[칼럼] 새로운 제조업의 대전환과 소프트웨어 중심 전환

디지털 지식전문가 조형식의 지식마당

세계적인 제조업 위기에도 인공지능(AI) 열풍이 불고 있다. 그러나 제조업에서 반도체 분야 말고는 아직은 이익을 내지 못하고 있다. 한국의 제조업은 소프트웨어 중심 전환(SX : Software-Defined Transformation)에 보다 관심을 가져야 된다고 생각한다.

그림 1. 제조업 경쟁력 진화의 함정

제조업은 지금 또 하나의 거대한 전환점에 서 있다. 지난 100여 년 동안 제조업의 경쟁력은 좋은 제품을 얼마나 정밀하고, 빠르고, 저렴하게 생산할 수 있는가에 의해 결정되었다. 설계 역량, 생산 설비, 공정 기술, 품질 관리, 공급망이 기업 경쟁력의 중심이었다. 제품의 가치는 대부분 물리적 하드웨어에 내재되어 있었다. 그러나 AI, 소프트웨어, 클라우드, IoT(사물인터넷), 디지털 트윈, 디지털 스레드가 결합하면서 이러한 전통적 제조업의 공식이 바뀌고 있다.

그림 2. 하드웨어 중심의 성공 공식

앞으로 제조기업의 경쟁력을 결정하는 질문은 단순히 ‘무엇을 잘 만드는가’가 아니다. ‘제품과 공장, 엔지니어링과 서비스를 얼마나 소프트웨어적으로 정의하고 지속적으로 변화시킬 수 있는가’이다. 필자는 이러한 제조업의 구조적 변화를 SX라고 부르고자 한다.

SX는 단순한 소프트웨어 도입이나 IT 시스템 구축이 아니다. 제품(product), 공장(factory), 엔지니어링(engineering), 서비스(service), 기업 운영(enterprise)을 소프트웨어 중심 구조로 다시 정의하는 제조업의 패러다임 전환이다.

전통적인 제조업에서는 하드웨어가 제품을 정의했다. 자동차는 엔진과 차체가 정의했고, 항공기는 기체와 엔진이 정의했으며, 공작기계는 기계 구조와 제어장치가 정의했다. 따라서 경쟁력도 하드웨어 중심이었다.(기계 → 전자 → 소프트웨어 → 데이터 → AI)

그러나 오늘날 제품의 기능과 성능은 점점 소프트웨어에 의해 결정된다. 자동차의 주행 특성, 배터리 관리, 운전자 지원 기능, 인포테인먼트 시스템은 소프트웨어로 변화한다. 산업 장비 역시 소프트웨어 업데이트를 통해 새로운 기능을 추가할 수 있으며, 운영 데이터를 분석하여 고장 가능성을 예측하고 성능을 최적화한다. 결국 제조업의 가치(value) 중심이 하드웨어 가치 → 소프트웨어 가치 → 데이터 가치 → AI 가치로 이동하고 있다. 이것이 SX가 필요한 가장 근본적인 이유다.

그림 3. 소프트웨어 가치

지난 10여 년 동안 제조기업들은 DX(Digital Transformation, 디지털 전환)를 추진했다. ERP, PLM, MES, SCM, IoT, 클라우드, 디지털 트윈, AI 등 다양한 디지털 기술이 도입되었다. 그러나 많은 DX 프로젝트는 기존 프로세스를 디지털화하는 수준에 머물렀다. 종이 문서를 전자문서로 바꾸고, 수작업을 시스템으로 옮기고, 데이터를 클라우드로 이전하는 것만으로 제조업의 본질적인 경쟁 구조가 바뀌지는 않는다.

DX가 주로 기존 업무를 디지털 기술로 개선하는 것이었다면 SX는 한 단계 더 나아간다. 제품과 제조 시스템 자체를 소프트웨어적으 로 정의하는 것이다. 따라서 다음과 같이 구분할 수 있다.

DX = Digitize the Process
SX = Software-Define the Business

DX가 디지털화를 의미한다면 SX는 기업 구조 자체의 재정의를 의미한다.

그림 4. 소프트웨어 중심 전환

소프트웨어 중심(software-defined)이라는 개념의 핵심은 단순하다. 물리적 시스템의 기능과 동작을 소프트웨어가 정의하고 변경할 수 있도록 만드는 것이다. 과거에는 기능이 하드웨어에 고정되어 있었다. 제품이 출하되는 순간 기능 역시 거의 확정되었다. 그러나 소프트웨어 중심 제품은 출하된 이후에도 소프트웨어를 통해 기능을 추가하거나 변경할 수 있다.

