인더스트리 4.0 – 스마트 팩토리에 오신 것을 환영합니다.

로봇이 공장 안 A 장소에서 B 장소로 원자재를 자율적으로 운반하고 있습니다. 제품이 기계와 통신을 하고 후속 공정을 스스로 알아서 시작합니다. 또한 어떠한 장비가 수리가 필요하다고 식별하면 자동으로 기술자에게 통보합니다. 중앙 제어 장치는 이제 과거의 유물입니다. 스마트 팩토리에 오신 것을 환영합니다!

이 용어는 2011년에 하노버 산업 박람회에서 처음 등장했습니다. 인더스트리 4.0은 제조 분야의 IoT로 전체 가치 사슬을 연결합니다. 그렇기 때문에 산업용 IoT(IIoT)로 불리기도 합니다.  산업 협회, 이들의 회원사, 독일 연방 교육 연구부(BMBF), 경제 에너지부(BMWi)가 힘을 합쳐서 4차 산업 혁명의 태동을 이끌었습니다. 2013년 4월 기업들의 디지털화를 지원하고자 인더스트리 4.0 플랫폼을 설립했습니다. 이후 디지털화와 첨단 기술의 도입으로 지능화된 기계들이 서로 통신하고 스스로 의사결정을 할 수 있게 되었습니다. 이를 통해 전체 가치 사슬에 걸쳐 프로세스들을 연결하고 자동화할 수 있습니다.

실제와 디지털 세상을 연결함으로써 제조의 효율, 유연성과 경제성이 모두 높아졌습니다. 이는 기업과 노동자 모두에게 많은 변화를 의미합니다. 그리하여 인더스트리 4.0는 4차 산업 혁명이라고 볼 수 있습니다. 증기 발전(인더스트리 1.0), 컨베이어 벨트(인더스트리 2.0), 컴퓨터와 전자공학(인더스트리 3.0) 시대를 넘어서, 이제 커넥티드 지능형 시스템과 함께 네 번째 산업 혁명의 시대가 도래했습니다.

Statista가 2021년에 실시한 “귀사에게 인더스트리 4.0은 무엇을 의미합니까?”라는 조사에 따르면, 62퍼센트의 독일 기업들이 인더스트리 4.0의 구축을 위해 특수한 애플리케이션을 사용할 의지가 있다고 답했습니다. 이러한 트렌드는 계속되고 있으며, 제조 분야에 근본적인 변화를 일으키고 있습니다. 기계는 사람의 감각 기관처럼 스마트 센서를 사용해서 소통합니다. 데이터를 수집하고, 적절히 필터링 한 후 플랫폼으로 보냅니다. 플랫폼은 일종의 “두뇌”로서, 이곳에 기계 데이터와 ERP(enterprise resource planning) 애플리케이션이나 외부 환경 등 다른 출처의 정보와 취합됩니다. 이 데이터를 분석해서 어떤 조치를 취할지 결정할 수 있습니다.

레이싱 경주에 디지털 트윈 활용: 앞서 언급된 디지털 트윈은 인더스트리 4.0의 대표적인 사례입니다. 미국의 레이싱 팀 Penske와 지멘스가 함께 새로운 차량 부품 제조를 위한 가상의 테스트 벤치를 개발했습니다. 실제 차량으로 센서들을 부착하고 타이어 압력, 엔진 제어, 풍속 같은 데이터를 측정 및 분석하여 가상의 자동차 모델로 전송하면 디지털 트윈이 만들어집니다. 다시 말해, 실제 세상에 존재하는 대상의 디지털 모델입니다. 이 디지털 트윈 덕분에 엔지니어들이 다양한 구성과 디자인을 시뮬레이션과 테스트를 하고 실시간으로 결과를 평가할 수 있습니다. 이 방법을 통해 차가 경기 전에 성능을 최적화할 수 있습니다. AMFG(Autonomous Manufacturing) 웹사이트의 “스포트라이트: 레이싱 경주에서 이기기 위해서 디지털 트윈 활용” 기사에서 자세한 내용을 확인하세요.

