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[ISSUE REPORT] 제조업 디지털 트랜스포메이션, ‘연결’과 ‘협력’에 답이 있다

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[첨단 헬로티]


제조업 디지털 트랜스포메이션은 연결과 협력에 답이 있다. 4차 산업혁명의 선두주자들은 연결과 협력의 경쟁력을 가진 기업들이고, 실제로 경쟁 체제에서 연결과 협력을 잘하는 기업들이 훨씬 우위를 점하는 현상들이 나타나고 있다. 2019년 하노버 산업박람회에서도 산업 융합과 산업 지능에 관한 내용이 핵심 주제였다. 2018년에는 산업 간 융합-연결과 협력이었다. 제조업은 진입장벽이 높고 기업 간의 협력이 쉽지 않음에도 불구하고 하노버 산업박람회의 최근 모습을 보면 ‘도미넌트 플랫폼(Dominant Platform)’을 얻기 위한 다양한 형태의 협업이 출현하고 있다. 지난 5월 30일에 열린 ‘2019 하노버 산업박람회 디브리핑 세미나’에서 제조업의 디지털 트랜스포 메이션에 대해 포스코경영연구원 김상윤 수석이 강연한 내용을 정리했다.


▲ 포스코경영연구원 김상윤 수석은 “다양한 디지털 기술들은 혁신 폭발기에 몰려 있다”며, “혁신 폭발기에 있는 기술들은

연결과 융복합을 통해서 우리 사회에 큰 영향을 미치기 시작한다”고 말했다.


미국 경제학자 폴 크루그먼은 <경제학의 향연>이라는 자신의 저서에서 “새로운 기술이 발전을 거듭하여 인류의 생산성과 인간의 생활수준에 중대한 영향을 미치는 데는 매우 오랜 시간이 걸린다”고 말했다.


통계학적으로 봐도 다양한 디지털 기술들은 혁신 폭발기에 몰려 있다. 이 많은 기술들이 혁신 폭발기에 몰려 있다는 것은 이 기술들로 인해서 다양한 혁신이 나타날 가능성이 높아진다는 의미이다. 그리고 일부 기술들은 실망/침체기를 길게 겪다가 재조명되면서 안정화 단계를 거치게 되는데, 이러한 혁신 폭발기에 있는 기술들은 실제로 연결과 융복합을 통해서 우리 사회에 큰 영향을 미치기 시작한다. 그것이 바로 4차 산업혁명이다.


4차 산업혁명은 가상세계와 물리세계의 결합


좀 더 구체적으로 들어가 보자. 3차 산업혁명 시대는 물리적 세상에 있는 정보가 사이버 세상으로 다 올라가는 시기였다. 예를 들어, 내비게이션처럼 GPS 정보, 교통정보, 자동차 정보 등이 조그마한 기계 안에 들어가서 활용되는 것과 같다. 그런데 4차 산업혁명 시대에는 사이버 상에 올라간 정보가 다시 피지컬로 내려와서 피드백까지 주는 일이 가능해진다. 자율주행차를 보면 내비게이션의 다양한 정보들이 기본적으로 데이터로 활용된다. 그리고 탑재된 인공지능 소프트웨어를 활용해서 이 정보들을 인간 세상에 동작을 취하게 한다. 결국 4차 산업혁명 시기에는 디지털 정보비용이 ‘0’에 수렴하고 있기 때문에 우리가 이런 정보를 활용해서 다양한 비즈니스나 서비스를 만들어갈 수 있다.


