스마트 팩토리

미래창조과학기술 스마트 팩토리

스마트 팩토리는 제품 제조와 관련된 모든 과정에 정보통신기술(ICT)을 융합하여 고도로 지능화된 공장을 구현하는 기술이다

1. 기술의 발전 과정과 개발 동향 기술의 발전 과정 1960년대 후반 전력선통신(PLC) Power Line Communication, 일반가정이나 사무실에 전기를 공급하는 전력선을 통신 매체로 이용하는 기술을 말한다.기술이 공장에 적용되어 디지털 컴퓨터 를 공작기계에 연결, 부착한 것이 스마트 팩토리의 시초가 되었다. 20여 년 이 지난 1980년대 이후 자동화 기술이 발달하고 로봇이 출현하면서 컴퓨터 에 의한 통합생산(CIM)Computer Integrated Manufacturing, 컴퓨터를 이용해 기술 개발, 설계, 생산, 판매에 이르기까지 하나의 통합된 체제를 구축하는 방식으로 발전되었다. 1990년 이후 ICT 기술이 공장 생산라인에 본격적으로 도입되기 시작했고 2010년 이후부터는 소형화, 모 듈화, 자율분산화가 진행되면서 스마트 팩토리 기술들이 활발히 연구개발 되기 시작하였다. 기술 개발 동향 최근에는 사물인터넷(IoT), 사이버물리시스템(CPS) 등의 기술이 전통 제조 업을 혁신할 수 있는 정보통신기술로 부각되고 있다. 또한, 3D 프린터, 차세 대 로봇 등 첨단 디지털 제조장비의 등장은 제조공정을 획기적으로 혁신할 수 있는 기회로 지목되고 있다. 이에 따라 전 세계 기업이 발 빠르게 움직이고 있다. 미국은 민간 산업계 를 중심으로 산업 인터넷 컨소시엄을 발족하여 기술의 발전과 확산을 추진하였다. 인터넷 터소시엄은 ) 2014년 3월 미국의 5개 회사(AT&T, CISCO, GE, IBM, INTEL)가 IoT 표준화를 목표로 한 비영리 그룹인 ‘산업 인터넷 컨소시엄(Industrial Internet Consortium, IIC)’을 창설하였다. IIC는 모바일 기기, 각종 장비, 사람, 처리, 데이터 등을 하나로 연결하는 공통 아키텍처를 만들고, 정보처리에 대한 상호운용성을 확보하기 위한 필수사항들을 점검하는 것을 목표로 한다. 에너지 및 공장시설, 헬스케어, 제조업, 공공부문, 수송 등의 영역을 인터넷 환경에서 서로 연동할 수 있게 하자는 것이다.

독일은 산학연 컨소시엄에서 첨단 정보통신기술을 융합한 스마트 팩 토리를 구축하고 있다. 특히, 지멘스(Siemens) 암베르크(Amberg) 공장은 제조업과 정보통신기술이 융합된 유럽 최고의 공장으로 불리며, 자동화율 75%, 불량 률 0.001% 수준으로 빅데이터 분석 기반의 스마트 팩토리로 운영되고 있다. 우리나라에서는 2014년 정부가 제조업과 ICT 융합을 통한 스마트 산업 혁명을 위해 ‘제조업 혁신 3.0’ 전략을 발표하면서 스마트 팩토리 도입에 박 차를 가하고 있다. 정부는 2017년까지 민·관 공동으로 24조 원을 스마트 팩토리 등 제조업 혁신에 투입하고, 이를 통해 2020년까지 국내 중소·중견 기업 공장 1만 개를 스마트 팩토리로 바꿀 계획이다.

