04 - 스마트제조 시스템의 성장동력화
▲ 조용주 수석연구원
한국생산기술연구원
“스마트제조”, “스마트공장”, “가상제조”와 같이 새롭게 최근 새롭게 등장하는 단어는 궁극적으로는 시간과 성능의 차이만 있을 뿐 비슷한 개념이며, 적용 범위는 반드시 고객이 포함되며, 제품 개발 가치사슬과 생산 시스템이 포함된다.
이러한 스마트제조의 성장동력화를 위해서는 공장자동화를 넘어서는 새로운 전략이 추진되어야 할 것이다.
스마트제조 시스템의 개념 및 범위
최근 국내뿐만 아니라 글로벌 이슈화 되고 있는 “스마트제조”의 개념은 “스마트공장”, “스마트팩토리”, “디지털 제조”, “가상 제조”, "유연생산 시스템(FMS, Flexible Manufacturing System)·컴퓨터 통합 생산 시스템(CIM, Computer Integrated Manu-facturing)·지능형 생산 시스템(IMS, Intelligent Manufacturing System)" 등 유사한 의미의 단어들로 사용되고 있으며, 앞서 언급된 다양한 개념들이 궁극적으로 실현하고자 하는 목표는 비슷하다고 볼 수 있다.
스마트제조는 고객이 원하는 제품을 효율적으로 만들기 위해 “제품기획-개념설계-상세설계-공정설계-생산-제품출시” 각 단계의 수평적인 통합과 제조현장에서 생성되는 다양한 데이터를 수집하고, MES와 ERP 등의 시스템과의 연계 및 생산관리를 수행하는 수직적인 통합이 이루어지는 범위 전체를 의미한다.
그리고 제품 및 공정개발을 위해 CAD(Computer-Aided Design) 시스템, 시뮬레이션 시스템, CPS(Cyber Physical System), AR·VR 기술이 사용되며, 제조현장 데이터의 획득·관리·분석을 통하여 최적의 의사결정을 내리기 위하여 IoT, 클라우드, 빅데이터 기술이 사용되며, 제조현장의 자율화를 위해 협업로봇, AGV(Automated Guided Vehicle) 등의 기술이 사용되고 있다.
이와 같이 앞서 언급한 수평·수직적인 각 단계에서 최신의 하드웨어와 소프트웨어 기술이 적용되고 있음을 알 수 있다.
제조 기업을 스마트하게 만드는 하드웨어와 소프트웨어 기술은 스마트제조 공급 산업이며, 산업용 네트워크, RFID 시스템, 센서, 산업용 로봇, 3D 프린터, 컨트롤러 등의 하드웨어 기술과 MES, ERP, 빅데이터, 클라우드, 사이버물리시스템, 시뮬레이션 등의 소프트웨어 기술로 구분할 수 있다.
반면, 스마트제조 수요 산업은 자동차, 반도체, 핸드폰, 항공 등 조립 프로세스를 포함하고 있는 이산 산업(Discrete Industry)과 정유, 발전, 제지, 제약 등의 연속적인 프로세스를 포함하고 있는 연속공정 산업(Continuous Industry)으로 구분할 수 있다.
스마트제조 관련 산업의 글로벌 선도 기업들은 기존 시장 지배력을 무기로 독점력을 강화하고 있는 현실이다.
독일(15.08%), 일본(13.27%), 미국(12.51%) 등 일부 국가에서는 생산설비, 센서, 기반 소프트웨어 솔루션 시장의 대부분을 보유하고 있다.
기업으로는 미국계 기업인 Rockwell Automation, Emerson Process Management, HoneyWell과 유럽계 기업인 Siemens(독일), ABB(스위스), Schneider Electric(프랑스)와 일본계 기업인 Yokogawa, Omron 등이 업계를 주도하고 있다.
특히, 스마트제조 공급산업의 성장동력화 및 경쟁력 확보는 국내 제조 산업(수요 산업)이 해외 공급기술에 종속화될 수 있는 가능성을 막을 수 있는 중요한 측면이 있다.
스마트제조 시스템 개발 추진현황
정부에서는 1992년에 지능형생산 시스템 구축을 통하여 제조업 분야 생산성 혁신과 스마트제조 시스템 관련 기술개발 및 산업육성을 위해 G7 첨단생산시스템개발사업을 추진하였다.
G7사업의 목적은 “제품의 생산성과 품질을 획기적으로 향상시키기 위하여 제품의 수요예측, 설계, 제조, 출하, 저장을 총괄하는 지능형 생산시스템 개발”의 목표로 진행되었다.
반면 최근 정부에서 추진 중인 스마트공장 보급·확산 사업에서는 스마트공장의 개념을 “기획·설계 → 생산 → 유통·판매 등 전 과정을 IoT·AI·빅데이터 등으로 통합하여 자동화·디지털화를 구현하여, 최소 비용·시간으로 고객맞춤형 제품을 생산하는 공장”으로 정의하고 있다.
