[부산테크노파크 송재만 지능형기계기술단장] 4차산업혁명 시대의 도래로 인한 지각변동 중 가장 큰 변화는 과거에는 상상도 하지 못했던 엄청난 양의 데이터가 전 세계에서 매일 생성된다는 사실이다. 예를 들면, 하루에 생성되는 데이터량은 482억GB(고화질 영화(2GB) 241억 개의 분량에 해당하는 엄청난 분량)이며, 기술변화는 18세기 산업혁명 때 보다 10배 빠르고, 300배 크며, 파괴력은 3,000배라고 ‘맥킨지-미래의 속도’에서 밝힌 바 있다.

이러한 엄청난 양의 데이터 생성과 빠른 기술변화 그리고 그 기술변화로 인한 전 세계에 미치는 파괴력으로 이미 오래 전에 시작된 국경 없는 시장에서의 글로벌 경쟁력 확보는 피할 수 없는 기업환경이 됐다.

현재 일어나는 4차산업혁명은 18세기 산업혁명보다 3,000배 이상의 파괴력을 가진 변화와 맞먹는다. 스마트공장 도입이 절실한 이유다. [사진=dreamstime]

스마트공장 도입의 필요성

이러한 기술 및 시장변화와 함께 우리 기업이 안고 있는 또 다른 당면 현안으로, 정부의 워라밸(work-life balance) 기조에 의한 주 52시간 근로정책에 따른 기업환경 변화, 고착화된 저성장 시대의 진입(대한민국은 2011년 경제성장률이 3.7%에서 2017년 2.1%로 지속적으로 하향, 출처: 한국경제연구원)과 고령화 및 인구감소(통계청 자료에 의하면, 1960년대 우리나라의 총인구는 2,500만 인구 중 65세 이상 노인인구 3.1%였으나 2020년 현재 총인구 5,140백만 인구 중 19.4%가 65세 이상 노인인구이며, 2060년에는 총인구 4,400만으로 감소하고 그 중 절반이 넘는 57.3%가 65세 이상 노인인구로 전망)로 인한 생산성 저하는 우리 경제의 지속적인 성장에 큰 장해 요인으로 등장한지 오래다.

이러한 거시적 지표에서 나타나는 제조업 경쟁력 저하요인을 극복하기 위해 정부는 정책적으로 스마트공장보급확산사업을 추진 중이며, 2022년까지 전국에 스마트공장 3만 개소를 보급하기로 목표를 설정하고 강력하게 추진하고 있다.

지난 2019년 5월 23일 중소벤처기업부가 2014년부터 2017년까지 스마트공장을 도입한 5,003개 중소기업을 대상으로 조사해 발표한 ‘스마트공장 보급사업 성과분석 결과’에 따르면 스마트공장 도입 중소기업은 평균적으로 생산성 30% 증가, 품질 44% 향상, 원가 16% 감소, 납기준수율 16% 증가, 매출 약 8% 증가, 고용 평균 3명 증가, 산업재해 18% 감소한 것으로 나타났다고 발표했다. 특히 이번 중소벤처기업부의 조사에서 눈여겨 볼만한 것이 하나 더 있는데 소규모 기업들의 경쟁력 향상이 두드러졌다는 것이다. 스마트공장 도입 이후 공정개선 효과는 종업원 수 10인 미만 기업의 경우 생산성이 39% 증가해 평균(30.0%) 개선효과를 크게 상회했다. 이뿐만 아니라, 품질·원가·납기 개선효과도 가장 높은 것으로 나타났다.

도입기업과 유사 조건의 미도입기업 간 PSM(구매공급 관리) 분석 결과 [자료제공=중소벤처기업부]

스마트공장보급확산사업을 주요업무로 하고 있는 필자가 부산 지역 내 중소기업 경영자와 만나 이야기할 때 많은 분들이 “우리같이 작은 기업이 스마트공장을 구축해서 효과가 있겠습니까?”라고 하는 질문을 많이 받는다. 하지만, 이 같은 조사결과를 통해 10인 내외의 종업원이 일하는 소규모 공장에서도 스마트공장 구축이 매우 효과적임을 알 수 있다.

앞에서도 밝혔지만 정부가 2022년까지 전국에 3만개의 스마트공장을 보급한다고 한다. 어제까지만 해도 나와 같은 공장운영조건을 갖춘 기업과 경쟁했는데 어느 날 나보다 훨씬 좋은 시스템을 구축한 경쟁사와 내가 경쟁해서 위위를 점할 수 있을까? 진지한 고민이 필요한 시점이다.

