세계 스마트공장 시장은 연평균 9.3% 성장 예상되며, 아시아태평양 시장은 가장 큰 시장이 될 것으로 예상
제조업 기술, 하드웨어, 소프트웨어 등의 요소기술의 연동을 통한 전 제조과정의 통합 및 생산성 향상을 목표로 스마트공장 기술 개발 필요
The global smart factory market is expected to grow at an average annual rate of 9.3%, and the Asia-Pacific market is expected to be the largest market
Smart factory technology should be developed aiming at integration of manufacturing process and productivity improvement through convergence of element technology such as manufacturing technology, hardware, and software
스마트공장은 ICT와 제조 기술이 융합되어 제조공정이 통합을 통해 생산성 향상과 수익성 증대를 추구하는 공장
스마트공장 구현은 단순히 공장자동화가 아니라, 전 제조공정을 통합하는 과정
스마트 공장은 원부자재 생산·공급, 생산운영, 연구개발, 유통, 물류, 폐기 등 제조 전체 과정에 정보 통신 기술(ICT)을 적용하여 생산성, 품질, 고객만족도 등을 향상시킬 수 있는 공장
스마트공장은 IoT, CPS(Cyber Physical Systems), 인공지능, 빅데이터, 클라우드 컴퓨팅 등 ICT와 제조업 기술을 융합하여 공장 내의 장비, 부품들이 연결 및 상호 소통하는 생산체계
다양한 센서, 액추에이터, 제어기, 각종 모바일 디바이스로부터 데이터를 수집하는 산업 IoT(Industrial of Internet of Things) 인프라 계층은 상위 시스템과 서비스 계층으로 제어 데이터를 전달
지능형 제어 계층인 CPPS(Cyber Physical Production Systems)은 IoT 계층에서 수집된 공장 데이터를 기반으로 모델링&시뮬레이션을 통해 최적의 공정을 실시간 설계하고 공정을 재구성하여, 고객의 다양한 생산요구 및 시스템 오류에 대응
지능형 관리계층인 IIoS(Industrial Internet of Services) 계층은 기존 공정관리시스템인 PLM, SCM, MES, ERP를 플랫폼 서비스화하며, 생산성 향상, 에너지 절감, 안전한 생산 환경을 구현하고, 다품종 복합생산이 가능한 유연한 생산체계 구축을 제공1
세계 스마트 공장 시장은 연평균 9.3% 성장 예상되며, 아시아태평양 시장은 가장 큰 시장이 될 것으로 예상
스마트 공장 시장은 2016년 1,200억 달러이며, 2017년에서 2022년까지 연평균 9.3% 성장할 것으로 예상
스마트 공장 시장은 2016년 1,200억 달러이며, 2017년에서 2022년까지 연평균 9.3% 성장할 것으로 예상2
산업용 로봇의 사용 증가, IoT의 진화, 스마트 자동화 솔루션에 대한 수요 증가, 규정 준수가 스마트 공장 시장의 성장을 주도하는 주요 요인
가장 높은 비율로 성장할 것으로 예상되는 분야는 실시간 데이터 분석을 통해 기업의 비즈니스 데이터를 중앙 집중화하고 다중 작업을 추적을 가능하게 하는 MES(Manufacturing Execution System)임
사람의 실수를 줄이며 생산성을 높일 수 있는 산업용 로봇 시장은 세계 스마트 공장 시장의 최대 점유율을 차지할 것으로 예상
APAC(Asia-Pacific)은 큰 스마트 공장 시장이 될 것으로 예상
