Industry 4.0이란 | 정의, 도입 효과, 사례, 도입 방법

2016년 세계 경제 포럼(WEF : World Economic Forum)에서 의장, Klaus Schwab은 ‘제4차 산업혁명’이라는 말을 처음 사용했습니다. 현재 진행 중인 4차 산업혁명은 Industry 4.0이라고도 하며, 정보통신기술(ICT) 기반의 새로운 산업 시대를 의미합니다. 인공 지능(AI), 사물 인터넷(IoT), 빅데이터(Big Data) 등의 첨단기술이 경제·사회 전반에 영향을 주는 것입니다. 4차 산업혁명은 초고속 네트워크와 인터페이스를 이용한 인간과 인간, 인간과 기계, 그리고 기계와 기계 사이의 초연결(Hyper-connectivity)과 빅데이터 및 빠른 연산능력을 기반으로 하는 초지능(Superintelligence), 그리고 그 분석결과를 토대로 인간 행동을 예측하는 것을 특징으로 합니다. 전문가들은 4차 산업혁명으로 인간이 일하는 방식, 소비하는 방식, 심지어는 생각하는 방식까지 바꿀 것이라고 전망합니다.

Industry 4.0이란 무엇인가?

Industry 4.0은 협의와 광의의 개념으로 나눌 수 있습니다. 좁은 의미의 Industry 4.0은 독일에서 정보통신기술과 제조업의 융합을 통해 생산 경쟁력을 높이고 제조 강국으로서의 입지를 더욱 강화하고자 구상된 국가 차원의 제조업 발전 전략을 일컫습니다. 넓은 의미로는 사이버 물리 시스템, 사물 인터넷 기술을 통해 생산기기와 생산품간의 정보교환이 가능한 자동화 생산체계를 말하며 이를 통해 국가 경쟁력을 높이려는 전세계 제조국가들의 트렌드가 된 개념입니다.
미국의 Remaking America, 중국의 자주창신, 일본의 산업재흥플랜, 한국의 제조업 혁신 3.0 전략, 인도의 메이크 인 인디아 모두가 Industry 4.0에 기반을 둔 제조업 발전 전략입니다. 이 연구에서는 광의의 인더스트리 4.0 개념을 채택하였습니다.

Industry 4.0과 스마트 팩토리

스마트 팩토리는 Industry 4.0의 중심이 되는 요소입니다. ICT 기술의 활용 폭을 크게 넓히고, 진화한 공장을 통해 4차 산업혁명을 준비하는 와중에 등장한 개념이 바로 “스마트 팩토리”입니다. 3차 산업혁명에서는 부분별 자동화만 실현되는 반면, Industry 4.0에서는 공장 운영과 경영 전반까지 최신 ICT 기술을 접목하여 프로세스의 효율성을 제고하고 제품 개발부터 상품 제조, 유통 이후 서비스 단계까지 모든 공정이 자동화 및 최적화됩니다. 스마트 팩토리의 주요 요소는 다음과 같습니다.

사이버 물리 시스템(CPS : Cyber Physical System)

CPS는 모든 사물이 IoT 기반으로 연결되며 컴퓨팅과 물리세계(physical world)가 융합되어 사물이 자동 지능화되는 시스템을 말합니다. CPS는 아직도 진화하는 개념이지만 단순한 임베디드 시스템이나 리얼타임 시스템은 아닙니다. CPS는 사이버에서도 물리적 요소가 운용 가능해야 하고, 조작이 독립적이고 재조직 및 재정의가 가능해야 하며, 폐쇄적으로 운용 가능한 고도의 자동화가 되어 있어야 하고, 학습 등이 가능하고 복수의 네트워크가 증가할 수 있어야 합니다.

사물 인터넷(IoT: Internet of Things)

사물 인터넷은 주변 사물들이 유ㆍ무선 네트워크로 연결되어 유기적으로 정보를 수집 및 공유하면서 상호작용하는 지능형 네트워킹 기술 및 환경을 의미합니다. 사물 인터넷은 물리적 세계에 있는 사물들과 그것에 부착된 센서들이 유ㆍ무선 인터넷에 연결된 시스템으로, 사람, 사물, 서비스를 구성 요소로 합니다.