두 사업의 경우, 약 28년간의 시간 차이가 존재하지만, G7사업과 스마트공장 구축 목적을 살펴보면, “지능형”이라는 단어가 “IoT, AI, 빅데이터”로 변경된 것 이외의 다른 변화는 없는 것으로 판단할 수 있다.
G7사업의 세부적인 추진 내용을 살펴보면, 1단계(1992~1995년)에서는 자동화된 대량생산 및 주문공장의 유연성을 갖춘 유연생산 시스템(FMS)을, 2단계(1996~1998년)에서는 자동화된 기계 및 라인을 통신망으로 통합하고 설계·제조 및 생산관리를 수주에서 출하까지 종합적으로 관리하는 컴퓨터 통합 생산 시스템(CIM)을, 3단계(1999~2002년)에서는 생산현장의 자동화, 지능화, 고품위화, 환경친화를 추가한 개념의 지능형 생산 시스템(IMS)을 개발했다.
결국, G7사업의 핵심 연구내용인 FMS, CIM, IMS 기술을 살펴보면, 최근 이슈가 되고 있는 4차 산업혁명, 스마트제조, 스마트팩토리의 핵심 기술과 대동소이하다는 것을 알 수 있으며, 다만 28년 전의 기술과 현재의 기술 성숙수준에 있어서 차이가 있다는 것을 알 수 있다.
정부에서는 2002년 G7사업이 종료된 이후, 스마트제조 기술 개발 및 생산성 향상을 위한 대형 프로젝트를 기획·추진하였으나, 대부분의 기획 사업이 기술개발의 중복성 등으로 인하여 추진되지 못하였다.
이 부분이 스마트제조 관련 산업입장에서 1~2년도 아니고 2014년까지 약 12년 정도의 공백기가 있었다는 부분은 상당히 안타까운 부분일 것이다.
앞서 언급했지만, 28년 전 기술과 현재 기술의 차이는 분명히 존재하겠지만, 기술이 추구하는 궁극적인 목적은 거의 비슷하며, 단지 기술의 이름과 성능의 차이가 존재하는 것이다.
결국, 스마트제조 시스템의 성장동력화를 위해서는 정책의 지속성이 중요함을 보여주고 있다.
스마트공장 관련 사업의 현황 및 진단
다행스럽게도, 2010년 초반 독일을 중심으로 추진한 4차 산업혁명과 Smart FactoryKL의 등장으로 정부에서는 혁신성장 선도사업으로 2022년까지 스마트공장 2만 개 보급을 추진 중에 있으며, 2014~2017년 4년간 5,003개의 중소기업을 지원한 구축기업의 분석결과, 생산성 30% 증가, 불량률 45% 감소, 원가 15% 절감 등의 성과를 창출하였다. 그 결과 매출액이 20% 증가하였고 영업이익도 53% 상승한 것으로 분석되었다.
이와 같이, 수요 산업 육성을 위한 사업뿐만 아니라, 플랫폼 기술, 스마트센서 기술, 로봇 기술, IoT 기술, CPS 기술, 5G 기술 등의 스마트제조 공급기술 R&D 사업과 공급기술 검증을 위한 테스트베드 구축 그리고 스마트공장 관련 인력양성 사업도 동시에 추진하고 있다.
스마트공장 및 스마트제조 관련 정부사업이 다양하게 추진되고 있으나, 국가적인 사업추진 로드맵이 필요한 현실이다. 예를 들어, 산업별(수요 산업), 기술별(공급 산업), 가치사슬 단계별, 기업규모별, 인력양성 대상별, 지역별, 테스트베드 목적별 등의 다양한 기준을 수립하여 사업의 포지셔닝이 진행된다면 효율적인 추진과 관리가 가능할 것이다.
스마트제조 시스템 성장동력화 추진전략
스마트제조 시스템의 이해관계자(Stakeholder)는 공급 산업, 수요 산업 모두 밀접하게 관련되어 있다고 볼 수 있으며, 제조시스템을 통하여 생산되는 제품을 사용하는 고객 또한 중요한 이해관계자로 고려해야 한다.
따라서 하나의 제품을 만드는 전체 가치사슬과 최종 고객을 고려한 국가적인 추진방향에 대한 전략적 방향 수립이 필요할 것이다.
특히, 스마트제조 시스템과 관련한 공급기술의 국내 경쟁력이 저하되어 있는 상황에서 세밀한 수준진단과 투자방향 수립이 필요하다.
예를 들어, 컴퓨터 운영체제인 Windows, 핸드폰 운영체제인 iOS와 안드로이드, 제품설계 도구인 CAD와 같은 기술에 투자한다는 것은 현 시점에서 경쟁력 확보가 어렵다.
즉, 그림 2의 ①의 공급 산업 육성을 위해 공급 기술에 대한 R&D, 기술검증을 위한 테스트베드 구축 등이 필요할 것이다.
다음으로 2014년부터 추진해오고 있는 스마트공장 보급·확산 사업이 새로운 정부가 들어서 더욱 확대되고 있는 점이 긍정적인 부분도 있지만, ②와 같이 주로 OEM·ODM생산 또는 대량생산의 제조 기업을 대상으로 자동화에 국한되어 진행되고 있는 측면이 있다.
