[포커스] 지능화로 제조업의 미래를 밝혀 줄 K-스마트등대공장
현재 국내 제조업은 경쟁력 지수의 하락과 함께 글로벌 제조업 증가세 둔화로 스마트 제조의 도입이 적극적으로 필요한 상태다. 국내 제조업이 활성화되고 글로벌 경쟁력을 확보하기 위해서는 제조업의 스마트화와 함께 산업 사물인터넷, 엣지 컴퓨팅, 클라우드 컴퓨팅, 디지털 트윈, 인공지능, 네트워크 등 ICT 기술이 결합된 생산제조 플랫폼이 도입되어야 한다.
이러한 인프라를 가장 잘 설명하는 사례가 바로 ‘등대공장(lighthouse factory)’이다. 밤바다의 등대처럼 제조업의 미래를 밝혀주며 안내하고 있다는 의미의 표현이다. 이 글에서는 지능화 제조업의 중심이 될 등대공장의 의미와 가치에 대해 알아보고자 한다. ■ 이성숙 기자
▲ 이미지 : Pixabay
스마트 제조의 현주소
코로나19가 가져온 변화
코로나19는 글로벌 트렌드를 바꾸는 강력한 ‘게임 체인저’가 되었다. 코로나19 팬데믹은 기존 메가트렌드와 충돌하는 과정에서 새로운 변화를 이끌었으며, 메가트렌드에 강력한 충격을 가했다. 코로나 충격이 몰고 온 비대면 사회는 단순히 디지털 사회로의 전환을 빠르게 하는 데에 그치지 않는다. 디지털 가속화에 ‘접촉 포비아’ 현상이 더해지면서 경제 활동의 거리, 일과 노동 방식의 거리, 누군가와의 만남과 관계에서 새로운 거리가 만들어지고 있다.
지금까지 디지털 기술은 생산과 소비, 유통 등 경제 전반에서 자동화·지능화를 통한 생산성 향상을 위해 활용되었다. 코로나19 대응 과정에서 디지털 기술은 비대면·비접촉 거리를 유지한 채 무중단 생산과 서비스 제공이 가능한 무인화와 온라인화로 강화되고 있다. 코로나19 이후 생산과 소비, 유통의 모든 영역에서 디지털화를 넘어 비대면·비접촉 경제에 성공적으로 안착한 기업과 그렇지 못한 기업 간 격차는 더욱 크게 벌어질 것으로 보인다.
맥킨지는 코로나19와 같은 위기 시 공급망의 안정성을 확보하기 위한 여섯 가지 대응 방안을 제시하였다. 그 중 첫 번째는 ‘다계층 공급망에 대한 투명성 확보’로, 핵심 부품 및 공급원 결정과 공급 중단 리스크 및 모든 공급자의 안정성을 평가하고, 공급 중단 위기 시 대안이 될 공급원을 발굴하는 것이다. 다음으로는 ‘생산 및 배송 능력 최적화’를 들었다. 이는 운영 및 인력 등 가용 자원 평가와 직원 안전 보장 및 직원과의 명확한 의사소통 방안 확보, 가용 자원 기반 시나리오 수립 및 영향력 평가 등에 따른 생산 감소를 최적화시키기 위한 것이다.
세 번째는 ‘최종 고객 수요 평가’로, 판매 및 운영 계획을 통해 고객 수요를 파악하고 고객과 직접 소통 채널을 활용해 시장 전망 및 외부 데이터에 기반한 최종 고객의 수요를 파악하는 것이다. 네 번째 ‘가용 재고 예측’은 공급망 상의 재고를 분석하고 A/S용 재고를 활용한 생산 가용성을 확보하는 것이다. 또 다섯 번째인 ‘물류처리 용량 파악 및 확보’는 가용 물류 용량을 예측하고 신속한 통관 처리와 위기상황이 발생할 경우, 이를 대체해 유연하게 운송하는 것이다. 공급망의 안정성을 확보하기 위한 마지막 방안은 ‘현금 및 순 운전자본 관리’로, 공급망 위기 상황 대비 공급망 위기시험을 실행하는 것이다.
글로벌 제조업 경쟁력 지수의 변화
글로벌 대비 국내 제조업 경쟁력 지수가 하락일로를 걸으면서, 국내 제조업 혁신의 필요성이 대두되고 있다. 한국은 제조업 중심의 국가이지만 GDP 대비 국내 제조업 비중은 2019년 기준 27.5%로 세계 2위이며, OECD 회원국 중에는 1위이다. 한국의 순위 하락은 상위 국가와 비교하여 인적자원, 가격경쟁력, 인프라 등에서 비교 열위를 차지한 것에 기인하고 있다. 반면, 중국은 저렴한 인건비로 인한 경비절감, 독일은 정책적인 지원과 산업 인프라, 미국은 인건비와 에너지를 제외한 인적자원, 인프라, 정책지원 측면에서 제조업 경쟁력을 유지하고 있다.