빅 데이터 (Big Data)

빅 데이터는 좁은 의미로는 대용량, 다양한 형태 고속생성 및 고속처리의 특징을 가지며 최근에는 가치까지 포함하여 네 가지 특징을 가진 데이터로 정의할 수 있으며 넓은 의미로는 데이터 자체를 포함하는 것은 물론 빅 데이터 산업, 빅 데이터 기술 등을 통칭하는 포괄적 정의로 변화하였습니다. 빅 데이터는 데이터의 규모, 데이터의 속도, 데이터의 종류로 구성됩니다.

클라우드 컴퓨팅(Cloud Computing)

클라우드 컴퓨팅은 각 PC단말에서 개별적으로 프로그램을 설치해서 데이터를 저장하던 기존 방식에서 벗어나, 인터넷 네트워크에 모든 컴퓨팅 자원을저장하여 개별 컴퓨터에 할당하는 개념입니다.

Industry 4.0의 도입 효과

Industry 4.0의 본질적인 목표는 경쟁력을 향상시키고 운영 효율성을 개선하고 규범을 준수할 수 있는 효율적이고 확장 가능한 솔루션으로 생산 프로세스를 최적화하는 것입니다. 더 빠르고 효율적이며 고객 중심적으로 만드는 동시에 자동화 및 최적화를 넘어 새로운 비즈니스 기회를 창출하는 것입니다. Industry 4.0의 도입 효과는 제조의 디지털 전환, IIoT의 도입, 운영 및 비즈니스 프로세스 최적화, 정보 기반 가치 생태계 확립의 이점과 유사합니다.

최적화 및 자동화를 통한 생산성 향상

프로세스 및 생산성의 최적화는 제조업체가 보는 첫 번째 도입 효과입니다. 이것은 Industry 4.0 프로젝트의 첫 번째 목표로, 비용 절감, 수익성 증대, 낭비 감소, 오류 및 지연 방지를 위한 자동화, 생산 속도 향상, 데이터 디지털화 등을 이뤄 생산과 관련된 문제에 더 빨리 개입할 수 있게 합니다. 조직 전반에서 데이터 기반의 의사결정을 수행하고 예측 정확성을 높이며 정시 납품을 지원하고 이익에 최적화된 계획을 수립합니다.

실시간 공급망을 위한 실시간 데이터

제조업의 전체 가치 사슬과 생태계를 살펴보면 관련된 많은 이해 관계자가 있습니다. 이들 모두 공급망의 어느 위치에 있든 상관없이 향상된 생산성을 원합니다. 최종 고객이 좋은 제품을 빨리 받기 원하고 고객 경험, 품질, 서비스에 대한 기대치를 높인다면 이는 제조업의 전체 가치 사슬과 생태계에 영향을 미칩니다. 속도 우위를 가질 때 경쟁 우위를 점할 수 있게 되고, 이는 비용 및 가치 창출의 문제이기도 합니다. 더 많은 데이터를 수집하고 이 데이터가 적시에 제공될수록 공급망에서 더 많은 가치를 얻을 수 있습니다.

고급 유지 관리를 통한 높은 비즈니스 연속성

Industry 4.0은 전체 설비의 수명을 획기적으로 늘릴 수 있습니다. 설비에 내장되는 센서를 통해 데이터를 수집하고 분석하여 기업 자산 관리를 근본적으로 혁신합니다. 기술자는 자산 성능을 실시간으로 모니터링하고 다운 타임을 예측, 방지하며 역동적인 예측 유지보수를 적용하고 디지털 트윈을 활용하며 자산과 비즈니스 프로세스를 긴밀하게 통합할 수 있습니다. 위험 상황에 대해 알람을 설정할 수 있고, 엔지니어가 원격으로 문제를 확인 및 해결할 수 있을 뿐더러, 데이터 축적과 분석을 통해 문제의 패턴을 파악하고 통찰력을 얻을 수 있습니다.

