[첨단 헬로티]

기계 산업의 패러다임이 바뀌고 있다. 전통적인 제조업과 대량생산, 자동화에서 기계와 인간의 협력으로 변화하는 4차 산업혁명 시대에 맞는 철학이 새롭게 대두되어야 한다. 그리고 정형화, 귀납적 직관화, 기계와의 소통과 연결, 지능의 대량생산, 개인화에 기반하여 기계 기술과 산업은 새로이 태어나고 있으며 이러한 조류가 ‘머시너리4.0’이다. 우리나라 제조 산업은 어떤 방향으로 가야 할지에 대해 한국기계연구원 최상규 4차산업혁명R&D센터장이 ‘2017 글로벌 기계기술 포럼’에서 발표한 강연 내용을 정리했다. <편집자 주>

 

 

 

인류는 역사 이래로 수많은 기술을 발전시켜 왔다. 기술 발전 중에서도 혁명적이라고 할 수 있는 사항들 몇 가지를 보면, 농업혁명, 산업혁명, 그리고 전구의 발명, 아폴로 11호에 의한 달 착륙, 인터넷, 스마트폰, 알파고 등이 있다.

 

여기서 주목할 만한 것은 이들 기술 발전의 출현 속도가 점점 가속화되고 있다는 사실이다. 특히 1940년대 이후에 등장한 컴퓨터로 대표되는 디지털 테크놀로지의 발전 속도는 지수함수 형태로 발전하고 있다.

 

왜 디지털 테크놀로지인가

 

디지털 테크놀로지는 우리 일상생활뿐만 아니라 산업지형까지도 바꿔놓았다. 지난 100년간 자산 가치를 기준으로 미국 산업계 업종별 순위를 보면, 1917년도에는 주로 스틸, 오일&가스, 광업 등 산업에 필요한 먹거리들에 치중하는 업종이 상위를 차지했다. 50년 후인 1967년도에는 오일&가스에 이어, IBM을 비롯한 디지털 테크놀로지 업종이 2위로 뛰어 올랐다. 그리고 올해 2017년도에 디지털 테크놀로지가 1위를 차지했다. 이 분야에서는 애플을 선두로, 구글, 마이크로소프트, 아마존, 페이스북 등의 회사들이 뒤를 이어 랭크됐다.

디지털 테크놀로지는 고용에서도 상당한 영향을 미치고 있다. 브루킹스연구소의 최근 분석자료를 보면, 컴퓨터 시스템이나 인터넷 같은 소프트웨어 컴퍼니들이 갖는 고용에 대한 잠재력은 자동차부품이나 항공기부품과 같은 하이테크 제조 산업보다 상당히 높아, 1994년 이후 하이테크 제조 회사는 고용이 줄고 있는 데 반해 하이테크 서비스 회사는 계속 증가하고 있다. 일자리 창출 또한 하이테크 서비스 회사(50%)가 하이테크 제조 회사(15%)를 압도하고 있는 상황이다.

디지털 테크놀로지는 미국과 유럽의 산업생산 비교에서도 그 중요성을 잘 설명해 준다. 미국과 유럽은 비슷한 성장과 하강 곡선을 그리다가, 2012년 그리스 구제금융 사태 이후 극명한 대조를 이룬다. 미국의 산업생산성은 그리스 사태와 같은 큰 경제적인 요인 속에서도 계속해서 성장하고 있는 데 반해, 유럽은 정체하거나 마이너스로 떨어졌다. 이것은 미국처럼 디지털 테크놀로지를 이용한 새로운 산업들이 제대로 발현되지 못한 데서 기인했다.

 

 

 

제조업과 인더스트리4.0

 

독일은 제조업 강국이다. 독일은 GDP에서 제조업이 차지하는 비중이 상당히 큰 나라이다. 독일로서는 생산성 감소가 매우 고민될 수밖에 없었을 것이다. 따라서 독일은 위기를 타개하기 위해 인더스트리4.0이라는 개념을 2010년도에 만들기 시작해 이듬해인 2011년에 ‘인더스트리4.0’이라는 용어를 공식적으로 채택했다. 그리고 2012년도에는 제조업의 생산성을 극대화하고자 하는 독일 정부의 의지 표현으로써 스마트 팩토리를 구축, 처음으로 시연에 성공했다.

2015년에는 플랫폼 인더스트리4.0으로 더욱 확장시켜 제조 현장을 떠난 새로운 형태의 개념을 제언하게 된다. 2016년도에는 세계 경제 포럼에서 인더스트리4.0을 ‘4차 산업혁명’이라는 용어로 다시 한 번 전 세계로 확대하는 공표를 하게 된다. 4차 산업혁명은 독일이 자국의 경쟁력을 확보하기 위해서 만들어낸 인더스트리4.0을 독일만의 용어가 아닌 세계적인 용어로 확대하기 위해 만들어낸 개념이다.

독일이 그랬던 것처럼 미국을 비롯한 한국, 일본, 중국에서도 새로운 제조업 부흥 프로그램을 출범시키게 된다. 미국의 재산업화 전략, 한국의 제조업혁신3.0, 일본의 산업재부흥플랜, 중국의 메이드인차이나 2025 등이 그것이다.

그러면, 우리나라 제조업 영향력은 어떠한가. 미국이나 일본의 경우는 GDP가 증가함에 따라 GDP 대비 제조업이 차지하는 비율이 점점 낮아지고 있으나 우리나라는 오히려 높아지고 있다. 중국 다음으로 우리나라가 2위이다. 제조업 혁신이 필요한 이유이다. 사실 우리나라 GDP 성장에 제조업의 기여도는 매우 적다. 생산성 또한 2011년을 정점으로 곤두박질치고 있다.

