Contents 요약 _ 3 1 스마트팩토리개념및관련산업 _ 6 1. 스마트팩토리개념및범위 2. 스마트팩토리관련산업 2 스마트팩토리해외동향 _ 10 1. 스마트팩토리공급기업현황 2. 스마트팩토리수요기업스마트化현황 3 한국형스마트팩토리추진전략및구축사례 _ 19 1. 공급산업육성전략및사례 2. 수요산업육성전략및사례 4 중소 중견제조기업스마트팩토리추진전략 _ 28 1. 수요산업대상제언 2. 공급산업대상제언
중소 중견제조기업의스마트팩토리구축을위한제언 요약 최근국내제조업의위기에대응하기위한해결방안으로스마트팩토리가대두되면서이에대한많은정책과 R&D 프로그램이추진되고있다. 하지만중소 중견제조기업에서는스마트팩토리도입방향을정립하는데어려움을겪고있어개념, 관련산업구분, 국내 외추진동향등을살펴보고스마트팩토리추진전략및제언을제시하고자한다. 최근국내뿐만아니라글로벌이슈화되고있는 스마트팩토리 (smart factory) 는공장의생 산설비 ( 시스템 ) 를기반으로한수직적통합과고객의요구사항을시작으로하는제품개발가치사 슬 (value chain) 기반수평적통합이구현되는공장을의미한다. 스마트팩토리와관련된산업은크게공장을스마트하게만드는하드웨어와소프트웨어기술을 공급하는 스마트팩토리공급산업 과이러한스마트팩토리구축기술을도입하여제품을만드는 스마트팩토리수요산업 으로구분된다. [ 스마트팩토리관련산업및기술 ] 대상산업 스마트팩토리수요산업 스마트팩토리공급산업 내용 자동차, 반도체, 핸드폰, 항공등조립프로세스를포함하고있는이산산업 (Discrete Industry) 과정유, 발전, 제지, 제약등의연속적인프로세스를포함하고있는연속공정산업 (Continuous Industry) 산업용네트워크, RFID 시스템, 센서, 산업용로봇, 3D 프린터, 컨트롤러등의하드웨어기술과 MES, ERP, 빅데이터, 클라우드, CPS, 시뮬레이션등의소프트웨어기술 한편독일과일본은스마트팩토리강국으로선도적위치를차지하고있으며양국모두공급산업에서의경쟁력을바탕으로수요산업, 공급산업이균형적으로발달하였다. 특히독일은공급기술육성을위한테스트베드구축 (Industry 4.0 & SmartFactory KL ), 대학생인력양성 (Learning Factory), 기술사업화및비즈니스모델발굴 (Fraunhofer MOEZ) 까지고려한종합적전략을수립하여스마트팩토리사업을추진하고있다. 3
Issue Papers 2016 No.2 국내스마트팩토리사업은공급산업, 수요산업간연계하는방식을통해 OEM 기업의생산성향상을목적으로추진되고있다. 하지만독일, 일본사례에서보듯스마트팩토리산업은공급 수요산업육성이필수적이므로 OEM 기업상태를유지하기보다장기적으로는스마트팩토리브랜드를구축할수있도록공급 수요산업별로지원하는전략이바람직할것이다. 또한, 공급산업을포함하여인력양성의중요성이좀더심도있게논의될필요가있다. 마지막으로한국의중소 중견제조수출기업이수요산업의입장에서스마트팩토리추진시고 려해야할제언다섯가지를다음과같이제시하고자한다. 첫째, 중소 중견제조기업과대기업간제품개발프로세스에적용되는기술수준의차이는있을수있으나동일한단계가있다는점에서착안해기업규모가아닌제품개발단계별관점에서접근하는것이필요하다. 일반적으로중소 중견제조기업에서스마트化를추진할경우대기업대비低가격및低품질의솔루션을도입하는경우가많다. 하지만장기적으로는자사의프로세스에호환되지않을위험성이높아지므로해당제품개발프로세스의적합성을우선으로스마트팩토리기술을도입해야한다. 둘째, 고객에대한정의와해당고객의요구사항에대한정확한파악이중요하다. 제조기업의고객은최종제품사용자뿐아니라협력업체, 주주, 종업원등다양한내 외부고객을포함한다. 각각의고객은상호간상충될수있는요구사항을지니고있으므로스마트팩토리구축시이러한고객의요구사항을사전에분석하여합의점을도출한다면보다효율적인사업추진이가능할것이다. 셋째, 스마트팩토리구축에필요한예산, 인력등의자원활용방안에대해신중하게접근할필요가있다. 중소 중견제조기업은대기업과달리제한된자원을효율적으로투입하여단기간에성과를거두어야하므로초기부터전공정의스마트化를추진하는것은현실적으로어렵다. 기업별로생산성향상, 불량률개선등스마트팩토리도입의목표가다르므로각각의목표지표와연관성이높은공정에집중하여스마트팩토리기술을선택적 점진적으로도입하는방안이효과적일것으로보인다. 넷째, 목표하는스마트팩토리와유사한형태의모델팩토리의벤치마킹을통해스마트팩토리 도입에대한리스크를줄일필요가있다. 투자 ROI 검증및스마트팩토리관련솔루션의기술성, 유지보수, 확장성등에대해서도사전에종합적인측면에서고려하는과정이중요하다. 4
중소 중견제조기업의스마트팩토리구축을위한제언 다섯째, 스마트팩토리는장기적인안목에서지속적으로진행되어야할사업이므로추진동력을 확보하기위해스마트팩토리구축을위한비전을구체화하여제시할필요가있다. 무엇보다현중소 중견제조기업의상황을고려할때, 기업자체적으로스마트팩토리구축사 업에필요한의사결정을한다는것은대단히어려운일이므로필요하다면정부및공공기관에서 시행하는스마트팩토리구축프로그램을활용하는것도도움이될수있을것이다. 5