또한 많은 기업들이 유지보수 작업이 언제 필요한지 미리 예측하여 진행하고 있습니다. 디스커버리 “예측적 유지보수: 스마트 서비스” 페이지와 “스마트 팩토리” 페이지에서 더 자세히 알아보세요. 예측적 유지보수는 지속적으로 기계 데이터를 분석하고 기존 패턴과 비교합니다. 그럼으로써 이상 징후를 사전에 포착하고, 가동 중단으로 인해 큰 손실이 초래되기 전에 미리 수리 작업을 할 수 있습니다. 이는 에지 컴퓨팅 기술로 가능합니다. 사건 발생 지점인 “에지”에서 데이터를 수집하고 평가하는 것입니다. 예를 들어서 과도한 온도 상승과 같이 필요한 데이터만 남겨 이를 데이터 센터로 전송하고, 조치를 결정합니다. 스마트 팩토리의 범위는 한 장소에 국한되지 않으며, 세계 각지에 흩어져 있는 공장 설비들을 연결해서 하나의 거대한 가상의 공장을 형성할 수 있습니다.

반도체 업계도 인더스트리 4.0 애플리케이션에 기반한 새로운 제조 프로세스들을 도입하고 있습니다. 인피니언은 아시아에 있는 설비에서의 테스트 결과를 곧바로 드레스덴 공장으로 전송해서 이미 자동화로 전환된 제조에 반영하고 있습니다. 오스트리아 필라흐 공장도 2021년 말에 자동화 제조로 완전히 전환되었습니다. 같은 해에 인피니언은 인더스트리 4.0 공급망 사슬 솔루션으로 ROI-EFESO에서 “스마트 공급망 사슬” 부문의 상을 수상했습니다. 이러한 노력을 통해 주문 변동성에 대해 글로벌 제조 네트워크의 탄력성을 강화하고자 합니다.

자동차 부문 역시 인더스트리 4.0을 성공적으로 사용하고 있습니다. 폭스바겐은 “투명한 프로토타입”이라는 흥미로운 시도를 하고 있습니다. plattform-i40 웹사이트의 기사 “폭스바겐: 투명한 프로토타입 개발”에서 자세한 설명을 확인할 수 있습니다. 인더스트리 4.0 프로젝트의 일환으로서 RFID(Radio Frequency Identification) 기술을 사용하여 테스트 차량의 부품에서 데이터를 더 빠르게 감지할 수 있도록 했습니다. 테스트 차량 내 부품들에 협력사들이 이미 RFID 칩을 부착했기 때문입니다. 테스트 차량을 시험할 때 엔지니어들이 별 어려움 없이 프로토타입 부품을 식별하고 연구개발에 필요한 정보를 포시할 수 있습니다. 그러므로 적시적소에 필요한 정보를 확보할 수 있습니다.

포르셰와 슈러 합작 투자는 자동차 업계에서 인더스트리 4.0의 또 다른 사례입니다. ROI의 “인더스트리 4.0 – 스마트 팩토리의 과제” 기사에서 자세히 확인하세요. 할레안데어잘레에서는 프레스 공장이 완전히 디지털 자동화되어 가동중입니다. 이 공장에서는 제조 주문에서부터 툴링과 차체 제작에 이르기까지 전 과정을 완벽하게 디지털화하여 이제 서류 작업은 과거의 일이 되었습니다. 미래의 업무는 클라우드를 기반으로 투명하게 이루어집니다. 또한 이 프레스 공장은 재생 에너지를 사용하여 지속가능성 측면에서 가동 시의 탄소 배출을 줄입니다.

물류 분야에서 인더스트리 4.0 기술은 운송 경로를 최적화하고, 저장 용량을 최대한 활용하며 사전 계획을 세우는데 도움이 됩니다. 엘베 강에서 그 예를 찾을 수 있습니다. Statista가 실시한 “함부르크 항에 관한 통계” 조사에 따르면, 함부르크 항의 물동량은 2021년에 1억2900만 톤에 달하는데, 이 양이 2030년에는 두 배로 늘어날 것이라고 합니다. 문제는 이 항구의 공간이 충분하지 않다는 것입니다. 그래서 함부르크 항 당국은 컨테이너를 더 빠르게 옮길 수 있는 방법을 모색해야 했습니다. 인더스트리 4.0 프로젝트를 통해서 사람, 트럭, 컨테이너, 선박, 크레인, 교통 관리 시스템을 서로 연결했습니다. 이들 모슨 요소들이 서로 통신을 하고 필요한 데이터를 제공합니다. 그럼으로써 이제 트럭은 도착지에 더 빨리 도착할 수 있고, 운전자는 어디로 가야 화물을 더 신속하게 하역할 수 있는지 알 수 있습니다. 또 선장들은 운행을 미리 계획할 수 있습니다. 이처럼 모든 프로세스를 간소화함으로써, 함부르크 항은 화물을 더 신속하게 이동시킬 수 있게 되었습니다. Media Economics Institute 웹사이트에서 “디지털 전환 사례 분석 – 스마트 항구 물류” 기사에서 더 자세한 내용을 확인할 수 있습니다. 

