<1주차 학습목표>
1-1 스마트팩토리의 정의 및 기본적인 개념을 학습한다
1-2 산업혁명 발전 단계별 제조산업의 특징 및 스마트팩토리와의 관련성을 학습한다
1-3 산업혁명 발전단계별 제조산업의 특징과 요구되는 기술에 대하여 학습하고, 반도체/디스플레이 산업에 적용된 스마트팩토리의 대표적인 7대 기능요소를 살펴본다
<1주차 학습내용> 스마트팩토리란?
1-1 스마트팩토리의 기본개념
스마트팩토리란?
- 2011년 독일 하노버 산업박람회(Hannover Messe) 언급
- “스마트팩토리는 인더스트리 4.0의 핵심 구성요소 (Smart factories
constitute a key feature of Industrie 4.0, Kagermann et al., 2013, p. 19) - “The Smart Factory is defined as a factory that context- aware assists people and machines in execution of their tasks.” (Lucke, Constantinescu, & Westkämper, 2008, p. 115)
- 이전부터 수많은 논문에서 생산자동화시스템, 스마트 팩토리, 자가개선공장(Self-Improving Factory), 스마트 메뉴팩처링 시스템 (Smart Manufacturing System) 등 다양하고 일반화된 형태로 언급되었음 (Jin, et al., 2016)
- 2011년 독일 하노버 산업박람회(Hannover Messe) 언급
스마트팩토리는 최근 들어서 많이 거론되고 있지만, 스마트팩토리라는 이름으로 불리지 않았을 뿐이지 구조적이거나 기능적인 모습은 사실 오래전부터 있었습니다.
산업의 여러 현장에서 존재해 왔고, 특히 반도체나 디스플레이, 첨단 it 산업의 제조 현장에서는 이미 오래전부터 높은 수준으로 적용돼서 오늘날까지 지속적으로 그 기능이 개선되고 또 범위가 넓어지고 있는 상태입니다.
그래서 스마트팩토리라는 용어 자체는 논문에서 찾아보면 2008년 당시부터 스마트팩토리라는 용어가 나오기 시작했으며, 본격적으로 스마트팩토리가 사람들 입에 오르내리기 시작했던 계기는 2011년 독일 하노버 산업박람회에서 처음으로 언급이 됐습니다.
- “스마트팩토리는 인더스트리 4.0의 핵심 구성요소 (Smart factories
constitute a key feature of Industrie 4.0, Kagermann et al., 2013, p. 19)
독일의 산업에 대한 정책 방향을 수립하기 위한 제안서에 스마트팩토리, 인더스트리 4.0의 가치가 나옵니다.
그 중에 스마트팩토리같은 경우는 인더스트리 4.0의 핵심 스터디 그룹으로 자리매김하면서 스마트팩토리를 추진하는 전략에 대해서 하노버 산업박람회에서 처음으로 언급된 것이 산업계에 많은 임팩트를 줬습니다.
그래서 그런 것들이 최근 들어서 유럽 중심으로 미국 중심으로 혹은 일본, 한국, 중국, 각각 영역별로, 개별 국가별로, 혹은 지역별로 해서 스마트팩토리에 대한 발전 전략이 지금 수립되고 있고,
그 전략에 따라서 개별적으로 프로젝트라든가 실제 구현 가능한 수준의 스마트팩토리가 작동된 것들을 시험적으로 모델링해서 운영을 하는 상황입니다.
하지만 이미 반도체나 디스플레이처럼 첨단 it, 혹은 자동차라든가 철강 처럼 대규모의 자원이 수반되는 산업에서는 이미 스마트팩토리가 전반적으로 적용이 되어 있습니다.
보다 더 그 기능을 확산하기 위한 노력들이 지금 펼쳐지고 있다고 생각하시면 되겠습니다.
- 이전부터 수많은 논문에서 생산자동화시스템, 스마트 팩토리, 자가개선공장(Self-Improving Factory), 스마트 메뉴팩처링 시스템 (Smart Manufacturing System) 등 다양하고 일반화된 형태로 언급되었음 (Jin, et al., 2016)
이전부터 수많은 논문이나 여러가지 business case의 사례 연구들로부터 스마트팩토리라는 이름하고 똑같지는 않지만 비슷한 개념들이 많이 이제 일컬어져 왔습니다.
예를 들면 생산 자동화 시스템이라든지 자가개선공장, Self-Improving Factory라든지 아니면 미국에서 요즘 얘기하고 있는 시스템인 Smart Manufacturing System등 다양하고 일반화된 형태로 언급되어 왔고 앞으로도 이런 변화는 계속될 거라고 생각됩니다.
왜냐하면 스마트팩토리는 아직 개념적으로 완전하게 정립되었다기 보다는 주로 사례에서 나타나는 기능적, 구조적인 모습을 기반으로 설명하거나 향후 추진을 해야 하는 방안에 대해서 언급하고 있습니다.
