[기획] 스마트공장 기반 제조강국 속도낸다

[기획] 스마트공장 기반 제조강국 속도낸다‘제조업 혁신 3.0’…국가경쟁력 제고
생산성 25% 향상·상생협력 ‘키워드’
외산 비중 커…요소기술 격차 좁혀야

▲ 정부는 ‘제조업 혁신 3.0’ 전략을 수립하고 2020년까지 스마트공장을 1만 개 이상 늘린다는 계획이다. [사진: 현대자동차]

ICT 융합산업의 마지막 단추로 평가받는 스마트공장에 대한 관심이 뜨겁다.
제조업에 ICT기술을 접목해 생산공정에 혁신을 가져다줄 스마트공장은 천연자원이 부족하고 수출형 산업의 비중이 큰 우리 경제에도 막대한 영향을 미칠 전망이다.
정부는 ‘제조업 혁신 3.0’ 전략을 수립했다. 제조업의 창조경제 구현을 목표로 생산현장, 제품, 지역 생태계를 혁신해 성공사례를 창출하고 제조업 전반으로 확산한다는 방침이다.
2020년까지 스마트공장을 1만 개 이상 늘려 국내 제조업의 경쟁력을 선진국 수준까지 끌어올린다는 계획이다.
스마트공장은 이미 세계적인 추세다.
독일은 ‘인더스트리 4.0’ 정책을 통해 4차 산업혁명을 선도하겠다는 움직임이고, 미국은 글로벌 금융위기 이후 제조업이 국가 경쟁력의 근간임을 강조하며 제조업 르네상스 운동을 전개하고 있다. 일본 역시 ‘산업재흥플랜’에 기반 한 제조업 경쟁력 강화에 나서고 있다.

□ 기술 도입 수준 = 스마트공장은 기업의 생산 공정이나 ICT기술을 접목했을 때의 시너지 효과, 투자대비 효율 등이 제각각이기 때문에 ICT기술의 활용 정도 및 역량에 따라 △기초 △중간1 △중간2 △고도화의 4단계 수준으로 구분해 추진된다.
기초단계는 공정물류 중심의 생산 실적 관리가 주를 이룬다. 중간1·2 단계는 생산정보를 활용한 품질분석 및 실시간 생산관리가 가능해진다. 고도화 단계는 기획·생산·유통·물류가 통합돼 제조 전단계가 실시간 연동되는 수준에 도달한다. 스스로 판단하는 로봇, 사이버물리시스템(CPS) 등이 공장을 자동 운영하게 된다.
스마트공장의 도입은 열악한 작업환경이 자동화·디지털화되면서 쾌적하고 안전한 작업장이 실현될 뿐만 아니라, 저출산·고령화로 인한 노동력 감소 문제를 겪고 있는 제조업에 청년 일자리를 창출하고 지능형 생산시스템으로 정년이 연장되는 효과를 가져올 것으로 기대된다.

□ 요소 기술 = 스마트공장의 요소 기술은 크게 △애플리케이션 △플랫폼 △디바이스로 구분된다.
애플리케이션은 MES(Manufacturing Execution System), ERP(Enterprise Resource Planning), PLM(Product Lifecycle Management) 등 플랫폼 상에서 각종 제조 실행을 수행하는 소프트웨어를 뜻한다.
수집된 데이터를 가시화하고 분석하는 역할을 담당한다.
플랫폼은 스마트공장의 하위 디바이스에서 입수한 정보를 애플리케이션에 전달한다. 빅데이터 분석, CPS, 클라우드, 생산자원 관리기술 등이 이에 해당된다.
디바이스는 스마트공장의 최하위 하드웨어 시스템으로, 모든 기초 정보를 감지 및 제어한다. 컨트롤러, 로봇, 센서 등 다양한 구성요소로 이뤄져 있다.
최근 트렌드는 생산시스템의 부가가치를 극대화하기 위해 기존 하드웨어 위주의 생산시스템 공급을 탈피, 하드웨어와 소프트웨어가 결합된 융합형 시스템이 대세를 이루고 있다.
스마트공장 관련 기술은 로크웰오토메이션, IBM 등이 특허를 주도하고 있다. 우리나라는 삼성전자, 포스코 등이 출원을 하고 있으나 해외 기업에 비해 저조한 편이다.
특허를 주도하고 있는 기업들은 컴퓨팅 기술 및 시스템 분야, 경영·관리·재무·상업·행정 등의 특수한 용도에 적합한 컴퓨팅 기술에 출원이 집중돼 있다.
우리나라와 일본은 부품 및 제어장치 등 하드웨어에 출원이 편중돼 있는 반면, 해외 선진기업들은 플랫폼이나 소프트웨어 기술에 집중하고 있는 모습을 보인다.

