디지털 트랜스포메이션의 가속화는 생산제조기술의 혁신을 가져왔다. 기술혁신은 여러 공정기술과 전후방 기술을 융·복합시켜 공진화(coevolution)시킴으로써 맞춤형 소량생산, 스마트 공장, 제조와 소비의 연계에 의한 플랫폼 서비스 확산 등을 주도하고 있다. 이처럼 스마트한 제조 혁신은 공정뿐만 아니라 Connectivity(연결)와 Collaboration(협업), Customization(고객 맞춤) 등을 통해 제조방식도 빠르게 변화시키고 있다.

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1. 스마트제조란 무엇인가?

스마트제조는 디지털 기술을 제조과정의 생산 시스템에 적용하는 것으로 정보활용, 자동화, 모니터링, 센싱, 모델링, 네트워킹 분야에 걸친 다양한 첨단 기술들을 적용하는 것을 말한다. 이러한 이유에서 스마트제조의 속성은 3C로 일컬어지는 고객맞춤과 연결성, 협업성으로 정의할 수 있다. 고객맞춤(Customization)은 고객의 니즈에 빠르게 대응 가능한 공급사슬로의 전환을 도모하는 것이고, 연결성(Connectivity)은 ICT를 기반으로 제조 및 유통 전 과정에서 모든 사물 및 참가자들을 서로 연결시켜 정보 교환을 가능하게 하는 것이다. 또 협업(Collaboration)은 상호 연결된 구성요소들이 정보와 자원을 서로 공유하고, 이를 바탕으로 독립적 의사결정과 협업을 수행하는 것이다.

2. Collaboration : 인간-기계-사물의 협업 확대

스마트 제조에 있어서 Collaboration(협업)은 상호 연결된 구성요소들이 정보와 자원을 서로 공유하고, 이를 바탕으로 독립적 의사결정과 협업을 수행하는 것을 의미한다. 설비, 공간, 환경 등의 사물이 로봇과 메카트로닉스와 같은 여러 기술에 바탕을 둔 기기들이 결합되면서 생산 과정의 자율성과 자동성은 확대되고 있다. 이러한 생산 과정의 지능화 자동화는 생산 공정을 자율적 시스템에 의해 통제할 수 있도록 발전하고 있다. 더욱이 기계 및 설비의 물리적 자율성은 생산 공정에 있어서 인간이 통제나 조작하는 역할을 축소시키고, 생산조직에 있어서 인적자원의 역량 또는 직무의 재설정을 필요로 하게 만든다. 이러한 변화는 인간이 기계와 사물과 협업하는 새로운 생산방식의 제조혁신을 의미한다.

인간과 기계의 협업 방식은 제조혁신에 따라 생산에 있어서 기계 또는 설비와 사람 사이의 역할을 변화시킨다. 기술진보에 따른 생산공정의 자동화는 점점 더 생산체계의 통합적인 관리를 가능하게 한다. 생산 과정의 네트워크가 확장되면서 생산 공정이 고도화되고, 이에 따라 설비조작과 공정 운영의 복잡성은 증대된다. 일반적 자동화는 생산 과정의 통합을 가져오고 이에 따라 생산체계가 복잡해져 노동의 강도가 높아지게 되지만, 4차 산업혁명의 제조혁신은 사람이 기계 또는 설비의 조작이 필요한 경우에 있어서 직무를 단순화시킴에 의해 그러한 복잡성을 극복하게 한다. 이와 같은 단순화는 기존 인적자원의 역할을 단순화시킴과 동시에 점차 통합적인 생산체계를 운영할 수 있는 높은 역량을 요구하는 것이다. 이것은 제조혁신이 생산 현장에서 숙련 수준의 양극화를 가중시킬 것임을 의미한다.

