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제조업의 패러다임 변화: 스마트팩토리 시장현황 진단
  |  입력 : 2019-08-29 09:52
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스마트팩토리와 물리·사이버 보안의 합주

[보안뉴스 김성미 기자] 스마트시티에 이어 스마트팩토리가 4차 산업혁명의 핵심 기반으로 큰 관심을 끌고 있다. 스마트팩토리 도입에 앞서고 있는 나라는 독일과 미국, 일본으로, 세 국가 모두 제조업의 생산성 고도화와 글로벌 경쟁력 강화를 위해 스마트팩토리 도입을 추진하고 있다. 그러나 국가별 제조업 특성과 기술·사업 강점 및 역량, 기업간 구조 차이에 따라 구체적인 전략 방향에는 차이를 보인다.

스마트팩토리 기술발전은 앞으로의 글로벌 제조업 경쟁 지형을 변화시킬 전망이어서 한국도 차별화된 전략으로 스마트팩토리 사업을 추진해야 한다는 목소리가 높다. 이에 따라 국내에서는 과학기술정보통신부(과기정통부)와 산업통상자원부(산업부), 중소벤처기업부(중기부) 등이 스마트팩토리 도입을 위한 정책을 추진하고 있다. 이같은 정부정책에 따라, 스마트팩토리 시장 활성화에 대한 기대감이 점차 커지고 있으며 물리·사이버보안 회사들의 협력 사례도 등장하고 있다.

[사진=dreamstime]


4차 산업혁명의 도래에 따라 스마트팩토리의 역할도 더욱 주목받고 있다. 사물인터넷(IoT)을 통해 생산기기와 생산품 간 상호 소통 체계를 구축하고 전체 생산 과정의 최적화를 구축하는 4차 산업혁명의 도래는 제조업의 패러다임을 미리 입력된 프로그램에 따라 생산시설이 수동적으로 움직이는 공장자동화에서 생산설비가 제품과 상황에 따라 능동적으로 작업 방식을 결정하는 스마트팩토리로 변화시키고 있다. 4차 산업혁명의 핵심은 사이버물리시스템에 기반을 둔 유연한 생산활동이다. 사물 간 통신과 분산형 시스템은 기존의 소품종 대량 생산을 고객 맞춤형 다품종 소량 생산으로 변화키시고 있다.

▲스마트공장 개념도[자료=대한민국제조혁신콘퍼런스(KMAC),한국인더스트리4.0협회]


스마트팩토리는 제품의 전 생산과정을 사물인터넷(IoT)과 인공지능(AI), 빅데이터 등 정보통신기술(ICT)로 통합해 자동화·디지털화된 공장을 구현하며, 최소의 비용과 시간으로 고객 맞춤형 제품을 생산하는 공장을 가리키는데. 이 공장은 공정자동화 및 다품종 생산에 대응하는 유연한 생산체계를 통해 생산성을 향상하고 에너지를 절감하는 한편, 인간중심의 작업 환경 등을 지향한다. 제조 애플리케이션(MES·ERP·PLM·SCM 등), 산업용 디바이스·네트워크(로봇·센서·3D프린팅 등), ICT 플랫폼(CPS·빅데이터·네트워크 등)으로 구분하기도 한다.

AI, 빅데이터 등과 결합해 거듭 진화 중인 스마트팩토리는 공장자동화와는 구분되는 개념과 성격을 갖고 있다. 공장자동화 시대에서는 생산설비가 중앙집중화된 시스템의 통제를 받았다면, 스마트팩토리 시대에는 각 기기가 개별 공정에 알맞은 과업을 스스로 판단해 실행하게 된다. 또한, 산업현장의 다양한 센서 및 기기들이 스스로 정보를 취합하고, 이 정보(빅데이터)의 분석을 바탕으로 생산성을 최대로 끌어 올릴 수 있는 AI 생산 시스템으로 진화할 것으로 기대된다.

▲<표1> 스마트팩토리와 공장자동화 구분[자료=FA저널 스마트팩토리]


궁극적 목표는 고객 맞춤형 제품을 최고의 효율로 생산·제공하는 것이다. 고객과 시장의 변화가 긴밀히 연관돼 있으며, 이로 인해 스마트공장 수요를 ‘소비자 맞춤형 제품 생산’에 대한 수요에 따라 결정된다고 보는 시각도 있다.

산업연구원(4차 산업혁명이 한국 제조업에 미치는 영향과 시사점)은 4차 산업혁명 기술의 발전으로 제조공정에 센서→IoT→빅데이터→클라우드 컴퓨팅으로 이어지는 유연한 공정 체계(스마트팩토리) 도입이 확대되고 있으며, 맞춤형 생산 체제 확산을 통해 제조 부가가치 역량이 확대되는 결과를 낳을 것이며 향후에는 개인제조도 가능해질 것으로 예상했다.

