주간기술동향 2018. 6. 6. ( 가 ) 세계시장전망 ( 나 ) 애플리케이션비중 (2020 년 ) ( 다 ) 디바이스비중 (2020 년 ) < 자료 > Markets and Markets, 2017. [ 그림 5] 세계스마트팩토리시장전망골드만삭스는 제품라이프사이클관리 (PLM) 산업용사물인터넷 (IIoT) 협동로봇 (Cobot) 3D 프린팅 무인운반차 (AGV) RFID 등스마트팩토리의 6가지핵심기술을정의하고, 이기술들로부터창출되는시장규모가 2020년 2,500억달러이상이될것이라고전망했다. 6가지기술들중 산업용사물인터넷 과 제품라이프사이클관리 의비중이약 88% 를차지한다. 맥킨지도산업용공장이사물인터넷도입으로적용산업중에가장큰잠재적경제효과가기대되는분야라고전망하였다. < 자료 > Goldman Sachs, 2016. [ 그림 6] 세계스마트팩토리경제적파급효과 20 www.iitp.kr
2. 기업동향 국내스마트팩토리산업은중견 / 중소기업타깃제조업용애플리케이션개발업체들로대부분구성되어있다. 스마트팩토리산업에서대기업들은대부분토털솔루션을구비하고있지만, 중소기업들은중견 / 중소기업을타깃으로하는제조업용애플리케이션 (ERP, MES, PLM, SCM) 관련사업을대부분추진중이다. 자체솔루션을개발한기업이라할지라도일부분야에만초점을맞추는경우가많고, 자체솔루션이없는기업들중상당수가외산솔루션을이 [ 표 1] 국내주요스마트팩토리관련기업현황 구분 업체명 애플리케이션디바이스플랫폼 ERP SCM MES PLM IoT 로봇 AI 삼성 SDS LG CNS 대기업 SK C&C 포스코 ICT 현대중공업 한화테크윈 울랄라랩 한컴 MDS 수아랩 아이씨앤아이티 솔리드이엔지 티라유텍 중소기업 나루텍 사이버테크프랜드 큐빅테크 타임텍 싱글톤소프트 알엘케이 에스씨티 에임시스템 컴퓨터메이트 < 자료 > IITP, 2017. 정보통신기술진흥센터 21
주간기술동향 2018. 6. 6. 용한 SI/ 컨설팅 / 교육사업을진행하고있는것이국내스마트팩토리산업의어려운현실이다. 따라서단순전산화나공장자동화수준이아닌스마트팩토리고도화를추진하고자하는중견기업이상의제조기업으로서는외산솔루션에눈을돌릴수밖에없으며, 이는외산의존도심화및기업의스마트팩토리도입비용증가를초래하였다. 2014년국내스마트팩토리시범사업추진시공급기술의국산화율은약 34% 에불과하였다. IV. 전망 1. 제조업은물론다양한분야에서디지털트윈적용사례가증가할것이다 디지털트윈은실제세계 (Physical World) 를디지털세계 (Digital World) 로복제한것으로, 제품 / 서비스 / 프로세스등의실제세계데이터를기반으로시뮬레이션하여문제가발생하기전에미리대처하고새로운사업기회를발견하는것이목적이다. 2002년부터제안 [15] 되었던오래된개념이지만최근사물인터넷과클라우드 / 빅데이터기술의발전에힘입어실제에근접한보다정교한시뮬레이션이가능해지면서다시이슈로부각되었다. 가트너는 2년 (2016~2017년) 연속으로 10대전략기술중하나로디지털트윈을선정했다 [11]. < 자료 > IITP, 2017. [ 그림 7] 디지털트윈의기대효과 Markets and Markets은 2016년 18억달러규모인세계디지털트윈시장이연평균 38% 씩성장하여 2023년 156억달러까지성장할것으로전망했다 [13]. 디지털트윈은주로중공업관련산업에서활발하게적용된다. 현재디지털트윈시장에서 전기전자/ 기계, 항공/ 국방, 자동차, 에너지 등이른바중공업관련산업의비중이 80% 에달해, 단가가비싸고, 구조 / 설계가복잡하며, 사용기간이길고, 운용중점검이어려우며, 지속적인유지보수가필요한제품을생산하는산업에서디지털트윈수요가상대적으로높게나타나는것이특징이다. 가트너는 2021년까지산업용제품을생산하는대기업의절반정도가디지털트윈을도입할것으로전망했다 [10]. 제조업뿐만아니라스마트시티, 의료등다양한분야로디지털트윈적용이확산될전망이다. 22 www.iitp.kr
( 가 ) 세계디지털트윈시장전망 ( 나 ) 적용시장별비중 (2019 년 ) < 자료 > Markets and Markets, 2017. [ 그림 8] 세계디지털트윈시장전망디지털트윈은제품이나기업수준에서만도입되는것이아니라, 스마트시티프로젝트에서국가차원으로도입되는것도가능하다. 2014년 11월리셴룽 ( 李顯龍 ) 총리는싱가포르가직면하고있는여러문제를해결하기위한미래 10년비전으로 스마트네이션(Smart Nation) 을선포하였으며, 2015년 8월비전달성을지원하기위한국가전략으로 Infocomm Media 2025 마스터플랜을발표했다 [4]. 계획중하나로, 싱가포르국립연구재단 (NRF), 국토청 (SLA), 정보통신개발청 (IDA) 이공동으로추진중인 Virtual Singapore 프로젝트는싱가포르의모든것 ( 기후, 인구, 에너지소비, 건물, 자연환경등 ) 을 3차원모형의디지털트윈시티로제작하는것이목적이다. 