4차산업혁명-인더스트리 4.0

4차 산업혁명-인더스트리 4.0-생산 공정 패러다임의 전환

사물인터넷이 연결되고 로봇과 인공지능이 활동하면서 공장들은 더 좋은 물건을 더 빨리 만들어내기 시작했습니다. 기술의 혁명적 변화에 주목하는 이유는 짧은 시간에 모든 것을 바꾸어놓는 파괴력과 창조성에 있습니다. 이런 변화에 발맞추어 독일은 2010년부터 제조업의 중요성을 깨닫고 새로운 패러다임으로 빠르게 전환하기 시작했습니다. 이에 독일은 인터스트리 4.0을 내세웁니다. 인더스트리 4.0은 독일 정부가 발표한 스마트 공장 구축을 위한 전략을 말합니다. 제조업으로 대표되는 전통 사업에 사물인터넷 같은 정보통신 기술을 결합하여 지능형 스마트 공장(Smart factory)으로 진화하자는 내용을 골자로 하고 있습니다. 인더스트리 4.0을 제조업의 혁명 또는 생산 공장의 혁명이라고 부르는 이유가 여기에 있습니다.

정보통신 기술을 통해 공장의 기계, 산업 장비, 부품들은 서로 정보와 데이터를 자동으로 주고받으며 기계마다 인공지능이 설치돼 모든 작업과정이 통제됩니다. 사람의 직접 개입이 없이 수리 작업도 할 수 있게 만드는 것입니다.

인더스트리 4.0은 몇 가지 기술들을 중심으로 합니다. 분산형(distributed) 지능 시스템, 자율형 프로세스 관리와 같은 첨단 기술의 임베디드 시스템(embedded system), 사물인터넷과 데이터 관련 서비스인 네트워크 기술, 인공지능과 3D 프린팅 등이 결합하여 만든 새로운 제조 프로세스입니다.

분산형 지능 시스템은 사람이 직접 통제하는 중앙 집권형 관리 시스템이 아니라 제품과 기계 사이의 데이터 교환이 커뮤니케이션을 통해 스스로 판단하고 통제하는 생산 방식입니다.

사물인터넷 관련 각종 센서들은 다양한 데이터를 수집하고, 그 빅데이터는 클라우드(Cloud) 서버 컴퓨터에 저장되어 인공지능이 인간 대신 분석 작업을 합니다. 쉽게 말하면 사람의 개입과 공력을 최소화하고 기계들끼리 알아서 공장을 돌아가게 만든다는 말입니다.

 

 

 

 

로봇이 생산하고 즉시 유통한다.

스마트 공장의 생산 방식을 인더스트리 4.0에서는 사이버 물리 시스템(CPS, cyber physical system)이라고 부릅니다. 사이버물리시스템 안에서 공장의 장치들은 사물인터넷 기술을 기반으로 서로 통신하며 작업을 수행합니다. 사이버 물리 시스템은 물리적 세계와 디지털 세계를 연결하는 가상 시스템으로서 센싱, 데이터 수집, 저장, 분석, 제어 기술들의 집합체이며 사물인터넷과 비슷한 의미를 담고 있습니다.

사이버물리시스템을 디지털 트윈이라고도 부릅니다. 물리적 존재와 디지털 존재가 연결된 시스템, 또는 물리적 물체의 디지털 표현이라는 뜻입니다. 디지털 트윈(Digital twin)은 현실 사물의 쌍둥이를 데이터로 만들고, 현실에서 발생할 수 있는 상황을 컴퓨터로 시뮬레이이션하여 결과를 미리 예측하는 기술로서 인더스트리 4.0의 구체적 트렌드이기도 합니다.

독일 제조업 입장에서는 저렴한 인건비를 내세우는 중국이나 제3세계와 경쟁을 했을 때 승산이 없습니다. 그래서 그동안 제조 공장을 제3세계로 이전시키는 전략을 선택하였습니다. 그러나 이 전략은 품질 측면에서 우위를 점하고 독보적인 브랜드 가치를 지키는 데에 한계가 있었습니다. 따라서 높은 품질을 유지하며 높은 수익성을 확보하는 새로운 전략으로 인더스트리 4.0을 선택한 것입니다.

 

스마트 공장에서는 노동자가 생산에 직접 참여하는 비중을 줄이는 대신, 창의적 기술 개발과 혁신을 통해 제조업의 경쟁력을 강화하게 됩니다. 인구 감소 현상이 두드러진 독일 또는 선진국이 중국 같은 신흥국과 경쟁하겠다는 의도인 것입니다.

