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[Frost&Sullivan] 제조업의 새 패러다임 ‘가상 공정’
제조업 혁신의 새물결 '디지털 매뉴팩처링'
[79호] 2016년 11월 01일 (화) 신은경 eunkyung.shin@frost.com
4차 산업혁명으로 불리는 ‘디지털 매뉴팩처링’이 제조업에 새로운 패러다임을 불러오고 있다. 디지털 매뉴팩처링이란 제조업체에서 작업장을 만들어 생산하기에 앞서 컴퓨터로 가상 작업장을 구축해 가상 생산을 하는 것을 말한다. 이를 통해 각종 문제점을 사전에 발견하고 수정함으로써 최적의 생산 프로세스를 갖출 수 있도록 도와준다. 특히 독일을 비롯해 미국 등 선진국을 중심으로 디지털 매뉴팩처링 기술을 선점해 전통적 제조업 강국의 위상을 되찾기 위한 노력이 활발하다. 프로스트앤드설리번 신은경 연구원과 함께 디지털 매뉴팩처링의 현황과 미래에 대해 알아본다.
 
신은경 프로스트앤드설리번 연구원
 
최근 몇 년 동안 산업 각계에서 화두가 된 트렌드를 살펴보면 컨버전스(Convergence), 즉 융합을 빼놓고 이야기할 수 없다. 융합은 정보통신기술(ICT)을 기반으로 의료, 교육, 교통, 에너지 등 산업 전반에 패러다임의 변화를 가져올 정도로 큰 여파를 끼치고 있다. 융합 개념이 한동안 사양산업으로 인식되던 제조업 환경에도 영향을 미칠 것으로 전망된다.
 
제조업은 다방면에서 크고 작은 환경 변화를 맞고 있다. 전세계적 고령화 시대 진입에 따라 생산인구 부족과 제조업 공동화 현상이 나타났다. 더불어 다품종 소량생산, 소비자 맞춤생산 등 사회·문화적 변화를 겪고 있다. 이뿐 아니라 원래는 값싼 노동력을 찾아 제조시설이 대거 몰려왔으나 인건비 상승으로 제조업 경쟁력 우위를 잃어가는 중국을 포함해 전통적 제조 강국인 미국, 독일, 일본 등 선진국에서도 제조업의 중요성을 다시금 강조하며 돌파구를 찾는 데 매진하고 있다.
 
‘4차 산업혁명’이라고도 부르는 ‘디지털 매뉴팩처링’(Digital Manufacturing)은 방대한 데이터와 컴퓨팅 기술 발달, 인공지능(AI), 가상현실(VR), 증강현실(AR), 로보틱스 등의 기술을 활용해 제조업에 새로운 패러다임을 일으키고 있다.
 
디지털 매뉴팩처링은 컴퓨터통합생산솔루션(Computer Integrated Manufacturing), 유연생산방식(Flexible Manufacturing System), 생산설계방식(Design for Manufacturability), 그리고 비교적 많은 시간과 비용이 소요되는 부가가치 기술의 효율화보다 비부가가치 공정 혹은 낭비 요소를 최소화하는 린생산방식(Lean Manufacturing) 등 기존에 산업의 표준 및 효율성 향상을 위해 사용하던 방안들이 진화한 개념이라고 볼 수 있다. 즉, 디지털화한 솔루션이나 플랫폼 등을 이용해 제품 제조에 가장 적합한 작업 순서와 방법을 정하고 공정 및 자재 흐름을 시뮬레이션해 생산 전에 가상으로 실현 가능성을 검증하는 포괄적인 접근 방식이다.
 
이렇게 제품, 공정 및 자원의 디지털화를 통해 비용을 절감하고 제품의 품질 향상을 꾀할 수 있다. 동시에 기존에 축적된 데이터를 활용해 지속적으로 신제품을 개발·생산함으로써 포화 상태인 제조업 시장에서 경쟁 우위를 가능하게 한다. 이미 상당수의 업체에서 디지털 매뉴팩처링 기술을 도입했으며 지속적으로 이를 개발하고 있다.
 