과거 우리는 자동차를 운전할 때 내비게이션 없이 전국을 여행하던 시대가 있었다. 이때는 아마 대부분의 운전자들이 자동차에 전국지도 하나쯤은 소지하고 다녔을 것이다. 이 때만해도 지도 하나로 전국을 일주하는데 별로 어려움이 없었다. 다만, 그때는 그렇게 하는 게 가장 좋은 방법이었기 때문이다.

하지만 내비게이션을 누구나 소지할 수 있게 된 지금은 내비게이션 없이 전국을 여행한다는 것은 상상하기 어렵게 됐다. 과거에는 어떻게 내비게이션 없이 전국을 돌아다닐 수 있었는지 스스로에게 물어봐도 그때의 내가 기특할 정도이다. 물론 지금도 내비게이션 없이 여행한다는 것이 불가능한 것은 아니다. 다만 시간과 비용이 많이 든다는 것이다.

스마트공장도 같은 관점에서 바라볼 필요가 있다. 스마트공장을 구축하지 않아도 과거의 방식대로 공장을 운영할 수는 있다. 하지만 스마트공장을 구축한 기업과 비교해 물건을 생산하는데 시간과 비용이 훨씬 많이 든다. 게다가 고객과 협력사와의 커뮤니케이션도 효율이 훨씬 떨어진다. 이렇게 해서 경쟁력을 확보할 수 있을지 의문스럽다.

스마트공장을 구축하지 않고 과거의 방식대로 공장을 운영할 수는 있다. 하지만 스마트공장을 구축한 기업과 비교해 물건을 생산하는데 시간과 비용이 훨씬 많이 들고 경쟁력 확보도 어렵다. [사진=utoimage]

스마트공장 구축 수준별 특징

스마트공장은 구축돼 있는 시스템 및 데이터 취합·분석 수준에 따라 4단계로 분류한다. 정부에서는 스마트공장 수준을 스스로 진단하기 어려운 기업을 위해 전문 컨설턴트를 투입해 진단해 주는 서비스도 제공하고 있다.

I 수준(ICT 미적용): ICT 미적용 단계에서는 생산설비, 물류 등의 모니터링 관리가 수작업으로 이뤄지고 종이문서에 의해 운영된다. 엑셀(Excel)을 활용해 데이터를 정리하며, 아직 시스템을 갖추지 않은 단계로 I 수준에서는 현장자동화, 공장운영, 기업자원관리, 제품개발 및 공급사슬관리 모두가 수작업으로 이루어지는 단계이다. 스마트공장 구축을 위한 IIoT 대상으로는 자재를 대상으로 하며 부분적 표준화 및 데이터관리를 위해 바코드와 RFID(무선인식)를 부착한다.

II 수준(기초수준): 기초 단계에서는 생산설비, 물류 정보를 바코드를 통해 정보를 수집해서 생산관리가 가능하다. 스마트공장을 구축한 대다수 국내 중소기업들이 1, 2단계 수준이다. 기초수준에서는 생산이력을 추적 관리하는 단계로, 생산정보를 자동으로 집계해 자재 흐름에 대해 실시간 파악이 가능하나, 아직 통합적 관리단계는 아니고 부분적으로 관리 시스템을 운영하는 수준이다. 공정물류관리 또한 부분적으로 가능하며, 기업자원관리는 기능별 관리중심으로 이루어진다. 제품개발은 CAD를 사용해 프로젝트를 관리하는 수준이며, 공급사슬관리는 단일 모기업에 의존하는 수준이다. IIoT 대상으로는 작업자, 설비, 자재 등이 속한다.

III 수준(중간수준1): 중간수준 1 단계는 센서와 IIoT, 빅데이터를 활용해 자동화 설비를 구축하고 실시간으로 제조상황 파악이 가능한 수준이다. 국내 대기업들이 구축한 스마트공장이 대부분 중간단계에 해당된다. 광범위한 생산정보에 대해 실시간 집계 및 모니터링이 가능하며, 설비정보에 대해 자동집계가 가능하고 실시간 공장 운영 모니터링이 가능해 시스템 간 부분적 연계가 가능하다. III 수준에서는 설비데이터가 자동집계 되며, 공장운영은 실시간으로 의사결정이 가능한 정도다. 기업자원관리는 기능 간 통합이 이뤄져있으며, 공급사슬관리는 다품종 생산협업이 가능한 단계다. IIoT 대상으로는 작업자, 설비, 자재 등이 속한다.

