스마트 팩토리가 4차 산업혁명의 핵심 기반으로 떠오르면서 미래의 산업 구조 변화에 ICT, IoT, CPS, JIT 등 제조업의 생산성 향상 및 글로벌 경쟁력 강화에 초점이 맞추어지고 있다. 이에 본지에서는 엘지경제연구원의 자료를 토대로 현재 스마트 팩토리 도입에 앞장서고 있는 독일, 미국, 일본 세 나라의 추진 전략을 살펴보고 우리의 실정에 맞는 스마트 팩토리 추진 전략을 모색해 보고자 한다.

출처: LG경제연구원 나준호 최드림 연구원

스마트 팩토리가 4차 산업 혁명의 핵심 기반으로 최근 큰 관심을 끌고 있는 가운데 현재 독일 주도, 미국과 일본의 추격 양상으로 전개 중이다. 독일은 2011년부터 인더스트리 4.0(Industrie 4.0)의 슬로건 하에 국가 차원에서 스마트 팩토리 전략을 추진해 왔다. 인더스트리 4.0은 ICT(Information & Communication Technology) 기술을 활용해 생산 공정을 업그레이드하고, 개발, 구매, 유통, 서비스까지 전 가치사슬을 통합하며, 나아가 셀 생산방식, 사이버 물리시스템(CPS) 등을 결합해 새로운 형태의 생산 체제를 만들어가는 것이다. 미국도 2012년 이래 ‘국가 첨단 제조 전략’ 등 제조업 부흥 정책을 선보였다. 애플이나 구글같은 IT 기반 대기업들의 IoT, 빅데이터, 인공지능 등 첨단기술을 활용한 산업으로 독자적인 산업혁명을 구축하고 있으며, 미국의 오랜 반도체 제조업체들 사이에서는 전 세계 업체들을 대상으로 다양한 스마트 팩토리 솔루션을 개발하여 보급하고 있는 추세이다. 일본은 2000년대 모노즈쿠리 전략, 2013년 산업 재흥플랜 등 다양한 제조업 경쟁력 강화 정책들을 추진해 왔다. 그러나 이러한 정책들은 적시생산체제(JIT), 현장 암묵지, 지속적 개선(Kaizen), 모노즈쿠리 등 전통적인 생산성 제고 방법론을 중시했고, ICT 기반의 생산성 증대 가능성에는 큰 관심을 갖지 않았다. 그러나 독일의 인더스트리 4.0, 미국의 산업 인터넷, 나아가 전 세계적인 4차 산업 혁명 논의에 발맞추어, 최근 일본 정부와 재계 모두 스마트 팩토리에 다시금 주목하고 있다.

세 나라 모두 스마트 팩토리를 기존 제조업의 업그레이드 대안으로서 적극 강조하고 있지만, 세부 전략에 있어 미묘하게 다른 노선을 취하고 있다. 또한 기업들의 추진 동향도 나라에 따라 약간씩 다른 양상이다. 추진 주체만 보더라도 독일은 정부 주도 성격이 강하나, 미국은 대기업이나 반도체 업체 주도형이며, 일본은 기업들이 각개 약진하는 상황이다. 전략적 목표도 다르다. 독일은 21세기형 생산 체제의 구축이라는 야심찬 비전을 추구한다. 20세기형 표준품 대량생산체제를 뛰어넘어 새로운 다품종 소량 생산 체제를 만들자는 것이다. 반면 미국은 IoT의 연장선상에서 데이터와 네트워킹을 활용해 신사업 모델을 창출하고 새로운 수익원천을 확보하자는 실리 측면에 더 관심을 갖는다. 한편 일본은 카이젠이나 모노즈쿠리 등 전통적인 생산성 향상 기법이 도달한 한계를 극복하기 위해 관련 기술들을 보완적 수단으로 활용하는데 좀 더 관심을 갖고 있다.

국가별 제조업 특성과 강점 역량

독일·미국·일본 세 나라의 제조업이 처한 상황은 각각 다르다. 먼저 세 나라는 제조업의 비중이 다르다. 세계은행(World Bank)에 따르면 2014년 각국 제조업의 GDP 비중은 독일 23%, 미국 12%, 일본 19%이다. 독일이 스마트 팩토리에 대해 먼저 고민한 이유 중 하나도 높은 제조업 비중에서 찾을 수 있다. 한편, 미국의 제조업 비중은 서비스업의 발전과 제조업의 해외 공장 이전, 아웃소싱 확대 때문에 세계 평균(15%)보다 낮게 나타나고 있다. 세 나라의 주력 제조업, 강점 기술이 각각 다른 것도 스마트 팩토리 전략의 방향이 달라지는 한 원인이 된다. 독일의 주력 제조업은 자동차(18.5%), 기계장비 및 부품(15.2%), 화학(9.8%)이다. 특히, 독일은 기계 설계/제조 기술이 강하고 기계 운용과 관련된 산업 소프트웨어, 엔지니어링 기술력이 좋다. 다만, 일반적인 ICT 기술력은 다소 취약하다.

