■ 조형식 | 항공 유체해석(CFD) 엔지니어로 출발하여 프로젝트 관리자 및 컨설턴트를 걸쳐서 디지털 지식 전문가로 활동하고 있다. 현재 디지털지식연구소 대표와 인더스트리 4.0, MES 강의, 캐드앤그래픽스 CNG 지식교육방송 사회자 및 컬럼니스트로 활동하고 있다. 보잉, 삼성항공우주연구소, 한국항공(KAI), 지멘스에서 근무했다. 저서로는 'PLM 지식', '서비스공학', '스마트 엔지니어링', 'MES', '인더스트리 4.0' 등이 있다.

올해 2016년의 글로벌 산업계의 화두는 4차 산업혁명과 인더스트리 4.0일 것이다. 4차 산업혁명과 인더스트리 4.0 그리고 스마트 공장에 대해서 수많은 세미나와 전시회 등 말들을 많이 하지만, 현업에 종사하는 사람들에게는 더 많은 혼란과 의문점만을 남기고 있다.

인더스트리 4.0이란 독일에서 시작된 산업분야 특히 기계 제조업 분야의 디지털 변혁(Digital Transformation)이라고 할 수 있다. 그러나 조금 더 자세히 보면 결국은 제조 산업의 서비스와 가치사슬에 디지털 변혁(Digital Transformation)을 적용시키는 것이다.

디지털 변혁(Digital Transformation)과 정보화 사회는 같은 것일까? 디지털 사회는 그전의 정보화 사회와 다르다. 정보화 사회는 컴퓨터가 생성하는 가상현실과 물리세계의 구분이 확실하지만 디지털 사회는 컴퓨터의 가상세계와 현실의 물리세계가 통합되어 있는 사회이다. 그것의 중심에는 사물인터넷(IoT), 만물인터넷(IoE), 인더스트리 4.0, 산업용 사물인터넷(IIoT), 인더스트리 클라우드 환경, 가상물리시스템(CPS) 등이 있다.

미래의 4차 산업혁명에서 제조업에 대한 엔지니어링의 역할은 무엇일까? 스마트 공장의 핵심요소는 가상물리(CPS)생산시스템이다. 이 시스템은 가상적 컴퓨터 환경과 인터넷 서비스와 물리적 하드웨어와 연계된다. 그리고 이 시스템으로 생산되는 공장이 스마트 공장이 된다. 가상물리시스템(CPS)은 두 가지의 커다란 가치사슬을 가지는데 하나는 서비스인터넷(Internet of Services)이고 하나는 사물인터넷(Internet of Things)이다. 여기서 엔지니어링의 역할은 미래의 제조전략에서 요구되는 가치사슬(Value Chain)의 전반에 걸친 엔드-투-엔드(End-to-End) 제품개발 환경이다

인더스트리 4.0의 스마트 공장이 한국의 미래 비전일 것인가? 현재 엔지니어링 분야도 취약한 한국이 과연 미래의 스마트 공장 분야에서 성공할 수 있을 것인가? 스마트 공장을 한다고 시장에서 성공할 수 있는 제품과 문제 없는 제품 생산이 보장되는 것일까?

4차 산업혁명에서 엔지니어링과 제품개발은 어떤 것인가를 엔지니어링 4.0을 통해서 생각해 본다.

엔지니어링 4.0의 본질은 4차 산업혁명의 패러다임인 디지털 변혁(Digital Transformation)을 제품개발에 적용하는 것이다. 엔지니어링 4.0이란 광의적 의미로는 엔지니어링 또는 제품개발분야에 디지털 변혁과 4차 산업혁명의 패러다임을 도입하는 것이고 협의적 의미로는 인더스트리 4.0에 상호운용성(Interoperability)을 가진 엔지니어링 또는 제품개발 환경이라고 말 할 수 있다.

엔지니어링 4.0 핵심은 모델 기반 제품개발이다. 통합 제품 가상모델을 통해서 시뮬레이션과 다중물리(Multiphysics)의 통합 설계해석이 포함된다. 이것은 기존에는 단일 해석 분야마다 다른 모델을 가지고 설계해석을 하였으나 단일 모델로 구조, 유체, 동력학, 열역학, 소음, 진동, 내구성 등을 동시에 수행하는 것을 의미한다.