IV 수준(중간수준2): IT/SW 기반 맞춤형 유연생산이 가능한 단계로, 상하위 설비와 장비 간 또는 내·외부 시스템 간 인터페이싱을 통해 시스템의 전체 최적화 관점에서 정보 통합 및 종합제어가 가능한 단계다. IV 수준은 설비제어가 자동으로 가능하며, 실시간 공장제어가 가능하고, 제품개발에 있어서는 기준정보 및 기술정보의 생성 및 연결이 자동화가 가능하다. 공급사슬관리 측면에서는 다품종 협업 개발이 가능한 단계이며, IoT 대상으로는 작업자, 설비, 자재, 운반조건 등이 속한다.

V 수준(고도화): 고도화 단계는 실제와 가상이 결합된 고도화된 ICT가 접목된 생산시설로 완전한 자동화 시스템이 구축된 단계다. 지멘스, GE 등 해외 일부 기업만이 이정도의 시스템을 구축한 것으로 알려져 있다. 설비, 자재, 시스템 등이 유무선 네트워크로 연결돼 스스로 판단하는 지능형 설비 및 시스템을 통해 자율적 공장을 운영할 수 있다. IoT 대상으로는 작업자, 설비, 자재, 운반조건, 환경을 대상으로 구축하며 모니터링부터 제어 최적화까지 자율로 진행된다. 또한 공장운영은 빅데이터 기반 진단 및 운영이 가능한 단계이고 제품개발은 빅데이터/설계 개발 가상 시뮬레이션/3D프린팅을 활용하는 단계기도 하다. 공급사슬관리에서는 인터넷 공간상의 비즈니스 CPS 네트워크 협업이 가능하며, 이를 위해 인공지능, AR/VR, CPS 등이 활용된다.

스마트공장의 구축 단계 [자료=스마트제조혁신추진단]

효율적인 스마트공장 구축을 위한 고려사항

효율적 스마트공장 구축을 위해서는 성공사례와 함께 실패사례를 면밀히 분석할 필요가 있다. 통계청 자료에 의하면 스마트공장을 도입 후 다음과 같은 문제점을 지적하는 것으로 조사됐다. 구축된 시스템의 결함 및 불안정(33%), 기대한 업무 개선효과 미흡(15%), 유지보수에 어려움(12%), 필요한 교육 및 업무 개선 등 추가업무가 많고 복잡함(9%), 기존업무 시스템과 부합하지 않아 적용이 어려움(9%), 운영 및 관리인력 부족(7%), 관리자 및 담당직원의 소극적 참여(5%) 등이다. 그러면 좀 더 구체적으로 중소기업의 스마트공장 구축을 위한 전략을 마련하는데 도움이 될 만한 몇 가지 사항을 제안하고자 한다.

첫째, 스마트공장 구축은 제조 현장뿐만 아니라 사무현장과 개발현장을 비롯한 물류까지도 포함한 포괄적 차원에서 접근해야한다. 스마트공장의 구축을 제조현장만으로 국한한다면 자칫 자동화된 공장의 범주에 머물 수 있다. 스마트공장을 구축하는데 있어서도 예산과 시간, 인력 등 고려할 경우의 수가 너무 많기 때문에 한 번에 모든 시스템을 최적화하는 것은 사실상 매우 어려운 일이다. 따라서 한꺼번에 모든 것을 해결하려하지 말고 부분적으로 진행하되 궁극적으로는 제조현장부터 물류 및 사무 영역까지 포함하는 점차적인 접근 방식을 권하고 싶다.

둘째, 중기중앙회 조사에 따르면, 조사대상 기업 중 83%가 스마트공장을 구축하는데 있어 가장 큰 애로사항으로 자금부족을 들었다. 따라서 재무적인 관점에서 구축비용 대비 공장이 정말 스마트해지는가를 고려할 필요가 있다. 스마트공장 구축에 있어 사용자와 공급자는 서로 이해관계가 다르다. 공급자는 스마트공장 구축 자체에 관심이 있고, 사용자는 스마트공장 구축 후 기업경쟁력 확보에 관심이 있다. 공급자와 수요자는 상호 입장을 이해하고 도입기업은 정부에서 지원해주는 마이스터 컨설팅 및 역량강화 사업 등을 통해 자신의 공장에 대한 수준을 파악할 필요가 있다. 이렇게 해서 공장수준을 파악한 후에 적어도 3곳 이상의 공급업체를 만나 구축해야할 내용들에 대해 협의하기 바란다.