특히 우리나라는 중국의 ‘중국제조 2025’ 정책으로 가장 많은 피해를 본 국가 중 하나로 꼽힌다. 한국의 글로벌 제조업 경쟁력 지수가 2010년 3위에서 2020년에는 6위로 하락한 반면 반도체와 디스플레이, 자동차, 배터리 등 중국과의 격차는 상당 부분 좁혀진 상황이다. 이러한 상황에서 중국은 과학기술 예산을 지속적으로 늘리고 있으며, ‘중국제조 2025’의 후속으로 인공지능, AI, 데이터 유통 등 ‘중국표준 2035’를 준비하고 있어, 우리나라의 글로벌 제조업 경쟁력 지수는 앞으로도 하락의 위험에 놓이게 되었다.
글로벌 스마트 제조 시장은 2025년 3800억 달러로 전망되는 등 증가세를 보이고 있는 가운데, 우리나라 제조업이 글로벌 경쟁력을 높이기 위해서는 글로벌 트렌드 변화에 맞춰 생산제조 공정과 작업 환경, 데이터 관리의 고도화가 필요하다. 이러한 인프라를 구축하는 것이 바로 ‘스마트 제조’ 환경 구축인데, 대기업들은 이미 이러한 변화에 적극적으로 개입하고 있으나 중소기업은 매우 소극적인 상태다. 이러한 가운데 세계경제포럼(World Economic Forum)은 제조업 혁신을 위해 2018년부터 등대공장(사실상 스마트 제조)을 선정 발표하여 제조업 청사진을 제시한 바 있다.
등대공장의 특성
세계경제포럼은 제조업의 스마트화를 가속화하기 위해 글로벌 컨설팅 기업 맥킨지와 함께 매년 1월과 7월, 스마트공장을 성공적으로 구축한 기업을 ‘등대공장’으로 선정해 발표한다. 디지털화, 고도화 및 예측분석, 가상·증강현실(VR·AR), 산업 사물인터넷(IIoT) 등 4차 산업혁명 기술을 선도적으로 도입해 등대처럼 제조업의 미래를 안내하는 공장들로, 2018년 이후 지금까지 총 54개의 등대공장이 선정됐고, 24곳이 아시아에 위치한다. 중국이 15곳이지만, 한국에서는 2019년 7월 선정된 포스코가 유일하며 2020년에는 한 곳도 선정되지 않았다.
등대공장은 4차 산업혁명 시대를 맞아 최첨단 기술과 인프라를 적극 도입해 제조업의 미래를 제시한 스마트 공장을 의미한다. AI·IoT·빅데이터 등 최첨단 기술을 활용해 공장 설비 교체를 최소화하고 공정 프로세스의 혁신을 도모한 등대공장은 근로자가 더 흥미롭고 생산적으로 근무할 수 있는 최적의 인프라를 제공한다.
또한 생산 효율성을 높이면서 더 나은 단계로 나아갈 수 있는 제조업계의 방향을 보여주는 비콘(beacon)이자 세계 경제 성장의 동력이라고 설명된다. 4차 산업혁명 기반의 제조 혁신을 이끄는 3개의 기술 트렌드인 연결성(connectivity), 지능화(intelligence), 유연한 자동화(flexible automation)를 성공적으로 적용한 것도 등대 공장의 특징이다.
용광로를 인공지능화한 포스코의 등대공장
포스코는 2019년 7월 대한민국 최초로 세계 등대공장에 이름을 올렸다. 포스코 등대공장 솔루션은 세계 최대의 디지털 첨단 기술의 전시장인 CES 2021에서도 소개된 바 있다. 포스코는 2016년부터 단계별로 차근차근 디지타이제이션(digitization)과 스마타이제이션(smartization)을 실행했다. 처음에는 글로벌 IT 기업의 기술력을 빌려 시도했지만, 만족스러운 결과를 얻지 못했다. 신기술만이 아니라 포스코의 경험과 직관, 지식이 결합되어야만 기존에서 진보한 AI 용광로가 만들어질 수 있었다.
포스코 숙련자의 경험과 직관에 방대하고 정교한 데이터가 결합된 AI 용광로는 딥러닝을 통해 최적의 결괏값을 뽑아내고 자동화하여 휴먼에러는 줄이고 생산성은 높인다.