미국에서는 화학(12.3%), 석유정제(10.9%), ICT(9.5%)의 제조업 비중이 높다. 다만, 이는 엑손 모빌, 쉐브론 등 거대 정유사들의 존재 때문이다. 제조 역량 측면에서는 미국 경쟁력 위원회(2015)의 평가처럼 항공우주, 차량, 제약 등이 세계 제일의 경쟁력을 가진 것으로 판단된다. 또한 ICT 전반의 기술력과 혁신력이 뛰어나 전 세계의 패러다임을 선도하고 있다. 일본의 주력 제조업은 자동차(16.1%), ICT (15.7%), 기계(10.4%)이다. 일본 ICT 산업의 경우 세트 부문의 경쟁력은 과거보다 저하되었지만, 전자 소재, 부품, 장비, 또한 이와 관련된 계측, 센서 분야의 경쟁력은 여전히 세계 최고 수준이다.

사업 역량을 보면, 독일 기업들은 새로운 하드웨어 개념을 제시하고 이를 양산까지 연결시키는 개념 설계 역량이 강한 편이다. 반면 미국 기업들은 새로운 사업모델의 기획력과 전 세계 부품 제조 기업들을 연결해 제품을 생산해 내는 SCM 운영 역량이 탁월하다. 나이키, 델, 애플 등 미국 제조 기업들은 모두 제조 아웃소싱에 입각해 사업을 빠르게 키워냈다. 한편 일본 기업들은 현장 개선력에 입각한 공정 기술이 뛰어나고, 한 가지 원천기술을 다양한 용도로 발전시키는 상품화 역량이 강하다. 이러한 사업 역량의 차이는 스마트 팩토리 전개 방식의 차이로 이어진다. 독일이 장기 로드맵 하에서 차세대 생산체제의 개념을 확립하는데 골몰한다면, 미국은 스마트 팩토리를 활용한 새로운 사업모델 창출에 더 주안점을 둔다.

추진 주체

앞서 본 제조업 특성과 강점 및 약점의 차이는 독일·미국·일본 세 나라의 스마트 팩토리 전략과 전개 방식이 다르게 나타나는 배경으로 작용한다. 가장 두드러진 차이는 추진 주체 및 표준화 전략에서 찾아볼 수 있다. 먼저 독일에서는 스마트 팩토리 기술이 정부 및 산업별 협회 주도로 활발한 산·학·연 연계를 통해 발전하고 있다. 독일은 이미 2011년부터 인더스트리 4.0이라는 이름으로 스마트 팩토리를 국가 산업 전략으로 내세웠다. 또한 2015년 다양한 스마트 팩토리 기업들이 참여하는 개방형 기술 협의체인 플랫폼 인더스트리 4.0(Platform Industrie 4.0)을 결성했다. 여기에는 지멘스(종합 자동화 솔루션), 보쉬(자동차 부품), 쿠카(산업용 로봇), SAP(산업 소프트웨어) 등 대기업들이 플랫폼을 만들어 제공하는 가운데, FESTO (유압부품), ifm (센서), SEW 유로드라이브(드라이브), 베어(Baer) 엔지니어링(공정설계), 벡호프(Beckhoff, 산업 소프트웨어) 등 중소·중견 기업들도 활발하게 참여하고 있다. 이처럼 중소·중견 기업들의 참여가 활발한 배경에는 기계, 부품, 엔지니어링 산업을 중심으로 뛰어난 기술력을 가진 히든 챔피언들이 많고, 2014년 ‘뉴 하이테크’ 전략 이래 독일 정부가 적극적으로 중소기업들의 스마트 팩토리 사업을 지원하고 있기 때문이다.

