[4차 산업혁명 시리즈] ⑤ 스마트 팩토리의 정의와 발전방향

처음 4차 산업혁명이라는 개념이 생긴 이래로 많은 사람들이 4차 산업혁명에 대해 궁금해하고 그것이 가져올 미래의 모습을 예측하고 있다. 4차 산업혁명이 세간의 주목을 받는 이유는 이것이 가까운 미래에 많은 변화를 가져올 것이라 생각하기 때문이다. 그도 그럴 것이 지금까지 일어났던 산업혁명은 우리의 삶의 방식을 많이 바꿔왔다. 특히 제조 산업의 생태계와 구조 자체에 말 그대로 ‘혁명’을 가져왔기 때문이다.

20세기까지의 제조업은 컴퓨터와 제어기술의 발달 그리고 컨베이너밸트를 이용한 생산라인의 개발로 생산량과 효율 면에서 괄목할만한 성장을 이어갔다. 그러나 사람들의 기대와는 달리 공장의 완전 무인화/ 자동화는 현실적으로 불가능했다. 소비자들의 요구를 즉각적으로 반영하기에는 생산 시스템의 유연성이 떨어졌고 비용도 너무 많이 들기 때문이다. 21세기 시장에서 가장 중요하게 인식되는 요소는 바로 소비자들의 요구를 얼마나 유연하게 반영하고 빠르게 생산해낼 수 있느냐다. 스마트폰 시장을 보더라도 하나의 제품 주기가 2년을 넘어가지 않는다. 이러한 상황에서 현재의 제조업은 시장의 요구에 바로 대응할 수 있도록 진화해야하는 배경 가운데 놓여있다.

이와 같이 현재의 제조 공장이 위와 같은 요구조건을 충족시키기 위해서는 이전과는 다른 혁신이 필요했고 자연스럽게 ‘스마트 팩토리’의 필요성이 주목받고있다. 또한 독일에서 출발한 인더스트리4.0에서도 4차 산업혁명의 가장 핵심 동력원으로 ‘스마트 팩토리’를 말하고 있다. 그렇다면 과연 스마트 팩토리란 무엇인가? 사람마다 정의가 조금씩 다르지만 독일의 위키피디아에서는 다음과 같이 정의하고있다.

 “스마트 팩토리는 제조 장비와 물류 시스템들이 인간의 개입 없이 폭넓게 자율적으로 조절되고 운용되는 공장이다. 스마트 팩토리의 기술적인 기반은 사물인터넷의 도움으로 상호 커뮤니케이션하는 사이버물리시스템들이다. 이 미래 시나리오의 중요한 부분은 제품이 제조 장비와 커뮤니케이션한다는 것이다. 제품은 자신의 제조 정보를 스스로 보유하고 제조 장비로 전달한다. 이 정보에 기반해 제조 공정과 제조 장비를 포함하는 제품의 다음 공정 흐름이 자율적으로 제어된다.”

위 정의에서 생각해 볼 때 스마트 팩토리를 다음과 같이 표현해볼 수 있을 것이다.

스마트 팩토리 = 물리적 객체, 임베디드 시스템 + 디지털 네트워크 + 자율 제어 및 기계학습 + 상호 커뮤니케이션

그렇다면 이러한 스마트 팩토리를 구현하기 위한 요소기술에는 어떤 것들이 있을까? 스마트 팩토리를 가능하게 해주는 3대 신기술에는 사이버물리제조시스템, 사물인터넷, 빅데이터 기술이다. 그리고 이를 가능하게 해주는 스마트 센서, 인공지능, 무선통신, 증강현실, 자율협동로봇과 같은 세부 요소들이 있다. 모든 공장이 이런 기술들을 모두 갖출 필요는 없지만 궁극적으로 바라는 스마트 팩토리에서는 어떤 하나의 요소도 빠질 수 없을 것이다. 그렇다면 각각의 기술 중 3대 신기술을 간단하게 소개해보고자 한다.