특히 최근 중소기업 생산현장에서 가장 활발하게 이뤄지고 있는 협업(Collaboration)은 단연 로봇분야일 것이다. 지난 수십 년 간, 로봇의 설치와 운영비용은 오직 거대 기업만이 감당할 수 있을 정도로 막대했다. 그러나 최근 몇 년 간 더 빠르고 저렴한 차세대 로봇이 부상하면서 중소 규모의 공장들도 로봇을 도입할 수 있게 됐다. 특히 제조용 로봇은 가격이 떨어지고 성능이 좋아지면서, 자동차 업계를 넘어 제조산업 전반으로 확대되고 있다.

제조 플랫폼의 출현도 제조혁신과 협업 촉진의 중요한 축이다. 플랫폼 생산은 개인이나 벤처기업이 소규모 자본으로 생산을 가능하게 하고, 인터넷을 통해 저비용에 바탕을 둔 대량 생산 및 유통을 가능하게 하는 제조혁신의 장이 되고 있다. 혁신적인 아이디어는 언제 어디서나 디지털로 전환하여 시제품을 생산할 수 있다. 또한 플랫폼 생산방식의 확산은 생산 활동의 통합성을 증대시키지만 결국 전통적인 생산 방식의 분산과 개방을 촉진시킨다. 이것은 생산의 가치사슬(value chain)을 해체시키는 것으로 하나의 단위기업 형태보다는 집단적 형태의 생산에 있어서 가치사슬이 형성됨을 의미한다.

이러한 가치사슬의 해체는 개별 활동으로 분화되면서 생산 활동은 통합되는 과정에서 비즈니스의 경쟁우위도 변화무상하게 전개된다. 또한 분산되어 있는 다양한 생산 활동의 모니터링이 가능해지면서 통합적으로 관리할 수 있고, 개방에 의해 서로 다른 주체들이 협업 또는 생산 방식의 통합에 의해 관리의 기회비용이 상대적으로 줄어들게 된다. 생산과정의 개방과 협업의 가능성이 높아지면서 글로벌 차원의 생산 통합도 확산되고 있다.

3. Connectivity : 데이터 센싱과 연결

스마트 제조에 있어서 Connectivity(연결)는 ICT 기술을 기반으로 제조 및 유통 전 과정에서 모든 사물과 사람, 장비들을 서로 연결시켜 정보 교환을 가능하게 하는 것을 의미한다. 스마트 공장에서 제조공정의 연계·통합은 인공지능(AI)과 사물인터넷(IoT) 등의 기술을 이용하여 기계 또는 설비를 상호 연결하고 제어함으로써 공정 운영을 최적화하는 것이다. 그리고 최적화를 위하여 인공지능과 사물인터넷과 같은 기술을 이용하여 구축하는 스마트시스템이 사이버물리시스템(CPS)이며, 사이버물리시스템은 물리-디지털, 물리-생명체, 디지털-생명체 등의 영역 간 기술융합을 구축하는 핵심시스템이다.

CPS 기반 스마트 공장에서 제품의 판매와 서비스까지 고려하여 생산을 최적화하기 위해서는 데이터 센싱 등을 위한 Connectivity(연결) 기술이 필요하며, 인공지능을 통한 플랫폼 운영이 구축되어야 한다. 이러한 관점에서 최근의 생산제조 시스템은 제조 서비스와 결합을 통해 새로운 가치사슬과 사업영역을 만들어내고 있다. 고객의 다변화, 생산기간 단축, 글로벌 시장경쟁 심화 등은 전통적 생산 플랫폼으로 시장에서 경쟁우위를 점하기 어렵기 때문이다.
스마트 제조에 있어서 디바이스와 네트워크는 제조시스템 및 공정 센싱(Sensing) 및 데이터 플랫폼 전송을 담당하며, 주된 기술은 표준 네트워크 프로토콜 기반 통신장치, 로봇 등 스마트 디바이스, 산업 네트워크 보안, 현장 제조 환경 특성 반영 데이터 수집 및 처리기술 등이 포함돼 있다. 특히 이러한 데이터 센싱 및 연결 기술들은 IoT, 빅데이터를 기반으로 생산공정, 서비스, 물류까지 통합관리, 생산성을 높이고, 매출액‧영업이익 등 경영성과를 제고시키는데 큰 역할을 담당한다.