반면 미국에서는 산업 인터넷(Industrial Internet)이라는 이름하에 주로 대기업들이 스마트 팩토리 관련 사업들을 주도하고 있다. 특히, 가장 앞선 곳은 GE이다. GE는 2012년 산업 인터넷 개념을 처음 제시하고, 2014년 인텔, 시스코 등과 협력해 IIC(Industrial Internet Consortium)를 결성한 후, 2015년에는 산업 인터넷 클라우드 플랫폼인 프레딕스(Predix)를 선보였다. 산업 인터넷의 구현에는 센서, 네트워크 외에도 클라우드, 빅데이터 분석 소프트웨어, 인공지능도 중요하다. 이 때문에 아마존(클라우드), 마이크로소프트(클라우드, 소프트웨어), IBM (인공지능) 등 전통적인 ICT 대기업들도 산업 인터넷 시장에 관심을 보이고 있다. 이외에 록웰(Rockwell), 허니웰(Honeywell) 등 전통적인 자동화 장비 기업들도 최근 소프트웨어나 네트워킹 기술 역량을 보강해 시장에 참여하고 있다.

한편 일본은 주로 전기, 로봇, 기계 분야의 대기업들과 관련 부품 기업들이 스마트 팩토리 사업에 관심을 보이고 있다. 물론 다른 업종의 기업들도 생산성 개선 등 각자 필요에 따라 공장에 시험적으로 사물인터넷을 도입하고 있다. 다만 전체적인 전략 구성이나 세 결집은 독일이나 미국에 비해 약간 늦은 편이다. 2015년에 들어서야 정부에서도 ICT를 활용한 생산성 개선에 관심을 갖기 시작했고, 미쓰비시, 도요타, 파나소닉의 주도 아래 대형 제조업 60개사가 참여해 IVI(Industrial Value Chain Initiative) 등 관련 협의체를 구성했다.

표준화 전략

각국의 세 단체가 운영되는 방식이나 표준화 전략은 각각 다르다. 독일의 플랫폼 인더스트리 4.0은 주로 독일 기업들이 참여한다. 또한 협회에 의해 하향적으로 표준을 결정하는 공적 표준(de jure Standard) 전략을 추구하고, ISO나 IEC 등 국제표준기구와 적극 연계하고 있다. 즉, 기계, 부품에 강한 자국 기업들을 중심으로 스마트 팩토리와 관련된 기술 규격을 먼저 확립하고, 이를 기반으로 국제 표준화를 병행하여 차세대 생산 체제 경쟁에서 우위를 차지하려는 전략이다.

독일의 스마트 팩토리 전략은 궁극적으로 다품종 소량 생산 체제를 추구한다. 다양한 고객들의 세부 요구들을 반영해 맞춤형으로 제품을 만들되, 기존 대량 양산 체제와 유사한 단위 비용으로 생산할 수 있는 체제로 나아가려 하는 것이다. 나아가 가능하다면 수요처 근처에 소규모로 공장을 만들어 시장 트렌드에 빠르게 대응하려고도 한다. 독일 바이에른에서 시험 운용 중인 나이키의 스마트 팩토리는 이러한 이상을 잘 반영한다. 여기서는 고객이 원하는 디자인에 맞추어 3D 직조, 로봇 재단 등을 활용해 맞춤형 생산을 한다. 아우디가 건설 중인 스마트 팩토리도 자동차의 맞춤형 생산을 추구하고 있다.

그러나 여기에서 한 가지 짚고 넘어갈 점이 있다. 많은 사람들이 생각하는 것처럼 다품종 소량 생산을 추구하는 스마트 팩토리의 확산과 함께 기존의 대량 양산 체제는 정말 종말을 맞이하게 될까? 그렇지는 않다. 모듈형 스마트 팩토리 공정을 최초로 구축한 페스토(FESTO)에서도 기존 대량 생산 체제는 미래에도 존속할 것으로 예상한다. 소품종 대량 생산 체제와 다품종 소량 생산 체제는 당연히 공존한다는 것이다. 공정 구축 및 운영의 비용 효율성 문제 때문이다.

실제로 페스토의 시범 조립 라인에서는 현재 54개 품목을 생산하는데 이는 80: 20의 원칙에 따라 별도로 구성되었다. 즉 스마트 팩토리 시범 공정은 20에 해당되는 10~100개 단위 제품 생산용이고, 80에 해당하는 대량 제조 라인은 옆에 따로 있다. 또한 1~10개 단위의 완전 맞춤형 주문에 대해서는 인간 근로자가 작업하는 별도 공정으로 대응한다. 한편 아디다스의 연간 운동화 판매량은 연 3억 켤레인데, 스마트 팩토리가 소화하는 생산 규모는 연 5만 켤레에 불과하다. 세계 각지에 100여 곳의 스마트 팩토리를 세워도 전체 매출량의 1.7% 정도만을 소화할 수 있다. 상당 물량은 여전히 노동 집약적 양산 공정에서 생산될 수밖에 없는 것이다.

