[ManufactureⅠ]중소 중견 제조기업의 스마트팩토리 구축을 위한 제언

<한국생산기술연구원>

최근 중소기업이 스마트팩토리 구축을 추진할 때 유념해야 할 조언이 연구 기관에서 나와 관심을 끌고 있다. 한국생산기술연구원은 지난 5월 13일 ‘중소 중견 제조기업의 스마트팩토리 구축을 위한 제언’ 보고서(이하 보고서)를 통해 중소 중견 기업이 스마트팩토리 구축에 있어 고려해야 할 점들을 소개했다.




최근 국내 제조업의 위기에 대응하기 위한 해결방안으로 스마트팩토리가 대두되면서 이에 대한 많은 정책과 R&D 프로그램이 추진되고 있다. 하지만 중소 중견 제조 기업에서는 스마트팩토리 도입 방향을 정립하는 데 어려움을 겪고 있어 개념, 관련 산업 구분, 국내외 추진동향 등을 살펴보고 스마트팩토리 추진 전략 및 제언을 제시한다.

스마트팩토리(smart factory)는 공장의 생산설비(시스템)를 기반으로 한 수직적 통합과 고객의 요구사항을 시작으로 하는 제품개발 가치사슬(Value Chain) 기반 수평적 통합이 구현된 공장을 말한다.

스마트팩토리와 관련된 산업은 크게 공장을 하드웨어와 소프트웨어 기술을 공급하는 스마트팩토리 공급 산업과 이러한 스마트팩토리 구축 기술을 도입해 제품을 만드는 스마트팩토리 수요산업으로 구분된다.

최근 국내뿐만 아니라 글로벌 이슈화 되고 있는 스마트팩토리의 개념은 스마트공장, 스마트제조, 디지털 제조, 가상 제조, 유연생산시스템(FMS: Flexible Manufacturing System)/컴퓨터 통합 시스템(CIM: Computer Integrated Manufacturing)/지능화 제조 시스템(IMS: Intelligent Manufacturing System) 등 유사 의미의 단어들이 사용되고 있어 이에 대한 개념적인 정리와 스마트팩토리와 관련된 산업의 구분이 필요하다.

스마트팩토리는 공장의 생산설비(시스템)를 기반으로 한 수직적 통합과 고객의 요구사항을 시작으로 하는 제품개발 가치사슬 기반 수평적 통합이 구현되는 공장을 의미한다.

수직적(생산시스템) 통합은 생산의 효율화를 위해 제품이 생산되는 다양한 설비에서 센서 및 디바이스를 통해 신호를 획득하고, PLC(Programmable Logic Controller) 및 HMI(Human Machine Interface) 등의 제어기술을 통해 설비의 제어를 수행하면서, 생산 프로세스를 관리하기 위한 MES(Manufacturing Execution System)와 창고관리를 위한 WMS(Warehouse Management System) 등을 거쳐 상단의 ERP(Enterprise Resource Planning)에 이르는 유기적 관리를 말하는 개념이다.

수평적(가치사슬) 통합은 제품을 사용하는 고객(B2B의 기업고객 및 B2C의 개인고객을 모두 포함)이 원하는 요구사항을 도출하기 위한 시장조사 및 제품기획 단계를 거쳐, 고객의 요구사항을 충족시키기 위한 제품개발 R&D 단계 및 공정설계 후 제품을 생산해 제품을 고객에게 전달하는 과정 등을 포함하고 있다.

지금까지 생산현장에서 추진했던 공장자동화의 개념은 수직적 통합으로 Factory와 Manufacturing의 범위로 볼 수 있으며 최근 다양해진 고객의 요구사항에 대응하기 위한 수평적 통합 방향을 스마트팩토리의 범위로 볼 수 있다. 결국 스마트팩토리의 출현은 고객의 요구사항 변화에 따른 자연스러운 개념의 발전으로 볼 수 있다.

고객의 다양한 요구사항에 대응하기 위해서는 생산시스템 통합과 가치사슬 통합이 유기적으로 연결돼야 한다. 수직적 수평적 통합을 유기적으로 구현하기 위해 통합(Integration), 연결(Connection), 엔드투엔드 엔지니어링(End-to-End Engineering) 관점에서 다양한 ICT기술(하드웨어, 소프트웨어)이 적용되고 있다.

스마트팩토리와 관련된 산업은 크게 공장을 스마트하게 만드는 하드웨어와 소프트웨어 기술을 공급하는 스마트팩토리 공급산업과 이러한 스마트팩토리 구축 기술을 도입해 제품을 만드는 스마트팩토리 수요산업으로 구분할 수 있다.