특히 사물인터넷(IoT, Internet of Things)에 대한 관심과 필요성이 증대되면서, 사람과 사물, 사물과 사물간 지능통신을 할 수 있는 M2M(Machine-to-Machine) 개념이 확산된 스마트공장이 출현하게 되었다. Connectivity의 핵심결과라고 할 수 있는 스마트공장은 통합과 연동을 강화하여 사용된 모든 기기들을 연결하고, 생성된 데이터를 실시간 저장, 공유하여 최적의 생산을 결정할 수 있도록 도와주는 제반 지원시스템이다. 스마트 제조를 위한 시스템에는 CPS 기반 기술, IIoT(Industrial IoT), IIoS(Industrial Internet of Service), 클라우드, 빅데이터, 보안기술 등이 포함된다.

3. Customization : 생산방식의 변화

스마트 제조에 있어서 Customization(고객맞춤)은 고객의 니즈에 빠르게 대응 가능한 공급사슬로의 전환을 도모하는 것을 의미한다. 설계, 생산, 유통 등 제조 전주기를 통합, 디지털화된 생산체계가 구현되면서 스마트 제조는 ‘고객맞춤 제품’ 생산을 실현할 수 있게 되었다. 제조공정은 물리적 공간이 데이터화되고 네트워크로 연결되면서 물리적 세계와 사이버 세계가 결합되고, 이들을 분석해 활용하고 제어할 수 있게 되었다. 이를 통해 소비자 개인별 고유의 선호도가 제품 주문 및 생산계획 단계에 반영되고 이에 따라 제조 방식 및 디자인이 즉각 변경될 수 있게 되었다. 고객니즈와 일치된 생산은 대량형 고객맞춤화(Mass Customization)와 주문생산을 보다 유연하게 한다. 이러한 변화에 맞춰 시장에 능동적으로 대응하기 위해 고객 니즈의 분석저장, 설비부분과 생산방식간의 통신, 생산정보의 고객공유를 위한 기술 및 시스템 구축기술도 함께 발전하고 있다.

고객맞춤 트렌드는 제조기술의 범용성 강화로 니치마켓에 집중하는 개인 혹은 소규모 창업이 활성화될 것으로 예상되며, 제조와 유통을 융합하는 새로운 유형의 비즈니스혁신이 일어날 것으로 전망이다. 사용자의 기존 이용 패턴에 대한 정보 취합 및 분석을 통해 사용 편의성을 강화한 제품 등 사용자 맞춤형 서비스가 강화된 제품으로 주력 제품이 전환·강화될 것이다. 가전산업의 경우 냉장고 도어가 열리는 횟수와 시간 등에 대한 정보를 IoT를 통해 수집한 후 그 분석 결과를 토대로 도어가 열리지 않는 시간에 자동으로 절전 모드로 전환되고, 헬스케어처럼 개인정보가 핵심인 서비스제품의 경우 개별 소비자에 대한 안전성·효과성을 극대화하는 제품과 서비스로 변화할 것으로 보인다.

맥킨지(2017)는 산업혁명의 전개과정에서 실제 자동화나 스마트화를 통한 생산성 증가와 제조업 전반의 구조변화에 대한 수용과 변화의 정도는 기술적 가능성, 솔루션의 개발과 적용 비용, 노동시장의 역동성, 경제적 편익, 규제와 사회적 수용성에 의해 결정된다고 한다. 결국 우리나라가 제조업의 스마트화와 신산업의 출현 과정에서 경쟁력을 높이고 혁신역량을 강화하기 위해서는 대기업, 제조업체를 중심의 센싱, 컴퓨팅 용량 기술이 발전을 넘어 중소기업의 적용이 확대되어야 한다. 그리고 이 과정에서 Connectivity(연결), Collaboration(협업), Customization(고객 맞춤) 요소들이 소외된다면 대기업-중소기업간 양극화가 더욱 심화될 것이며, 국가차원에서의 4차 산업혁명 대응력도 떨어진다는 점을 간과해서는 안된다.