이와 반대로 미국의 IIC는 개방형 혁신을 주창하며, 세계 모든 기업들에게 문호를 개방했다. 이미 한국의 전자부품연구원, 일본의 후지츠, 중국의 하이얼 등 아시아 기업들도 참여하고 있다. IIC는 디지털 기술의 선도를 통한 시장 지배적 위상 확보를 목표로 한다. 시장 지지에 의해 표준이 결정되는 시장 표준(de facto Standard) 전략을 추구하는 셈이다. 미국의 IIC와 독일의 플랫폼 인더스트리 4.0은 관심 산업 분야도 약간 다르다. 플랫폼 인더스트리 4.0이 제조업 자체의 진화에 초점을 맞춘다면, IIC는 제조업을 포함해 헬스케어, 에너지, 교통 등 다양한 산업 영역에 걸쳐 산업 인터넷의 상호 호환성 확보를 추구한다.

한편 일본의 IVI의 표준화 전략은 다소 특이하다. 이들은 ‘느슨한 표준(loose standards)’과 ‘개방-폐쇄 병행(open-and-close)’ 전략을 표방한다. 여기서 느슨한 표준이란 표준화는 일부에 한정해도 좋고, 로컬 표준을 사용해도 좋고, 나중에 표준을 변경해도 좋다는 의미이다. 실제로 이들은 5,000건 이상의 다양한 표준 대안 규격을 데이터베이스화하고 기업이 자사 사정에 맞게 선택하는 방식을 추진하고 있다. 개방-폐쇄 병행 전략이란 핵심 공정 노하우가 데이터로 측정되면 노출될 수도 있으므로, 기업의 판단에 따라 핵심 공정의 핵심 데이터는 숨기되 나머지 영역은 공개하고 표준화하자는 것이다. 이처럼 특이한 표준화 전략의 배경에는 과거 전자 산업에서 지나친 독자 표준화를 추구하다가 갈라파고스화로 인해 큰 손실을 입었던 트라우마와 표준화 자체보다 기술 활용을 통한 생산성 개선이 더 중요하다는 실리적 판단이 작용한 것으로 추정된다.

최근 세 나라는 표준화에서 협력을 추진하고 있다. 2016년 독일의 플랫폼 인더스트리 4.0과 미국의 IIC는 상호 협력할 것임을 발표한 이래 양국간 윈윈 파트너쉽과 글로벌 표준화를 위해 협력을 강화해 나아가고 동시에 미래 시장에서 각자 지분을 키우기 위한 노력도 적극 진행하고 있다.

장비, 공장, 기업 간 연결

스마트 팩토리를 구현하려면 장비간, 공장간, 기업간 연결이 필수이다. 디지털 데이터를 실시간으로 집계, 공유할 수 있어야만, 운영 효율성 제고와 공정 최적화, 나아가 시장 수요 변동에 대한 기민하고 유연한 생산 대응이 가능해지기 때문이다. 이 때문에 플랫폼 인더스트리 4.0에서는 표준 규격이나 프로토콜의 제정을 최우선 과제중 하나로 추진하고 있다. 그러나 현실적으로는 공장 내 장비를 연결, 통합시키는 것도 쉽지 않다. 만들어진 시기에 따라 연결 장치나 구동 프로그램이 제각각이기 때문이다. 그렇다고 해서 아직 잘 가동되는 구식 장비를 무작정 최신 표준 규격을 따르는 신형 장비로 교체할 수도 없는 일이다. 이에 따라 레거시 장비와 신형 장비를 매끄럽게 연동시키는 인터페이스에 대한 요구가 커지고 있다. 일례로 자동차 부품 회사인 보쉬의 자회사인 렉스로스 (Rexroth)는 2016년 11월 뉘른베르크 자동화 박람회에서 다양한 레거시 장비들을 디지털로 연결시켜 주는 커넥터, 게이트웨이들을 선보인바 있다.

렉스로스의 모회사인 보쉬(Bosch)도 스마트 팩토리 추진에 적극적이고, 특히 연결을 강조한다. 이들의 내부 슬로건은 3C이다. 2020년까지 전세계에 흩어진 250여개의 자사 공장들을 연결하여(Connect), 새로운 경영 효율화 프랙티스들을 함께 창조 (Co-create)하고, 성공 사례들을 서로 학습, 복제한다(Copy)는 것이다. 즉 단순한 공장 내 설비의 연결에서 벗어나 기업 내 공장들을 연결해 기업 전체의 생산성을 크게 진작시키자는 계획이다.