엔지니어링 4.0의 적용 시나리오는 기존의 제품개발이 아니라 제품 개발환경의 디지털 변혁(Digital Transformation)이라고 할 수 있다. 시뮬레이션과 최적화 단계에서는 동일 디지털 모델로 시뮬레이션과 최적화를 한다. 생산과정에서 산업용 3D 프린터로 제품을 생산한다. 운용과 유지보수 단계를 포함한 제품 수명주기의 전체 단계에서 3D 모델과 3D PDF 같은 3D 데이터 문서를 다양한 분야의 엔지니어와 디지털 환경을 실을 연결하듯이 실시간으로 소통하면서 개발한다.

PLM 시스템이 제품정보의 중앙집중화(Centralization)라면 디지털 변혁 시대의 디지털 PLM은 제품정보의 분산화(Decentralization)라고 할 수 있다. 제품의 전체 수명주기인 개념단계, 설계, 확인, 생산과 유지보수 단계를 중간에 끊어짐 없이 연결해서 제품의 아이디어에서 실제 제품의 출시까지 개발자들이 제품에 대한 개념을 최대한으로 이해하고 개선하는데 그 목적이 있다.

엔지니어링 4.0의 제품 개발 패러다임은 다음의 6가지를 포함한다. 개발 제품의 상호운용성(Interoperability), 개발 제품의 가상화(Virtualization), 설계정보의 분산화(Decentralization), 개발제품의 실시간 기능파악(Real-Time Capability), 서비스 오리엔테이션 제품개발(Service Orientation), 모듈방식 제품개발(Modularity)이라고 할 수 있다. 이러한 패러다임은 모델기반 시스템엔지니어링(MBSE)을 통해서 구현될 수 있다.

엔지니어링 4.0의 솔루션이나 서비스는 인더스트리 클라우드 환경으로 진화할 것이다. 클라우드 컴퓨팅 서비스는 어떤 자원을 제공하느냐에 따라 세가지로 나뉜다.

IaaS(Infrastructure as a Service) : 서비스로서의 인프라라는 뜻으로, AWS에서 제공하는 EC2가 대표적인 예이다. 이는 단순히 서버 등의 자원을 제공해 주면서 사용자가 디바이스에 제약 없이 데이터에 접근할 수 있도록 해준다.

PaaS(Platform as a Service) : 서비스로서의 플랫폼이라는 뜻으로, 사용자(개발자)가 소프트웨어 개발을 할 수 있는 환경을 제공해 준다. 구글의 APP 엔진, Heroku 등이 대표적인 예다.

SaaS(Software as a Service) : 서비스로서의 소프트웨어라는 뜻으로, 네이버에서 제공하는 N드라이브, drop box, Google docs 등과 같은 것을 말한다.

새로운 엔지니어링 4.0 또는 제품개발 4.0은 다음과 같은 요소들을 포함하고 있다.

■ 디지털 변혁, 4차 산업혁명, 인더스트리 4.0, 디지털 경제 기업

■ 디지털 스마트 제품, I oT, 클라우드 환경, 3D 프린팅

■ 엔지니어링 4.0(디지털 변혁에서의 엔지니어링)

■ 3D 데이터가 핵심(Model Based Definition)

■ 시뮬레이션과 다중물리 CAE(Model Based Development)

■ 모델기반 시스템 엔지니어링(MBSE)과 S/W 개발

■ 엔지니어링 4.0 개발 패러다임

■ 인더스트리 클라우드 환경

■ 임베디드 소프트웨어 개발과 모델기반설계(Model Based Design)

■ 엔지니어링 4.0과 스마트 공장 그리고 디지털 서비스와 가치 사슬

■ 통합 시뮬레이션의 환경 디지털 트윈( Digital Twin)

■ 엔지니어링 4.0과 CPS 비전 공유

미국의 저명한 저술가 오렌 하라리는 “전깃불은 촛불의 지속적인 개선에서 나온 것이 아니다”라고 했다. 엔지니어링 4.0과 4차 산업혁명의 패러다임은 과거의 패러다임과 근본적으로 다른 새로운 패러다임이라는 것을 인식해야 한다.