2016년 BCC Research 자료에 따르면 APAC가 2020년 가장 높은 시장 비중(39%)과 연평균 성장률(21%)을 기록할 것으로 예상
각국은 제조업의 저성장 및 생산성 하락 문제의 해결책으로 제4차 산업혁명에 따른 제조업의 진화 형태인 스마트 공장 정책 마련
선진 주요 국가는 제조업 관련 제4차 산업혁명 대응 정책을 수립하고 실행3
(미국) 첨단 제조혁신을 통해 국가 경쟁력 강화 및 일자리 창출을 위한 첨단제조파트너십(AMP, Advanced Manufacturing Partnership), 첨단제조업을 위한 국가 전략 수립
* 첨단제조파트너십은 산학 및 정부가 협력하여 신생기술 확보를 위한 제조업 투자를 늘리고, 제조업에 대한 오해를 불식하여 전문가를 늘리며, 세금 개혁 등의 비즈니스 환경 조성 정책을 포함
(독일) 제조업의 주도권을 이어가기 위해 『Industry 4.0』을 발표하고 ICT와 제조업의 융합, 국가 간 표준화를 통한 스마트팩토리 추진
* 인더스트리 4.0은 독일 정부에서 발표한 CPS(Cyber Physical System) 기반 스마트 공장 구축을 위한 범국가 차원의 이니셔티브로 임베디드 시스템 생산 기술과 스마트 생산 프로세스를 결합하여 제조업과 관련 산업의 가치사슬 및 비즈니스 모델을 획기적으로 변화시키기 위한 시도4
( 중국) 혁신형 고부가 산업으로의 재편을 위해 『제조업 2025』를 발표(2015년 5월)하고 30년간 3단계로 나누어 산업구조 고도화 계획 수행
* 제조업 2025는 특허 등 혁신역량, 품질, 생산성 등 질적 성과, IT제조업융합, 친환경 성장 목표로 차세대 정보기술, 고정밀 수치제어 및 로봇, 에너지절약 및 신에너지 자동차, 전력설비 등 10대 산업 성장 추진
(일본) 일본산업부흥전략, 산업 경쟁력강화법을 발표하여 비교우위산업을 발굴, 신시장 창출, 인재육성 및 확보체계개혁 추진
한국은 제조업 패러다임 변화에 따른 전략『 제조업 3.0』발표
IT·SW 융합으로 융합 신산업을 창출하여 새로운 부가가치를 만들고, 우리 제조업만의 경쟁우위를 확보해 나갈 계획
스마트센서, CPS, 3D 프린팅, 에너지 절감, 사물인터넷, 빅데이터, 클라우드, 홀로그램 등 8대 스마트 제조기술에 대한 5년간(’16~’20년)의 기술 개발방향 제시
스마트공장 기술은 제조업 기술, 하드웨어, 소프트웨어 등의 요소 기술 등의 융합 기술
스마트 공장 요소는 스마트공장 시스템 모델에 따라 디바이스, 플랫폼, 어플리케이션으로 구분
하드웨어 디바이스로 스마트 센서5, 센서모듈과 게이트웨어를 연결하는 무선센서 네트워크, 산업용 로봇 기술 등이 필요
플랫폼은 스마트 공장 하위 디바이스에서 입수한 정보를 스마트 공장 서비스에 제공하고, 서비스에서 나온 데이터를 가지고 하드웨어 디바이스를 제어하도록 제공하는 시스템
스마트공장 기술요소 중 IoT, CPS는 스마트 공장 효율화를 실행하는 매개체
IoT 기술은 공장 내 외부 관리 자원을 연결하고 제조 및 서비스를 최적화하기 위한 기술이며 CPS 계층에 데이터 제공
CPS 기술요소는 센서 등의 디바이스와 가상세계의 만들어진 데이터의 연결과 데이터 관리, 분석 및 실제 시스템의 제어 기술
CPS 기술은 센서 융합, 패턴 인식의 물리적 감지, 인공지능 등으로 미래 예측 가능한 자동화 기술, 인공지능을 통한 협동 및 합의, 의도 파악과 인간 모델링을 통한 인간과 기계의 상호작용, 머신 러닝 기술6
CPS를 위한 기본 소프트웨어 기술은 병렬, 분산, 실시간 컴퓨팅, 미들웨어, 플랫폼, SW설계 및 테스트, OS 기술 등
스마트공장 기술은 제조업 기술, 하드웨어, 소프트웨어 등의 요소 기술도 중요하나, 각 기술의 연동을 통한 전 제조과정의 통합 및 생산성 향상을 목표로 기술 개발