그리고 각 산업 분야에서는 새로운 분야에 적용할 때마다 발생하는 다양한 형태의 스마트팩토리가 나타나는 것이 현재의 현상이고, 사실이라고 말씀드릴 수가 있기 때문에 앞으로도 이런 변화는 지속적으로 계속될것입니다.
- “The Smart Factory is defined as a factory that context- aware assists people and machines in execution of their tasks.” (Lucke, Constantinescu, & Westkämper, 2008, p. 115)
이런 스마트팩토리가 왜 독일 하노버 산업박람회에서 전략적인 정책 추진을 발표하고 했을까요? 스마트팩토리가 그만큼 중요하기 때문이겠죠.
그런데 이 스마트팩토리에 기능적인 요건이라든가 내용보다도 이 스마트팩토리가 시장 경제에 미치는 영향이 상당히 다양하고 큽니다.
예를 들면 반도체나 디스플레이 산업을 보면 반도체 같은 경우는 장치 산업이라고 보통 얘기를 하죠.
인력보다도 제품을 만드는 공정 설비에 대한 투자 금액이 훨씬 더 클 경우에는 장비가 비싸기 때문에 그런 장비들을 위주로 구성된 산업이라서 장치 산업이라고 표현을 하는데요.
장치 산업에서 제일 중요한 것은 결국은 투자비용입니다.
그런 투자비용을 최적화하려면 결국 투자됐던 비용을 제품의 원가를 최소화하고 시장에 빨리 출시해서 시장을 장악하는 노력이 필요한데 그런 노력들을 하기 위한 기본적인 시스템으로 스마트팩토리를 구성해서 사용하고 있습니다.
그리고 이런 스마트팩토리를 구성을 할 때 장치 산업이기 때문에 수 백대, 수 천대의 장비들을 다 구성을 하려면 장비들에 대한 전체적인 통합이 되게 중요합니다.
그런데 장비 간에 통합을 한다는 얘기는 기계적인 통합 뿐만 아니라 그 장비와 장비 사이의 인더스트리 4.0, 4차 산업혁명의 핵심은 연결(Connected)되어 있다는 것입니다.
장비 간에 연결되어서 "내가 어떤 어떤 제품인데 지금 B번 장비한테 가려고 하는데 준비돼 있어?"라고 제품이 장비한테 얘기를 하거나,
아니면 "나는 A장비인데 지금 b라는 제품을 생산할 수 있어 b라는 제품을 가용한 제품은 나한테 와"
이렇게 얘기할 수 있는, 그러니까 사물과 사물이 서로 자기들끼리 얘기하는 것입니다.
그게 이제 CPS라는 개념인데 이 CPS개념에서 중요한 것이 뭐겠습니까?
장비와 장비가 서로 통신하려면 같은 언어를 써서 해야겠죠. 같은 언어를 써야겠죠.
우리가 한국어를 쓰고 쟤는 영어를 쓰고 이렇게 되면 가운데 늘 번역해주는 무언가가 있어야 되잖아요.
그렇게 되면 비용이 더 들어가고, 속도도 느려지고, 비효율적이기 때문에 이런 통신에 대한 표준을 만드는 것도 중요하다는 얘기죠.
그런데 반도체나 디스플레이 같은 경우는 이미 오래전부터 미국이 그 통신에 대한 규약을 자기네가 만들었어요.
그래서 유럽에서 그런 설비를 만든다 하더라도 그 통신에 대한 규약은 미국의 통신 규약을 따라야 돼요. 무슨 얘기냐면 설비에 대한 표준을 미국이 선점했다고 볼 수 있는 겁니다.
산업 구조에서 가장 중요한 것은 어떻게 보면 그 산업의 표준이라고 말씀드릴 수가 있는데 그 산업을 선점하기 위해서는 그 표준을 먼저 선점하는 자가 승리하는 거죠.
스마트팩토리에 기본적인 개념에 대해서 한번 말씀드리고 싶어요. 스마트팩토리라고 하면 요즘 인공지능, 무인화 이런 것들을 얘기하니까 무조건 "다 자동화되서 기계가 시스템을 만드는 것 아냐?"라고 생각하실 수도 있겠죠.
하지만 과연 그것이 최선일까요? 똑똑한 공장, 무인화, 이렇게 해서 모든 걸 자동화하는 것이 바람직한 걸까요? 스마트팩토리는 똑똑하고 무인화를 맹목적으로 요구하는 것은 아니고요.
딜로이트(Deloitte)같은 경우는 이런 식으로 스마트팩토리를 정의를 했습니다.