독일이 차세대 생산체제의 창출이라는 야심찬 목표를 추구하는 반면 미국 기업들은 기존 사물인터넷의 연장선 상에서 스마트 팩토리를 실리적으로 추진하고 있다. 즉 다양한 물리적 기계들을 센서 네트워크로 연결시키고, 여기에서 얻어진 생산 현장의 빅데이터들을 첨단 기법으로 분석해, 당장 확보 가능한 사업상 효익을 다양하게 얻자는 것이다. 이러한 측면에서 각 기업들은 인더스트리 4.0이라는 거창한 명칭 대신 산업 인터넷(Industrial Internet, GE), 연결된 기업(Connected Enterprise, Cisco & Rockwell)등 네트워킹을 강조하는 이름으로 스마트 팩토리를 부르고 있다.

그렇다면 산업용 사물인터넷의 도입, 또는 스마트 팩토리화를 통해 얻을 수 있는 사업상 효익은 무엇일까? 가장 중요한 효익은 생산성 및 운영 효율성의 증대이다. 제조업체는 제조 공정에서 일어나는 일들에 대해 더욱 포괄적으로 조망할 수 있게 되어, 생산 흐름의 중단 없이 공정을 실시간 조정할 수 있게 된다. 또한 엔지니어의 출장 없이도 장비의 원격 진단, 접속이 가능해져 장비 비가동시간을 최소화할 수 있다. 나아가 예측 유지관리 (predictive maintenance)를 통해 운영비 절감, 장비 가동중지시간의 감소, 장비 내용연수의 증대를 도모할 수 있게 된다. 설비에 설치된 센서에서 가동 상황과 관련된 빅데이터를 얻고, 이를 분석 소프트웨어로 가공하면, 최적 시점에 소모품을 교체하거나 이상 징후 발생 전에 조기 수리할 수 있게 되기 때문이다.

스마트 팩토리 확산 촉진 요인

스마트 팩토리의 조기 확산을 점치는 쪽에서는 ▲ 새로운 생산성 돌파구 마련의 필요성, ▲고기량 제조 인력들의 감소, ▲시장 변화 속도의 증가, ▲요소 기술들의 충분한 가격 인하, ▲각국 정부의 제조업 부흥 노력들을 근거로 제시한다.

무엇보다 향후 선진국, 신흥국 모두에서 새로운 생산성 돌파구를 마련할 필요성이 점점 더 커질 것이다. 저원가 혁신/생산 능력으로 무장하고 강력한 경쟁자로 부상중인 신흥국 제조 기업들과 경쟁하려면, 선진국 제조 기업들은 고품질, 고기술 제품을 고도의 생산 효율로 제작해내야 한다. 동시에 신흥국 기업들도 품질 개선과 효율성 증대 필요성을 점차 느끼고 있다. 노무비 상승으로 저비용 우위가 점차 희석되는 상황에서 고질적인 저마진 문제를 극복하려면 고부가가치 제조로 한 단계 도약을 시도해야 하는 상황인 것이다.

한편 산업에 따라서도 스마트 팩토리 확산 속도나 활용 정도는 천차만별일 가능성이 크다. 이는 산업마다 비용 구조가 다르고, 기존의 자동화 수준, 고정밀/고품질 생산의 필요성, 시장의 다품종 소량 생산 압박, 요소 기술별 사용 가치가 각각 다르기 때문이다. 예를 들어 산업별 비용 구조의 차이 때문에 기술의 파급 효과는 제각각 달라질 가능성이 크다.

산업별 전개 전망

먼저 자동차 산업의 경우 이미 자동화가 상당히 진전된 상태임에도 불구하고 경쟁 압박의 증가 때문에 스마트 팩토리 도입을 고려하는 기업들이 점차 늘어날 것으로 보인다. 즉 제품 차별화의 일환으로 맞춤형 생산을 늘리기 위해 셀 방식의 스마트 팩토리를 시도하는 경우가 많아질 수 있다. 이미 독일의 아우디나 폭스바겐, 그리고 미국의 테슬라, 자동차 스타트업인 로컬 모터스는 컨베이어 벨트 없는 공장을 실험하고 있다. 이에 따라 자동차 산업에서는 보급형 차종을 생산하는 기존의 양산형 공장과 고급형 차종을 생산하는 다품종 소량생산형 스마트 팩토리가 공존하는 구도가 당분간 전개될 것으로 전망된다.