세계 2위의 스포츠 용품 업체인 아디다스의 '스피디 팩토리'는 인더스트리 4.0의 대표적인 성공 사례입니다. 아디다스는 지난 1993년부터 운동화 생산 공장을 아시아로 이전하였는데, 2016년부터 독일 내에서 운동화 생산을 재개하였습니다. 중국 등 아시아에서는 운동화를 수작업으로 만들었지만, 스피드 팩토리에서는 로봇이 제작합니다. 로봇 생산비가 아시아 지역의 인건비보다 저렴한 데다, 새로운 트렌드를 즉각 반영해 빠르게 제작하고 즉시 유통할 수 있기 때문입니다.

 

 

 

 

소비자의 취향, 요구대로 디자인한다.

인더스트리 4.0은 표준화된 제품의 대량 생산 방식의 다음 단계인 대량 맟춤화(Mass customization)를 넘어서는, 개인 맟춤형 생산을 지향합니다. 대량 맞춤화는 개발된 모듈들을 조합하여 다양한 제품을 대량으로 생산하는 반면, 개인 맟춤형 생산은 개인이 제안한 디자인까지 수용하는 방식입니다.

인더스트리4.0은 시장과 소비자의 변화에 따라 유연하게 대응하면서 개인화되는 요구에 적합한 상품을 생산하는 새로운 유형의 생산 체계를 의미합니다. 인간과 기계가 협력하는 또는 자동으로 대응하는 사이버 물리 시스템을 기반으로 합니다.

예를 들어 기존의 오토바이 생산 시트템은 엔지니어가 중앙에서 관리하는 자동화 시스템으로 표준화된 대량 생산 방식이었습니다. 하지만 오토바이 소비자들은 자신들만의 특별한 요구와 취향이 있어서 따로 튜닝 작업을 합니다. 튜닝은 오토바이가 출시되고 구매된 이후의 과정입니다. 인더스트리 4.0에서는 오토바이 생산 공장에서 소비자 개인별 디자인을 반영해서 맞춤 제작을 합니다. 

부품과 제품이 주체가 되어 기계 설비와 데이터를 주고받으면서 스스로 이 작업이 이루어집니다.

 

 

 

 

개인 맞춤형 제작은 전통적 조립 라인이 아닌 생산 프로세스의 모듈이 최적의 조합을 하여 생산하는 방식입니다. 사이버 물리 시스템은 스스로 자신이 누구인지를 정의할 수 있으며, 시스템 자신이 제공하는 서비스를 다른 시스템에 자동으로 알려줄 수 있습니다. 또한 전통적 조립 라인과도 결합하여 진행할 수 있습니다.

그러나 독일의 인터스트리 4.0은 단순히 소비자들의 요구가 다양해지는 트렌드에 적응하기 위한 시도가 아닙니다. 또 기업 개별 단위의 전략이 아닙니다. 이보다는 가치 네트워크를 실시간에 작동하게 만든다는 점에 주목할 필요가 있습니다. 독일은 인더스트리 4.0 설비를 통해 자동차, 엔지니어링, 전자 등 주력 산업의 경쟁력을 한 단계 더 끌어올리면서 사이버물 리스템 설비를 수출하는 것을 목표로 하고 있습니다.

독일 연방 경제 에너지부(BMW)는 제조업의 디지털화에 따라 기존의 제조 시스템은 붕괴할 것으로 예상합니다. 하지만 인더스트리 4.0은 하나의 특정한 기술이 아니라 제조업과 생산공장의 패러다임의 전환입니다.

제조업이 중요한 비중을 차지하고 있는 사회에서는 앞으로 사이버 물리 시스템이 어떻게 노동을 고도화하면서 양질의 일자리를 만들어낼 수 있는지, 노동자와 협업하면서도 높은 부가가치를 창할 것인지에 대한 과제가 놓여 있습니다.

 

 

 

디지털 트윈(Digital twin)

디지털 세계는 아날로그는 세계를 담고 있지만 아날로그 세계 또한 영원한 존재한다. 상품을 거래하고 인터넷 뱅킹을 하고 컴퓨터로 일하고 공부하며, 소셜 미디어를 통해 친구들과 이야기를 나누며 애인이나 동료에게 이메일을 보내는 행위들은 디지털 사물을 다루어 아날로그 물질을 다루는 활동입니다. 눈부신 기술 혁명에도 불구하고 디지털 세계는 운명적으로 아날로그 세계와 쌍둥이(twin) 관계입니다.

 

 

 

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