1. 사이버물리제조시스템
사이버물리제조시스템이란 스마트 팩토리를 구성하는 모든 기계나 생산 요소들이 디지털화되어 인터넷으로 상호 연결돼있는 시스템을 말한다. 스마트자재들은 자신의 특성을 RFID와 같은 장치에 데이터를 저장하고 이 정보가 인식되면 스마트팩토리는 다음 공정 경로를 자율적으로 제어하고 계획하여 제품을 생산하게 된다. 그리고 이 제품이 생산되면서 발생하는 모든 데이터는 저장되고 실시간 반영되어 다음 공정에 영향을 미칠 수 있고 소비자와 상호 소통할 수도 있다.

2. 사물인터넷
사물인터넷은 사물에 센서와 통신기능을 내장해 인터넷과 연결하는 기술이다. 이 개념은 이미 인터넷이 나타나던 시기부터 생겼지만 사물인터넷의 활용성이 부각되면서 스마트 팩토리에서 빠질 수 없는 기반기술이 되고 있다. 사물인터넷은 스마트 팩토리에서 사람과 기계, 자재, 그리고 생산 방법을 연결시켜주는 인프라를 구성한다. 이것이 가능해지면 공장 내 데이터 교환이 빠르게 가능해지고 생산라인의 유연성과 효율성이 증대될 것이다.

3. 빅데이터
사물인터넷과 같은 스마트 디바이스의 센서로부터 얻어지는 수많은 정보들과 데이터들을 목적에 맞게 가공하고 관리하기 위해서는 빅데이터 기술이 필수적이다. 실시간으로 수집되는 이러한 데이터들은 기존의 데이터베이스 도구로는 처리될 수 없다. 따라서 이러한 데이터들은 빅데이터기술로 처리되어 순간순간의 생산 의사결정이 이루어져야 한다.

이러한 스마트 팩토리가 가져올 미래는 어떠한 모습일까? 만약 이러한 기술들이 실현되고 스마트 팩토리가 가능해지면 제조 공장은 높은 자율성과 효율성을 가지게 될 것이다. 또한 수직적 중앙집권적 생산이 아닌 각각의 요소들이 분권화 되어 최적의 방안을 수행하게 된다. 그리고 제품으로부터 얻은 데이터와 고객의 요구를 즉각 대응할 수 있는 고객 중심 제조가 가능하게 된다. 기존의 제조 시스템은 품질, 원가, 납기에 제품의 다양성이 제한됐다면 스마트팩토리는 개인 맞춤 제품을 생산을 하면서 소비자의 만족을 극도로 끌어올릴 수 있을 것이다.


혹자는 이러한 4차 산업혁명이 많은 사람들을 실업으로 내몰지 않을까 염려하기도 한다. 하지만 지금까지 산업혁명을 거치면서 공장은 점점 자율화되고 자동화 되었어도 그것이 실업률로 직결되지는 않았다. 물론 제조업 분야에서 사라지는 직업들이 많아질 것이다. 그러나 스마트 팩토리의 실현은 사람들을 단순한 반복적인 작업에서 해방시키고 보다 창의적이고 창조적인 일에 집중할 수 있도록 이끌 것이다. 그리고 이것이 또 다음 산업혁명으로 이끄는 원동력이 될 것이다. 지금도 이미 세계 각지에서 스마트 팩토리를 위한 프로젝트들이 진행중이다. 아직 모든 기술이 성숙하지는 않지만 다가올 미래에 준비하지 않는다면 선두주자와 좁힐 수 없는 격차를 갖을 수도 있다. 그렇기 때문에 우리는 좀 더 스마트 팩토리에 관심을 기울이고 한 단계씩 기술을 구축하는 노력을 하는 것이 우리들의 경쟁력이 될 것이라 믿는다.




글쓴이: 임대규 석사과정(dgyo3784@snu.ac.kr)
소속: 지능형융합시스템전공
관심분야: 휴머노이드 보행, 상태 추정