스마트 팩토리 시장 동향과 전망에 따른 시사점

4차 산업혁명의 도래에 따라 스마트 팩토리의 역할도 더욱 주목받고 있습니다. 사물인터넷(IoT)을 통해 생산기기와 생산품 간 상호 소통 체계를 구축하고 전체 생산 과정의 최적화를 구축하는 4차 산업혁명의 도래는 제조업의 패러다임을 미리 입력된 프로그램에 따라 생산시설이 수동적으로 움직이는 공장자동화에서 생산설비가 제품과 상황에 따라 능동적으로 작업 방식을 결정하는 스마트 팩토리로 변화시키고 있습니다. 4차 산업혁명의 핵심은 사이버 물리 시스템에 기반을 둔 유연한 생산활동입니다. 사물 간 통신과 분산형 시스템은 기존의 소품종 대량 생산을 고객 맞춤형 다품종 소량 생산으로 변화키시고 있습니다.

스마트 팩토리 기술발전은 앞으로의 글로벌 제조업 경쟁 지형을 변화시킬 전망입니다. 이에 따라 국내에서는 과기정통부, 산업부, 중기부 등이 스마트팩토리 도입을 위한 정책을 추진하고 있습니다. 이에 국내에서는 스마트 팩토리 시장 활성화에 대한 기대감이 점차 커지고 있으며 관련 회사들과의 협력 사례도 등장하고 있습니다.

이번 콘텐츠에서는 스마트 팩토리 시장 현황을 알아보고 성공적인 스마트 팩토리 구현을 위해 기업들이 해결해야하는 과제와 효과적인 추진 전략를 살펴보려 합니다.

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미래 제조업 경쟁력, 스마트 팩토리

스마트 팩토리는 제품의 기획부터 판매까지 모든 생산과정을 사물인터넷(IoT)과 인공지능(AI), 빅데이터 등 ICT(정보통신) 기술로 통합한 자동화·디지털화된 공장으로 최소 비용과 시간으로 고객 맞춤형 제품을 생산합니다. 스마트 팩토리는 공정자동화 및 다품종 생산에 대응하는 유연한 생산체계를 통해 생산성을 향상하고 에너지를 절감하는 한편, 인간중심의 작업 환경 등을 지향합니다. 이는 제품 제조 과정 전반의 효율성을 증진시키는 개념으로, 전체 시스템의 구조는 다음과 같습니다.

스마트 팩토리 개념도 / 출처 : 대한민국제조혁신콘퍼런스(KMAC), 한국인더스트리4.0협회

AI, 빅데이터 등과 결합해 거듭 진화 중인 스마트 팩토리는 공장자동화와는 구분되는 개념과 성격을 갖고 있습니다. 공장자동화 시대에서는 생산설비가 중앙 집중화된 시스템의 통제를 받았다면, 스마트 팩토리 시대에는 각 기기가 개별 공정에 알맞은 과업을 스스로 판단해 실행하게 됩니다. 또한, 산업현장의 다양한 센서 및 기기들이 스스로 데이터를 취합하고, 빅데이터 분석을 바탕으로 생산성을 최대로 끌어 올릴 수 있는 AI 생산 시스템으로 진화하고 있습니다.

스마트 팩토리 적용 범위

제품을 생산하는 공정만 바뀐다고 해서 ‘스마트 팩토리’ 일까요? 스마트 팩토리는 제품 기획·개발부터 양산까지, 주문에서부터 완제품 출하까지 제조 관련 모든 과정을 말합니다. 응용 시스템뿐 아니라 현장자동화와 제어자동화 영역까지 공장 운영의 모든 부분을 포함하는 것입니다.

스마트 팩토리 적용 범위 / 출처 : 스마트제조혁신추진단

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스마트 팩토리 구축 조건

스마트 팩토리를 구축하고 수준별로 발전시킴에 있어서 꼭 필요한 다섯 가지 조건입니다.

• ​4M + 1E의 디지털화

4M + 1E의 각 요소(Man, Machinery, Material, Method, Environment)에 대해 실시간으로 디지털 값을 인지하고, 측정 가능한 정보를 제공해야 하며, 통신을 통해 대화가 가능해야함

• ​통합

사회망과 가치사슬을 통해 단대 단(end-to-end)의 정보 교류가 이루어지도록 하는 수평적 통합과, 최하위 수준인 기계장치부터 기업 비즈니스 수준까지의 수직적 통합을 지향

• ​지능화

알고리즘 또는 인공지능 등의 솔루션을 활용하여 최적해 또는 예측 가능한 해를 제공해야 함

• ​엔지니어링 지식의 창출

지속하여 정보를 확보하고 저장한 후, 이를 바탕으로 자동화를 위한 제조 지식을 점진적으로 창출할 수 있어야 함

• ​스마트 시스템과의 연결

향후 발전할 스마트 제품들과 통신 표준에 의거, 연결이 가능해야 함

​하드웨어 구축의 복잡도와 소프트웨어 구현의 난이도를 고려할 때 스마트 팩토리는 몇몇 최신 융·복합 기술의 단순 현장 적용만으로는 이루어질 수 없습니다. 따라서 기존 공정 및 환경의, 스마트 팩토리로의 유연한 전환을 위해 그 구축에 필요한 세부 기술을 파악하고 이를 현 공장 환경에 활용할 수 있을지에 대한 판단이 필요합니다.

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스마트 팩토리 시장 규모

글로벌 스마트 팩토리 시장의 전체 규모는 2020년 기준 약 907억원이며, 연평균 증가율은 4.2%로 나타나고 있습니다. 대륙별 규모를 살펴보면 APAC(아시아·태평양) 지역의 시장 규모가 가장 크며, 북미와 유럽의 전체 규모는 상대적으로 작은 편이다. 그러나 연평균 증가율을 살펴볼 때 북미 스마트 팩토리 시장의 팽창은 전세계의 증가율을 상회하며, APAC 지역의 증가율은 상대적으로 저조하다 할 수 있습니다.