더 나은 품질의 제품

자신의 상태, 위치, 사용 수준, 저장 조건 등에 대한 정보를 공유할 수 있는 커넥티드 자기인식 제품을 개발합니다. 이러한 스마트 제품에서 공유하는 데이터로 제품 품질, 고객 서비스, 물류, R&D 등 모든 요소를 개선할 수 있습니다. 또한 서비스 요구사항을 예측하고 원격 업그레이드를 수신하며 서비스 기반의 새로운 비즈니스 모델을 적극 도입할 수 있습니다.

직원 역량 강화

시스템이 아무리 자율화되더라도 인력은 여전히 필요합니다. AI 같은 기술과 실시간 센서 데이터로 직원의 역량을 강화해 현장 상황을 파악하고 신속하게 의사결정을 수행하며 문제가 발생할 때 처리할 수 있게 할 수 있습니다. 웨어러블 기기와 증강현실 앱도 문제를 해결하고 직원 건강을 모니터링하며 직원을 안전하게 보호하는 데 도움이 될 수 있습니다.

더 나은 작업 조건 및 지속 가능성

공장 또는 창고의 실시간 온도, 습도 및 기타 데이터를 기반으로 작업 조건을 개선할 수 있습니다. 또한, 보호, 가스, 방사선 등의 존재 감지 및 사고 발생 시 신속한 알람를 통해 직원 보호를 강화할 수 있습니다.

새로운 소비자를 위한 개인화 및 맞춤화

이제 소비자들은 개인화를 원합니다. 이는 전통적인 공급망을 붕괴시킵니다. 소비자들은 점점 더 브랜드 및 브랜드의 제조 능력과 직접적인 상호작용을 할 수 있는 가능성을 얻고 싶어합니다. 언급한 대로 제품을 맞춤화할 수 있는 디지털 플랫폼, 생산과 배송 사이의 단축된 경로, 공동 제작 가능성 등이 그것입니다. 많은 제조 환경에서 이러한 일들이 이미 일어나고 있습니다. 이는 비단 소비자 환경에만 있는 것이 아닙니다. 우리는 B2B 맥락에서도 커스터마이징을 점점 더 많이 보게 됩니다.

향상된 민첩성

빅 데이터, AI 기술을 통해 계절적 수요, 생산 변동 가능성을 예측할 수 있습니다. 시장이나 경기 변동에 대응할 수 있는 회복탄력성과 민첩성으로 기업은 정교한 계획을 토대로 미래의 디지털 공급망을 구축합니다.

혁신적인 능력과 새로운 수익 모델의 개발

수익성을 저해하지 않는 지속가능한 친환경 솔루션으로 고객은 온라인으로 전환해 효율성과 경제성을 높여 수익성과 확장성 등 다른 비즈니스 목표를 저해하지 않고 환경 관련 목표를 달성합니다. 또한 Industry 4.0 솔루션을 활용해 비용을 줄이고 시장 효율성을 높이며 육해공으로 공급망을 연결합니다. 새로운 비즈니스 모델을 탐색하며 새로운 기회를 신속하게 포착할 수 있습니다.

IoT 플랫폼으로 Industry 4.0 도입한 사례들

씽플러스는 Industry 4.0 솔루션 포트폴리오를 통해 생산 방식을 혁신하고 고객 중심으로 설계하며 전체 조직을 연결해 디지털 공급망을 혁신하고 있습니다.

