4차 산업혁명 시대를 맞아 스마트팩토리가 주목을 받으면서 정보통신기술(ICT)와 제조업 분야에 변화가 감지되고 있다.
스마트팩토리는 기획부터 제조, 유통, 판매, 시설 유지까지 전 과정을 빅데이터, 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT) 등의 정보통신기술(ICT)로 통합해 생산성을 높이고 고객 맞춤형 제조를 실현하는 공장을 말한다.
선진국의 경우 글로벌 시장에서의 제조업 주도권을 이어가기 위해 국가 핵심전략으로 선정하는 등 큰 관심을 기울이고 있다.
국내 기업들이 스마트팩토리 구축에 사활을 걸고 있으며 산업인터넷 플랫폼 시장이 뜨겁게 달아오르고 있다.
■주요 기술
스마트팩토리는 제품 설계와 제조, 유통, 물류 등 산업 현장에서 생산성 향상에 초점을 맞췄다. 기계, 로봇, 부품 등이 상호 간 정보 교환으로 제조 활동을 한다. 모든 공정 이력이 기록되며, 빅데이터 분석으로 사고나 불량을 예측할 수 있다.
산업 현장에서 모듈형 생산이 컨베이어를 대체하고 IoT가 신경망 역할을 한다. 센서와 기기 간 다양한 데이터를 수집하고, 이를 서버에 전송한다. 서버는 데이터를 분석해 결과를 도출한다. 서버에는 AI 기계학습 기술이 적용돼 빅데이터를 분석한다. 생산성 향상을 위한 최적 방법을 제시한다.
'디지털 트윈'은 데이터 기반으로 가상공간에서 미리 시뮬레이션 하는 기술이다. 시뮬레이션을 위해 빅데이터를 수집해서 분석 예측을 위한 통신·분석 기술에 가상현실(VR), 증강현실(AR) 같은 기술이 얹힌다. 산업 현장에서 작업 프로세스를 미리 시뮬레이션하고, VR·AR를 통해 검증한다. 실제 시행에 따른 손실을 줄이고, 작업 효율성을 높일 수 있다.
'에지 컴퓨팅'도 스마트팩토리 주요 기술이다. 에지 컴퓨팅은 산업 현장에서 발생하는 방대한 데이터를 클라우드로 한 번에 전송하지 않는다. 에지에서 사전 처리한 후 데이터를 선별해서 전송한다. 서버와 에지가 연동해 데이터 분석 및 실시간 제어를 수행한다. 산업 현장에서 생산되는 데이터가 기하급수로 늘어도 서버에 부하를 주지 않는다.
현재 클라우드 컴퓨팅이 중앙 데이터센터와 직접 소통하는 방식이라면 에지 컴퓨팅은 기기 가까이 위치한 일명 '에지 데이터 센터'와 소통하며, 저장을 중앙 클라우드에 맡기는 형식이다. 이를 통해 데이터 처리 지연 시간을 줄이고 즉각 현장 대처를 가능하게 한다.
■시장 전망
스마트 팩토리 시장에 대한 시장의 기대도 커지고 있다.
미국의 시장조사업체인 마켓츠앤드마켓츠는 세계 스마트팩토리 시장 규모가 2016년 1210억달러(약 134조1300억원)에서 2022년 2062억달러(약 228조5700억원)로 급증할 것으로 내다봤다.
골드만삭스는 스마트 팩토리를 도입함으로써 기업들이 공장 당 평균 10~15% 비용절감 효과를 거둘 수 있다고 밝혔다.
세계적으로 5000~6500억 달러의 잠재적 경제 효과가 기대된다고 설명했다.
특히 전자, 기계, 식음료, 자동차, 화학·플라스틱, 금속 업종에서 비용 절감 효과가 클 것으로 예상했다.
컨설팅 업체 맥킨지도 산업용 공장이 사물인터넷을 적용하는 산업 중 잠재적 경제 효과가 가장 큰 분야라고 전망했다.
삼정KPMG 경제연구원은 국내 스마트팩토리 시장 규모가 2016년 3조8000억원에서 2021년 6조3000억원에 이를 것으로 전망했다.
ICT 공급시장과 디바이스 공급 시장이 각각 연평균 11.6%, 8.9%씩 성장해 스마트공장 보급 확산 속도가 빨라질 것이라는 분석이다.
■정부 지원
정부 역시 스마트팩토리 사업을 적극적으로 지원할 방침이다.
산업통상자원부는 ‘스마트 제조혁신 비전 2025’를 통해 2025년까지 스마트 공장 3만개를 구축할 계획이다. 아울러 스마트팩토리 기반 산업의 경쟁력을 강화하기 위해 빅데이터ㆍ사이버피지컬시스템(CPS), 스마트공장용 센서, 협업로봇 등 2020년까지 2154억원 규모의 연구개발(R&D)을 집중할 방침이다.