주요 선진국들의 제조업 부활 노력 
디지털 매뉴팩처링 기술을 선점하고 제조업 강국의 위상을 되찾기 위해 최근 몇 년간 선진국을 중심으로 국가 전략을 수립해 실행하고 있다. 세계 3위의 수출 강국 독일은 자동차, 의약, 기계 등 고부가가치 제조업을 집중 육성하고 높은 수출 경쟁력을 확보해 유럽의 재정위기 속에서도 안정적인 경제성장을 해왔다. 하지만 비싼 인건비, 숙련공의 고령화와 그에 따른 생산인구 감소, 온실가스 감축 목표에 따른 에너지 비용 증가 등으로 제조업 경쟁력이 떨어질 것으로 예상된다.
 
이에 따라 독일 정부는 2012년 제조업 혁신을 위한 핵심 미래 프로젝트의 하나로 ‘인더스트리 4.0’을 수립했다. 2020년까지 매년 400억유로(약 50조원)를 투입해 디지털화와 원가 절감, 효율성 향상을 달성해 궁극적으로 ‘스마트 팩토리’(Smart Factory)를 실현하는 것을 목표로 한다. 독일인공지능연구소(DFKI)의 주도 아래 지멘스·보슈·ABB·BASF·BMW 등 독일 대표 기업뿐만 아니라 대학 및 연구소, 해외 기업들까지 이 프로젝트에 참여하고 있다.
 
특히 독일 암베르크에 위치한 지멘스 공장은 스마트 팩토리의 성공 사례이자 표준 모델로 주목받고 있다. 아주 매끄럽게 통합(Seamless Integration)된 제조공정 플랫폼에서 매년 1천여 종의 제품을 1200만 개 생산하면서도 불량률이 0.001%에 그치는 등 기존 시설보다 약 8배 생산성을 향상시켰다. 또한 매일 생기는 5천만 개의 공정 정보를 시스템에 저장해 모든 제품의 수명주기를 추적할 수 있다.
   
▲ '4차 산업혁명'으로 불리는 '디지털 매뉴팩처링'은 인공지능(AI), 가상현실(VR), 증강현실(AR) 기술을 활용해 제조업에 새로운 패러다임을 일으키고 있다. 2016년 6월 대만 타이베이 '컴퓨텍스 2016'에서 관람객들이 VR체험을 하고 있다. REUTERS
미국 정부도 2012년 자국 내 제조업 활성화를 위해 ‘첨단 제조업 혁신 계획’이라는 정책적 이니셔티브를 수립해 시행하고 있다. 15개 제조혁신기구(Institute for Manufacturing Innovation)를 구축한 데 이어, 10억달러(약 1조1200억원)를 투입한 ‘제조업 혁신을 위한 국가 네트워크’(National Network for Manufacturing Innovation) 프로그램을 통해 산학연과 지역 및 국가 조직 기반의 네트워크를 구축해 연구소와 실제 현장 사이의 격차를 최소화하고 있다.
 
미 국방부로부터 5천만달러(약 560억원)의 투자를 받아 시카고에 설립된 플래그십 연구소인 DMDII(Design Manufac-turing and Design Innovation Institute)는 디지털 매뉴팩처링 기술의 개발부터 실증 및 상용화 연구를 하고 있다. 또한 미국 정부는 법인세 인하, 국내 이전 기업의 인센티브 확대 등 세제 혜택을 강화해 해외 진출 기업을 대상으로 ‘리쇼링(Reshoring·해외에 나가 있는 기업들을 각종 세제 혜택과 규제 완화 등을 통해 자국으로 불러들이는 정책 -편집자) 장려’ 정책을 추진하고 있다.
 
세계 1위의 제조 대국이지만 노동비용 인상 등의 문제로 성장 정체기를 맞은 중국은 2025년까지 제조 강국으로 재도약하기 위해 ‘메이드 인 차이나(Made in China) 2025’를 수립하고, 3단계에 걸쳐 중국 제조업을 독일과 일본 수준으로 고도화하겠다는 계획을 발표했다. 연구·개발(R&D) 투자를 지속적으로 확대해 기반기술 및 기초기술 역량을 강화하고, 취약한 품질 문제를 개선하기 위해 강력한 지원책을 마련하고 있다.
 