스마트팩토리 공급산업은 산업용 네트워크, RFID 시스템, 센서, 산업용 로봇, 3D 프린터, 컨트롤러 등의 하드웨어 기술과 MES, ERP, 빅데이터, 클라우드, 사이버물리 시스템, 시뮬레이션 등의 소프트웨어 기술로 구분할 수 있다

스마트팩토리 수요산업은 자동차, 반도체, 핸드폰, 항공 등 조립 프로세스를 포함하고 있는 이산산업(Discrete Industry)과 정유, 발전, 제지, 제약 등의 연속적인 프로세스를 포함하고 있는 연속공정 산업(Continuous Industry)으로 구분할 수 있다.

스마트팩토리 공급산업에서 구축된 기술은 수요산업의 프로세스와 융합되며 사용자가 원하는 다양한 제품을 스마트하게 생산하게 된다.




해외의 스마트팩토리 보급 현황
전 세계적으로 스마트팩토리 구축기술에서 높은 점유율과 경쟁력을 이미 확보하고 있는 기업은 20개 기업 정도인 것으로 조사됐다. 최근 스마트팩토리의 중요한 철학인 연결성 구현을 위해 기업 간 M&A 및 내부적 통합이 활발히 이뤄지고 있다 제품설계개발 도구인 CAD 전문 제조사인 프랑스의 다쏘시스템즈는 MES 비즈니스 기업인 APRISO을 인수했으며 글로벌 ERP기업인 SAP는 MES 솔루션 공급을 통해 기업 내 운영, 생산 등 모든 데이터의 통합을 추진하고 있다.

독일과 일본은 스마트팩토리 강국으로 선도적 위치를 차지하고 있으며 양국 모두 공급산업에서의 경쟁력을 바탕으로 수요산업, 공급 산업이 균형적으로 발달했다. 특히 독일은 공급기술 육성을 위한 테스트베드 구축(Industry 4.0 & SmartFactoryKL), 대학생 인력 양성(Learning Factory), 기술사업화 및 비즈니스 모델 발굴(Fraunhofer MOEZ)까지 고려한 종합적 전략을 수립해 스마트팩토리 사업을 추진하고 있다

독일은 Industry 4.0(제4차 산업혁명) 프로그램을 통해 미래 제조업 시장의 주도를 구상하고 있다. Industry 4.0 프로그램은 독일연방인공지능연구소(DFKI)의 주관으로 산학연이 참가해 사물인터넷(IoT), 사이버물리시스템, 스마트팩토리(Smart Factory) 등의 연구를 진행하는 2억5천만 유로 규모의 국가적인 프로그램이다.

초기 스마트팩토리 플랫폼 구축은 독일 내 기업과 협력했으나 최근에는 IBM, 화웨이 등을 포함한 46개의 다양한 해외 글로벌 기업 및 기관과의 협업을 추구하고 있다.

일본의 대표적인 공급기업인 미쓰비시는 자사의 스마트팩토리 공급기술인 설비, 로봇, 제어, 센서, 비젼, MES 등을 통합해 기술의 검증, 상용화, 패키징이 가능한 플랫폼을 구축하고 있다. 미쓰비시는 센서-제어-로봇-MES의 수직적 기술을 통합 및 패키징해 산업별 비즈니스를 수행하고 있다.

국내 스마트팩토리 보급사업 추진 현황
산업통상자원부, 미래창조과학부 주도로 8대 핵심 기반기술별 스마트제조 R&D 로드맵 수립, 스마트공장고도화기술개발사업, 스마트공장 보급 확산사업, 사물인터넷융합기술개발사업 등을 통해 스마트팩토리 기술 개발 및 확산에 주력하고 있다.

하지만 스마트팩토리 수요산업 관점에서는 추진 방향에 대한 가이드 및 구체적 로드맵 등이 필요한 상황이며 스마트팩토리 공급산업 입장에서는 국내 스마트팩토리 공급산업의 경쟁력이 글로벌 기업 대비 떨어져 있는 현실을 어떻게 해결할 것인지에 대한 논의가 필요한 시점이다.

국내 스마트팩토리 사업의 경우 주로 OEM 기업의 생산성 향상을 목적으로 진행되고 있다. 장기적으로는 OEM 생산 방식을 넘어서 스마트팩토리 기업으로서의 특화 및 브랜드화가 필요하다고 본다.

국내 스마트팩토리 사업은 공급산업, 수요산업 육성을 상호 연계하는 방식을 통해 OEM 기업의 생산성 증대를 목표로 추진되고 있다.

하지만 독일, 일본 사례에서 보듯 스마트팩토리 산업은 공급수요산업 육성이 필수적이므로 OEM 기업 상태에서 생산성 향상을 추구하기보다 장기적으로는 스마트팩토리 기업 브랜드를 구축할 수 있도록 공급수요산업별로 지원하는 전략이 필요하다.

