| 박찬석의 물류時論(36) / 제4차산업혁명과 물류산업① | |||
 
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제4차산업혁명과 물류산업① 제4차산업혁명의 이해(1/3)  제4차산업혁명이란?18세기 증기기관 발명, 기계식 생산방식 도입(1784년 최초의 기계식 방직기)으로 생산성이 크게 향상되어 1차 산업혁명(인더스트리 1.0)이 시작되었으며, 19세기 컨베이어벨트(1870년 신시네티 도축장 최초의 컨베이어벨트)가 자동차 공장에 도입되고 증기기관을 대신하는 전기동력이 공장에 도입되면서 분업과 자동화 생산이 급속히 확산되는 2차 산업혁명(인더스트리 2.0)이 도래하였다. 1970년대부터 현재까지는 IT와 로봇, 컴퓨터를 통한 자동화 대량생산체계(1969년 최초의 Programmable Logic Controller)가 주류를 이루고 있는 3차 산업혁명(인더스트리 3.0)시기 이다. 인더스트리 4.0은 기계와 사람, 인터넷 서비스가 상호 연결되어 가볍고 유연한 생산체계를 구현하여 다품종 대량생산이 가능한 생산 패러다임의 진화이다. ICT(Information and communication technology)가 제조업의 전통적인 생산공정에 광범위하게 사용되며, 사이버물리생산시스템(CPPS:Cyber-Physical Productions Systems)에서는 물리적 현실세계와 사이버 세계의 경계가 사라진다. CPPSs는 소셜 네트워크와 유사한 방식으로 연결된 social machine의 온라인 네트워크이다. 간단히 입력하면 IT가 기계전자적 부품과 연계되어 네트워크와 상호 커뮤니케이션을 한다. 스마트 생산설비는 현행 재고량, 문제점, 불량, 수정된 주문 등의 정보와 계속 소통한다. 효율적이고 최적화된 생산시기, 가동률, 제품개발, 생산, 판매 전 과정상의 품질관리 등을 위하여 생산프로세스와 납기일을 조정한다. CPPSs는 각각의 생산설비를 네트워킹할 뿐만 아니라 value chain 및 제품 life cycle 전체에 걸쳐서 생산설비, 건물, ICT 시스템, 스마트 제품, 사람을 네트워킹한다. 센서와 제어장치가 생산설비를 공장, 작업대, 네트워크, 사람과 연결한다. 이러한 스마트 네트워크가 스마트 팩토리의 기반이다. 이러한 변화 트렌드는 초창기이지만 인더스트리 4.0은 이미 시작되었다. 독일과 미국같은 전통적인 산업경제국가들은 이러한 4세대 산업혁명이 글로벌 경쟁력 향상, 저임금 국가로의 생산공장 이전의 중단, 유럽과 북미지역에 새로운 생산공장 설립 등 많은 장점을 가지고 올 것으로 기대하고 있다. Industry 3.0과 Industry 4.0 인더스트리 3.0은 소재, 제품, 기기의 지능화를 통해 과거 중앙제어장치의 명령을 받아 생산기기가 소재를 가공하던 일방향 서비스 로직인데 반해, 인더스트리 4.0은 소재와 반제품에 RFID 등 스마트 메모리를 장착해 스스로 지능화된 생산기기와 통신을 통해 경로를 결정하는 모듈 단위의 유연한 분산·자율제어 생산체계이다. 모듈단위 생산체계로 인해 제품의 변경이나 고객주문에 따라 생산 layout 변경이 가능하고 교체 즉시 가동하는 Plug & Produce 시스템이 가능하다. 한편, 인터스트리 4.0은 고객 주문으로부터 택배 물류까지 value chain 전 과정의 서비스 연결 및 기기간 통신을 구축해야 하는 엔지니어링이 필요하며, 모든 기기가 인터넷에 연결되어 있어 바이러스 공격에 취약할 수 있으므로 클라우드 보안기술 등이 확보되어야 한다. Industry 4.0의 4가지 특징 ■ 스마트 생산시스템의 수직적 네트워킹 인터스트리 4.0의 첫번째 특징은 미래 공장의 스마트 생산시스템의 수직적 네트워킹이다. 수직적 네트워킹은 CPPSs을 이용하여 수요와 재고의 변화, 불량품에 대해 빠르게 대응할 수 있게 한다. 