□ 추진 경과 = 최근 정부는 그간 민관합동으로 추진한 스마트공장 총 1240개사 구축 지원 성과를 발표했다.
2015년까지 구축된 스마트공장을 통해 25%의 생산성 향상을 보인 것으로 나타났다.
세부적으로는 불량률 감소(27.6%), 원가 절감(29.2%), 시제품 제작기간 단축(7.1%) 등에 효과를 보였다.
시스템별·수준별 현황을 보면, 기초수준의 생산관리시스템(MES) 구축이 67.3%로 주를 이뤘다.
업종별로는 기계·금속이 35.5%, 자동차부품이 21.5%로 스마트공장 도입이 두드러졌다. 스마트공장 도입 기업의 49%는 소재·부품기업이고 주조, 금형, 용접 등 공정기술을 활용하는 뿌리산업 기업의 참여비중은 12.3%를 차지했다.
규모별로는 매출액 50억 미만의 업체가 39.6%, 종업원 수 20~49인인 기업이 40.6%로 높은 비중을 보였다.
지역별로는 수도권 347개, 비수도권 893개 기업에 보급됐다.
올해에도 정부는 민관합동 총 575억 원(정부 352억 원, 민간 223억 원)을 조성, 약 800개사(누적 2000개사) 스마트공장 구축 지원에 나설 예정이라고 밝혔다. 특히, 대기업 연계가 약한 뿌리기업 등 2·3차 이하의 중소기업을 집중 지원할 계획이다.
아울러 새롭게 반월시화산업단지를 스마트공장 ‘거점 클러스터’로 삼아 데모 스마트공장 구축, 클라우드 솔루션 보급 등 타 기업의 벤치마킹 기회를 제공할 예정이다.

□ 상생협력 가교 = 스마트공장은 대기업과 중소기업의 상생협력에 핵심 키워드로 작용하기도 한다. 아무리 큰 대기업이라도 중소기업과 연계 없이는 제품을 생산할 수 없고, 중소기업은 스마트공장 인프라 구축에 대한 투자를 독자적으로 수행하기 힘들기 때문이다.
삼성전자는 작년 경북지역에 스마트공장을 보급한 데 이어, 올해부터 전국적인 스마트공장 보급에 나선다고 밝혔다.
전국 스마트공장 보급 사업은 공장운영시스템(MES·ERP), ICT 기반 제조기술(제조 자동화, 공정시뮬레이션, 초정밀금형) 등 중소·중견기업의 수준과 규모, 분야에 따라 단계별로 추진된다.
삼성전자는 2월 224개, 3월 150여 개 등 올해에만 450개의 스마트공장을 구축했다.
현대차그룹은 2·3차 협력사 450개사, 광주혁신센터 내 중소기업 200개사 등 총 650개사를 스마트공장으로 전환하는 사업을 추진하고 있다.
공정 데이터를 실시간 모니터링할 수 있는 공정검사 자동화 시스템, 불량품 발생 시 저장된 생산정보를 바탕으로 어디서 잘못됐는지 역추적 관리할 수 있는 부품 추적 관리시스템 등이 도입된다. 협력사의 스마트화 단계에 따라 맞춤형 기술이 보급된다.
효성도 스마트공장 지원 규모를 2014년 5개에서 작년 15개 이상으로 확대했다.
변압기·차단기·전동기 등은 효성의 중공업 분야 주력 제품으로 부품이 크고 복잡해 협력사가 품질검사에 어려움을 겪어왔지만 스마트공장을 통한 검사 결과의 분석·실시간 모니터링을 통해 문제를 빠르게 해결하는 데 큰 도움이 되고 있다는 설명이다.

□ 당면 과제 = 스마트공장의 확산은 앞으로 더 활발해질 것으로 예상되지만 국내 요소 기술 수준은 아직 선진국에 수년 뒤쳐지는 것으로 파악된다. 빅데이터 등 융합 플랫폼의 기술 격차가 크게 벌어진 상태다.
소프트웨어 기술의 경쟁력이 취약하다보니 하드웨어 중심의 제조 생태계가 소프트웨어로 전환되기에는 한계가 있다. 작년 미래창조과학부가 조사한 기술수준평가 결과에 따르면, 특히 자율·협업 제조를 위한 임베디드 소프트웨어, 디바이스 협업 소프트웨어 기술의 경쟁력이 취약한 것으로 나타났다.
가상현실·증강현실, ERP, MES, 공정모델링 및 시뮬레이션 등의 기술이 어느 정도 개발된 상태지만 유연생산 체계로의 통합기술은 전무하다. 스마트공장 도입을 주도한 국내 주요 기업들마저 PLM 기반 시뮬레이션 기술을 전량 외산을 도입한 것으로 알려졌다.
산은경제연구소에 따르면, 대기업과 중소기업간, 업종간 스마트공장 수용도에 있어서도 현격한 차이를 보이고 있다.
대기업과 1차 협력사는 중간 이상 수준이나, 대다수 중소기업은 수작업 또는 ICT의 제한적 활용에 그치는 실정으로 나타났다. 심지어 국내 중견·중소기업의 66.7%는 생산 현장에 ICT를 전혀 활용하지 않는 것으로 조사됐다.
스마트공장에 대한 인식 수준도 매우 낮은 상태다. 중소기업중앙회가 국내 중소기업 300곳을 대상으로 실시한 설문조사에 따르면, 응답자의 72.7%가 ‘스마트공장에 대해 들어본 적 없다’고 답한 것으로 집계됐다.
특히 극심한 인력난과 영세한 소공인 형태로 낙후한 작업환경에서 어려움을 겪고 있는 뿌리산업이 스마트공장 지원사업으로 혁신할 수 있도록 적극 도와야할 것이라는 설명이다.

 

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