스마트공장 기술 중 소프트웨어 요소 기술로써 CPS는 모델링 및 시뮬레이션을 제공하여 공장 최적의 운영 방법 지원
각 기술의 연동 및 신기술을 이용한 제조과정을 효율화하여 생산성을 높일 수 있는 스마트 공장 기술7
공정수행의 효율성과 품질 측면에서 제조공정의 최적화를 위해 정·동적인 운동 특성, 구동부의 제어 특성, 가공공정 특성을 통합하여 가공공정, 장비의 구동 등을 시현하는 가상장비 모델링 및 시뮬레이션
짧아지는 제품 수명 주기와 제품 다양화 등에 대비하기 위해 민첩한 생산, 품질 요구에 대한 동적 대응, 공정변화에 대한 실시간 대응, 자율 최적화 등을 가능하게 하는 첨단 지능화, 인지 및 지능 에이전트 기능들을 가진 유연 자율 생산 시스템
시사점
스마트공장을 확대하고 기대한 효과를 발생시키기 위해서는 제조기술과 하드웨어, 소프트웨어 각각의 기술을 발전시키고 융합하는 것이 필요
스마트 공장은 단순히 기존의 작업을 자동화시키는 것이 아니라, 단순 반복적인 작업은 자동화시키고, 데이터의 부족이나 작업의 복잡함 등으로 효율성이 나지 않는 일들은 생산성을 높이는 방안이 되어야 함
스마트공장의 효율성과 생산성을 높이기 위해서는 ICT 기술을 통한 기존 프로세스의 자동화가 아닌 제조 프로세스의 혁신이 필요
1 PLM(Product lifecycle management) : 제품의 전 생명 주기를 통해 제품의 관련된 정보와 프로세스를 관리, SCM(supply chain management) : 부품 제공업자로부터 생산자, 배포자, 고객에 이르는 물류의 흐름을 하나의 가치사슬 관점에서 파악하고 필요한 정보가 원활히 흐르도록 지원하는 시스템, MES(Manufacturing Execution System) : 완성품이 나올 때까지 공장의 모든 생산 활동을 데이터로 기록하여 관리하는 시스템, ERP(Enterprise Resource Planning) : 기업 내 생산, 물류, 재무, 회계, 영업, 구매, 재고 등 경영 활동 프로세스들을 관리하여, 기업에서 빠른 의사결정을 도와주는 시스템
2 Markets and Markets(2017.4), Smart Factory Market by Technology (DCS, PLC, MES, ERP, SCADA, PAM, HMI, PLM), Component (Sensors, Industrial Robots, Machine Vision Systems, Industrial 3D Printing), End-User Industry, and Region - Global Forecast to 2022
3 융합정책연구센터(2017.2.), 제4차 산업혁명과 국내외 스마트 공장 산업동향, p2
4 산업통상자원부, KIAT(2017.3.), GT 심층분석보고서, 독일 인더스트리 4.0-스마트 공장
5 제조업에서의 다양한 정보를 감지할 수 있는 센싱 소자와 신호처리가 결합하여 데이터 처리 자동보정 자가진단 의사결정 기능을 수행하는 소형 경량 다기능 센서
6 a catech(2015.3.), Integrated research agenda Cyber physical systems
![[그림 1] 다쏘시스템의 가상디지털 공정 솔루션‘ 델미아(DELMIA)’](/webroot/lib/fileman/Uploads/post_images/2017_09/월간SW1709_24p_01.png)
![[그림 2] 스마트 공장 개념도](/webroot/lib/fileman/Uploads/post_images/2017_09/월간SW1709_25p_01.png)