Issue Papers 2016 No.2 1 스마트팩토리개념및관련산업 최근국내뿐만아니라글로벌이슈화되고있는 스마트팩토리 의개념은 스마트공장, 스마트제조, 디지털제조, 가상제조, 유연생산시스템 (FMS: Flexible Manufacturing System)/ 컴퓨터통합시스템 (CIM: Computer Integrated Manufacturing)/ 지능화제조시스템 (IMS: Intelligent Manufacturing System) 등유사의미의단어들이사용되고있어이에대한개념적인정리와스마트팩토리와관련된산업의구분이필요함 1. 스마트팩토리개념및범위 스마트팩토리 (smart factory) 는 공장의생산설비 ( 시스템 ) 를기반으로한수직적통합과고객의요구사항을시작으로하는제품개발가치사슬 (value chain) 기반수평적통합 이구현되는공장을의미하고있음 수직적 ( 생산시스템 ) 통합은생산의효율화를위한목표를가지고있으며이를위하여제품이생산되는다양한설비에서센서및디바이스를통하여신호를획득하고, PLC(Programmable Logic Controller) 및 HMI(human Machine Interface) 등의제어기술을통하여설비의제어를수행하며, 생산프로세스를관리하기위한 MES(Manufacturing Execution System) 와창고관리를위한 WMS(Warehouse Management System) 를거쳐상단의 ERP(Enterprise Resource Planning) 까지유기적으로관리될수있는개념임 수평적 ( 가치사슬 ) 통합은제품을사용하는고객 (B2B에서의기업고객및 B2C에서의개인고객을모두포함 ) 이원하는요구사항을도출하기위한시장조사및제품기획단계를거쳐, 고객의요구사항을충족시키기위한제품개발 R&D ( 개념설계-상세설계 ) 단계및공정설계후제품을생산하여제품을고객에게전달하는과정까지를포함하고있음 지금까지생산현장에서추진했던공장자동화의개념은수직적통합으로 Factory 와 Manufacturing 의범위로볼수있으며최근다양해진고객의요구사항에대응하기위한수평적통합방향은 Smart 의범위로볼수있음 6
중소 중견제조기업의스마트팩토리구축을위한제언 결국스마트팩토리의출현은고객의요구사항변화에따른자연스러운개념의발전으로볼수있음 고객의다양한요구사항에대응하기위해서는생산시스템통합과가치사슬통합이유기적으로연결되어야함 [ 스마트팩토리의범위 ] 수평적통합 ( 가치사슬 -Value Chain) 요구사항 제품기획 개념설계 (Concept Design) 상세설계 (Design) 공정설계 생산 제품출시 최종제품 ERP, 물류 MES, WMS 제어 수직적통합 ( 생산시스템 ) 센서 / 디바이스 수직적 수평적통합을유기적으로구현하기위해통합 (Integration), 연결 (Connect ion), 엔드투엔드엔지니어링 (End-to-End Engineering) 관점에서다양한 ICT기술 ( 하드웨어, 소프트웨어 ) 이적용되고있음 IoT(Internet of Things), 빅데이터, 사이버물리시스템 (CPS: Cyber Physical System) 1) 등최신기술의출현으로더욱정교하고세밀한수직적 수평적통합구현이가능하게됨 - 수평적통합지원기술로는제품설계도구인 CAD/CAE 등을포함하는 PLM 솔루션, 시제품생산을빠르게지원할수있는 3D 프린터, 가상과실재의연동이가능한사이버물리시스템, 제조프로세스분석을위한공정시뮬레이션등이포함 - 수직적통합지원기술로는생산설비의많은데이터를획득하기위한스마트센서와 IoT 기술, 생산현장에너지절감기술, 제조데이터분석을위한제조빅데이터기술등이포함 1) 사이버물리시스템 (CPS): 실재와가상을융합하여고도의생산을가능하게하는개념 7
Issue Papers 2016 No.2 [ 스마트팩토리통합기술 ] 수평적통합 ( 가치사슬 -Value Chain) PLM 3D 프린터 CPS, AR/VR 시뮬레이션 SCM, CRM 요구사항 제품기획 개념설계 (Concept Design) 상세설계 (Design) 공정설계 생산 제품출시 최종제품 ERP, 물류 빅데이터, 클라우드 MES, WMS 에너지절감 수직적통합 ( 생산시스템 ) 제어 센서 / 디바이스 IoT, 스마트센서 스마트팩토리의다양한개념과정의가있을수있지만가장중요한두가지는스마트팩토리의고객은인간 (Human-being) 이며스마트팩토리의철학은연결및통합에있다는점임 [ 스마트팩토리프레임워크 ] Human-being Customer Workers OEM Brand Vision Safety / Salary / Welfare Productivity / Prod. Management / Due Date / Margin R&D / Supply Chain Management / Margin Target Smart Factory Concept Digital Manufacturing Virtual Manufacturing Smart Manufacturing Intelligent Manufacturing FMS / CIM / IMS Philosophy End-to-End Engineering PLM Connected Factory DFSS (Design for Six Sigma) Integration ICT Technology IoT, Cloud, Big data, 3D printer, VR/AR, Energy, Smart Sensor, etc. Factory/ Plant 8