기계 산업의 경우, 스마트 팩토리 확산 속도가 빠를 것으로 판단된다. 기계 산업은 지금까지 단품 가격은 높지만 생산대수가 적어 자동화 수준이 낮고 인건비 비중이 높았다. 그러나 작업 위험도가 높고 점점 고정밀화, 맞춤생산의 니즈가 커지고 있다. 그만큼 스마트 팩토리 도입 시, 비용 절감이나 품질 향상의 효익을 크게 기대할 수 있다. 실제로 독일에서 스마트 팩토리를 선제 도입하는 회사들은 대부분 기계 또는 기계 부품 업종인 경우가 많다. 미래에는 많은 기계 공장에서 인간과 Cobot이 협업하거나, AGV가 작업자들 사이로 부품이나 반제품을 이송시키거나, 사람 없는 자동화 스토리지 형태로 변한 창고를 볼 수 있을 것이다.

한편 전자 산업의 경우 세트와 부품이 약간 다르게 전개될 가능성이 커 보인다. TV나 스마트폰 등 세트 제품들의 경우 공장에서는 하드웨어를 표준화, 플랫폼화하여 제조 비용을 낮추고, 소비자들이 소프트웨어나 액세서리를 통해 개인 취향에 맞게 맞춤화를 추구하는 제품 구조가 정착되어 있다. 즉 기업에 대한 맞춤형 제품 생산의 압박이 생각보다 크지 않다. 또한 내부 생산을 하는 곳에서는 이미 공정 자동화 수준이 상당하고, 가격 하락이 극심한 제품에서는 자체 생산 고도화 대신 아웃소싱을 많이 고려한다. 다만, 내부 생산의 경우 그동안 자동화 진척이 힘들었던 검사 공정이나 물류 공정에 불량 검출 알고리즘을 탑재한 머신 비전, AGV나 자동화 스토리지의 도입도 생각해볼 수 있다. 한편 백색가전 제품의 경우 기계적 특성이 강하고 빌트인 제품 시장 확대로 맞춤형 수요가 늘어나면서 스마트 팩토리가 접목될 가능성이 일부 존재 한다. 반면 전자 부품의 경우 고객사가 많은 기업들을 중심으로 자연스럽게 다품종 소량 생산 체제로의 진화, 시장 대응 시간 단축, 품질 고도화를 위해 스마트 팩토리를 긍정적으로 고려할 가능성이 커 보인다.

식료품 산업의 경우 불확실한 측면이 존재한다. 이미 식료품 산업은 반자동화가 상당 부분 진행되었다. 또한 생산라인이 짧고 제품 수명 주기가 길어 추가적인 자동화 니즈는 많지 않을 것이다. 다만 관련 기술의 발전과 위생 규제의 강화에 따라 식자재 검사나 절단 등 전공정 쪽에서 부분적으로 스마트 팩토리 요소 기술들을 활용할 수 있다. 또한 창고 물류 쪽에서 AGV, 유통 쪽에서 RFID 등이 활용될 여지는 많다.

섬유, 제화, 의류 등은 제품 유행이 빠르고, 생산이 노동집약적이다. 비록 아디다스나 나이키 등이 독일과 미국에 스마트 팩토리를 도입해 큰 관심을 모으고 있지만, 이들 스마트 팩토리에는 양산형 공장보다 3D 직조나 무재봉 접합 기술 등 차세대 공법을 시험하는 시범 공장의 역할이 부여될 가능성이 크다. 즉, 소수의 초고가 플랙쉽 (flagship) 제품 라인들이 스마트 팩토리에서 신공법을 활용해 생산되겠지만, 대중 제품들은 여전히 저임금, 지역 아웃소싱을 통해 생산될 것이다. 아디다스의 연간 운동화 판매량은 약 3억 켤레인데, 독일에 건설한 스마트 팩토리의 1년 생산량은 5만 켤레에 불과하다. 다만, 지속적인 공정 개선과 신공법의 확산 적용에 따라 전 세계 협력사들의 인력 소요도 지속적으로 감소할 것으로 보인다.

화학, 플라스틱 등은 의외로 스마트 팩토리 확산이 느리게 진행될 가능성이 크다. 일차적으로 현재 스마트 팩토리 기술은 대개 제품이 개별 단위로 생산되는 이산 공정 (discrete process)에 치중되어 있다. 물론 지멘스나 슈나이더가 화학, 플라스틱, 금속 같은 연속 공정 (continuous process)과 관련된 스마트 팩토리 기술을 개발하고 있기는 하다. 그러나 기존 화학, 플라스틱 공정들의 경우 이미 상당부분 자동화되어 있고, 앞선 공장들의 경우 센서 등을 활용해 자체적으로 생산성을 개선시켜 왔다. 나아가 공장의 수명이 길고(대략 30년), 공장이 거대한 시스템인 특성상 사이버 보안 사고 시 타격이 크다. 이 때문에 일반 표준을 이용한 네트워크화에는 상당히 보수적일 가능성이 크다. 다만, 최종 소비재나 고객 밀착형 제품을 생산해야 하는 다운스트림의 경우 다품종 소량 생산의 필요성이 커지면서, 개별 기업마다 독자적인 형태의 스마트 팩토리 기술을 만들어낼 가능성이 있어 보인다.