스마트 팩토리는 자율제어로 운영되며 고객별 특화되고 개별화된 생산이 가능하도록 한다. 이를 위해 데이터의 광범위한 통합이 필요하며, 공정을 모니터링하고 자율제어 하기 위하여 스마트 센서 기술이 필요하다. CPPSs는 생산관리뿐만 아니라 유지보수도 자율제어로 한다. 자원과 제품은 네트워크로 연결되어 있으며, 소재와 부품은 언제, 어디에서나 사용할 수 있도록 배치될 수 있다. 생산프로세스의 모든 단계가 기록되며 이상징후는 자동적으로 등록된다. 주문수정, 불균질한 품질과 생산설비 고장이 신속하게 처리된다. 이러한 프로세스는 자재의 낭비를 좀더 효율적으로 모니터링하고 예방하게 하여 낭비를 줄인다. 중요한 것은 자재, 에너지, 인적자원 등 자원의 효율적 사용이 가능하다는 것이다. 생산, 적재, 물류, 유지보수 등 업무에 대한 인력 수요는 감소할 것이고 CPPSs를 효율적으로 사용할 수 있는 새로운 스킬을 가진 인력 수요는 증가할 것이다. ■ 새로운 글로벌 value chain 네트워크의 수평적 통합 인터스트리 4.0의 두번째 특징은 새로운 글로벌 value chain 네트워크의 수평적 통합이다. 새로운 글로벌 value chain 네트워크는 투명하고, 문제점과 결함을 보다 빨리 대응할 수 있는 높은 유연성이 있고, 글로벌 최적화를 촉진할 수 있는 실시간 최적화된 네트워크를 말한다. 네트워크로 연결된 생산시스템과 유사하게 이러한 네트워크는 입고, 생산, 마케팅, 영업, 출고, A/S에 이르기까지 CPPSs로 네트워킹된다. 모든 부품와 제품에 대한 이력은 기록되고 항상 이용가능하고 추적 가능하다. 자재구매~판매까지 전체 value chain에 걸쳐 투명성과 유연성이 확보된다. 제품개발, 주문접수, 생산계획, 생산, 배송 등에 고객별 특화가 가능하다. 품질, 납기, 가격, 공해문제 등도 실시간으로 전체 value chain에서 능동적으로 처리가 가능하다. 고객과 파트너간 수평적 통합을 통해 완전히 새로운 사업 모델과 협업 모델의 기회가 생길 수 있다. 이는 또한 도전이 될 것이다. 법률문제, 책임소재, 지적재산권보호 등의 이슈가 부각될 것이다. ■ 전 value chain에 걸친 엔지니어링 인터스트리 4.0의 세번째 특징은 전 value chain과 제품과 고객의 전 life cycle에 걸친 통합 엔지니어링이다. 이러한 엔지니어링은 새로운 제품과 서비스의 디자인, 개발, 제조 기간 동안 끊임없이 이루어진다. 새로운 제품은 새롭고 변경된 생산시스템이 필요하다. 새로운 제품 및 새로운 생산시스템의 개발과 제조는 제품 life cycle과 통합되고 상호작용하며 제품 개발과 생산시스템에 새로운 시너지가 창출된다. 이러한 엔지니어링의 특징은 데이터와 정보가 제품 life cycle의 모든 단계에서 활용되며, 새롭고 좀더 유연한 프로세스가 시제품 모델링 단계와 생산 단계별로 취합된 데이터를 통해 정의될 수 있다. ■ 기하급수적인 기술발전을 통한 가속화 인터스트리 4.0의 네 번째 특징은 기하급수적인 기술발전으로 생산 프로세스에서 개별적으로 특화된 솔루션, 유연성, 원가절감이 촉진되고 가속화된다는 것이다. 인더스트리 4.0에서 자동화 솔루션은 높은 수준의 인지기술과 자율제어 기술이 요구된다. 인공지능, 첨단 로봇, 센서기술은 자율제어를 더 발전시키고 개별화, 유연성을 증대시킬 잠재력을 가진 분야이다. 인공지능은 공장이나 창고의 무인 작업차량 경로를 보다 효율적으로 디자인하고, Supply Chain상에서 시간과 비용을 절감하고, 생산의 신뢰성을 높이고, 빅데이터를 분석하는데 사용될 뿐만 아니라 새로운 공정 개발, 이슈의 해결방안 고안, 인적자원과 기계의 협업을 향상시키는데 사용될 수 있다. 기능성 나노물질과 나노센서는 보다 효율적인 품질관리를 위한 생산통제 분야에 활용될 수 있으며, 안전하고 사용하기 편한 차세대 로봇 생산에 활용될 수 있다. 