중소 중견제조기업의스마트팩토리구축을위한제언 2. 스마트팩토리관련산업 스마트팩토리와관련된산업은크게공장을스마트하게만드는하드웨어와소프트웨어기술을공급하는 스마트팩토리공급산업 과이러한스마트팩토리구축기술을도입하여제품을만드는 스마트팩토리수요산업 으로구분할수있음 ( 자료 : Market sandmarke ts Analysis, 2013) 스마트팩토리공급산업은산업용네트워크, RFID 시스템, 센서, 산업용로봇, 3D 프린터, 컨트롤러등의하드웨어기술과 MES, ERP, 빅데이터, 클라우드, 사이버물리시스템, 시뮬레이션등의소프트웨어기술로구분할수있음 스마트팩토리수요산업은자동차, 반도체, 핸드폰, 항공등조립프로세스를포함하고있는이산산업 (Discrete Industry) 과정유, 발전, 제지, 제약등의연속적인프로세스를포함하고있는연속공정산업 (Continuous Industry) 으로구분할수있음 스마트팩토리공급산업에서구축된기술이수요산업의프로세스와융합되어사용자가원하는다양한제품을스마트하게생산하게되는것임 [ 스마트팩토리관련산업 ] 스마트팩토리관련산업 스마트팩토리공급산업 Smart Factory 구축기술 스마트팩토리수요산업 팩토리 하드웨어 소프트웨어 산업적용 연속공정산업제품 이산공정산업제품 9
Issue Papers 2016 No.2 2 스마트팩토리해외동향 1. 스마트팩토리공급기업현황 전세계적으로스마트팩토리구축기술 ( 하드웨어, 소프트웨어 ) 의점유율과경쟁력을이미확보하고있는기업은아래의 20개기업으로조사되었음 ( 자료 : MarketsandMar kets Analysis, 2013) 최근스마트팩토리의중요한철학인연결성구현을위해기업간 M&A 및내부적통합이활발히이루어지고있음 - 제품설계개발도구인 CAD 전문제조사인프랑스의다쏘시스템즈는 MES 비즈니스기업인 APRISO을인수했으며글로벌 ERP기업인 SAP는 MES 솔루션공급을통해기업내운영, 생산등모든데이터의통합을추진하고있음 [ 글로벌공급기업현황 ] 10 독일및유럽의경우공급기술육성을위한테스트베드구축 (Industry 4.0 & SmartFactory KL ), 대학생인력양성 (Learning Factory), 기술사업화및비즈니스모델발굴 (Fraunhofer MOEZ) 까지고려한종합적전략을수립하여스마트팩토리사업을추진하고있음 독일이스마트팩토리분야에서부각되고있는이유는공급산업의경쟁력에기인하며국내스마트팩토리전략및추진방안에서도공급산업을포함하여인력양성의중요성이좀더심도있게논의될필요가있음
중소 중견제조기업의스마트팩토리구축을위한제언 1 ( 독일 ) Industry 4.0 & SmartFactory KL ( ) 독일은 Industry 4.0( 제4차산업혁명 ) 프로그램을통하여미래제조업시장의주도를구상하고있음 Industry 4.0 프로그램은독일연방인공지능연구소 (DFKI) 의주관으로산 학 연이참가하여사물인터넷 (IoT), 사이버물리시스템, 스마트팩토리 (Smart Factory) 등의연구를진행하는 2.5억유로규모의국가적인프로그램임 DFKI에서진행하고있는스마트팩토리 (SmartFactoryKL) 2) 사업은타산업에적용될수있는스마트팩토리플랫폼개발및공급을목표로다양한형태의데모공장 (Demonstrator) 구축사업을시행하고있음 DFKI는스마트팩토리를 제조기업 ( 스마트팩토리수요산업 ) 과는독립적이며 (Manuf acturer-independent) 실재와유사한제조플랫폼 으로정의하고있으며해당플랫폼을통하여최신 ICT 기술테스트, 개발및상용화를추진 ( 자료 : Smart Factory at DFKI, 독일 ) 명함첩제품을생산하는스마트공정개발 ( 14) 을시작으로다른제품으로확대 적용하기위한고도화작업을지속적으로진행하고있음 - 10여개의장비공급기업 (FESTO, Rexroth, HARTING 등 ) 과솔루션공급기업 (SIEMENS, CISCO 등 ) 이자사의기술을공급하여하나의제조라인을구축하였으며이러한과정을통해기술의통합, 인터페이스등의연구및표준화까지추진하고있음 2) KL 은 DFKI 연구소가위치해있는 카이저슬라우테른 (Kaiserslautern) 도시이름을의미 11
