기존 오프라인 소비가 중심이던 시절에는 공장 시스템이 대량 생산이 주를 이뤘다. 코로나19 팬데믹 등으로 인해 온라인 이커머스가 활성화되며 다품종 소량생산으로 제조 패러다임이 변화하고 있다. 소비자들은 일괄된 제품이 아닌 맞춤형 제품을 원하고 있으며, 생산 시스템은 이런 시장의 소비 패턴을 따라가기 위해서 변화된 ‘제조 패러다임’이 필요한 시점이다. ICT와 미래 스마트 제조 혁신 컨퍼런스에서 ETRI 지능화융합연구소의 박준희 단장이 ‘미래 스마트 제조 혁신을 위한 ICT의 역할’에 대해 발표한 내용을 정리했다.

 

 

코로나19로 온라인 이커머스 시장이 급격하게 커졌다. 리서치 기관 Statlsta은 2022년부터 2025년까지 연평균 12%를 웃도는 온라인 매출 증가를 예상하고 있다. 이커머스 비중 확대는 롱테일 시장을 가속화했다. 롱테일 시장 가속화는 다품종 소량 생산 요구를 증가시켰고, 이런 시장 니즈를 충족하기 위해서는 제조 패러다임 전환 가속화가 필요하다.

 

기존의 단품 대량 생산의 전통적인 생산라인은 하나의 라인에서 하나의 아이템만을 생산하는 시스템이었다. 시장 니즈를 충족하기 위한 다품종 소량생산 트렌드로 다품 혼류 생산으로 변화했고, 시간 단위 모델 전환이 필요해졌다.

 

 

한국의 제조 경쟁력

 

우리나라 제조업 경쟁력은 글로벌 5위다. 그만큼 국내 경쟁력 중 제조업이 상당한 부분을 차지한다. 딜로이트 설문 조사 결과 공장 경쟁력을 유지하는 데 가장 중요한 요소로 ‘talent’가 뽑혔다. 2위로 비용 절감, 3위로 생산성 향상이 뒤를 이었다. 인력, 비용 절감, 생산성 향상 등은 익히 알고 있듯이, 공장 경쟁력에 중요 요소다. 즉, 공장 운영자는 비용을 절감하고, 생산성을 높일 수 있는 솔루션 및 기술에 투자할 준비가 되어있다는 것이다.

 

우리나라 GDP에서 제조업은 꾸준하게 25~30%를 유지하고 있는데, 몇 가지 거시적인 지표에서 이상 징후가 발견되고 있다.

 

미국 통계청 자료의 결과 한국 제조 생산량 증가율이 줄어들고 있다. 훨씬 더 많은 생산을 해왔던 시대에서 2010년 이후 가동률이 떨어지고 있다는 방증 결과다. 전 세계 GDP 성장률은 별 변화가 없다. 즉, 시장은 꾸준하게 상승하고 있는데, 우리나라의 공장 가동률과 생산량이 떨어지고 있다는 것이다.

 

독일이 인더스트리 4.0을 발표한 시점에 우리나라 제조 가동률은 떨어지기 시작했다. 내부 원인으로는 생산성/원가 경쟁력, 기술 경쟁력 등을 포함한 글로벌 경쟁력의 약화다. 4차 산업혁명, 탄소중립 등 글로벌 초변화 시대 대응이 미흡했고, 포스트 금융위기·코로나 뉴노멀의 영향이 외부적인 요인이다.

 

기계혁명과 저임금에 의존하는 전통 제조산업의 접근방식이 한계에 도달했다. 다품종 소량, 개인화 제조 패러다임 전환에 적극적으로 대응하기 위해서는 ‘스마트 제조혁신’이라는 체질 개선이 필요하다. 이를 위한 방법이 제조와 첨단 ICT 기술의 접목이다.

 

국내외 현황

 

글로벌 제조 강국들은 차세대 제조 경쟁력 제고를 위해 첨단 ICT 융합 전략을 추진하고 있다.

독일의 경우 인더스트리4.0 시대를 제창하며 다양한 ICT 프로젝트를 통해 스마트공장을 지원했다. 미국은 새로운 제조 기술 개발, 생산 인력 향상, 국내 제조 공급망 역량 확대 3가지를 목표로 첨단제조 정책전략 로드맵을 수립해 이행 중이다. 일본은 로봇, IoT, AI, 빅데이터를 정부가 주목해야 하는 기술로 지정해 국가 차원의 지원 및 육성을 진행 중이며, 중국은 AI 굴기를 통한 제조 분야 고도화 전략에 나서고 있다.