시사점

앞서 본 것처럼 독일, 미국, 일본은 국가별 제조업 특성, 기술/사업 강점 역량, 기업간 구조에 따라 각각 다른 형태로 스마트 팩토리 전략을 추진하고 있다. 독일은 정부 주도하에 산, 학, 연 연계를 통해 공적 표준화 전략을 추진하며, 21세기형 차세대 생산 체제를 구축해 독일 전역의 산업계를 ‘공장을 만드는 공장’으로 전환하려 하고 있다.

스마트 팩토리 전략 방향 및 추진 동향에 있어 이 같은 국가별 차이의 배경은 근본적으로 주력 제조업, 기술/사업 역량, 기업간 구조의 차이에서 찾을 수 있다. 독일이 스마트 팩토리를 통해 새로운 다품종 소량 생산 체제를 구축하려 하는 것은, 주력 업종이 자동차, 기계 및 관련 부품 등 고정밀, 고중량 제품인데다가 고객 기반이 다양해 맞춤화 생산의 압력에 크게 노출되어 있기 때문이다. 반면 미국 기업들이 스마트 팩토리를 통해 사물인터넷의 연장선상에서 새로운 사업모델을 창출하려 하는 것은 그들의 핵심 역량이 ICT 기술과 사업모델 기획력, SCM 운영능력에 있기 때문이다.

이러한 점을 고려한다면, 향후 우리 실정에 맞는 스마트 팩토리 추진 전략을 모색, 구현하는 것이 우리나라 및 기업들에게 특히 중요한 과제가 될 것으로 보인다. 다른 국가, 기업들의 전략 동향을 주시하되 우리의 주력 제조업, 기술/사업 역량, 기업간 구조의 특성을 감안해 우리 체질에 맞는 스마트 팩토리를 만들어 갈 필요가 있다. 무엇보다 우리는 전자, 자동차, 조선, 화학, 철강 등의 제조업 기반이 강하다. 또한 개념 설계 역량이나 사업모델 구상 능력은 부족하나 제조 전반에 걸쳐 고정밀, 고품질 통합 역량이 강하다. 또한 소품종 대량 생산에서 우수한 공정 관리 능력과 압도적인 양산 능력을 갖추고 있으며 대기업과 중견, 중소기업 간에 생산성 격차도 크다.

스마트 팩토리 도입을 추진하는 기업들의 경우 자신들의 시장, 제품, 공정 특성에 맞는 도입 전략을 사려 깊게 준비해야 할 것이다. 무엇보다 스마트 팩토리 기술은 JIT 기반 혼류 생산, 인간 중심 셀 생산방식, 나아가 제조 아웃소싱 등 다양한 제조 대안 중 하나이다. 유행에 휩쓸리지 말고 다양한 대안들을 면밀히 검토할 필요가 있다. 또한 스마트 팩토리 기술은 일반 IT 기술과 분명히 다르다. 표준화된 IT 기술은 범용성을 가지나, 스마트 팩토리 기술은 업종, 기업, 추진 목표에 따라 각각 요구사항이 달라진다. 특히 시장, 제품, 공정 특성을 속속들이 이해하고, 추진 목표를 확실히 정해야 한다.

향후 스마트 팩토리와 관련해 전 세계적으로 다양한 실험이 벌어지면서 기존 통념을 깨는 새로운 생산 방식들이 다양하게 나타날 수 있다. 아우디, SEW 유로드라이브 등이 추구하는 고객 맞춤형 제품에 최적화된 셀 생산방식, 대량 생산형 연속 공정 대신 모듈형 장비로 다품종 소량 생산을 추구하는 F3 팩토리의 화학 공정, 엣지 컴퓨팅에 기반한 화낙(Fanuc)의 자율 학습형 스마트 로봇처럼 이미 변화는 시작되었다. 물론 다양한 시도들 중 장기적으로 성공하는 경우와 새로운 생산 방식은 기존 산업 구조를 어떤 형태로든 변화시킬 것으로 기대한다.