Issue Papers 2016 No.2 [DFKI 데모 공장, 2014] [DFKI 참여 공급기업 및 적용 공급기술] 참여기업 적용기술 역할 CISCO 유 무선 라우팅 및 스위칭 인프라 Connected Factory FESTO 실 제조환경에서 다른 제조기업 간 상호연결 제공 Module Engraving HARTING HIRSCHMANN LAPPKABEL MINITEC PHOENIX CONTACT PROALPHA 서로 다른 자동화 모듈 간 상호운영성 제공 스마트팩토리의 신뢰성을 제공하는 산업통신 고해상도 카메라를 활용한 제품 검사 높낮이가 가능하고 작업자를 고려한 Workplace laser marking 시스템 ERP 시스템 Module Force Fitting Connected Security Module Quality Control Manual Workstation Module Laser Marking ERP System REXROTH RFID를 통한 제품 메모리 read Module Clip Mounting SIEMENS 명함첩 전주기 생산 정보관리 Product Lifecycle Management 초기 스마트팩토리 플랫폼 구축은 독일 내 기업과 협력했으나 최근에는 IBM(미국), 화웨이(중국) 등을 포함한 46개의 다양한 해외 글로벌 기업 및 기관과의 협업을 추구 하고 있음 12
중소 중견제조기업의스마트팩토리구축을위한제언 [DFKI 협의체 ] 자료 : www.smartfactory.de 2 ( 독일 ) Learning Factory 독일의 Darmstadt 공대의 Learning Factory는스마트팩토리관련대학생인력교육목표로운영중인플랫폼임 ( 자료 : Darmstadt CIP) 린생산 (Lean Manufacturing), 품질관리, 통계적공정관리 (SPC, Statistical Proc ess Control), 측정시스템관리기술등의교육커리큘럼으로구성 교육뿐아니라설비재구성등을통한공급기술검증역할도수행하고있음 - 전체공정은가공공정과조립공정으로구성되어최종제품으로모터를생산하게되며해당프로세스는가공, 자동 / 수동조립, 생산물류, 품질관리, 판매, 구매, 계획, 제어등의기능을포함하고있음 13
Issue Papers 2016 No.2 [Learning Factory] 조립공정 자료 : Darmstadt CIP 가공공정 [Smart Factory 와 Learning Factory 간비교 ] 특징 SmartFactory KL ( 독일 ) Learning Factory( 독일 ) 목적 스마트영역 데모공정을통한스마트팩토리공급기술검증 수직적 ( 생산시스템 ) 통합 (Shop floor-level1-2-3-4 수준 ) 수평적통합추진중 스마트팩토리관련인력양성 수직적 ( 생산시스템 ) 통합 (Shop floor-level1-2-3 수준 ) 수평적통합추진중 생산제품 명함첩 ( 판매불가 ) 모터 ( 판매불가 ) 협의체 46 개 ( 화웨이, IBM, CISCO 등 ) 27 개 특징 FESTO, Rexroth, HARTING 등경쟁력보유기업다수참여 플러그 - 생산 (Plug and Produce) 3) Rexroth 등협업 공급기술검증도가능 3) 14 3) IoT 기술이적용되어사용자가원하는제품을플러그만꽂으면생산이가능한공장
중소 중견제조기업의스마트팩토리구축을위한제언 3 ( 독일 ) Fraunhofer MOEZ 중소 중견제조기업기술의글로벌시장진출, 기술이전, 상용화를지원하고있음 프로세스와비즈니스모델평가와시뮬레이션, 실시간예측및가시화를수행하는빅데이터센터운영 특히 Industry 4.0 환경에서의산업정보화와디지털화에따른제품과서비스의사용자맞춤 (customization) 을지원하는 디지털비즈니스모델 을연구하고있으며공급기술의사업화모델을구축하고자함 [Industry 4.0 환경에서의기술과비즈니스간 디지털인프라 역할 ] 자료 : http://www.moez.fraunhofer.de/en.html 4 ( 일본 ) 미쓰비시 일본의대표적인공급기업인미쓰비시에서는자사의스마트팩토리공급기술인설비, 로봇, 제어, 센서, 비젼, MES 등을통합하여기술의검증, 상용화, 패키징의목표를가지고플랫폼을구축하였음 독일의 DFKI가구축하고있는 SmartFactory 플랫폼과미쓰비시플랫폼의목표는스마트팩토리공급기술의검증으로비슷한것으로판단되며다만독일은다양한기업의기술을통합한반면, 일본의경우는미쓰비시가보유한기술중심의통합이이루어졌다는차이점을가지고있음 15
Issue Papers 2016 No.2 특히, 미쓰비시의경우 센서 - 제어 - 로봇 -MES 의수직적기술을통합및패키징하 여산업별로비즈니스를수행하고있음 2. 스마트팩토리수요기업스마트化현황 RioTinto 개요 - RioTinto는호주 (Brisbane) 에서광산산업에서는세계최초로빅데이터센터 (PEC, Processing Excellence Centre) 운영을시작하였으며, 이센터에서는고정및모바일광산운영장비에부착된센서를통해수집및저장된방대한양의데이터 (30GB/ 일, 5TB 저장소활용 ) 평가와엔진고장의예측및방지를통하여생산성향상과안전성강화에주력하고있음 적용기술 - 센서및빅데이터 ( 설비진단및예지보전 ) 기술및예측수학, 머신러닝, 모델링기술 목표 - 채광작업의안전성, 효율성강화및주주수익률극대화 16