밤과 낮, 지형, 날씨와 무관하게 생산공정을 날아다니는 유지보수 로봇과 창고 재고수준을 관리하고 스페어 부품을 이동시키는 드론은 미래의 자율제어형 스마트 공장에서 쉽게 적용될 수 있는 기술들이다. Industry 4.0에 따른 패러다임의 변화 ■ Industry 4.0에 따른 생산방식의 변화 Industry 4.0 시대의 가장 큰 변화는 사이버물리시스템(CPS)의 적극적인 활용으로 Smart Factory를 구현해 사이버 공간에서 제안된 개념을 실체화할 수 있게 된 것이다. 즉, Data 분석을 통해 PC에서 가상의 제품을 디자인한 후 Smart Factory에서 실제 제품을 제조하게 된다. 이때 컨베이어 시스템 기반의 연속 일관 공정 대신 인공지능을 탑재한 각 제품 혹은 반제품이 스스로 판단해 최적화된 다음 공정 모듈(작업 유닛)을 찾아 이동하며 생산이 진행되는 구조이다. 동일 기능의 복수 모듈이 작동하고 있으며 실시간 정보 교환으로 대기 시간을 최소화하게 된다. 모듈별로 공정이 진행되므로 일부 설비에 이상이 발생해도 라인 전체가 중단되는 상황은 발생하지 않으며 최종 제품에 영향이 없는 경우에는 공정 순서를 바꿔 진행하는 것도 가능하다는 것이 커다란 장점이다. 예를 들어 자동차를 조립함에 있어 컨베이어 시스템에서는 바퀴를 조립한 후에 전조등을 끼우도록 되어 있다면 바퀴 조립 설비에 이상이 발생할 경우 더 이상 진행이 되지 않고 해당 라인 전체가 대기 상태가 된다. 모듈별로 공정이 진행되므로 일부 설비에 이상이 발생해도 라인 전체가 중단되는 상황은 발생하지 않으며 최종 제품에 영향이 없는 경우에는 공정 순서를 바꿔 진행하는 것도 가능하다는 것이 커다란 장점이다. 모듈형 공장에서는 또 다른 바퀴 모듈로 이동해 공정을 진행하거나 전조등 모듈로 이동해 전조등을 먼저 끼운 후 바퀴 공정을 진행할 수가 있다. 따라서 특정 공정에서 병목현상이 발생해 전체 공정이 지연되는 사태 역시 방지할 수 있게된다. 뿐만 아니라 IoT와 3D Printing이 본격적으로 도입되어 서로 다른 디자인, 재질, 기능의 제품을 혼합 생산하는 것이 가능하고 디자인, 재질, 형태 등 갑자기 설계가 변경되더라도 이를 실시간으로 반영할 수 있다. 즉, ‘한 라인에서 한 종류의 제품생산’ 개념에서 ‘제품마다 고유한 설계’의 개념으로 진화하는 것이다. Industry 3.0 시대의 생산은 소품종 대량생산이 주종을 이루고 있으나 Industry 4.0 시대에는 다품종 맞춤형 생산체계로 전환되는 것이 큰 변화라 할 수 있다. ■ 수혜가 예상되고 향후 성장 가능성이 높은 분야 Smart Factory로 대표될 수 있는 Industry 4.0 시대의 가장 주목할 만한 변화는 IoT 기술을 활용한 사물들의 유기적인 결합과 상호 커뮤니케이션이 본격화된다는 것이다. 즉, IoT(사물인터넷)가 CPS(사이버물리시스템)를 구축하는 핵심 기술인 셈이다. 또한 각 제조공정에서 기계나 부품이 능동적인 동작을 수행하기 위해서는 스스로 인지하고 판단할 수 있는 능력이 요구되므로 고성능 센서류와 인공지능이 필수적이다. 따라서 IoT의 핵심인 RFID, Bluetooth, Beacon, NFC 등 근거리 통신 부품들과 온도, 지자기, 고도, 중력, 가속도, 습도, 압력, 광, 근접, 기압, 자이로, 동작인식 등 각종 센서산업의 확대를 예측할 수 있다. 한편, 공정진행 및 부품이나 제품의 이동 시에는 자동제어 로봇(휴머노이드가 아닌 산업로봇)이 주축을 이룰 것이다. 이미 반도체, 디스플레이, 자동차 등 다수의 산업에서 로봇이 사용되고 있으나 Smart Factory에서는 로봇의 기능과 용도가 훨씬 다양해질 것이고 인공지능을 탑재해 스스로 판단할 수 있는 능력을 구비한 로봇이 배치될 것이다. Industry 4.0 시대가 추구하는 새로운 생산 방식을 구현하기 위해 다양한 기술과 제품이 요구되지만 이러한 요소들을 구성하는 핵심부품은 결국 반도체일 수밖에 없다. 