광범위한 네트워크에서 성능을 자동적으로 최적화하고, 실시간으로 새로운 조건에 적응하면서 학습하고, 전체 생산 프로세스를 자율적으로 실행할 수 있는 유연한 시스템이 스마트팩토리라고 정의를 내렸습니다.
여기서 시스템이라는 것은 정보 시스템같은 컴퓨터 시스템을 의미하는 게 아니라 생산할 수 있는 산업 구조에서의 업무프로세스, 그리고 이런 정보 시스템, 이런 것들이 모두 함께 어우러진 그런 형태를 시스템이라고 이야기하는거죠.
여기에 딜로이트에서 얘기한 것처럼 스마트팩토리는 무조건 최고를 얘기하는 건 아닙니다.
제가 생각할 때는 스마트팩토리의 가장 핵심적인 단어는 커넥티드(connected)하고 최적화(optimization)입니다.
커넥티드를 하기 위해서는 모든 자재뿐만 아니라 모든 공정, 생산과 관련된 모든 리소스들이 서로 소통할 수 있는 기반을 제공을 해줘야 되고요.
그리고 소통이 전부가 아닙니다. 소통을 하는 것은 결국은 최적화를 하기 위함이에요.
"내가 지금 설비가 준비되어 있는 것 같은데 그 쪽으로 가도 되니?" 그러면 설비가 "나 준비는 되어 있는데 너 지금 여기 오는 것보다 이쪽으로 가는 게 더 빨라"
라고 얘기해 줄 수 있다면 더 빠른 쪽에 가서 생산하는 게 사이클 타임을 줄일 수 있는게 되겠죠. 재공을 줄이거나 아니면 우리가 원하는 생산량이 이만큼인데 그 이상을 생산할 필요도 없겠죠.
생산을 원하는 양만을 생산하면 되겠죠.
물론 이제 산업의 종류에 따라서 틀립니다.
반도체나 디스플레이 같은 경우는 적정 생산량이 있다 하더라도 최대로 많이 생산하는 게 일단은 유리합니다. 왜요? 반도체의 경우는 설비가 워낙 비싸니까 설비를 쉬면 손해에요.
원가가 손해가 생기는 구조의 단가라고 하더라도 설비를 놀리면 더욱더 원가 구조가 악화되는 그런 산업구조가 있어요. 장치 산업이 대부분 그런데요.
그래서 제철소같은 경우도 용광로에서 24시간 철을 녹이는 이유들이 대부분을 장치 산업이기 때문에 그런 겁니다
어쨌거나 이런 스마트팩토리에 가장 기본적인 개념은 전통적인 자동화, ICT기반의 무인화와 같은 것들이 다가 아니에요.
스마트팩토리는 최적화를 목표로 한다고 저는 생각합니다.
이런 최적화에 대한 목적은 기존의 생산 성능 지표들, 예를 들면 사이클 타임이라든지 재공이라든지 아니면 불량률이라든지 아니면 생산량이라든지
이런 것들을 최대화하거나 최소화하는 것이 목적이 아니라 자원을 효율적으로 사용하고,
자원뿐만 아니라 환경, 사람, 그리고 제품, 서비스, 이런 부분을 다 묶어서, 그러니까 우리가 관심을 갖고 있는 어떤 세계에서,
우리가 관심을 가져야 되는 요인들이 전반적으로 모두 만족할 수 있는 효과적인, 효율적인 최적의 어떤 세계를 구축하기 위한 frame work이 스마트팩토리라는 거죠.
그래서 이것은 단순히 제품을 생산하는데만 사용되어서는 안되고, 나아가서는 서비스, 공공시스템, 사회,
전 세계의 모든 가치를 위해서 스마트팩토리의 개념이 적용되어서 이루어졌으면 좋겠다는게 제 생각입니다.
그럼 이런 스마트팩토리는 왜 필요할까요?
- 우리나라의 경제성장의 원동력이며 국제 경쟁력인 운영 최적화 (Operational Excellency)의 강점이 원천기술의 미비, 인건비 상승, 경쟁국 추격 등으로 가치가 희석되고 있음
- 대기업의 외주업체 또는 협력업체라는 위치에서 단순하게 제조성능을 높이거나 원가를 절감하는 생산성 증대 측면으로부터 스마트팩토리 기반 중소기업의 특화된 영역에 대한 새로운 가치를 창출하여 우리나라의 새로운 경쟁력으로 자리매김할 필요성 증대
- 다양한 비즈니스 영역에 스마트팩토리의 개념을 적용하여 새로운 가치발굴에 힘써야 함(스마트 팜, 스마트 시티, 스마트전력, 스마트 모빌리티 등)
- 우리나라의 경제성장의 원동력이며 국제 경쟁력인 운영 최적화 (Operational Excellency)의 강점이 원천기술의 미비, 인건비 상승, 경쟁국 추격 등으로 가치가 희석되고 있음
특히 한국과 같은 경우는 경제 성장의 원동력, 그리고 국제 경쟁력에 강점이라고 할 수 있는 운영 최적화(Operation Excellency) 를 들 수가 있겠습니다.