2017년 전세계 스마트 팩토리 시장에서 대한민국이 차지하는 비중은 6.6%였으나, 2018년부터 6.0~6.1%의 비중으로 답보의 형태를 나타냅니다. 이에 따라 연평균 성장률 역시 세계 및 타 국가의 수준이 미치지 못하는 양상을 보이고 있습니다.

연도·대륙별 스마트 팩토리 시장 현황(단위 : 억원, 달러 환율 1:1200 기준)

그러나 Marketandmarkets에서 제시하는 2021년 이후의 스마트 팩토리 시장의 전망을 살펴볼 때 대한민국의 시장 포션이 눈에 띄게 증가하는 모습을 확인할 수 있으며, 해당 기간 내의 연평균 증가율 역시 상대적으로 높은 편입니다. 이와 같은 예측은 ① 디지털 혁명으로 인한 대한민국 산업 전반에 걸친 제조 솔루션의 고도화, ② 첨단 기술을 보유한 다수의 전자 관련 기업 포진, ③ 정부의 인공지능 · 스마트 팩토리 관련 장려 정책 수립 및 실행에 기인합니다.​

연도·대륙별 스마트 팩토리 시장 전망(단위 : 억원, 달러 환율 1:1200 기준)

대륙별 스마트 팩토리 시장의 전망을 살펴보면, 전반적으로 2017년부터 2020년까지의 연평균 증가율인 3.5%~4.7%를 크게 상회하는 8.9%~11.5%의 성장률이 눈에 띕니다. 특히 규모 및 성장률 면에서 APAC 지역의 약진이 두드러지며, 타 대륙 역시 유사한 수준의 연평균 증가율을 나타내고 있습니다. 2026년의 스마트 팩토리 관련 전체 시장 규모는 1,619억원으로 예측되고 있으며 이를 2017년 804억원과 비교했을 때, 10년에 걸쳐 그 규모가 두 배로 증가함을 확인할 수 있습니다.​

국내 스마트 제조용 IT 솔루션 시장은 2022년 약 2조2,000억 규모로 집계됐습니다. 약 18%의 성장률로 2023년에는 약 2조6,000억 규모가 될 것으로 분석됩니다. IT 시스템 특성상 신기술 개발과 도입이 빨라 2023년에는 AI를 접목한 실시간 생산성 및 불량 분석과 최적화 등을 위한 MES+, ERP‧SCM‧MES 등의 기존 다양한 시스템 간 연동으로 가치 사슬 전체 최적화 등 고도화 기술 개발이 시장에서의 성패를 가를 것으로 예상됩니다.

단계별로 본 스마트 팩토리

제품을 생산하는 공정만 바뀐다고 해서 ‘스마트 팩토리’ 일까요? 스마트 팩토리는 제품 기획·개발부터 양산까지, 주문에서부터 완제품 출하까지 제조 관련 모든 과정을 말합니다. 응용 시스템뿐 아니라 현장자동화와 제어자동화 영역까지 공장 운영의 모든 부분을 포함하는 것입니다.

스마트 팩토리의 ICT 기술의 활용 정도 및 역량 등에 따라 ‘구축 시스템 스마트화 수준(기초 – 중간1 – 중간2 – 고도)’을 구분하고 있습니다.

국내 스마트 팩토리는 위와 같이 총 5단계로 구분되며, 처음부터 스마트 팩토리의 전 단계를 도입하는 것이 부담스러운 기업을 위해 단계별 구축을 독려하고 있습니다. 정부에서는 노후 공정의 고도화 및 안전 확보, 근무환경 개선을 위해 스마트 팩토리 구축 관련 다양한 사업을 진행하고 있으며 여기에 시장의 변화, 기술의 발전 등의 요인들이 더해져 현재 많은 기업들이 스마트 팩토리 도입을 추진, 시행하고 있습니다. 스마트 팩토리의 효과적인 구축을 위해서는 기술 공급 업체의 역량만이 아닌, 수요기업의 면밀한 자가진단 및 적극적 협조가 필수적입니다.

스마트 팩토리 도입을 주저하는 기업들의 이유로는 부담스러운 비용, 데이터 유출에 대한 우려, 환경 변화에의 막연한 두려움 등을 꼽을 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 전통적 제조 공장의 스마트 팩토리화는 장기적 비용 절감 및 이윤 창출과 기업 운영 환경의 고도화를 위해 필수적 선택지로 자리매김할 것이며, 선제적 도입을 통해 스마트 팩토리 운영에 대한 노하우를 축적한 기업은 해당 산업에서의 지속 가능한 성장을 이룰 수 있을 것으로 판단됩니다.

시사점

스마트 팩토리 도입을 고민하는 첫 단계부터 고도 수준을 걱정할 필요는 없습니다. 스마트 팩토리는 기업의 여력이나 상황에 따라 점진적으로 구현 가능하기 때문에 기업의 사정에 따라 적절한 수준 및 기능을 선택해 집중 하는 것이 중요합니다. 현재 많은 중소기업들이 비교적 적은 비용으로 쉽게 시작할 수 있는 기초 단계를 구축하고 있으며 기대 이상의 성과에 만족하고 있습니다. 기초 단계라 하더라도 설비 가동 현황을 모니터링하고 전력 사용량 및 전기 품질/안전 관련 정보를 실시간 제공받을 수 있습니다. 이 정도면 스마트공장 도입 전과 후, 확실히 다르지 않을까요?

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