우선 용광로 상태를 결정하는 주요 변수를 데이터로 만들고, 이를 빅데이터화했다. 그리고 30여 년 숙련자들의 노하우를 모방해 최적의 결과값을 뽑아내는 딥러닝을 진행했다. 수작업하던 일들은 사물인터넷이 대신할 수 있도록 설비도 꾸준히 개선했다. 그 결과, 이제는 종전 대비 하루 240톤의 쇳물을 더 많이 생산할 수 있게 됐다. 생산량만 늘어난 것이 아니라, 작업자들은 단순 반복 업무에 할애하던 시간을 더욱 창의적인 일을 하는데 쓰고 있다. 포스코는 AI 용광로를 포함해 4년간 321개의 스마트과제를 수행함으로써 2500억 원의 원가 절감을 이뤄냈다.
표 1. 등대공장의 지표 및 항목
스타트업과 컬래버레이션
포스코는 사내에서 인공지능 전문가를 활발히 육성 중이다. 포스코가 2017년부터 시작한 ‘포스코그룹 인공지능 전문과 과정’은 포스코그룹 각 분야의 우수인재를 선발해서 포스텍 교수들이 직접 교육하는 프로그램이다. 이 교육을 통해 3년 동안 60여 명의 사내 인공지능 전문가가 탄생했고, 이 소수 정예 인원들은 현업에서 스마트 공장을 구축하는데 투입되고 있다.
중소기업과 스타트업도 함께 했다. 2016년부터 포스코 AI 용광로를 함께 개발한 ‘이씨마이너(ECMiner)’는 데이터마이닝을 전문으로 하는 중소기업이다. 이씨마이너는 자신들의 데이터마이닝 기술과 포스코 고유의 데이터를 결합해, 수작업으로 파악하던 용광로의 연소 상태를 자동으로 파악·분석·유지할 수 있는 시스템을 개발했다. 과거에는 작업자들이 바람구멍을 통해 일일이 육안으로 확인하고 경험에 의존해 판단했던 연소 상태를, 이제는 자동으로 촬영 후 빅데이터화하여 파악할 수 있다. 또 연소 정도를 적절하게 유지까지 시켜주니 투입해야 하는 석탄량이 줄어들어 원가절감에도 큰 도움이 되고 있다.
산업 생태계의 거름으로
지난 1월 포스코 최정우 회장은 “스마트 공장 구축을 통해 2500억 원의 원가를 절감했다. 그리고 지난 3년 동안 협력회사 직원들과 임금격차를 해소하기 위해 외주비 2700억 원을 상향했다. 외주비 상향은 비용 증가 요인이지만, 포스코는 끊임없는 혁신으로 이를 상쇄해 나간다. 그렇게 해서 산업 생태계 전체의 경쟁력을 높이고 그게 결국 국가의 국제 경쟁력이 된다”고 말했다.
이와 함께 포스코는 ‘상생형 스마트공장 구축 지원 사업’을 통해, 지난해 110곳의 중소기업에 스마트 공장 기술을 전수했는데, 이 중 59개사는 포스코의 협력사도, 고객사도 아닌 비(非)거래사다. 이 사업으로 2023년까지 1000개의 중소기업이 스마트 공장을 구축할 수 있도록 도울 예정인데, 역시 그 대상에는 한정을 두지 않기로 했다. 그렇게 해서 중소기업이 경쟁력을 높이면, 생산성 향상은 기본이고 새로운 일자리 창출도 기대해볼 수 있다.
K-등대공장 구축
K-지능형등대공장 구축 지원
우리 정부는 인공지능과 데이터를 기반으로 첨단 스마트 공장 구축을 지원하는 ‘케이(K)-스마트등대공장’ 사업에 참여를 희망하는 중소·중견기업의 신청을 2월 19일까지 받았다. K-스마트등대공장은 세계 제조업의 미래를 혁신적으로 이끄는 공장으로서 세계경제포럼이 대기업을 위주로 선정하는 등대공장을 벤치마킹한 중소·중견기업 중심의 선도형 스마트 공장을 말한다.
K-스마트등대공장 지원사업은 국내 제조업의 고도화 방향을 제시하고 스마트 공장의 모범사례를 확산해 전 세계 제조업의 치열한 스마트화 경쟁에서 글로벌 선도국가로 경쟁력을 높인다는 전략이다. 인공지능에 의해 제조공정이 분석되고 실시간 제어까지 가능한 고도화된 스마트공장 구축을 목표로 하는 중소·중견기업이 대상이다.
그림 1. K-스마트등대공장의 지원 프로세스
우수기업 발굴을 위해 전국의 19개 지역 제조혁신센터(TP)별 3개사 이내에서 후보기업을 추천하도록 했다. K-스마트등대공장 사업은 ‘고도화’, ‘지속가능성’, ‘산업·경제적 파급효과’ 등을 평가해 업종을 대표하는 총 10개사를 선정하고 기업당 연간 4억원 이내에서 3년 동안 최대 12억원을 지원한다. 이때 업종은 제조산업 전후방으로 효과적인 확산이 되도록 기계·전자·화학·뿌리 등 주력업종, 식료품·의약품 등 기타업종으로 구분하여 각각 선정할 계획이다.