독일 보쉬(Bosch) 사의 스마트 팩토리

 

2. 기술확산점의 도달 시기와 단계별 발전 전망 기술확산점 전문가들을 대상으로 스마트 팩토리의 기술확산점 도달 시기를 델파이 조사한 결과, 세계 기준으로는 독일에서 2020년에, 국내 기준으로는 2025년 에 해당 기술이 사회적으로 확산될 것으로 예측되었다. 기술확산점 도달 시기 예측을 위한 기술확산점의 정의는 고도화된 스마트 팩토리의 비중이 전 체 공장의 16%에 도달하는 시점으로 보았다.기존 공장은 제품 생산 가격 및 공장의 생산 성능 측면에서 경쟁력을 확 보하기 위해 궁극적으로는 스마트 팩토리의 발전단계(기초-중간1-중간2-고도화)에 서 최종 단계인 고도화에 해당되는 수준으로 완전히 대체될 것으로 전망 된다. 이에 따라 고도화된 스마트 팩토리의 비중이 전체 공장의 16%에 도달 하는 시점을 기술확산점으로 설정하였다.

 

기술확산점 도달 이후의 단계별 발전 전망 스마트 팩토리는 기술확산점 도달 이후 모듈러 유연생산 공장, 개인맞 춤생산 공장, 진화형 자율생산 공장으로 발전해 갈 것으로 전망된다. 스마트 팩토리가 기술확산점에 도달하는 시점에는 공장 내 제품, 설비, 센서 등이 네트워크로 연결되고, 현장 내 모든 정보가 수집·분석되어 지능 화되며, 소비자들의 수요가 개인화·맞춤화됨에 따라 공장의 고도화가 가 속화될 것이다. 이것이 다음 단계로 넘어가면 사물인터넷을 기반으로 공장 내 이종 제조설비/단말들이 소비자들의 수요변화에 따라 가변적으로 빠르 게 재구성할 수 있게 되어 유연생산이 가능해질 전망이다. 기술이 더욱 발달하면 개인맞춤생산 공장의 시대가 열릴 것으로 보인다. 소비자 수요가 급변하고, 제품 주기가 빨라지면서 기존의 대량생산 공장과 는 달리 맞춤형 소량생산 공장이 지역적으로 분산되어, 소비자 수요에 재빨 리 대응하는 방식의 지역별 생산이 가능해지는 것이다. 궁극적으로는 공장 내 지능화된 설비들이 자재와 유기적으로 연결되어 동작하며, 이전의 작업 경험을 기반으로 스스로 학습하여 최적의 생산과정 을 진화시켜가는 시대가 도래할 것으로 기대된다.

 

3. 미래사회 변화 전망 세계 스마트 팩토리 관련 솔루션 시장은 2016년 2,210억 달러에서 연평균 8.3%씩 성장하여 2022년에 3,559억 달러까지 증가할 전망이다.

스마트 팩토리가 기술확산점에 도달하는 시기에는 신제품 개발을 원하 는 누구나, 대규모 자본이 없이도 손쉽게, 웹을 통해 제품 설계·생산·부 품 조달·완제품 제작·유통을 모두 통합된 서비스의 형태로 제공받을 수 있게 될 것이다. 또한 모든 제품들은 생산에서 유통·판매 그리고 애프터 마켓까지 추적관리가 가능하게 되어 사회·문화적으로 큰 변화를 몰고 올 것으로 보인다. 또한 기존 제조 산업에 정보통신기술이 융합되면서 스마트 팩토리는 새로운 지능생산체계로 변환될 것이며, 3D 프린터, 지능형 로봇 등 혁신 형 장비의 활용이 확대되면서 독립된 전용 생산설비들이 사물인터넷(IoT) 기반의 스마트 설비로 전환될 것이다. 소비자들의 맞춤화, 개인화 제품에 대한 니즈 증가에 따라 다품종 소량생산이 가능한 유연생산 체계, 수요응 답형(On-Demand) 개인화 생산체계로의 전환도 예상된다.

 

4. 기술확산 실현을 위한 과제 스마트 팩토리 기술이 사회적으로 확산되려면 정부는 무엇을 해야 할 까? 전문가 델파이 조사 결과, 정부가 우선적으로 시행해야 할 방안으로는 인프라 구축(33.8%), 기술 개발(23.0%), 협력 활성화(16.9%) 등의 순으로 나타났다. 지능화된 생산 체계를 갖추고 자율 운영이 가능한 미래형 스마트 팩토 리 모델을 제시하기 위해서는 이를 시험 검증할 수 있는 인프라 구축이 필 요하다. 이때 산업 간의 스마트 팩토리 구현 방향이 다르므로, 각 산업에 맞 는 표준모델 공장이나 시범 공장을 마련해야 한다.