앞서 언급한 공급기술의 개발과 사업화를 위해서는 특정 산업의 성공사례를 구축하는 것이 좋은 방법이다.
즉, 그림 3과 같이 해당 산업에서 제품 및 공정이 비슷한 기업을 대상으로 참조모델이 될 수 있는 모델공장의 구축이 필요하다.
예를 들면, 기계부품, 금형, 자동차부품과 같은 스마트화를 적용하려는 대상 수요산업의 선정과 스마트화를 위해 필요한 설비, 설비 자동화, 엔지니어링 등의 기술을 확보하고 있는 기술 공급 기업을 매칭하여 해당 산업의 표준모델을 만든다면, 비슷한 공정과 제품 생산을 하는 기업이라면 이러한 표준모델을 참조하여 스마트화에 대한 추진이 가속화될 수 있을 것이다.
최근 발표된 “르카프 화승 법정관리 신청… 토종 패션 브랜드 몰락 이유는”이라는 언론 기사를 살펴보면, 신발·스포츠 브랜드의 주 고객인 10~30대 젊은 고객의 마음을 사로잡지 못하였으며, 공급망에 대한 문제점을 진단을 하고 있다.
앞서 제시한 그림 2에서 ③브랜드 기업 육성 전략이 중요한 측면을 보여주고 있는 것이다.
즉, 지금까지 정부가 추진했던 자동화 중심의 보급·확산 사업과 R&D 사업도 중요하지만, 실제 고객과의 접점을 가지는 새로운 브랜드를 어떻게 만들고, 비즈니스 모델과 사업화까지 어떻게 연결시키느냐에 대한 전략수립 또한 필요하다.
앞서 언급한 공급기술의 경쟁력 저하뿐만 아니라, 글로벌 브랜드 경쟁력 저하 또한 간과해서는 안 될 문제이다.
브랜드 확보 전략 다음으로 고려해야 할 전략으로 ④ 사용자 맞춤형 제품개발 전략의 추진이다.
최근, 독일에서는 사용자가 원하는 신발을 만들 수 있는 공장인 아디다스 스피드팩토리를 구축하고 있으며, 글로벌 패션 브랜드인 ZARA의 경우, 전 세계 매장에서 고객이 제품에 대해 품평하는 대화내용을 실시간으로 수집하여 제품개발 센터에서 제품개발이 진행되고 있다.
이와 같이, 단순한 OEM·ODM 생산 및 대량생산의 기업을 벗어나, 새로운 브랜드 그리고 고객이 원하는 제품을 만들 수 있는 역량확보를 위한 R&D와 정부 투자가 필요할 것이다.
또한, 수요 기업인 제조 기업도 “OEM·ODM 생산-브랜드 제품 기업-사용자 맞춤형 제품 기업”과 같이 각 단계별로 별도의 추진전략 수립이 필요할 것이다.
마지막으로 국가적으로 스마트제조 및 스마트공장 사업을 추진하여 가장 부가가치를 남길 수 있는 방법이 무엇인지 장기적인 관점에서 전략 수립이 필요하다.
여러 가지 방법이 있을 수 있으나, ⑤ E-plant 기업 확보전략이 필요하다.
공급 기업과 수요 기업이 협력하여 부가가치가 있는 E-plant 공장을 만들 수 있는 엔지니어링 기업을 육성하는 전략이 필요할 것이다.
앞서 언급한 아디다스 스피드팩토리의 경우, 신발이라는 제품 측면에서 보면 사용자 맞춤형 제품개발 전략일 수 있으나, 신발이라는 제품뿐만 아니라 스피드팩토리라는 공장을 판매할 수 있는 가능성도 충분히 존재하는 것이다.
전체 5가지 전략을 융합하여 진행할 수 있는 방법으로는 현재, 단위기업으로 진행되는 스마트공장 보급·확산 사업을 전국의 산업단지를 중심으로 특화 산업의 협의체 구성을 통하여 스마트공장의 추진이 필요하다.
현재의 개별 기업 지원이 아니라, 해당 산업의 협회를 중심으로 스마트화에 대한 현장 수요를 발굴하여, 수요 기업 협의체의 구성과 공급기업(설비, IoT, MES, ERP, 인공지능 등)을 매칭하는 컨소시엄을 구성할 필요가 있다.
여기서 민간의 투자뿐만 아니라, 지자체의 투자도 필요할 것이다. 이와 같이, 전국의 산업단지를 중심으로 공급 기업과 수요 기업의 생태계를 구축한 후, 해당 산업에 특화된 테스트베드 구축과 인력양성 체계를 확립한 후, 산학연의 협력을 통한 R&D를 위한 협력체계 수립이 가능하다.
궁극적으로는 이러한 산업단지 중심의 스마트공장 산업생태계 구축을 통하여 해당 산업의 “스마트공장 표준모델”이 구축된다면, 향후 표준모델의 수출도 가능할 것으로 보인다.
결국, 다섯 번째 전략인 부가가치가 높은 공장을 판매할 수 있는 방향이 될 것이다.