선정된 기업은 전문기관 등을 통해 기업별 상황에 맞는 맞춤형 정밀진단과 연차별 전략수립을 먼저 지원받는다. 그리고 그 결과에 따라 인공지능·5세대(5G) 등 첨단 솔루션을 지원함으로써 체계적인 구축이 추진되도록 기획됐다.
스마트공장 확산은 중소기업의 제조혁신을 위한 핵심 국정과제로 2022년까지 3만개 보급을 추진 중이다. 올해까지 약 2만개를 보급해 중소기업의 스마트 제조 저변 확대에 기여하고 있으며, 이는 도입기업의 생산성 30% 향상, 원가 15% 절감 등 가시적인 성과로 나타나고 있다. 중소벤처기업부 김일호 스마트 제조혁신기획단장은 “이번 사업은 스마트공장 보급체계를 질적 고도화로 전환한 일례로서 올해 10개사를 시작으로 2025년까지 100개의 K-스마트등대공장 구축을 지원해 제조혁신의 선도모델을 빠르게 확산할 것”이라고 의미를 부여했다.
K-등대공장 확산 필요성
WEF와 맥킨지가 2018년부터 선정하고 있는 등대공장은 현재 세계적으로 44개에 이른다. 44개사 가운데 유럽이 19개사, 중국이 12개사를 차지하고 있으며 국내 등대공장은 AI 기반 초정밀 도금기술, AI기반 고로 조업 자동제어 등을 활용하는 포스코가 유일하다. 지난해 국내에서도 8개의 중소·중견기업이 등대공장을 신청했으나 최종 문턱은 넘지 못한 것으로 나타났다. 특히 신성이앤지와 오토젠 등 2개사는 최종 단계에서 탈락한 것으로 확인되었다.
스마트 제조는 공장 자동화에 ICT 기술을 활용하여 인간의 오류를 최소화한 제조 시스템으로 제조업의 미래를 의미한다. 스마트 제조는 IIoT, 클라우드, AI 등 ICT 기술을 접목하여 제품기획과 설계, 제조, 물류(또는 유통) 3개의 제조 단계 간 유기적인 관계를 통해 생산성, 품질, 고객만족도 등 투입 자원 대비 최대 효율성을 목적으로 하는 제조 시스템이다. 제품 생산을 제조 공정에 국한하지 않고 제품 사용자의 수요를 생산과 연계하여 공장 자동화에 물류를 추가·확장한 개념을 가지는 스마트 제조의 지향점은 데이터, 네트워크, 인공지능에 의한 자율성에 기반하는 제조 시스템이다.
많은 기업에서 코로나19로 인해 생산라인 셧다운을 경험하면서, AI와 로봇 등을 이용한 공급망 전 구간의 디지털화가 위기 시 회복력 확보의 유력한 대안이 될 수 있음을 인지하고 있다. 코로나19와 같은 위기를 유연하게 대응할 수 있는 시스템이 바로 ‘스마트’ 제조이다. 특히 공급망 전체의 디지털화는 자동화된 프로세스와 실시간 정보를 제공할 수 있기에 기업들은 잠재적인 위기상황에서 빠르고 정확하게 대응할 수 있게 한다.
중소기업의 스마트 제조 환경 구축 및 산업 경쟁력을 높이기 위해서는 공장 자동화와 산업용 사물인터넷(IIoT), 클라우드, 디지털트윈, 인공지능, 산업보안 등 ICT 전반의 기술이 결합된 소위 ‘디지털 전환’에 정부 부처가 종합적으로 지원해야 한다. 특히 공급망의 안전성 확보를 위해서는 공급망 전체의 디지털화와 함께 최종고객과 협력업체 등 생태계 참여자와 재고 및 물류 등 조달·분배 환경 등을 종합적으로 고려한 전략 마련이 필요하다.
앞서 살펴 본 바와 같이, 국내 제조업이 글로벌 경쟁력을 높이기 위해서는 현재 불투명한 제조업의 미래를 밝혀줄 ‘K-스마트등대공장’이 활성화되어야 한다. 지능화 제조업의 중심이 될 K-스마트등대공장이 전략적 계획 하에 도입·확산된다면, 국가 강점 산업인 제조업은 현재 6위의 글로벌 경쟁력지수를 근시일 내에 급성장시킬 수 있을 것으로 기대된다. 특히 제조업의 글로벌 경쟁력 제고는 핵심 미래 유망 산업인 미래 자동차, 에너지 산업, 디지털 헬스케어 산업 등 미래성장형 산업에도 긍정적인 영향을 미치기 때문에, AI 융합을 통한 국가 혁신성장동력 창출 기반의 정책지원도 병행되어야 할 것이다.
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작성일 : 2021-03-03