계속해서 자율주행차를 예로 설명하면, 자동차에는 다양한 센서들이 부착되어 있다. 이를 통해 우리는 정보를 습득한다. 다양한 센서가 달려 있는 이유는 하나의 센서에만 의존하게 되면 돌발상황에 대비하기 어렵기 때문에 다양한 센서를 복합적으로 부착해서 정보의 신뢰도를 높이기 위함이다. 이러한 센서 기능을 바탕으로 다양한 물리적 세계의 정보들이 디지털화가 된다. 이 디지털화된 정보는 빅데이터 혹은 클라우드에 저장할 수 있는데, 다양한 소프트웨어에 애널리틱스 기술을 바탕으로 분석을 통해서 이것이 AI 기능으로 결정하게 된다. 그리고 이 결정을 다시 우리 눈으로 볼 수 있는 물리적 세계로 내려주는 것이 액추에이터이다. 이를 통해 컨트롤하게 된다. 즉, 가상세계와 물리세계의 결합이 4차 산업혁명의 핵심 메커니즘이다.


그렇다면 세계 경제포럼에서 보는 10년 후의 산업 변화는 어떤 모습인가? 다양한 예측들이 나오고 있지만, 5가지 특징적인 변화를 예상할 수 있다. 첫째는 모든 것이 연결되는 세상이 된다. 다시 말해 모든 정보가 디지털화된다고 볼 수 있다. 둘째는 지능화/탈 경계화이다. 이동 수단의 10%는 자율주행차로 바뀌며, 제품의 탈 경계, 기술의 탈 경계를 넘어서서 산업 간의 탈 경계를 가져온다. 셋째는 제조 혁명/밸류체인 혁명이다. 소비재의 5%는 3D 프린팅 제품이 될 정도로, 앞으로 3D 프린팅은 제조업에서 활용성이 더욱 높아져 조립공정 없이 부품이나 이음새, 판 등을 한꺼번에 찍기 때문에 밸류체인이 혁명적으로 변화할 수 있다. 넷째는 기계의 대체이다. 과거 산업화 시대에는 저숙련 노동이 기계에 의해 대체된다고 우려했지만, 4차 산업혁명 시대에는 인공지능 의사·약사·경영진이 등장하며 중숙련 또는 고숙련 노동자가 기계에 의해 대체될 것이다. 다섯째는 인간의 반격이다. 인간은 생체이식 기술을 통해 인간의 능력과 업무의 효율성을 향상시키고 건강관리까지 받는다.


제조업의 디지털 트랜스포메이션이란


그러면 4차 산업혁명 개념에서 좀 더 확대하여 제조업의 디지털 트랜스포메이션이란 무엇인가? 제조업의 디지털 트랜스포메이션은 디지털 혁명이 제조업으로 확대 및 전이되는 과정을 말하며, 여기에는 크게 3가지 특징이 있다.


첫째, 디지털 트윈이다. 디지털 트윈은 물리 현상과 실시간 연동되는 가상의 모델이다. 디지털 트윈은 크게 2가지 개념으로 생각해 볼 수 있는데, 첫째는 디지털 트윈 프로덕트, 둘째는 디지털 트윈 프로세스이다. 예를 들어 디지털 트윈 프로세스 경우, 설비 작업자가 AR 안경을끼고 작업장에 들어가 설비를 바라보면 해당 설비의 유지보수 정보나 현재 가동정보 등이 실시간으로 나타나게 되는데, 이게 바로 디지털 트윈이다.


디지털 트윈의 핵심 기술은 CPS이다. CPS 개념을 연구하기 위해 미국 인더스트리얼 인터넷 컨소시엄(IIC)과 독일 인더스트리4.0협회는 공동으로 워킹그룹을 만들어서 작업을 하고 있다. 그들이 설명하는 CPS란, 사이버와 피지컬을 연결하는 데 활용되는 디바이스, 시스템, 혹은 시스템 오브 시스템 모든 관련 기술과 개념을 CPS라고 정의한다. 따라서 CPS가 공장에 적용되면 스마트 팩토리, 자동차에 적용되면 자율주행 시스템이라고 한다. 그런데 CPS의 개념적 모델에서 인간은 바깥에 존재한다. 이유는 디바이스와 소통하고 시스템과 소통하고 시스템 오브 시스템과 소통하지만, 이것을 활용하고 통합적으로 가치 창출하는 것은 인간의 역할이기 때문이다.