따라서 제품은 더 이상 완성된 물체가 아니다. 제품 = 하드웨어 + 소프트웨어 + 데이터 + AI + 서비스가 된다. 그리고 더욱 중요한 변화가 발생한다. 제품의 생명주기가 설계(design) → 제조(manufacturing) → 공급(delivery)에서 끝나는 것이 아니라, 설계 → 제조 → 공급 → 운영(operation) → 데이터(data) → 학습(learning) → 업데이트(update)라는 지속적인 순환 구조로 바뀐다. 이것이 소프트웨어 정의 제조업의 본질이다. 소프트웨어 중심 자동차(Software-Defined Vehicle : SDV)는 자동차 산업에서 가장 빠르게 나타나고 있는 소프트웨어 중심 전환이다. 그러나 소프트웨어 중심 개념은 자동차에 국한되지 않는다. 앞으로 제조업에서는 다음과 같은 구조가 확대될 것이다.

Software-Defined Product : 제품의 기능과 성능을 소프트웨어가 정의한다.
Software-Defined Vehicle : 자동차의 기능과 사용자 경험을 소프트웨어가 지속적으로 변화시킨다.
Software-Defined Machine : 산업기계의 동작과 성능이 소프트웨어와 AI에 의해 최적화된다.
Software-Defined Factory : 공장의 생산능력과 운영방식이 소프트웨어를 통해 동적으로 재구성된다.
Software-Defined Engineering : 설계·해석·검증 프로세스가 모델, 소프트웨어와 AI 중심으로 변화한다.
Software-Defined Enterprise : 기업의 업무 프로세스와 의사결정 구조가 소프트웨어, 데이터와 AI를 중심으로 운영된다.

따라서 SX는 개별 제품의 변화가 아니다. 제품 → 엔지니어링 → 제조 → 서비스 → 엔터프라이즈 전체를 연결하는 제조업의 구조적 전환이다.

그림 5. 소프트웨어 중심의 구조적 전환

SX를 구현하기 위해 가장 중요한 기반 가운데 하나가 디지털 스레드(digital thread)다. 제조기업에는 이미 많은 시스템이 존재한다. CAD, CAE, PLM, ERP, MES, SCM, IoT, QMS, CRM 등이다. 문제는 시스템이 부족한 것이 아니다.

데이터와 맥락이 서로 단절되어 있다는 것이다. 설계 데이터와 생산 데이터가 분리되어 있고, 생산 데이터와 품질 데이터가 연결되지 않으며, 운영 데이터가 다시 설계로 돌아오지 않는 경우가 많다. 디지털 스레드는 이러한 단절을 연결한다.

그림 6. 새로운 생명주기의 시작

이렇게 제품의 전 생애주기 정보를 연결하면 소프트웨어 중심 제조업이 작동할 수 있는 데이터 기반이 만들어진다. 따라서 필자는 SX를 다음과 같이 표현하고 싶다.

SX = 소프트웨어 중심 아키텍처 + 디지털 스레드 + 디지털 트윈 + AI

디지털 스레드가 정보를 연결하는 구조라면 디지털 트윈은 그 정보를 활용하여 현실 세계를 모델링하고 시뮬레이션하는 공간이다. 물리적 제품과 디지털 제품이 연결되고, 물리적 공장과 디지털 공장이 연결된다. 그리고 현실에서 발생하는 데이터가 디지털 트윈으로 전달된다. 물리적 요소 → 데이터 → 디지털 트윈 → 시뮬레이션 → AI → 의사결정 → 물리적 요소의 순환구조가 만들어지면 제조 시스템은 단순 자동화를 넘어 지속적으로 학습하고 최적화되는 시스템으로 발전한다. 과거의 디지털 트윈이 물리적 자산을 복제하는 개념에 가까웠다면, 앞으로의 디지털 트윈은 점차 의사결정을 지원하고 실행하는 지능형 운영 모델로 발전할 것이다.

SX의 다음 단계에서 가장 중요한 변화는 AI다. 기존 소프트웨어는 사람이 정의한 규칙에 따라 움직였다. 그러나 AI가 결합된 소프트웨어 중심 시스템은 데이터를 분석하고 패턴을 발견하며 상황에 따라 의사결정을 지원하거나 일부 의사결정을 자동화한다.

여기에 생성형 AI와 AI 에이전트가 결합하면 또 다른 변화가 시작된다. 앞으로 엔지니어는 모든 시스템을 직접 조작하는 대신 AI 에이전트에게 목표를 제시하고, 필요한 데이터를 검색하게 하며, 시뮬레이션과 분석을 수행하도록 할 수 있다. 즉, 소프트웨어 중심 제조(software-defined manufacturing)에서 AI 중심 제조(AI-defined manufacturing)로 발전할 가능성이 커지고 있다.