중소 중견제조기업의스마트팩토리구축을위한제언 GE 개요 - GE는인도서부푸네에 2억달러이상을투자한새로운개념의유연한멀티모달공장 (Multi-Modal Factory) 을구축하여제트엔진에서기관차의부품까지다양한제품 ( 항공, 전력, 가스, 운송비즈니스제품 ) 의생산및가공을지원하며 생각하는공장 (Brilliant Factory) 4) 을처음으로적용함 적용기술 - 공장시설간실시간정보를공유하고공급망 서비스망 유통망등을연결하는산업인터넷 (IIoT, Industrial IoT) 및빅데이터기술을통하여돌발적인가동중지를예방하고품질유지및최적화된생산추구 목표 - 2022년까지인도의국내총생산 (GDP) 중제조업의비율현재대비 25% 향상과 1 억개의일자리창출 자료 : GE 홈페이지 ZARA 개요 - ZARA 매장에설치된카메라를통하여, 고객이방문했을때옷에대한요구사항 ( 나는주머니지퍼를좋아하지않는다, 칼라디자인은매우아름답다 등 ) 이 ZARA 내부에있는정보네트워크를통하여하루에두번이상본부디자이너에게전송됨 4) 제조업생산과정전반을디지털화한차세대지능형공장으로사고, 기계고장등을예방하고불량률감소에기여 17
Issue Papers 2016 No.2 - 구매통계데이터, 반품비율이반영된일일비즈니스분석보고서및판매순위분석결과가 ZARA 시스템에저장되며색과패턴을선택하는과정에서고객니즈를반영한시장세분화 (segmentation) 수행 적용기술 - 온라인기반양방향검색엔진을통한데이터분석 목표 - 빅데이터분석을통해고객니즈에부합하는목표시장설정및구체화 [ 수요기업스마트化영역 ] 수평적통합 ( 가치사슬 -Value Chain) 2 GE, Multi-Modal Factory 요구사항 제품기획 개념설계 (Concept Design) 상세설계 (Design) 공정설계 생산 제품출시 최종제품 ERP, 물류 3 ZARA MES, WMS 제어 수직적통합 ( 생산시스템 ) 센서 / 디바이스 1 Rio Tinto 18
중소 중견제조기업의스마트팩토리구축을위한제언 3 한국형스마트팩토리추진전략및구축사례 최근 2~3년동안국내에서는정부와민간에서스마트팩토리와관련한다양한정책을수립하고있지만제조혁신을위한국가적인전략및실행방안마련측면에있어서보다구체적이고거시적인로드맵수립이요구됨 산업통상자원부, 미래창조과학부주도로 8대핵심기반기술 5) 별스마트제조 R&D 로드맵수립, 스마트공장고도화기술개발사업, 스마트공장보급 확산사업 6), 사물인터넷융합기술개발사업등을통해스마트팩토리기술개발및확산에주력하고있음 하지만스마트팩토리수요산업관점에서는 제조공정에로봇을도입하면스마트팩토리가되는지?, 공정자동화를추진하면스마트팩토리가되는지?, 기업내제조솔루션을클라우드로적용하면스마트팩토리가되는지?, 데이터마이닝기술을활용하여품질개선을이루면스마트팩토리가되는지? 등의많은의문을가지고있어추진방향에대한가이드및구체적로드맵등이필요함 또한스마트팩토리공급산업입장에서는 국내스마트팩토리공급산업의경쟁력이글로벌기업대비떨어져있는현실을어떻게볼것인가? 하는질문에대한해결책이필요함 - 예를들어, 국내에서지금부터 ios, Android, 윈도우등을개발한다면과연경쟁력이있을것인가? 라는질문에확신을가질수있는사람은극히드물것이며 국산 CAD를개발하면과연시장성이있을것인가? 라는질문에대해서도확신을가지기는어려운현실임 국내스마트팩토리사업의경우주로 OEM 기업의생산성향상을목적으로진행되고있으나장기적으로는 OEM 생산방식을넘어서스마트팩토리기업으로서의특화및브랜드화가요구됨 현재국내스마트팩토리사업의경우공급산업, 수요산업육성을상호연계하는방식을통해 OEM 기업의생산성증대를목표로추진되고있음 5) CPS, 스마트센서, 사물인터넷, 에너지절감, 3D 프린팅, 빅데이터, 클라우드, 홀로그램 6) 현장자동화및생산운영관리시스템 (MES), 제품개발지원시스템 (PLM), 공급사슬관리시스템 (SCM), 기업자원관리시스템 (ERP), 공장에너지관리시스템 (FEMS) 지원 19
Issue Papers 2016 No.2 하지만독일, 일본사례에서보듯스마트팩토리산업은공급 수요산업육성이필수적이므로 OEM 기업상태에서생산성향상을추구하기보다장기적으로는스마트팩토리기업브랜드를구축할수있도록공급 수요산업별로지원하는전략이필요함 [ 한국형스마트팩토리추진방향 ] 앞서언급한한국형스마트팩토리추진방향을좀더구체적인전략으로살펴보면, 크게 1 공급기업전략 2 OEM 기업전략 3 브랜드기반대량생산기업전략 4 사용자맞춤형기업전략 5 Factory Maker전략등의다섯가지전략으로구성될수있음 스마트팩토리공급산업육성을위해서는독일과일본의추진전략과마찬가지로스마트팩토리구축기술 ( 하드웨어와소프트웨어 ) 을검증할수있는다양한형태의테스트베드를구축하여기술의검증과상용화를진행하는것이필요하며, 스마트팩토리수요산업육성을위해서는국내제조기업특성을반영한추진전략을마련해야함. 앞서언급한 2 ~ 4 전략이수요산업전략에해당되며통계적인부분이나학술적인근거는부족할수있지만한국내에서 60~70년부터제조기업이발전되어온과정으로볼수있음 - 수요산업육성전략 (2 ~ 4) 에서공통적으로요구되는부분은 산업별모델팩토리구축 이될수있으며, - 현재스마트팩토리를추진한다고하면, 대부분은자동화, IoT, 빅데이터등을통한생산성향상에초점이맞춰져있는것이사실이나수요산업의제조기업이원하는궁극적인목표는 OEM/ODM 생산방식보다는자사의브랜드 ( 메이커 ) 를가지는비즈니스이므로다양한고객의요구사항에대응할수있는대응체계및시스템확보가더중요할것임 20