그렇다면 디지털 트윈을 실제 제조업에 적용할 때는 문제가 없는 것일까? 생산 공장을 대지 위에 새로 지으면 완벽 구현이 가능하지만, 대부분 현재 돌아가고 있는 공장을 활용해야 하기 때문에 고민에 빠지게 된다. 우리가 고려해야 할 점은 기존 엔지니어링 기술과 새로운 디지털 기술을 어떻게 조합할 것인지에 대한 부분이다. 사실 스마트 팩토리를 하나의 제품으로 오해하기도 하는데 스마트 팩토리는 다양한 기술들의 조합이다. 스마트 팩토리는 어떤 목적을 가지고 어떤 기술 혹은 제품을 쓰느냐에 따라서 퍼포먼스가 달라질 수 있다. 그래서 다양한 기술과 제품군을 조합하는 노력이 필요하다. 지금 독일이나 미국에서도 산업별로 표준화된 모델을 만들고 있지만, 쉽지 않은 것이 개별기업의 제품군마다 개별 기업의 특성에 따라서 구현하는 모습이 달라질 수 있기 때문이다. 따라서 우리는 자신이 처한 영역에서 어떤 부분에 가치를 얻을 수 있을지를 먼저 정의하고 기존 시스템과 신기술 조합을 구현해야 할 것이다.


둘째, 연결성 향상이다. 스마트 팩토리의 핵심은 데이터의 연결이다. 공정 간 데이터 연결, 제품 간 연결, 다양한 밸류체인 간 연결 등, 이런 연결을 구축하기 위해서는 표준화된 기술이 필요하다. 그래서 우리가 가지고 있는 기술과 산업에 어떤 표준화된 형태를 활용할 것인가를 눈여겨봐야 한다.


셋째, 유연 생산이다. 4차 산업혁명에서 스마트 팩토리 구현 모습은 소재가 기계를 찾아간다. 즉, 제조 명령의 주체가 설비가 아닌 제품 또는 반제품 그 자체이다. 지금까지는 가공 명령이 프로그램화되어 설비에 입력하면 설비는 단순 반복의 가공작업만 수행했다. 그러나 미래에는 고객 주문이 소재(반제품)에 입력되고 설비에 가공명령을 내린다. SEW 유도드라이브의 사례에서 보듯이 컨베이어 벨트 없이 자동차가 생산된다는 것이다. 즉, 개별 소재들이 자율제어기와 통신기술을 이용해서 조립되어야 할 길을 따라서 찾아가는 것이 스마트 팩토리이다. 이 때문에 당연히 작업자의 역할은 축소된다.


또 다른 모양의 스마트 팩토리도 가능하다. 기업마다 다 다르기 때문에 각 기업이 하나의 태스크(Task)라고 하는 모듈 공정에서 제품 제작을 할 수 있다. 모듈 공정이 개별적으로 구현되면 협업제조가 가능해 고객 주문에 따라 수시로 변하는 작업을 수행할 수 있으며, 모드 체인지에 따른 생산성 하락 극복도 가능하다. 이렇게 다양한 제품군 혹은 다른 기업의 제품도 하나의 물리적 공장에서 생산이 가능한 형태가 스마트 팩토리의 청사진이라고 할 수 있다.


작업자의 역할도 변화하고 있다. 스마트 팩토리는 대량생산의 표준화된 공정에서 고객 맞춤형 유연한 공정으로 바뀐다는 건데, 그렇게 되면 현장 작업자는 직접 현장 작업 수행자에서 멀티플레이어 감독자로 역할이 전환된다.


또한, 단일 기계-단일 공정 작업을 수행해 오던 거에서 이제는 어느 공정에 문제가 있는지 혹은 기계들 간의 소통은 잘 되고 있는지 모니터링하고 판단해주는 다중 작업-복수 공정 관리자로서 역할을 하게 된다.