여기에 더해 고령화 사회로 빠르게 진행되면서 숙련된 노동자가 더 부족해질 것이라는 분석도 있다. 예를 들어 제조 분야에서 용접기술은 우라나라가 전 세계 톱이라고 한다. 그러나 일본처럼 초고령화 사회로 접어들면 용접기술자를 확보하기란 더욱 어려워질 것이다.

또 하나의 문제는 우리나라 중소기업은 생산성이 매우 낮다는 점이다. 전체 제조업 중에 중소기업이 차지하는 비율은 99.9%이며, 종사하는 인력은 88%나 된다. 그에 반해 만들어진 재화는 반이 조금 안 된다. 생산성이 낮다는 얘기이다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해서는 뭔가 패러다임을 만들어내야 한다.

 

 

 

머시너리4.0 시대의 특징

 

지난 1차, 2차, 3차 산업혁명 시기에 기계들은 기계화나 대량생산을 위한 자동화된 기계로써 인간이 필요로 하는 피지컬 파워를 제공하는 데 사용되고 개발되었다면, 앞으로 4차 산업혁명 시대의 기계는 생각하는 기계가 될 것으로 예상된다. 즉, 머시너리4.0 시대는 지능화된 기계로 진화해서 인간과 기계가 서로 협동하는 환경으로 바뀔 것이다. 이러한 변화는 몇 가지 특징으로 나타난다.

첫째는 기존 비정형된 공장의 모습들이 4차 산업혁명의 핵심 기술로 거론되고 있는 IoT, 빅데이터, AI 등 사이버 스페이스 테크놀로지를 가지고 정형화된 환경으로 바뀌고 있다.

둘째는 지금까지 전문가들의 노하우와 지식 능력만으로 설계되던 것들이 앞으로는 데이터 기반 직관적이게 변화할 것이다.

셋째는 우리 주변의 모든 개체들이 각자 독립된 상태에서 작동하고 움직였지만 4차 산업혁명 시대에는 인간과 기계, 기계와 기계간의 연결된 세상이 될 것이다.

넷째는 지금까지는 로봇 한 대가 주어진 프로그램 된 대로 작동하는 단일 개체로써 작동하는 시스템이었다면 앞으로는 클라우드나 사이버 형태의 디지털 폼으로 변경되어서 지능들을 로봇과 로봇, 또는 다른 지역에 있는 로봇에도 전달해 줄 수 있게 된다. 그래서 지능의 매스 프로덕션 시대가 도래할 것이다.

다섯째는 퍼스널라이제이션이다. 지금까지는 만들어진 것을 가지고 사람들이 자기 취미나 기호에 가장 근접한 제품을 선택했다면, 앞으로는 소비자의 기호와 취미 맞춰 제품을 만드는 맞춤형 시대가 될 것으로 예상된다.

따라서 4차 산업혁명 시대의 머시너리4.0 철학은 휴먼-머신 파트너십이다. 휴먼-머신 파트너십은 위의 5가지 특징이 조합되어서 이루어질 것으로 생각한다. 그리고 이 목표를 달성하기 위해서는 다음의 3가지 추진전략이 필요하다.

첫째는 지능의 매스 매스프로덕션, 둘째는 인공지능 기반 기계 서비스 플랫폼, 셋째는 기계 산업에서의 어려움에 직면하고 있는 혁신기술의 개발이다. 따라서 4차 산업혁명의 핵심기술을 이용해 머시너리4.0 사업을 추진한다면 우리의 산업을 또 다른 형태의 폼으로 바꿀 수 있을 것이다.

 

머시너리4.0 시대 전략

 

한국기계연구원은 4차 산업혁명이 나오기 전부터 4가지 R&D 범위를 설정하고 연구를 진행했다. 인공지능 기반 디자인 플랫폼, CPS 기반 서비스 플랫폼, 이노베이션 매뉴팩처링 테크놀로지, 그리고 이종 산업 간 퓨전 기술로 한국 기계산업 발전을 위해 노력해 왔다.

먼저, 스마트 디자인 플랫폼이다. 한국기계연구원은 수천 가지 이상의 과제를 수행하면서 축적한 노하우가 있다. 주로 부품 및 기계 시스템 단위로 개발하면서 만들어진 설계 노하우, 그리고 데이터들이 많은데, 이런 데이터들을 통해서 시뮬레이션 프로그램을 만들고 중소기업에 기술이전하면서 많은 기여를 하고 있다. 앞으로 이 시뮬레이션 프로그램들이 디지털 트윈으로 적용할 수 있을 것으로 예상한다.

그리고 직관적인 기계 설계 플랫폼도 추진하고 있다. 이것은 여러 가지 데이터들을 인공지능 기반 프로그램으로 해서 인간이 생각할 수 없거나 일반 설계자들이 만들기 쉽지 않은 디자인들을 만들어 내는 기술이다.

그다음으로 모바일 머시닝 시스템을 현재 개발 중이다. 지금까지 머시닝 시스템은 고정된 공작물 기계 가공이었다면 앞으로는 기계 시스템에 모빌리티를 부여해서 자유로운 형태의 개념으로 가공물을 가공하는 머시닝 시스템이 될 것이다.

그 외에도 한국기계연구원은 인공지능 기반 플랜트 매니지먼트 시스템, 산업용 듀얼 암 로봇, 자율 작업 로봇 및 기계, 메탈 3D 프린팅, 유연한 전자장치 디바이스 제조 기술, 나노 기반 Omni-TEX 기술 등을 개발하고 있다.

이처럼 머시너리4.0은 기계 산업의 발전 방향뿐만 아니라 한국기계연구원 R&D의 한 추진 방향이 될 것이며, 앞으로 우리나라 모든 산업에 걸쳐 혁신을 가져올 수 있을 것으로 생각한다.