한국형 스마트팩토리 추진방향을 좀 더 구체적인 전략으로 세분화시키면, 크게 ▲공급기업전략 ▲OEM 기업전략 ▲브랜드 기반 대량생산 기업전략 ▲사용자 맞춤형 기업전략 ▲Factory Maker전략 등의 다섯 가지 전략으로 나눌 수 있다.

스마트팩토리 공급산업 육성을 위해서는 독일과 일본의 추진전략과 마찬가지로 스마트팩토리 구축기술 (하드웨어와 소프트웨어)을 검증할 수 있는 다양한 형태의 테스트베드를 구축해 기술의 검증과 상용화를 진행하는 것이 필요하며, 스마트팩토리 수요산업 육성을 위해서는 국내 제조기업 특성을 반영한 추진전략을 마련해야 한다.

수요산업 육성전략에서 공통적으로 요구되는 부분은 산업별 모델 팩토리 구축이 될 수 있다. 현재 스마트팩토리를 추진한다고 하면, 대부분은 자동화, IoT, 빅데이터 등을 통한 생산성 향상에 초점이 맞춰져 있는 것이 사실이나 수요산업의 제조기업이 원하는 궁극적인 목표는 OEM/ODM 생산방식보다는 자사의 브랜드를 가지는 비즈니스이므로 다양한 고객의 요구사항에 대응할 수 있는 대응 체계 및 시스템 확보가 더 중요할 것이다.

OEM 생산방식의 수요기업의 스마트팩토리 추진을 위해서는 MES, 공정 시뮬레이션 등의 ▲공정관리 플랫폼 도입 ▲설비자동화 및 제조로봇 도입 ▲산업별 모델 팩토리(수요산업 테스트베드) 구축이 필요하다.

OEM 생산방식 기업을 자사 브랜드를 가지는 대량생산(Mass Production) 방식의 수요기업으로 전환하기 위해서는 제품기획 및 비즈니스 모델 발굴 등을 포함하는 제조 서비스화 전략이 추진될 필요가 있다.

대량생산 방식의 수요기업을 사용자의 다양한 요구사항을 대응할 수 있는 사용자 맞춤형(Mass Customization) 생산방식의 수요기업으로 전환하려면 고객(B2B, B2C)의 다양한 요구를 반영한 가치사슬 전체를 통합하기 위한 전략이 추진돼야 한다.

다섯 번째 전략으로 Factory Maker 전략의 경우는 국내 공급기술을 기반으로 부가가치가 높은 영역인 팩토리를 설계(엔지니어링)할 수 있는 역량을 키우는 것이 궁극적인 목표로 볼 수 있다 예를 들어, 자동차와 핸드폰도 제품(Product)이듯이 공장(Factory) 및 플랜트 (Plant)도 하나의 제품으로 볼 수 있다.




ⅰ. 스마트팩토리 공급산업 육성전략
국내 스마트팩토리 공급산업의 경우 많은 기업들이 개발된 공급기술을 검증할 수 있는 대상인 테스트베드 개념의 공장이 필요하다.

국내 대기업과 중소 중견 제조기업의 설비와 운영시스템은 해외 공급기업의 제품으로 구축돼 있는 비율이 높은 것이 현실이며, 변동이나 고장이 발생할 경우 해외 엔지니어가 국내 제조현장을 직접 방문해야 하는 위험성으로 인해 공급기술을 검증하기가 거의 불가능하다. 또한, 많은 중소 중견 제조기업에서는 주문생산방식에 따라 납기를 준수해 제품을 생산해야 하므로 생산일정에 영향을 줄 수 있는 스마트팩토리를 적용할 기회가 제한되어 있다.

테스트베드 구축은 공급기업 뿐만 아니라 수요기업 입장에서도 적용하려는 스마트팩토리 기술의 신뢰성을 확보하고 전사적 차원에서의 스마트팩토리 도입시 ROI를 미리 확인할 수 있는 기반이 될 수 있다. 그런 이유에서 한국생산기술연구원과 UNIST는 공급기업과 수요기업의 요구를 반영해 공동으로 테스트베드를 구축해 운영하고 있다.

ⅱ. 스마트팩토리 수요산업 육성전략
스마트팩토리 수요산업 발전전략 중 OEM 생산방식 수요기업의 스마트화를 위해서는 제품설계 영역보다는 공정설계와 제품생산 단계에서 스마트 기술이 적용돼야 한다.