이 운영 최적화는 우리나라 같은 경우 원천기술이 선진국에 비해서 조금 미비하구요.
그리고 갈수록 인건비도 상승하고, 중국 같은 경쟁국에서 엄청나게 추격을 해 오고 있습니다.
Operation Excellency는 진입 장벽이 그리 높지가 않기 때문에 운영 최적화에 대한 가치가 점차 희석되고 있는 상황입니다.
이런 소프트웨어 운영 기술이라든가 아니면 전체적인 비즈니스 프로세스의 모델링이라든가 이런 것들을 제조, 서비스에 적용해서 스마트팩토리를 운영하는 이런 기술은 소재를 개발하거나 공정 기술을 개발하는 것에 비해서 기술적인 진입장벽이 그렇게 높지 않습니다.
말하자면 저희를 경쟁의 롤모델로 삼고 있는 후발국들이 얼마든지 저희를 모델로 삼아서 닮아갈 수 있고, 더 추격해서 우리보다 더 앞서 갈 수 있다는 그런 얘기도 되겠습니다.
이런 상황에서 지금까지 우리가 강점으로 갖고 있었던 운영 최적화를 더 극대화시켜서 후발 국가와의 격차를 초격차로 만들기 위해서는 이런 스마트팩토리가 꼭 필요합니다.
왜냐하면 기존의 운영 최적화같은 경우는 우리 인력에 대한 성실함이라든지 아니면 우수한 인력들이 거기에 투입되어서 이루어낸 결실이라고 한다면,
이 스마트팩토리를 통해서 ICT기술, 인공지능, IOT, CPS와 같은 기술들을 보다 더 적극적으로 활용해서 지금 우리가 갖고 있는 강점을 보다 더 부각시켜서 아예 따라올 수 없을 정도의 초격차를 만들어 내는 것이 필요합니다.
그래서 스마트팩토리가 더욱 더 필요합니다.
- 대기업의 외주업체 또는 협력업체라는 위치에서 단순하게 제조성능을 높이거나 원가를 절감하는 생산성 증대 측면으로부터 스마트팩토리 기반 중소기업의 특화된 영역에 대한 새로운 가치를 창출하여 우리나라의 새로운 경쟁력으로 자리매김할 필요성 증대
특히 한국같은 경우는 중소기업보다는 일반적으로 대기업 위주로 산업구조가 많이 재편되어 있다고 느끼실 거고 대부분 그렇게 이야기를 합니다.
그래서 지금까지 우리들이 얘기했었던 대기업 위주의 산업경제에서 중소기업이 어떤 가치를 발휘하기 위해서는 외주업체 또는 협력업체라는 위치에서 단순하게 제조 성능을 높이거나 원가를 절감하는 역할을 담당했었던 그런 위치에서부터,
그러니까 기존에는 생산성을 증대하려는 측면이었다고 하면 스마트팩토리를 중소기업 위주로 저변확대를 한다면,
중소 기업에 특화된 영역에 새로운 가치를 부여를 할 수 있고, 그 새로운 가치들이 모여서 또 다른 제2, 제3의 가치가 창출되게 됩니다.
그래서 이런 것들이 우리나라의 새로운 경쟁력으로 자리매김할 필요성이 있기 때문에 스마트팩토리가 특히 우리나라에는 중요하다고 말씀드릴 수가 있겠습니다.
- 다양한 비즈니스 영역에 스마트팩토리의 개념을 적용하여 새로운 가치발굴에 힘써야 함(스마트 팜, 스마트 시티, 스마트전력, 스마트 모빌리티 등)
이런 다양한 비즈니스 특히 중소기업이 결부되어 있는 비즈니스 영역에 스마트팩토리에 개념을 적용해서 새로운 가치 발굴에 힘써야 하는데, 요즘 매스컴이나 신문지상에 나오는 단어들 중에 스마트 자가 붙어 있는 그런 비즈니스 모델들이 많습니다.
스마트 팜, 스마트 시티, 스마트 전력, 스마트 모빌리티, 스마트빌딩 이런 것도 있고 여러가지 많이 있습니다.
이런 것들이 어떻게 보면 기존에는 없던 비즈니스 영역인데 스마트 팩토리, CPS, IOT의 개념을 적용해서 창출되는 비즈니스 영역입니다.
그래서 이런 부분들에 대해서 우리나라가 보다 적극적으로 지원을 하면 기존의 운영 최적화에 대한 경쟁력 뿐만 아니라 새로운 비즈니스에 대한 강점까지 갖출 수 있다고 생각하고 있습니다.
스마트 팩토리 멋집니다~