하드웨어 중심 제조업에서는 경쟁력의 중요한 척도가 생산성이 었다. 얼마나 빨리 만들 수 있는가, 얼마나 싸게 만들 수 있는가, 얼마나 높은 품질로 만들 수 있는가가 중요했다. SX 시대에는 여기에 새로운 경쟁 변수가 추가된다. 얼마나 빠르게 제품과 시스템을 변화시킬 수 있는가? 자동차를 예로 들면, 과거에는 새로운 기능을 제공하려면 새로운 모델을 개발해야 했다. 그러나 소프트웨어 중심 제품에서는 소프트웨어 업데이트를 통해 새로운 기능을 제공할 수 있다. 따라서 경쟁의 단위가 제품 릴리스에서 지속적인 업데이트로 이동한다. 이는 제조업의 시간 개념 자체를 변화시킨다. 과거 제조업의 혁신 주기가 ‘년’이었다면 앞으로는 ‘월’, ‘주’, 경우에 따라 ‘일’ 단위가 될 수 있다. 결국 SX 시대의 핵심 경쟁력은 변화의 속도(change velocity)가 된다.

그림 7. 생산성과 변화의 속도

많은 기업이 ‘데이터가 자산’이라고 이야기한다. 그러나 AI 시대에는 데이터만으로 충분하지 않다. AI가 제조업에서 제대로 작동하려면 데이터의 의미와 관계를 이해해야 한다. 예를 들어 특정 센서 데이터가 어떤 제품의 데이터인지, 어떤 부품에서 발생했는지, 어떤 설계 요구사항과 관계되는지, 어떤 제조공정에서 생산되었는지, 어떤 소프트웨어 버전에서 발생했는지 알아야 한다.

즉 데이터에는 맥락(context)이 필요하다. 이 때문에 앞으로 제조업에서는 온톨로지(ontology)와 지식 그래프(knowledge graph)의 중요성이 더욱 커질 것이다. 데이터 → 정보 → 맥락 → 지식 → 인텔리전스라는 발전구조가 필요하다. 디지털 스레드가 데이터를 연결한다면 온톨로지는 그 연결의 의미를 정의하고, 지식 그래프는 관계를 표현하며, AI는 그 위에서 추론한다.

SX의 가장 중요한 의미는 제품의 정의 자체를 바꾸는 데 있다. 과거의 제품은 공장에서 출하되는 순간 거의 완성되었다. 그러나 SX 시대의 제품은 출하가 끝이 아니다. 오히려 출하 이후 새로운 생명주기가 시작된다.

제품은 데이터를 생성하고, 기업은 데이터를 분석하고, AI가 새로운 인사이트를 발견하며, 소프트웨어 업데이트를 통해 제품에 다시 반영한다. 따라서 새로운 제품 생명주기는 다음과 같다. 설계 → 구축(build) → 운영(operate) → 감지(sense) → 학습 → 업데이트 → 진화(evolve). 여기서 중요한 단어는 마지막의 ‘진화’다. 미래의 제조기업은 단순히 제품을 만드는 회사가 아니라 제품을 지속적으로 진화시키는 회사가 될 것이다.

그림 8. 지속적 진화 생태계

제조업의 역사를 길게 바라보면 경쟁력의 중심은 계속 이동해 왔다. 기계화→ 자동화→ 전산화→ 디지털화→ 연결화→ 소프트웨어 중심 → AI 중심. 이 변화 속에서 SX는 단순한 기술 트렌드가 아니다. 그것은 제조기업이 제품을 정의하는 방식, 공장을 운영하는 방식, 엔지니어링을 수행하는 방식, 고객에게 서비스를 제공하는 방식, 그리고 기업 자체를 운영하는 방식을 바꾸는 새로운 제조업 운영체제(manufacturing operating system)라고 할 수 있다.

따라서 SX의 핵심 질문은 ‘우리 회사에 소프트웨어가 얼마나 많이 사용되고 있는가’가 아니다. 진짜 질문은 다음과 같다. ‘우리의 제품과 공장, 엔지니어링과 기업은 얼마나 소프트웨어적으로 정의되고 있는가?’ 그리고 한 단계 더 나아가야 한다. ‘그 소프트웨어 정의 구조 위에서 디지털 스레드, 디지털 트윈, 온톨로지와 AI가 얼마나 유기적으로 연결되어 있는가?’ 필자는 앞으로 제조업의 경쟁 구도가 결국 이 질문에 대한 답에 의해 결정될 것이라고 생각한다.

하드웨어 중심 제조에서 소프트웨어 중심 제조로. 그리고 다시 소프트웨어 중심 제조에서 인공지능 중심 제조로. 이것이 제조업이 직면하고 있는 다음 대전환이며, 바로 SX의 시대다.

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

■ 기사 내용은 PDF로도 제공됩니다.

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