1. 제조 환경 모니터링

스마트 팩토리에는 모니터링이 필수적이라고 할 수 있는데, 특히 부품 제조가 주인 중소기업의 경우 부품 생산 시의 온도, 습도나 기압 등의 환경이 생산품에 영향을 줄 수 있기 때문에 이에 대한 관리의 중요성이 크다고 할 수 있습니다. 씽플러스 제조 환경 모니터링은 제조 설비 및 공장 운영 환경 데이터의 AI 분석을 통해 설비 운영을 최적화하고, 제조 불량에 대한 원인 분석을 함께 제공합니다. IoT 기술로 공장 내 분진, 가스, CO2, 물 등 기타 유해 오염 물질에 대한 모니터링을 통해 작업 안전성을 높이고 공장 운영 최적화와 적합한 공장 환경을 유지할 수 있습니다.

2. 공장 에너지 관리(FEMS)

전기를 포함한 에너지 산업은 탈탄소화(Decarbonization), 분산화(Decentralization), 디지털화 (Digitalization)라는 큰 틀에서 변하고 있습니다. 특히 2017년 기준 전세계 총 에너지 사용량의 37%가 소비된 제조산업은 에너지 관리와 관련 다양한 문제에 직면해 있습니다. 중요 자원인 에너지 낭비를 막고 효율적으로 사용해야만 수익으로 연결될 수 있습니다. 씽플러스 FEMS는 IoT 디바이스를 통해 주요 설비의 전력량을 계측하여 전기 에너지 사용량을 분석하고 전력 피크를 모니터링하여 에너지 효율을 높입니다. 또한 공간의 실시간 전기 사용량 혹은 환경 변화(온도, 습도 등)에 따라 설정된 관리 시나리오로 냉난방기, 조명 등의 기기 제어를 통해 전기 에너지 사용량을 자동 관리할 수 있습니다. EMS 시스템 도입으로 연간 에너지 사용량을 평균 7.3% 절감하는 효과를 볼 수 있습니다.

3. 기계/장비 예지보전

생산 공정이 기계화, 자동화, 고도화됨에 따라 설비에 대한 의존도가 점점 높아지고 있으며, 설비의 투자 금액이 증가됨에 따라 투자 금액의 효과적 관리가 필요하기 때문에 예지보전의 필요성이 더 커지고 있습니다. 씽플러스 기계/장비 예지보전은 AI 기반 예지보전 솔루션으로, 설비의 가동 패턴을 머신러닝하여 이상 징후를 사전에 예측합니다. 실시간으로 설비의 이상상태를 감시하고 초기 결함을 포착하여 생산 환경의 안정성을 확보하고, 가동 중지 시간을 최소화합니다. 공장 운영을 지속하면 AI 학습 데이터 및 분석 케이스를 축적해 AI 예측 정확도를 높일 수 있으므로 더욱 효과적입니다.

4. 설비 디지털화

씽플러스 설비 디지털화는 아날로그 데이터의 디지털화를 통해 설비를 실시간 모니터링하고 생산성 데이터를 분석·관리할 수 있게 해주는 서비스 입니다. 설비의 작동 변경 및 위치 변동 없이, IoT 디바이스 부착을 통해 설비의 아날로그 정보를 디지털화 하고 공장 설비의 실시간 가동 상태와 가동률 등을 확인할 수 있습니다. 접근할 수 없었던 기기의 다양한 데이터를 원격 확인할 수 있으며, 시스템에서 자율적으로 장치를 분석하며, 최적화된 제어를 위한 데이터로 활용합니다. 또한, 기기의 이상 작동 또는 이상 신호 발생 시, 알람을 발송하여 즉시 조치 가능하게 합니다. 설비 디지털화를 도입하면 공장 전반의 생산성이 평균 18% 증가하고 인간비를 12% 절감하는 효과를 얻을 수 있습니다.

IoT로 Industry 4.0 시작해보세요

Industry 4.0은 스마트 서비스를 이용하여 제품과 서비스 경젱력을 높이는 것을 궁극적인 목표로 하고 있습니다. 21세기 제조업 경쟁력의 새로운 원천은 바로 이 스마트 서비스에 있습니다. IoT 플랫폼을 통해 스마트 서비스를 시작할 수 있습니다. 관련 솔루션과 더 구체적인 도입 방법이 궁금하시면 씽플러스로 문의해주세요!