또 하나의 특징은 엔드-투-엔드이다. 독일 인더스트리4.0협회에서 정의하는 인더스트리4.0의 범위를 보면 생산 제조뿐만 아니라 다양한 전후방의 공정과 연결된다는 것이다. 여기서 눈여겨 볼 것은 ‘small batches(소량 생산)’ 부분이다. 다품종 소량 생산이라는 것은 결국 대량 생산으로 비용을 줄이는 것이 아니라 소량 생산에 대응하면서 최적화된 공정, 즉 비용은 최소화하면서 맞춤형 소량생산에 대응하는 것이 바로 ‘스몰 배치 프로젝트’이다.


결과적으로 스마트 팩토리를 바라볼 때, 개인화된 고객의 요구와 다양한 ICT 기술들이 제조업이라는 영역으로 들어와서 새로운 형태로 바꿔놓게 된다. 즉 스마트화(Smartization)가 이루어지고 있다. 또한, 각 기업의 산업 특성에 따라 구현하는 방식도 다르다. 공정을 어떻게 더 스마트화할지 집중하는 기업들이 있는 반면에, 고객과 만나는 접점 영역을 어떻게 더 확보해갈까에 고민하는 기업들이 있다. 이게 연결되는 것이 스마트 팩토리의 모델이다.


결국, 우리는 수직적 통합과 수평적 통합, 2가지를 봐야 한다. 수직적 통합은 ‘주문-부품-생산-유통-서비스’ 연계 최적화를 통하여 맞춤형 제품 생산과 서비스가 가능하며, 수평적 통합은 수직적 통합에서 확보한 경쟁력을 바탕으로 제품 간, 서비스 간, 산업 간 데이터 연결을 통한 새로운 가치 창출이 가능하다. 또한, 수직/수평 연계는 기업의 의사결정 구조도 바꿔놓을 수 있다. 기존 의사결정의 계급적 구조/순차논리가 붕괴되고 탑-다운(Top-Down) 방식에서 보톰-업(Bottom-Up), 다차원 방식 병행, 분산/수평/실시간 의사결정이 가능해진다.


연결과 협력이 답이다


마지막 결론이다. 제조업 디지털 트랜스포메이션은 연결과 협력에 답이 있다. 4차 산업혁명의 선두주자들은 연결과 협력의 경쟁력을 가진 기업들이고, 실제로 경쟁 체제에서 연결과 협력을 잘하는 기업들이 훨씬 우위를 점하는 현상들이 나타나고 있다.


이번 하노버 산업박람회에서도 볼 수 있었듯이, 산업 융합과 산업 지능에 관한 내용이 핵심 주제였다. 산업 융합과 산업 지능은 결국 인공지능을 어떻게 제조업에 연결시킬 것이냐, 무엇을 어떤 영역으로 발전시킬 것이냐가 올해 핵심 주제였다면, 2018년 하노버 산업박람회 캐치프레이즈는 산업 간 융합-연결과 협력이었다. 제조업은 진입장벽이 높고 기업 간의 협력이 쉽지 않음에도 불구하고 연결과 협력을 핵심 어젠다로 잡은 것이 의아해 할 텐데, 하노버 산업박람회의 최근 모습을 보면 ‘도미넌트 플랫폼(Dominant Platform)’을 얻기 위한 다양한 형태의 협업이 출현하고 있다. 예를 들면, 2018년에 하웨이는 자사 제품보다 협력 기업의 제품을 강조한 부스를 구성했으며, 2019년에는 SAP를 중심으로 오픈 인더스트리4.0 얼라이언스를 구축한 기업들이 눈에 띄었다.


이제 유아독존의 기술과 제품은 없다. 끊임없는 연결과 협력만이 새로운 가치 창출을 가능하게 한다.

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