스마트팩토리의 범위와 분류
스마트팩토리 분야에서 가장 앞서고 있는 독일 인터스트리 4.0은 스마트팩토리를 현실 세계와 사이버 세계가 긴밀하게 연결된 사이버물리 시스템을 통해 제조공장의 모든 요소를 완전자동화하고 최적화하는 것을 의미한다. 여기에서 스마트팩토리는 사물과 사람, 데이터와 서비스가 통합된 플랫폼으로. 첨단 제조, 모니터링, 수요관리, 품질관리, 에너지관리, 보안 등 제조공정의 효율화를 위한 다양한 기술과 인프라를 포함한다.

스마트팩토리 관련 산업은 공장구축기술을 공급하는 공급산업과 이 기술을 필요로 하는 수요산업으로 나뉜다. 공급산업은 산업용 네트워크, 센서, 로봇, 3D프린터, 빅데이터, 클라우드, CPS 등 스마트공장 구축에 필요한 구성요소 및 시스템 설계 기술을 공급하며 선진국의 글로벌 제조 기업이 핵심기술의 대부분을 보유한다. 반면, 수요산업은 제조공장을 운영하는 대부분의 제조업을 포괄하는 것으로, 스마트팩토리 구축기술 및 솔루션을 활용해 제품을 제조함으로써 생산효율 제고, 사업모델 다각화 등을 추진한다.

대한상공회의소(대한상의)는 수준별 스마트팩토리 플랫폼을 활용해 중소기업이 역량과 업종에 따라 효과적인 스마트화를 점진적으로 추진할 수 있도록 스마트팩토리 수준을 정의·분류했는데, 여기에서의 수준은 성숙도 지표로 <표2>와 같다.

▲<표2> 수준별 스마트팩토리 플랫폼 참고 모델[자료=대한상공회의소]


스마트팩토리는 생산과 관련된 환경정보를 감지하고, 감지된 정보를 분석·판단, 판단된 결과를 생산현장에 반영·실행하는 3단계로 구성돼 있다. 기능을 기술적으로 구성하는 요소는 크게 센서 디바이스와 정밀제어 기기, 네트워크 플랫폼, 제조 환경 애플리케이션 등으로 구분된다. 여기에서 ‘감지’는 고객 요구사항, 제품수명 등 시장 환경과 생산조건, 실적정보, 재고현황 등의 제품환경, 생산장비, 인력운용 등의 생산 환경과 관련된 모든 다양한 정보들을 수집하는 기능이며, ‘판단’은 생산 환경정보와 생산 전략의 변화를 바탕으로 분석하고 사전에 정의된 기준에 따라 생산 환경 및 전략 수정을 결정하는 기능, ‘실행’은 판단결과가 실시간으로 생산 환경에 적용되기 위해 네트워크를 통한 제어 및 생산 전략 변경을 수행하는 기능을 뜻한다.

국내 스마트팩토리 도입 정책, 2022년까지 3만개 구축 목표
산업부와 중기부 등 9개 관련 부처는 ‘중소기업 스마트 제조혁신 전략’을 발표하며, 2022년까지 3만개의 스마트팩토리를 구축, 선도 스마트 산업단지 10개 조성, 스마트팩토리 전문인력 10만명 양성 등의 목표를 세워 국내 중소제조사를 지원하고 있다. 2018년까지 정부가 지원한 스마트팩토리는 모두 7,903개에 이른다. 중기부는 올해는 추경 501억원을 포함한 3,626억원의 예산을 투입해 4,400개를 공급하고, 2020년에는 6,000개, 2022년에는 6,200개를 공급할 계획이다.

정부가 지원한 중소기업 스마트팩토리 수준은 레벨 1~2수준이 78.7%로 대부분이다. 레벨 3은 19.9%, 레벨 4는 1.4%로 기술수준은 아직 낮은 단계다. 그런데도 기업의 반응은 긍정적이다. 기존 ICT 활용 수준이 낮았기 때문에 기초적인 변화만으로도 생산성과 품질향상 등 공정개선 효과를 거둘 수 있었을 뿐 아니라 고용 창출과 매출 증가, 산업재해 감소 등의 경영개선 성과가 창출됐기 때문이라는 중기부의 설명이다.

▲스마트팩토리 도입 성과[자료=중소벤처기업부]


한편, 중기부는 지난 3월부터 ‘스마트팩토리 수준확인제’를 시행하며 스마트팩토리 수준을 5단계로 정의했다. 레벨 1은 부분 디지털화 단계, 레벨 2는 디지털화, 레벨 3은 데이터 분석, 레벨 4는 시뮬레이션 최적화, 레벨 5는 지능화 단계로 구분된다.