중소 중견제조기업의스마트팩토리구축을위한제언 - OEM 생산방식의수요기업 의스마트팩토리추진을위해서는 MES, 공정시뮬레이션등의 1 공정관리플랫폼도입 2 설비자동화및제조로봇도입 3 산업별모델팩토리 ( 수요산업테스트베드 ) 구축이필요함 - OEM 생산방식기업을자사브랜드를가지는 대량생산 (Mass Production) 방식의수요기업 으로전환하기위해서는제품기획및비즈니스모델발굴등을포함하는제조서비스화전략이추진되어함 - 자사브랜드를가지는대량생산방식의수요기업을 사용자의다양한요구사항을대응할수있는사용자맞춤형 (Mass Customization) 생산방식의수요기업 으로전환하기위해서는고객 (B2B, B2C) 의다양한요구를반영한가치사슬전체를통합하기위한전략이추진되어야함 다섯번째전략으로 Factory Maker 전략의경우는국내공급기술을기반으로부가가치가높은영역인 팩토리를설계 ( 엔지니어링 ) 할수있는역량 을키우는것이궁극적인목표로볼수있음 - 예를들어, 자동차와핸드폰도제품 (Product) 이듯이공장 (Factory) 및플랜트 (Plant) 도하나의제품으로볼수있음 [ 한국형스마트팩토리추진전략 ] 21
Issue Papers 2016 No.2 1. 공급산업육성전략및사례 국내스마트팩토리공급산업의경우많은기업들이개발된공급기술을검증할수있는대상즉, 테스트베드개념의공장이필요함 국내대기업과중소 중견제조기업의설비와운영시스템은해외공급기업의제품으로구축되어있는비율이높은것이현실이며, 변동이나고장이발생할경우해외엔지니어가국내제조현장을직접방문해야하는위험성으로인해공급기술을검증하기가거의불가능함 또한, 많은중소 중견제조기업에서는주문생산방식에따라납기를준수하여제품을생산해야하므로생산일정에영향을줄수있는스마트팩토리를적용할기회가제한되어있음 테스트베드구축은공급기업뿐아니라수요기업입장에서도적용하려는스마트팩토리기술의신뢰성을확보하고전사적차원에서의스마트팩토리도입시 ROI를미리확인할수있는기반이될수있음 앞서언급한공급기업과수요기업의요구를반영하여 14년부터한국생산기술연구원과 UNIST가공동으로테스트베드를구축하여운영하고있음 자동차수동변속기를최종제품으로자재투입, 조립, 이송공정으로구성되어있음 - 테스트베드에적용된스마트팩토리하드웨어기술은설비, 센서, 제어디바이스, 시스템통합기술을포함 - 테스트베드에적용된스마트팩토리소프트웨어기술은 MES, 에너지최적화기술, IoT 통신, CPPS 기술, 데이터마이닝기술을포함 22
중소 중견제조기업의스마트팩토리구축을위한제언 [1 st 스마트팩토리테스트베드 (smartfactory.unist.ac.kr)] 이송모듈조립모듈 IoT 센서기술제어디바이스기술시스템통합기술 장비공급업체 자동차수동변속기 MES 에너지최적화기술 IoT 통신기술 CPPS 기술 Data Mining 솔루션공급업체 독일의 Industry 4.0의핵심기술중하나인사이버물리시스템기술이제조분야에적용되면사이버물리생산시스템 (CPPS: Cyber Physical Production System) 이구축될수있음 - 본테스트베드에서는실재공장 (UNIST 구축테스트베드 ) 과가상공장을 MES기반으로연결해생산및공정단계에서 CPPS의개념을구현하고생산공정데이터를관리 [CPPS 구성도 ] 사이버공장 (Cyber Factory) 실재공장 (Physical Factory) MES 23
Issue Papers 2016 No.2 본테스트베드의궁극적인 KPI는스마트팩토리공급기술국산화율을높이고적용된공급기술을확보하고있는국내스마트팩토리공급기업과의협력을통하여글로벌스마트팩토리시장에서경쟁력을확보하는데있음 [1 st 스마트팩토리프레임워크 ] Manuf. Assessme nt Pro. Simulation Quality Control Decision Making Manuf. Security MES(Manufacturing Execution System) Manuf. IoT Platform Energy Platform Test-Bed Platform 2. 수요산업육성전략및사례 스마트팩토리수요산업발전전략중 OEM 생산방식수요기업 의스마트화를위해서는제품설계영역보다는공정설계와제품생산단계에서스마트기술이적용되어야함 세부적인적용기술로는 1 MES와공정시뮬레이션기술등을포함하는공정관리플랫폼 2 수요산업의특징을반영하는모델공장형태의테스트베드 3 공정내병목현상 (bottleneck) 을해결할수있는설비자동화및로봇도입이필요함 [OEM 생산방식수요기업스마트영역 ] 2. 수요산업테스트베드 1. 공정관리플랫폼적용 3. 설비자동화및제조로봇도입 24