전세계적으로 갈수록 치열해지는 경쟁에서 성공적으로 시장을 차지하고 유연하게 대응할 수 있도록 제조와 생산을 완벽하게 디지털화하는 것이 인더스트리 4.0에서 디지털화입니다. 이를 위해 성공적인 변화 관리 전략을 세우고, 프로세스를 최적화하고, 비용을 절감하는 것이 중요합니다. 커넥티드 지능형 시스템은 효율적으로 다품종 소량 생산이 가능하여 다양한 고객 요구를 충족하고 수익성을 높일 수 있습니다. 대량 생산을 통한 저가 경쟁을 무기로 하는 업체들과 차별화할 수 있습니다.

인구통계학적 변화 때문에라도 제조를 최적화해야 합니다. 우리 사회는 고령화되고 있으며 고용 인구 비율이 줄어들고 있습니다. 이러한 추세는 이주민 유입에도 불구하고 계속될 것입니다. 독일 연방 통계청에 따르면, 독일에서 67세 이상 인구가 2040년에는 42퍼센트 증가해서 최소 2150만 명에 이를 것으로 전망됩니다. 그런데 20~66세 인구는 이주민 비율에 따라서 11퍼센트~25퍼센트까지 감소할 것으로 예상됩니다. 전문가들의 말을 종합하면, 우리 사회가 지금과 같은 번영을 계속 누리려면 일을 더 효율적으로 하고 사용 가능한 노동력을 더 잘 배치해야 합니다.

인더스트리 4.0에서 새로운 5G 모바일 통신은 효율과 속도 측면에서 IoT의 중요한 기술입니다. 5G의 고성능 통신 덕분에 많은 양의 데이터를 실시간으로 빠르게 전송할 수 있기 때문입니다. Bitkom의 “인더스트리 4.0 – 독일 공장들의 디지털화 현황” 조사에서 85퍼센트의 제조 기업들이 자사의 비지니스를 위해서 이 기술이 중요하다고 응답했습니다. 인피니언은 고성능 부품들을 사용해서 산업용으로 에너지 효율을 높이는 솔루션들을 제공합니다. 디스커버리 “5G – 미래의 고속 모바일 통신” 페이지에서 5G의 원리와 잠재력을 확인하세요.

자동화가 고도화되고 기계가 대신하는 일이 갈수록 많아지면 사람들은 어떻게 될까요? 많은 노동자들이 자신의 일자리를 걱정하고 있습니다. 특히 단순반복적 작업들을 자동화하기 쉽습니다. 인피니언의 CEO인 요흔 하나벡은 담담하게 말합니다. “모든 노동자의 절반 가량은 어떻게든 디지털화의 영향을 받을 것입니다. 하지만 총 일자리 수는 감소하지 않을 것입니다.” 인피니언의 드레스덴 반도체 제조 공장이 이러한 실례를 보여줍니다. 이 공장에서는 200밀리미터 및 300밀리미터 웨이퍼로 칩을 생산합니다. 300밀리미터 라인은 처음부터 완전 자동화된 생산을 하도록 설계되었습니다. 이와 달리 조금 더 구형인 200밀리리터 라인은 지난 몇 년에 걸쳐서 점차적으로 자동화와 연결성을 높여왔습니다. 그래서 지금은 약 90퍼센트 수준의 자동화를 이루었으며, 결과적으로 1990년대 중반에 설립된 이래로 생산성을 70퍼센트까지 높일 수 있게 되었습니다. 그러면서도 직원 수는 지난 10년동안 약 2천 명으로 거의 일정하게 유지되고 있습니다. 디지털화와 커넥티비티를 통해서 드레스덴 공장의 경쟁력을 높이고, 성장을 지속하고, 계속해서 미래로 나아갈 수 있게 되었습니다.