특히 메모리보다는 컨트롤러, 아날로그, 통신, Bio 등 비메모리 제품 수요가 크게 확대될 전망이다. 비메모리 반도체는 전 세계 반도체 시장의 80%를 차지하지만 국내 기업들의 점유율은 낮은 상태라 분발이 요구된다. ■ 산업 패러다임의 변화: 생산과 서비스의 융합 IoT 활용이 확대됨에 따라 제조·판매 이후 다양한 비즈니스 연계가 가능해진다. 즉, IoT 기능을 탑재한 제품들이 출하2)됨에 따라 제품 판매 이후 소비자들의 사용 단계에서 다양한 데이터를 수집할 수 있으며 이를 활용한 후속 비즈니스 모델 구축이 가능해지는 것이다. 제품에 부착된 각종 센서를 통해 사용자의 취향과 특성을 파악할 수 있는 다양한 정보를 수집할 수 있으며 Big Data 분석을 통해 고객맞춤형(Customized) 상품 설계가 가능하다. 연계 비즈니스는 크게 소비자의 사용 패턴 분석을 통해 맞춤형 동종 제품을 제작·판매하는 Reproduction과 이종 제품이나 무형의 서비스와 연계되는 Hetero - Collaboration을 들 수 있다. 복합 비즈니스 모델이 가능한 대표적인 제품으로는 자동차를 들 수 있다. 우선 소비자의 운전 습관, 정비 이력, 주행루트 등을 분석함으로써 특성화된 자동차 보험 상품 개발이 가능하다. 또한 핸들과 시트, 전방 유리 등에 각종 센서를 부착해 체온, 맥박, 동공 상태 등을 수집할 경우 간단한 건강 진단이 가능하며 필요시 병원 예약 등 의료서비스로 연결할 수 도 있다. ■ 이종 산업 간의 결합 증가로 산업-기업 간의 Hierarchy 붕괴 Industry 3.0 시대에는 각 기업들이 생산하는 제품이나 제공하는 서비스가 명확했고 공통적인 활동을 영위하는 기업들을 묶어 산업이라는 이름으로 분류하는 것이 가능했다(오른쪽 상단 그림 a). 즉, 산업간 경계가 뚜렷하고 산업에 속한 기업 목록을 작성할 수 있었다. 그러나 Industry 4.0 시대에는 산업 간의 경계가 무너지고 심지어는 생산과 서비스가 결합됨에 따라 각각의 기업이 속한 산업을 특정 지을 수 없게 된다(오른쪽 상단 그림 b). 산업과 기업 간의 Hierarchy가 붕괴하고 제조업과 서비스업의 구분이 모호해짐에 따라 새로운 변화에 빠르게 적응하는 기업과 그렇지 못한 기업 사이에 성패가 갈릴 수 있다. 명문화된 규정이 있는 것은 아니지만 굴뚝산업, IT산업, 서비스업, 콘텐츠산업 등 업종 특성에 따라 조직 형태와 의사결정 구조, 인력 배치 등 경영방식의 차이가 엄연히 존재한다. 만약 기업이 제공하는 재화(유무형 모두 포함)의 성격이 바뀌었음에도 기존의 경영방식을 고수한다면 그 기업의 성공 가능성은 당연히 낮다. 따라서 기업의 경영자들은 Industry 4.0 시대의 특성을 파악하고 새로운 비즈니스 모델을 찾아야 하며 새로운 비즈니스 모델에 적합한 조직문화와 경영방식을 도입해야 할 것이다. 박찬석은 미래물류컨설팅의 대표컨설턴트로 재직 중이며, 물류/SCM 분야 컨설턴트와 한국생산성본부, 한국통합물류협회 등에서 물류/SCM전문 강사로 출강 중에 있다. 이밖에 삼성경제연구소 사이버 포럼인 ‘SCM 연구회’의 대표 시샵을 맡고 있으며, 네이버 블로그 ‘박찬석의 물류/SCM 바로보기(http://blog.naver.com/neologis)’를 운영하고 있다. 주요 관심 분야는 물류Cost, 물류/SCM 전략, 물류센터 기본 설계 및 운영 최적화, 물류보안과 제3자 물류 및 국제물류 분야이다 * E-Mail: mincho79@emapl.com H.p: 010-4533-8307 <저작권자 ⓒ 월간 물류매거진(www.ulogistics.co.kr) 무단전재 및 재배포금지> |
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