 

이와 함께, 전 세계적으 로 급성장할 것으로 예측되는 개인화 제조 중심의 다품종 소량생산 시장을 효과적이고 경제적으로 지원할 수 있는 온라인 개인맞춤 소량생산 플랫폼 및 관련 인프라 구축도 해야 한다. 개인맞춤, 자율생산 스마트 팩토리가 실현되기 위해서는 인공지능 기술, 사물인터넷 및 데이터 분석 기술, 지능형 로봇기술 개발 또한 중요하다. 더 불어 스마트 팩토리 구축에 소요되는 기초적인 센서류 및 자동화 장비, 소 프트웨어 등의 상당수가 수입품이므로, 이를 국산화하는 것이 시급하다. 산업별, 업종별, 기업 규모별로 스마트 팩토리 적용을 위한 환경이 다르기 때문에 대부분의 산업에 적용할 수 있는 저가의 표준화된 기술 개발 또한 절실하다. 협력 문제도 빼놓을 수 없다. 스마트 팩토리는 설계, 제조, 정보통신, 보 안 등 다양한 기술이 접목되어야 완성될 수 있는 새로운 제조 시스템으로, 다양한 협력과 이를 조정할 수 있는 콘트롤타워가 필요하다. 이를 위하여 현재 정부, 경제단체, 연구소 등이 참여한 ‘민관합동 스마트 공장 추진단’에 서 협력과 네트워킹에 기반한 정책을 입안하고, 인공지능·빅데이터 등의 기술과 기존 제조업의 유기적인 협력 방안 및 스마트 팩토리 고도화 모델 을 마련할 필요가 있다. 또한, 기존 대기업 중심의 수직적 생산 구조에서 수 평적 구조로 전환하는 새로운 제조 생태계를 조성할 수 있는 산학연 협력 모델 개발이 필요하다. 단독으로 스마트 팩토리 구축이 어려운 중소기업의 현실적인 기술 정착을 위한 협력도 필요하다. 이와 함께, 독일의 인더스트 리 4.0 등 스마트 팩토리 선진국과의 국제협력 활성화를 위한 구심점 마련 도 고려해야 한다.

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ICT 분야에 국한된 교육에서 탈피해 첨단 제조기술을 위한 디자인, 3D 프린팅, 센서와 자동화, 로봇 등 융합형 인재 육성을 위한 커리큘럼 개발 및 인력 양성 시스템을 구축하는 것도 필요하다. 이를 위해 공학교육혁신센터 나 특성화 대학에 스마트 제조기술 등의 교육 프로그램을 개발·운영하고, 국가직무표준(NCS)에 신기술 분야를 추가·반영할 필요가 있다. 또한 해외 설계 전문대학원에 청년 인력을 파견하고 해외 전문가를 초빙하는 등 선진 기술의 습득을 위하여 노력해야 한다. 제도적인 뒷받침도 이루어져야 한다. 스마트 팩토리는 자금력이 취약한 중소기업 입장에서는 도입이 어렵기 때문에, 스마트 팩토리 투자 시의 세 제, 교육비 지원 등 제도적인 지원을 통해 확산을 유도할 필요가 있다. 또 한, 맞춤생산 제품에 대한 품질 관리 및 검증, 인증(전자파 인증, KC인증 등) 체계를 구축하고, 디자인·저작권 보호, 제품 거래, 유통 등을 위한 제도적 지원책 을 마련해야 한다. 이와 함께, 현재는 데이터 수집에만 초점이 맞춰져서 바 코드시스템, 생산시점관리시스템(POP),  제조실행시스템(MES) 도입 등에 지원이 한정되고 있는데, 앞으로는 현장 최적화 및 스마트 팩토리 기술을 적용하기 위한 기반을 다지는 부분에도 적용해야 한다