(주)유도의 스마트 팩토리 CSC 솔루션

Studio3S KOREA의 스마트 팩토리솔루션으로

국내는 물론 해외 시장에서도 기술 견인

최근 기계산업과 소프트웨어의 발달로 생산성 향상과 함께 자원 절약, 효율적 인적관리로 스마트 팩토리가 이슈화되고 있다. 생산공장의 효율적 운영을 위해서 원재료의 수급부터 관리와 불량률을 제로에 가깝게 운영하는 것과 에너지의 절감, 효율적 인적관리가 매우 중요해졌다. (주)유도의 Studio 3S는 사출공정 최적화 설비, 공장 자동화 시스템, 유도로보틱스의 공작 기계 자동화 시스템 등 통합 엔지니어링 솔루션을 제공하고 있다. 유도는 그동안 축적된 노하우를 바탕으로 Multi-tasking Robot, Mold Temperature Control, Material Handling, Factory Automation, IMC(통합 생산관제/경영관리솔루션)의 핵심 제품 포트폴리오를 바탕으로 생산공장의 스마트 팩토리화를 위해 다양한 관리 소프트웨어를 개발하여 최적의 생산환경 구축과 효율적인 운영을 위해 노력하고 있다.

유도의 스마트 팩토리 솔루션 Studio 3S

(주)유도는 2013년 사출성형 통합 생산관제 소프트웨어의 개발을 필두로 2015년 절삭가공 통합 생산관제 소프트웨어 개발, 2016년에는 무인 물류 이송 로봇 개발, 2017년 스마트 팩토리 플랫폼(Studio 3S 솔루션)을 국내에 처음 선보이며, IMC라는 통합관제시스템을 상품화 하여, LS엠트론 전주공장에 라인별 생산계획관리 및 제품 LOT 추적관리 시스템 등을 납품, 현대자동차 아산공장에 AGV시스템을 납품, 삼성디스플레이 베트남 지사에는 셔틀로봇, Racking system을 납품하였다.

(주)유도의 Studio 3S는 제조 현장의 설비, 이종기기 및 데이터를 모두 연결하여 디지털 환경을 만들고 제조 운영을 통합하여 유기적이고 지능적인 제어를 수행해 실시간 데이터를 분석하여 가장 효율적인 운영체계를 만들 수 있다.

2018년 통합물류관리 소프트웨어의 개발과 함께 스마트 팩토리와 스마트 물류 시스템을 통합하여 입출고 관리 및 자동창고 구축 시스템의 구축과 물류자동화에 따른 셔틀 AGV(무인운반차)의 시스템으로 물류정보 시스템과 최적화된 생산시스템 구축을 위한 사출성형 통합관제 및 관리 시스템 등 제조 경쟁력 확보를 위한 스마트 팩토리 솔루션 기반의 지능화 공장 시스템 구축이 가능해졌다.

CSC 시스템의 구성

유도썬스는 2017년 사옥을 경기도 화성시 팔탄면으로 이전하면서 본사 2층 전관에 CSC 시스템을 구축하여 자체 전시장을 마련해 해외바이어나 고객들에게 유도썬스의 CSC 구축사례를 직접 시연해 보여주고 있다. 전면부에 배치된 12개의 모니터링을 통해 CSC 1.0은 사출공정, 절삭가공공정, 조립공정을 무인화 공정으로 구성된 전체 공정을 적접 확인할 수 있다.

CSC 2.0은 입출고 보관 자동화 시스템으로 유도에서 자체 개발한 TAGON 셔틀 로봇을 이용하여 10m 높이까지 가능한 선반 내 물류를 자동 운반하여 효율적인 창고관리를 극대화할 수 있다. CSC 3.0은 자동 풀필먼트 시스템으로 TAGON AGV 무인 로봇을 통해 부피가 크고 무거운 물류 선반 자체를 리프팅해 자동 운반이 가능하다. 독일, 미국, 일본 등 선진국에서 시작된 4차산업 혁명은 국내 산업에도 파급효과가 크게 나타나고 있다.

김성호 마케팅 총괄팀장은 (주)유도는 스마트 팩토리를 위한 핵심 요소 기술들을 오래전부터 꾸준히 연구 개발하여 지금의 성공적인 모델을 구축할 수 있었다고 전하며, 유도의 오랜 노하우를 통해 개발한 스마트 팩토리와 스마트 물류 시스템은 현장에서 발생하는 자원의 낭비와 생산 시간의 단축, 불량률 제로를 위하여 시스템 구축을 위해 최선을 다하고 있다고 전했다.