제조업은 한국의 급격한 경제성장을 이끌어준 기반이지만 최근에는 인구 고령화, 베트남 등 동남아시아 국가로의 생산시설 이전 등으로 생산성이 둔화하는 실정이다. 이에 따라 한국 정부도 국내 제조업 발전을 위해 ‘제조업 3.0’을 발표했으며, 그 일환으로 스마트 팩토리 보급 및 확산 사업을 추진해 2020년까지 중소·중견기업 공장의 3분의 1을 스마트화한다는 계획을 세웠다.
 
삼성전자·LG전자·현대자동차 등 국내 대기업이 지원하며, 포스코는 광양제철소를 스마트 팩토리로 전환하려는 사업을 진행하고 있다. 또한 한국기계연구원을 주축으로 시뮬레이션 프로그램을 개발하고 있다.
 
우주항공·자동차 분야서 활발히 적용
 
디지털 매뉴팩처링 기술은 특히 우주항공과 자동차 분야를 중심으로 활발하게 적용되고 있다. 건강관리 분야에서도 최근 디지털 매뉴팩처링 기술을 도입하기 시작했다. 디지털 매뉴팩처링을 주도하는 업체로 세계 1위의 3차원(3D) 프린터 제조사인 스트라타시스(Stratasys)와 시스코시스템스(Cisco Systems) 등을 꼽을 수 있다.
 
스트라타시스는 시제품 제작부터 방위항공, 소비재, 자동차, 건강관리 산업까지 폭넓게 활약하고 있다. 시스코시스템스는 소프트웨어 및 플랫폼을 제공해 다양한 공정에서 지능형 네트워크 솔루션을 구현해 실시간 데이터 교환 및 분석을 가능하게 하고 있다. 이 밖에 오토데스크(Autodesk), GE디지털, 지멘스, ABB 등에서 디지털 매뉴팩처링 및 스마트 팩토리 구현을 위한 연구·개발을 확대하고 있다. 프로스트앤드설리번은 2016년부터 2021년까지 5년간 디지털 매뉴팩처링 기술의 로드맵을 다음과 같이 제시한다.
 
  • 2016년 3D 설계 및 모델링, 디지털 시제품화, 디지털 툴 통합
  • 2017년 제품 수명주기 관리, 공장 데이터의 디지털 관리, 빠른 시제품
  • 2018년 실제 시스템 통합, 환경 실시간 모니터링(MES) 도입 확대, 단일 네트워크 프로세스 환경 조성
  • 2019년 무선 및 스마트 시스템 통합, 통합 엔지니어링 및 프로젝트 관리, 가상현실 및 자기조직화 도입, 디지털 이니셔티브 구현을 위한 통합 플랫폼
  • 2020년 통합, 클라우드 기반 관리, 다양한 수준의 시뮬레이션 및 모델링, 3D 프린팅을 통한 대량생산
  • 2021년 인더스트리 4.0 및 스마트 팩토리의 도래
 
디지털 매뉴팩처링은 현재진행형인 기술로서 중요한 기밀 정보가 플랫폼상에 연결, 공유 및 전송이 되다보니 데이터가 조작 혹은 해킹될 수 있는 보안상 취약점이 있다. 또한 디지털 매뉴팩처링에 속하는 소프트웨어, 제조 공정 및 디지털 플랫폼은 대부분 첨단 혁신 기술로서 흐름을 따라가기 위해 주기적으로 업그레이드해야 하기 때문에 막대한 초기비용이 든다.
 
여기에 분야의 특수성 탓에 전문성을 쌓기 위해 초기에 많은 시간이 드는 만큼 복잡한 기술을 효과적이고 적절하게 사용하는 엔지니어와 공장 전문가 육성이 요구된다.
 
 
 
* 프로스트앤드설리번(Frost & Sullivan)은 고객 성장의 가속화를 위해 협력하는 ‘성장 파트너’로서 팀리서치(TEAM Research), 그로스컨설팅(Growth Consulting), 그로스팀멤버십(Growth Team Membership) 프로그램을 통해 고객이 효과적인 성장 전략을 수립·평가·실행할 수 있는 성장 위주의 문화를 창조할 수 있도록 지원하고 있다. 또한 50년 이상의 경험을 바탕으로 6대륙 40개 이상 사무소에서 1천여 개 글로벌 기업, 새로운 비즈니스 분야 및 투자계와 협력하고 있다.
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