조달청에서는 스마트팩토리 데이터베이스와 연계해 부정당업자 적발 등 업무 편의와 효율성을 증대하고, 스마트팩토리 관련 로봇과 소프트웨어의 물품 목록화를 지원하는데 활용할 예정이다.
업계 관계자는 “국내 스마트팩토리 시장에 대한 정부 및 민간 투자는 걸음마 단계”라며 “스마트팩토리 관련 외산 솔루션 비율이 90%에 가까운 만큼 관련 기술 개발에 기업과 정부가 더욱 힘을 내야 한다”고 말했다.
■주도권 경쟁 치열
스마트 팩토리 플랫폼을 놓고 주도권 경쟁이 치열해질 전망이다.
포스코ICT는 국내 제철소를 대상으로 설비, 품질, 조업, 에너지, 안전관리 등 분야에 스마트팩토리 공장 적용 프로젝트를 추진 중에 있으며 이를 위한 ICT 요소기술 적용을 시도하고 있다. 이에 최근에는 세계 최초로 연속공정, 중후장대 산업인 포스코 철강공정에 성공적으로 스마트팩토리를 구축하고 확산사업에서도 성과를 보이고 있다.
또한 최대 목질자재 전문기업인 동화기업에 클라우드 기반 스마트팩토리를 구축하는 데에 성공했다.
동화기업의 스마트팩토리는 초기 인프라 투자비용을 절감하고 안정적인 운영환경을 제공해 구축 성공사례로 꼽히고 있다.
이를 위해 포스코ICT는 대기업에 적용하던 스마트팩토리 시스템을 경량화하고 클라우드 기반으로 제공할 수 있도록 해 시스템 도입에 따른 부담을 최소화했다.
LG CNS도 지난 4월 스마트 팩토리 플랫폼인 '팩토바'(Factova)를 선보였다.
팩토바는 제조 정보화·지능화 솔루션을 쉽고 빠르게 적용할 수 있는 표준화된 개발 및 운영환경을 제공하는 ‘제조ICT 플랫폼’이다.팩토바는 LG CNS의 소프트웨어 플랫폼 기술뿐 아니라 LG전자 소재·생산기술원의 공장 구축 경험에 기반한 제조 공정과 장비 설계 역량, 데이터 전송을 담당하는 LG유플러스의 통신망 인프라 등 계열사간 협업 체계를 통해 공장 내 최적화된 스마트팩토리 환경을 제시한다.
LG CNS는 구글과도 손을 잡았다. 구글과 협업해 LG화학 공장 불량 LCD 패널의 유리기판을 판별하는 비전 검사를 진행했다.
구글 클라우드 AI를 결합해 수 만장의 불량 유리 기판 이미지를 학습시켜 일주일 만에 비전 검사 정확도를 99.9%까지 끌어올렸다.
비전검사는 시각 이미지를 해석해 불량을 판별하는 검사다.
SK㈜ C&C는 산업용 빅데이터 분석 AI인 '스키테일'(Skytale)을 통해 스마트 팩토리 시장에 진출한 상태다.
빅데이터 비즈니스 모델 구축을 통해 산업 현장의 인사이트를 정확히 발견해 내는 빅데이터 통합 분석 플랫폼 서비스인 ‘아큐인사이트플러스’를 최근 공개했다.
작년에는 제조분야 개념검증센터를 구축하고 제조기업이면 누구나 특별한 IT기술이나 역량 없이도 SK C&CD의 클라우드·빅데이터 ·인공지능 기술을 활용해 제조 공정 효율화 품질 혁신 등 자신에게 맞는 최적의 디지털전환을 직접 수행·확인해 볼 수 있다.
2016년 중국 훙하이그룹의 충칭공장 프린터생산라인에 시범구축을 완료한 데 이어 지난해에는 대양그룹에 스마트팩토리를 공급하는 등 그룹내 계열사 이외의 파트너를 유치하는데 집중하고 있다.
여기에 미국 IBM의 AI 플랫폼 ‘왓슨’에 기반한 ‘에이브릴’로 스마트팩토리의 완성도도 끌어올린다는 전략이다.
■극복과제
4차 산업혁명 시대에 양적 성장의 한계에 봉착한 우리나라는 고부가가치 기술 중심의 스마트팩토리를 통한 제조업의 체질 개선이 필요한 상황이다.
이를 위해서는 생산 효율성과 안전성을 높이기 위한 노력이 필요하며 정부가 추진 중인 제조혁신 3.0 전략을 통한 제조기술 간 유기적 연계 및 전략적 투자 촉진과 제조업 주기에 맞는 수요 연계형 기술개발 강화를 위한 투자가 필요하다.
아울러 이를 극대화하기 위해 정부는 대기업과 중소기업의 협업체계를 구축하는데 앞장서야 한다.
제조 스마트화는 단순 기기 및 설비 몇 개만 교체하면 되는 것이 아닌 공정부터 공급망까지 유연한 연계가 필요하기 때문에 전체적인 시스템 점검과 단계적인 구축이 돼야한다.