2014년 12월부터시작된 Virtual Singapore 프로젝트가 2018년에구축완료되면, 예컨대가스누출이나폭탄폭발같은사고가있어났을때사람들이어디로대피하는것이좋은지, 태풍이닥칠때취약한곳은어디인지등을미리시뮬레이션하여대비하는것이가능하다. 2. 국내외스마트팩토리플랫폼주도권경쟁이시작될것이다 산업자동화업체솔루션이스마트팩토리플랫폼시장을주도하고있다. 해외에서스마트팩토리플랫폼을제공하는기업유형은크게 2가지로구분되는데, 첫째는아마존 마이크로소프트 구글 SAP 오라클 세일즈포스등 IT 그룹 과또하나는 GE 지멘스 슈나이더일렉트릭등 산업자동화그룹 이다. 정보통신기술진흥센터 23
주간기술동향 2018. 6. 6. 투자은행도이치방크는 IT 기술력보다 도메인노하우, 자동화전문성 이산업인터넷클라우드플랫폼성공에더중요하다고주장하면서, 현재 IT 그룹보다산업자동화그룹이스마트팩토리플랫폼에서보다우위에있다고평가한다 [9]. 그이유는, 산업자동화업체들이 기계에서생성되는데이터중어떤것이중요하고, 문제의원인을어디에서찾아야하는지 에대해 IT 업체보다더잘알기때문이다. 이미스마트팩토리를도입한국내대기업들도 GE 프레딕스, 지멘스마인드스피어등해외산업자동화업체제품들을선호한다. 이러한가운데, 2018년부터국산스마트팩토리플랫폼도점진적으로입지를넓혀나갈것으로기대되고있다. 세계최초로철강연속공정의특성을반영한스마트팩토리플랫폼 포스프레임 을자체개발한포스코는, 국내목재전문업체동화기업에포스프레임플랫폼으로스마트팩토리를구축할예정에있는등 2018년부터다른업종과기업들에도확산시킬예정이다. 삼성SDS는 2016년 11월스마트팩토리솔루션 넥스플랜트 를출시하였고, SK C&C도 2016년 7월 스칼라 를출시해중국홍하이그룹폭스콘충칭공장에적용했다. [ 참고문헌 ] [1] 강학주, IoT와데이터기반의중소제조공장의지능화, Global Smart Factory Conference, 2017. [2] 김선재, 4차산업혁명대응을위한스마트공장 R&D 현황및시사점, KISTEP, Issue Paper 2017-07. [3] 삼정KPMG, 4차산업혁명과제조혁신 : 스마트팩토리도입과제조업패러다임변화, 2017. 12. 19. [4] 싱가포르정보통신부 (MCI), Infocomm Media 2025, Aug. 11, 2015. [5] 이현정 유상근 김용운, 스마트공장기술및표준화동향, ETRI, 전자통신동향분석, Vol.32, No.3, 2017. [6] 조용주, 중소 중견제조기업의스마트팩토리구축을위한제언, 한국무역협회국제무역연구원, Issue Paper No.2, 2016. [7] 중소기업청 중소기업기술정보진흥원 WIPS NICE평가정보, 중소 중견기업기술로드맵 2017-2019 -스마트팩토리-, 2017. 1. 25. [8] Deloitte, 2016 Global Manufacturing Competitiveness Index, Apr. 11, 2016. [9] Deutsche Bank, Global Capital Goods: Winners and losers of the Industrial Internet, Apr. 4, 2017. [10] Gartner, Digital Twin Will Impact Economic and Business Models, Aug. 15, 2017. [11] Gartner, Top 10 Strategic Technology Trends for 2018, Oct. 3, 2017. [12] Goldman Sachs, Profiles in Innovation: Factory of the Future: Beyond the Assembly Line, Apr. 24 www.iitp.kr
13, 2016. [13] Markets and Markets, Digital Twin Market by End User, and Geography - Forecast to 2023, Aug. 2017. [14] Markets and Markets, Smart Factory Market by Technology, Component, End-User Industry, and Region - Global Forecast to 2022, Apr. 2017. [15] Michael Grieves and John Vickers, Digital Twin: Mitigating Unpredictable, Undesirable Emergent Behavior in Complex Systems, Trans-Disciplinary Perspectives on System Complexity, 2002. 정보통신기술진흥센터 25