세부적인 적용 기술로는 ▲MES와 공정 시뮬레이션 기술 등을 포함하는 공정관리 플랫폼 ▲수요산업의 특징을 반영하는 모델 공장 형태의 테스트베드 ▲공정 내 병목현상(bottleneck)을 해결할 수 있는 설비 자동화 및 로봇 도입이 필요하다.

생산기술연구원에서는OEM 생산방식 수요기업 스마트화의 개념을 검증하기 위해 베트남에 진출해 있는 국내 OEM 기업 등을 대상으로 앞서 언급한 기술을 적용해 스마트팩토리를 구축하고 있다.

국내 스마트팩토리 수요기업에 해당하는 국내 중소 중견 제조기업이 기존 공정의 스마트팩토리화를 추진하기 위해서는 제한된 기업의 예산과 인력이 투입돼야 하므로 단기적이고 지엽적인 관점보다는 거시적인 관점에서의 신중한 접근이 필요하다.

국내 중소기업 스마트팩토리 구축에서 유의할 사항 5가지
국내 스마트팩토리 사업은 공급산업, 수요산업 간 연계하는 방식을 통해 OEM 기업의 생산성 향상을 목적으로 추진되고 있다. 하지만 독일, 일본 사례에서 보듯 스마트팩토리 산업은 공급 수요산업 육성이 필수적이므로 OEM 기업 상태를 유지하기보다 장기적으로는 스마트팩토리 브랜드를 구축할 수 있도록 공급수요산업별로 지원하는 전략이 바람직하다고 본다. 또한, 공급산업을 포함해 인력양성의 중요성이 좀 더 심도 있게 논의될 필요가 있다.

한국의 중소 중견 제조 수출기업이 수요산업의 입장에서 스마트팩토리 추진 시 고려해야 할 제언 다섯 가지를 다음과 같이 제시하고자 한다.

첫째, 중소 중견 제조기업과 대기업 간 제품개발 프로세스에 적용되는 기술수준의 차이는 있을 수 있으나 동일한 단계가 있다는 점에서 착안해 기업규모가 아닌 제품개발 단계별 관점에서 접근하는 것이 필요하다. 일반적으로 중소 중견 제조기업에서 스마트팩토리 도입을 추진할 경우 대기업 대비 저가, 저품질의 솔루션을 도입하는 경우가 많다.

하지만 장기적으로는 자사의 프로세스에 호환되지 않을 위험성이 높아지므로 해당 제품 개발 프로세스의 적합성을 우선으로 스마트팩토리 기술을 도입해야 한다.

둘째, 고객에 대한 정의와 해당 고객의 요구사항에 대한 정확한 파악이 중요하다. 제조기업의 고객은 최종제품 사용자뿐 아니라 협력업체, 주주, 종업원 등 다양한 내 외부 고객을 포함한다.

각각의 고객은 상호간 상충될 수 있는 요구사항을 지니고 있으므로 스마트팩토리 구축시 이러한 고객의 요구사항을 사전에 분석해 합의점을 도출한다면 보다 효율적인 사업 추진이 가능할 것이다

셋째, 스마트팩토리 구축에 필요한 예산, 인력 등의 자원 활용방안에 대해 신중하게 접근할 필요가 있다. 중소 중견 제조기업은 대기업과 달리 제한된 자원을 효율적으로 투입해 단기간에 성과를 거둬야 하므로 초기부터 전 공정의 스마트화를 추진하는 것은 현실적으로 어렵다.

기업별로 생산성 향상, 불량률 개선 등 스마트팩토리 도입의 목표가 다르므로 각각의 목표 지표와 연관성이 높은 공정에 집중해 스마트팩토리 기술을 선택적 점진적으로 도입하는 방안이 효과적일 것으로 보인다.

넷째, 목표하는 스마트팩토리와 유사한 형태의 모델 팩토리의 벤치마킹을 통해 스마트팩토리 도입에 대한 리스크를 줄일 필요가 있다. 투자ROI 검증 및 스마트팩토리 관련 솔루션의 기술성, 유지보수, 확장성 등에 대해서도 사전에 종합적인 측면에서 고려하는 과정이 중요하다.

다섯째, 스마트팩토리는 장기적인 안목에서 지속적으로 진행돼야 할 사업이므로 추진동력을 확보하기 위해 스마트팩토리 구축을 위한 비전을 구체화해 제시할 필요가 있다.

무엇보다 현 중소 중견 제조기업의 상황을 고려할 때, 기업 자체적으로 스마트팩토리 구축사업에 필요한 의사결정을 한다는 것은 대단히 어려운 일이기에 정부 및 공공기관에서 시행하는 스마트팩토리 구축 프로그램을 활용하는 것도 도움이 될 수 있을 것이다.