 

리서치 기관 Markets and Markets에 따르면 글로벌 스마트 팩토리 시장 규모는 2025년 3,848억 달러로 예상되며 IIoT, 디지털 트윈, AI, 산업보안 분야가 핵심 시장으로 구성될 전망이다. 2025년 IIoT(800억 달러), 디지털 트윈(190억 달러), AI(170억 달러), 산업보안(160억 달러) 순으로 시장형성을 예상한다.

 

국내의 경우 2020년 98.5억 달러에서 연평균 성장률(CAGR) 약 11.3%를 통해 2025년 177.7억 달러 규모로 성장을 전망하고 있다.

 

스마트 제조 혁신 속 ICT 기술이 큰 역할을 하고 있는데, 세계경제포럼은 제조업에서 4차 산업혁명 기술 적용 정도를 평가해 등대공장을 선정하고 있다. 등대공장은 4차 산업혁명의 핵심 기술을 활용해 세계제조업의 미래를 이끄는 공장을 의미한다. 2018년 이후, WEF와 Mckinsey가 매년 1~2회 등대공장을 선정하고 있다.

 

WEF와 Mckinsey는 △민첩성과 고객 중심 △공급망 탄력성 △속도와 생산성 △환경 효율성을 고려해 등대공장을 선정한다. 2021년 3월 기준으로 23개국 총 69개의 글로벌 등대공장이 선정됐다. 중국이 21개로 가장 많고, 미국 7개, 독일 5개, 프랑스 4개의 순서로 이어지며 한국은 포스코, LS일렉트릭, LG전자 3개가 선정됐다.

 

2019년 국내 최초 등대공장으로 서정된 포스코는 철강산업에서 생산성과 품질 향상을 위해 공장 디지털화를 진행했다. 2016년부터 단계별 디지타이제이션(Digitization)과 스마타이제이션(Smartization)을 실행해 용광로 상태를 결정하는 주요 변수를 빅데이터화해 최적의 결괏값을 뽑아내는 딥러닝을 진행해 AI용광로를 만들었다. 하루 240톤 쇳물을 더 많이 생산할 수 있게 됐다.

 

우리나라는 스마트 제조혁신을 주도할 DNA 기반의 기술 및 솔루션 공급기업 기업을 다수 보유했다. 스마트제조혁신추진단에 등록된 공급기업 수는 2천여 개이며, 이 중 약 25%(506개)가 DNA 관련 공급 기업으로 파악된다.

 

국내 사물인터넷 관련 총사업체 수는 2천 5백여 개이며 이 중 약 18%(450개)가 IoT 플랫폼 기업에 해당된다.

 

첨단 ICT 융합 시나리오

 

스마트 제조를 위한 ICT 기술 중 ‘디지털 트윈’을 활용해 준비단계와 생산단계를 준비할 수 있다. 준비단계는 통상 △제품설계 △생산라인설계 △생산라인제작 △설치 및 시범가동으로 구성된다.

 

디지털 트윈을 활용하면 신제품 설계, 신규 생산라인 구축 시간·비용을 절감할 수 있다. 생산단계에서도 IoT 데이터를 통한 디지털 트윈을 활용하면 설비당 △생산량 △설비가동률 향상 △설비예지보전을 실현할 수 있다.

 

이 단계에서 디지털 트윈을 사용해야 하는 이유는 단계별 독립적 M&S를 수행하면 연계가 어렵고, 현장 환경의 피드백 반영이 어려워 오차 개선을 하지 못한다. 디지털 트윈을 활용하면 설계부터 생산까지의 모든 세부 단계에서 사용할 수 있으며, 실데이터를 기반으로 지속적인 정밀도를 향상해 오차 개선을 할 수 있다.

 

산업 현장에 AI를 접목한 사례를 살펴보겠다. 신제품 설계단계에서 H사의 경우 AI의 공학적 심미적 컨셉설계를 지원해 개발기간 25%(8개월) 단축, 70억 절감(전담인력 100명 가정)하는 효과를 얻었다. 4차 산업혁명 시대 공장 노동자가 감소하는 제조 일자리 변화가 일어나고 있는데, AI 설계지원 기반 제품을 활용하면 공백을 메꿀 수 있다.

 

생산계획 수립 단계에서도 AI를 활용할 수 있다. B타이어 사는 자동차 타이어 생산에 매일 50종 이상의 제품 생산이 필요했다. 오전 당일 생산계획 재조정해 오후에는 명일 생산계획 수립하는 데 매일 8시간이 소요됐다. 이런 전통적인 생산 프로세스에서 AI 작업 계획을 융합해 생산계획을 수립해 80% 이상 단축을 기대할 수 있게 됐다.

 

헬로티 함수미 기자 |