앞으로 정부는 데이터 확보의 기반이 되는 스마트공장 저변확대가 중심이었던 기존 방침에서 앞으로는 중소벤처기업용 데이터센터 구축, AI 활용 지원 등을 통한 데이터 분석·활용 고도화 등을 지원해 나갈 계획이다. 정부가 스마트팩토리를 집중 지원하는 이유는 제조업이 우리 경제의 근간이기 때문이다. 제조업은 우리 수출의 80% 이상을 차지하고 국내총생산(GDP)의 30%에 기여하고 있다. 또한, 우리 사회에 400만개의 일자리를 제공하고 있다. 그러나 앞으로는 그간의 노동 투입 확대와 방식으로는 더 이상의 경쟁력을 확보하기 어려우므로 ICT 융합을 통한 제조업 경쟁력 강화가 요구되며 스마트팩토리 도입이 확대되고 있다.

▲스마트팩토리 전략분야 R&D 지원계획[자료=중소벤처기업부]


한편, 과기정통부는 와이파이(Wi-Fi), IoT, 등 초연결 네트워크를 구현하는 신기술 육성을 위해 관련 기술기준을 개정하고 있다. 스마트팩토리에 무전원 IoT 센서 신기술이 도입되도록 규제 예외를 적용하기로 한 것 등이 그 예다. 이와 함께 스마트팩토리 공급 기업 육성을 위해 중기부 연구·개발(R&D) 20%를 지원한다. 제조 데이터를 수집·분석·활용할 수 있는 빅데이터센터 구축과 사후관리를 전담할 지역단위 전담조직인 제조혁신 센터도 설립한다.

산업부는 ‘스마트공장 추진단’을 구성해 공급기업 풀을 구성·운영하고 있다. 스마트팩토리 공급기업의 주요 업종은 소프트웨어 개발 및 공급업으로 기계 및 장비 제조와 관련된 업종의 비중은 상대적으로 적은 편이다. 추진단이 진행하는 사업은 크게 3가지로 보급 및 확산지원 사업, R&D 지원 사업, 표준진단 서비스로 이뤄져 있다.

국내외 시장 전망 ‘맑음’
시장조사기관과 마켓앤마켓츠는 세계 스마트팩토리 시장은 연평균 9.3% 성장해 2016년 1,210억달러에서 2022년 2,054억달러 규모로 확대될 것으로 전망한다. 해외 스마트공장 시장은 독일과 미국, 일본이 주요 강국으로 이들은 모두 공급산업에서의 경쟁력을 바탕으로 수요·공급 산업이 균형적으로 발달하고 있다.

스마트팩토리의 핵심 기반기술의 시장규모는 향후 5년안에 지금보다 2~6배 늘어날 것으로 예상되고 있다. AI는 2016년 80억달러에서 2020년 470억달러(IDC), IoT는 2016년 1조 4,140억달러에서 2020년 3조 100억달러(가트너), 빅데이터는 2016년 273억달러에서 2020년 573억달러(스태디스타)로 성장할 것이라는 전망도 나오고 있다. 세계 센서 시장은 2016년 130조원에서 2021년 220조원으로 성장할 전망이다. 대한상의는 센서 산업의 세계 시장 점유율은 미국이 31.8%로 가장 앞서고 있으며, 그 뒤를 일본(18.3%), 독일(12.2%)이 따르고 있으다. 한국은 1.7%를 차지하고 있다고 분석했다.

국내 스마트팩토리 시장은 2016년 3조 8,000억원에서 2021년 6조 3,000억원으로 성장할 전망이다. 회계법인 삼정 KPNG는 ICT 공급시장과 디바이스 공급시장이 각각 연평균 11.6%, 8.9%씩 성장해 스마트팩토리 보급 확산속도가 빨라질 것이라는 전망을 내놨다. 그러나 제조분야의 외산 솔루션 도입 비율이 약 90%에 달하고 있으며 특히, 하드웨어 및 소프트웨어를 구성하는 기초 부품·컴포넌트 연구, IT 원천기술 확보가 취약하다고 분석했다.

그러나 정부 지원이 이어지고 있어 국내 시장 전망은 밝다. 스마트팩토리 적용기술 관점 핵심기술 R&D 지원 정부 투자를 추적·분석한 결과, 과제 기준으로 2,568억원(2010~2015년)이 투자됐으며 투자 규모가 증가하는 추세를 보이고 있다. 또한, 문재인 정부가 대통령 직속 ‘4차산업혁명위원회’를 컨트롤타워로 미래 산업변화에 대응하겠다는 뜻을 보여서다. 따라서 스마트팩토리의 기반이 되는 ICT와 기존 생산 제조기술의 융합을 통해 주력 산업의 고부가가치화와 신산업 창출과 시장소비자-수요제조기업-공급기업을 잇는 네트워크 구축이 필요해 지고 있다.
[김성미 기자(sw@infothe.com)]

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