중소 중견제조기업의스마트팩토리구축을위한제언 생산기술연구원에서는 OEM 생산방식수요기업 스마트화의개념을검증하기위해베트남에진출해있는국내 OEM 기업을대상으로앞서언급한기술을적용하여스마트팩토리를구축하고있음 베트남에진출해있는봉제기업 ( 가방, 신발, 의류제품 ) 의경우세계 1위의 OEM 기업도다수있으며이러한기업들은원가절감목표달성을위하여기존의 인건비가저렴한지역으로공장을이동하는방식 에서 공장생산성을높이는방식 으로방향을전환하고있음 - 봉제산업제조라인의경우多설비운영제조라인으로구성되어있으며다양한공정 ( 연속공정, 조립공정 ) 이혼합되어있는특징을가지고있음 스마트팩토리화를진행하고있는대상공정의프로세스와요구사항을분석한결과, 1 글로벌브랜드의다양한요구 ( 품질, 가격, 납기등 ) 에대응하기위한영업대응시스템이필요하며, 2 노동집약적제조공정 ( 재단-봉제-포장 ) 으로관리수준이정형화되어있지않아이에따른공정설계, 품질개선, 인력관리를해결하기위한시스템의도입이필요하며, 3 多설비에따른설비관리및에너지관리를위한관리방안이필요한것으로도출되었음 [ 봉제기업내, 제품개발프로세스 ] 1 제품설계 2 제조시스템설계 3 공장운영 제품기획 개념설계 (Concept Design) 상세설계 (Design) 공정설계 생산관리 제품출시 제품설계 공정설계 & 생산 25
Issue Papers 2016 No.2 대상기업의스마트化를위해 1 적용할기술 (IoT, MES, 에너지기술, 시뮬레이터, 제조보안등 ) 의검증을위해모델공장을구축하였으며, 2 검증된기술을베트남현지 1~2 제조라인에실재적용하는두단계로추진하고있음 - 수요산업의테스트베드는스마트팩토리수요기업의생산성및품질향상을위한스마트化목적과동시에스마트팩토리공급기술의검증을통한공급기술국산화비율향상의두가지목표를가지고있음 [ 봉제산업모델공장 ] [ 봉제공정스마트화를위한프레임워크 ] 26
중소 중견제조기업의스마트팩토리구축을위한제언 수요기업스마트化추진시비용절감, 생산성향상등을통한공정최적화가능 < 국내스마트팩토리수요기업스마트化사례 새한진공열처리 > 경기화성의금형열처리제품생산중소기업으로최근정부지원금 1억원에자체자금 5000만원의예산을투입하여, 기존공장을스마트공장으로리모델링함 모든제조과정을관리할수있는생산운영관리 (MES) 시스템을도입해최적의공정조건도출하고전력감시모니터링시스템구축으로장비의전력소비최소화 기업대표는 스마트팩토리추진으로연간 3억원이던전기료가올해는 2억5000만원수준으로줄어들것 이며 생산성을높여올해매출은지난해 (26억원) 보다 60% 이상늘어날것으로예상 하고있음 수평적통합 ( 가치사슬 -Value Chain) 요구사항 제품기획 개념설계 (Concept Design) 상세설계 (Design) 공정설계 생산 제품출시 최종제품 ERP, 물류 MES, WMS 제어 수직적통합 ( 생산시스템 ) 센서 / 디바이스 1 새한진공열처리 27
Issue Papers 2016 No.2 4 중소 중견제조기업스마트팩토리추진전략 1. 수요산업대상제언 국내스마트팩토리수요기업에해당하는국내중소 중견제조기업이기존공정의스마트팩토리화를추진하기위해서는제한된기업의예산과인력이투입되어야하므로단기적이고지엽적인관점보다는거시적인관점에서의신중한접근이필요함 1 중소 중견제조기업에서는전체적인제품개발프로세스관점에서스마트팩토리기술도입을고려해야함 중소 중견제조기업과대기업의제품개발프로세스 ( 제품설계-공정설계-생산 / 운영-A/S, Recycling) 간적용되는기술수준의차이는있을수있으나모든제조기업은동일한프로세스를거쳐제품을개발한다는관점에서접근할필요가있으며중소기업과대기업과같은규모의구분이아닌해당제품개발프로세스의적합성을우선으로스마트팩토리기술을도입해야함 [ 일반적제품개발프로세스와스마트팩토리기술 ] 제품설계공정설계생산 / 운영 A/S, Recycling 관리시스템 : PLM (Product Lifecycle Management) CAD/CAE Process Sim. MES/ QMS CRM/ FEMS 과학적방법론 : DFSS (Design For Six Sigma) ICT Technology - 예를들어수도꼭지를생산하는중소제조기업 ( 뿌리기업 ) 의프로세스를분석해보면 CAD를활용한제품설계, 3D 프린터를활용한제품디자인검증그리고생산, 조립과정과같이대기업의제품개발프로세스와동일함을알수있음 28
중소 중견제조기업의스마트팩토리구축을위한제언 [ 수도꼭지제조기업내제품개발프로세스 ] 1 제품설계 2 제조시스템설계 3 공장운영 제품기획 개념설계 (Concept Design) 상세설계 (Design) 공정설계 생산관리 제품출시 제품설계 공정설계 & 생산 Mold 외주생산 주조공정 가공공정 연마공정 도금공정 조립공정 설계엔지니어링 디자인품평 SolidWorks (CAD) CAE 3D 프린터 - 일반적으로중소 중견제조기업에서스마트化를추진할경우대기업대비低가격및低품질의솔루션을도입하는경우가많으나장기적으로는자사의프로세스에적합하지않을위험성이높아져신중한판단이필요함 중소 중견제조기업에서자사의상황에맞는스마트팩토리기술을도입하기위한의사결정을한다는것은대단히어려운일이며이러한판단의몫을제조기업에맡기기보다는정부및공공사이드에서중소 중견제조기업의다양한프로세스에적합한스마트팩토리적용가이드를제공하거나대기업의전유물이라할수있는 ISP( 정보화전략수립, Information Strategy Planning) 를포함하는프로세스컨설팅지원이필요할것으로판단됨 2 스마트팩토리를추진할제조기업내에는내부의종업원을포함하여주문하는고객, 협력을진행하는고객등 나의고객이누구인지? 와 관련된이해관계자가누구인지? 를파악해야하며, 해당고객이원하는요구사항이무엇인지를정확하게이해할필요가있음 29