셋째, 스마트공장을 구축하는데 있어 원가절감을 우선 고려할 것인지 아니면 협력사와의 관계망 구축을 우선 고려할 것인지 등 우리 공장이 가장 시급하게 개선돼야할 부분이 무엇인지 먼저 도출하기 바란다. 이러한 우선순위 도출은 가능한 한 내부 직원들의 의견 수렴을 통해 먼저 도출한 후 외부 전문가와 협의해 우선순위를 정하는 것이 효과적이라고 생각된다. 이때 도입 시 예측되는 리스크도 함께 파악하기 바란다.

넷째, 스마트공장을 구축하는데 있어 우리 공장에 적합한 모델을 찾기 바란다. 예를 들면 대표적인 스마트공장 중 하나인 지멘스 독일 암베르크 공장에서는 생산 흐름이 매우 유연해 후속 설비에 고장이 생기면 이를 사전에 인지하고, 정상적으로 생산되는 옆 라인으로 손쉽게 조정 가능한 생산시스템을 갖추고 있다고 한다. 하지만 이러한 시스템이 모든 공장에 가장 적합한 모델이라고 하기는 어려울 것이다. 특히, 철강산업에서는 이런 시스템 도입이 거의 불가능하다고 한다. 따라서 자신의 사업장에 적합한 스마트공장 구축 모델을 찾아 효과성을 극대화하는 것이 중요하다고 생각한다.

대표적인 스마트공장 중 하나인 지멘스 독일 암베르크 공장의 모습 [사진=지멘스]

다섯째, 스마트공장 구축을 위한 혹은 구축 후 유지보수를 위한 전문가를 반드시 확보하기 바란다. 정부 보조를 받아 스마트공장 솔루션을 도입한 중소기업 중에서 유지보수가 어렵다는 불만을 제기하는 기업도 있다. 현장에선 스마트공장 솔루션 공급 업체의 소프트웨어 수정 속도가 느려서 생산에 차질이 빚어지는 일도 발생한다고 한다. 이처럼 스마트공장을 도입한 중소기업을 중심으로 사후관리 문제가 꾸준히 제기되는 건 전문 인력이 부족하기 때문이다.

스마트공장을 구축 후 실패하는 사례도 발생하곤 하는데 실패사례의 주요 원인 중 하나가 전담인력 확보 없이 공급기업에게 만 사후관리를 일임하기 때문인 경우가 많다. 새롭게 인력을 충원하거나 아니면 기존의 인력에게 교육기회를 제공해 전문가로 양성할 것을 강력하게 권하고 싶다.

여섯째, 특히 중소기업의 경우 스마트공장 구축의 최종안은 반드시 최고 경영자가 관심을 갖고 추진하길 바란다. 생산부서 임원이 공장 구축 및 가동에 대해 가장 잘 안다고 해서 최고경영자는 한걸음 뒤에서 보고를 기다리는 경우가 종종 있는데 이는 절대 지양해야 할 것이다.

다시 말하지만 스마트공장 구축은 생산에만 국한된 것이 아니다. 스마트공장 구축은 생산에서 영업, 물류, 고객관리 및 협력업체와의 관계망 까지 기업전체의 프로세스와 연결되는 사안이므로 반드시 최고경영자가 관심을 가지고 추진하길 바란다.

이상 스마트공장이란 무엇인지에서부터 스마트공장을 구성하는 핵심기술이 무엇인지, 그리고 스마트공장을 왜 구축해야하는지와 스마트공장 구축 수준별 특징, 마지막으로 효과적인 스마트공장 구축을 위해 필자가 현장에서 체험한 경험을 바탕으로 제언까지 기술했다. 이상의 기고가 스마트공장을 구축하고자하는 중소기업 CEO분들께 큰 도움이 되길 바란다.

글 부산테크노파크 송재만 지능형기계기술단장

[김관모 기자 (news@industrynews.co.kr)]

[저작권자 © FA저널 SMART FACTORY, 무단 전재 및 재배포 금지]