Issue Papers 2016 No.2 [ 제조기업고객구분 ( 例 )] 구분 내부고객 외부고객 직원 경영층 B2B(Business to Business, 기업과기업간거래 ) B2C(Business to Customer, 기업과개인간거래 ) 고객 생산직 사무직 경영자 기업소유주 주주 주문업체 협력업체 하청업체 최종제품사용자 ( 개인 ) 예를들어종업원의경우는높은급여와안전한작업환경에서의지속적인근무를하는것이가장중요한요구사항인반면, 기업소유주입장에서는생산효율화가우선순위이므로스마트팩토리구축시상반된목표를가질수있는문제에대해고객들간의합의와비전공유가필요할것임 중소 중견제조기업에서스마트팩토리추진에대해공장자동화, 품질개선등의목표를가지고진행할수도있으나상기에서언급한제조기업과관련된다양한고객의요구사항을분석하여최대한만족시킬수있는방향으로접근한다면스마트팩토리化를넘어서기업의혁신이가능할것으로판단됨 3 중소 중견제조기업에서는 스마트팩토리추진을위해제한된인력, 예산, 시간등의자원을어떻게활용할것인가? 에대해결정할필요가있음 스마트팩토리의전체범위는제조기업내수직적통합과수평적통합으로중소 중견제조기업내에스마트팩토리를추진하기위한자원 ( 인력, 예산, 시간등 ) 이무한으로있다면전체스마트化달성을위한장기적인로드맵을수립하여추진할수있지만중소 중견제조기업은제한된자원을효율적으로투입하여단기간에성과를거두어야하는것이현실로스마트팩토리는신중한접근이필요한문제임 - 기업별로생산성향상, 불량률개선등스마트팩토리구축의목표가다르므로초기부터전공정의스마트化를추진하는것보다해당목표지표와연관성이높은공정에집중하여스마트팩토리기술을점진적으로도입하는방안이효율적일것임 30
중소 중견제조기업의스마트팩토리구축을위한제언 - 다만최종적으로는수직적통합과수평적통합을반드시고려하여스마트팩토리구축사업을진행하는것이필요함 수평적통합 ( 가치사슬 -Value Chain) 요구사항 제품기획 개념설계 (Concept Design) 상세설계 (Design) 공정설계 생산 제품출시 최종제품 ERP, 물류 MES, WMS 제어 수직적통합 ( 생산시스템 ) 센서 / 디바이스 스마트팩토리범위 4 중소 중견제조기업과유사한형태의모델팩토리벤치마킹을통한 ROI(Return On Investment, 투자수익률 ) 의검증과정이필요할것이며스마트팩토리관련솔루션의기술성, 유지보수, 확장성등에대한정확한판단이요구됨 5 스마트팩토리추진에대한단계적인로드맵과비전을동시에제시할필요가있음 2. 공급산업대상제언 1 공급기술의기술개발은공급기업의몫이지만개발된기술을어디서검증할것인가에대해판단할필요가있음 2 공급기술은단위기술개발로끝나는것이아니라융합및통합관점에서의기술개발이이루어져야함 개발하고있는기술이요소기술및단위기술이라할지라도개발된기술이어디에적용될것이며어떠한고객이사용할것인지에대하여통합적관점에서의접근이필요함 3 마찬가지로공급기술의요소기술개발로끝나는것이아니라기술간인터페이스 (I/F) 및융합을고려할필요가있음 31
Issue Papers 2016 No.2 < 스마트팩토리구축관련참고민간기관 > 민관합동스마트공장추진단 : 산업통상자원부에서민관합동으로만든조직으로스마트공장보급사업및정책수립역할수행 (www.smart-factory.kr) 한국스마트제조산업협회 (Korea Smart Manufacturing Industry Association: KOSMIA): 산업통상자원부산하단체 (www.plm.or.kr) Intree 4.0 포럼 : 인더스트리 4.0 과관련된혁신기술에대해서연구하는대학교수및분야별전문가들이참가하는민간주도의포럼 (www.intreeforum.org) 한국ICT융합네트워크 : ICT 융합을통해신규제품 서비스 시장의창출을촉진하고대한민국기업들의혁신활동을저해하는각종제도와관행을개선함으로써국제경쟁력의강화를도모하며 ICT 융합에관한산 관 학 연협력추진 (http://kicon.org) K-SMARTFACTORY: 스마트공장의핵심인스마트머신, 미들웨어, 빅데이터, 사물인터넷, 스마트전략, 정부정책방향에대한사례연구와활용방안을공유함으로써한국형스마트공장활성화방안을도모하고한국형스마트공장의표준을제시하기위한민간조직 (www.ksmartfactory.org) 32
중소 중견제조기업의스마트팩토리구축을위한제언 [ 참고문헌 ] MarketsandMarkets Analysis, 2013 Smart Factory at DFKI, 독일 www.smartfactory.de Darmstadt CIP http://www.mescc.com/downloads/flyer.pdf GE 홈페이지 33