Forschung und Wissen 웹사이트에서 설명하고 있듯이 쾰른 경제 연구소에서 실시한 “디지털화, 일자리를 감소가 아닌 더 많은 일자리 창출” 조사는 낙관적인 전망을 제시합니다. 업무와 비지니스 프로세스를 디지털화하는 것이 일자리를 감소시키기보다는 결과적으로 더 많은 일자리를 창출할 것이라고 합니다. 그렇지만 수요가 늘어나는 일자리는 IT, 데이터 분석, 유지보수와 같이 좀더 복잡한 업무이며, 단순반복적 업무의 수요는 줄어들 것입니다. 긍정적인 측면을 보자면, 로봇이 매일 무거운 짐을 운반하는 동안 사람은 건강을 지킬 뿐만 아니라 좀더 복잡한 작업에 시간을 더 쏟을 수 있습니다. 한 가지 확실한 것은, 업계나 업무에 따라서 오늘날 있던 많은 일자리가 사라진다는 것입니다. 동시에 새로운 업무나 사업 모델이 전에 존재하지 않던 새로운 일자리를 창출할 것입니다. 예를 들어 지속가능성과 관련된 친환경 에너지, 친환경 빌딩, 스마트 시티의 등장으로 새로운 일자리들이 필요해집니다. 인더스트리 4.0이 장기적인 고용안정을 위한 배경을 만드는 동시에 사람이 여전히 중심이 될 것입니다.

이러한 변화에는 직원들이 지속적으로 능력을 개발하고자 하는 의지가 중요합니다. “EdTech”는 교육(education)과 기술(technology)을 합친 신조어로, 개인들에게 훈련과 교육의 기회를 제공합니다. 직원뿐만 아니라 기업들의 의지도 필요합니다. 한 성공 사례로, 1990년에 기계 엔지니어링 회사인 Harting Applied Technologies에서 숙련된 전기 기사로 일을 시작한 우베 헤슬러(Uwe Häßler)는 2001년에 PLC 프로그래밍으로 전향했습니다. 오늘날 그는 인더스트리 4.0 시스템과 IT 인터페이스 개발을 맡고 있습니다. “3년 전에 프로젝트를 시작할 때는 모든 것이 불가능하게만 느껴졌습니다. 당시에는 ‘이 일은 불가능해’라고 말했던 제가 지금은 ‘그래, 할 수 있어’라고 말하는 사람이 되었습니다. 제가 바로 그 비전을 실현한 사람입니다.”

커넥티드 디바이스가 증가함에 따라서 사이버 공격의 위험성도 높아집니다. 그러므로 인더스트리 4.0과 IIoT의 기술 인프라를 위해서는 디지털 보안이 매우 중요합니다. 제조 설비와 IT가 분리되어 있던 시절에는 외부로부터 차단하는 것이 비교적 쉬웠습니다. 하지만 인더스트리 4.0의 연결된 세계에서는 해커가 침투할 수 있는 수단이 많아졌습니다. 그럼으로써 다음과 같은 사이버 공격을 할 수 있습니다:

잘 알려진 사이버 공격 사례로서 2017년 5월에 일어난 실제 사건이 있습니다. 암호화 바이러스인 워너크라이 (Wannacry)는 영국의 국민 건강 보험 공단, 프랑스 자동차 회사 르노, 독일 철도 공단의 컴퓨터를 비롯한 많은 컴퓨터를 감염시켰습니다. 이 멀웨어는 시스템을 암호화하여 일시적으로 시스템 장애를 일으켰습니다. 이 방법으로 해커들은 돈을 갈취하려고 했습니다.

이러한 공격을 방어하기 위해서는 인더스트리 4.0 기술의 시작 단계부터 보안을 고려해야 합니다. 여기에는 시스템을 항상 최신으로 유지하고 보안 업데이트를 설치하는 작업이 포함됩니다. 소프트웨어 및 하드웨어 기반 보안 솔루션을 결합하면 커넥티드 머신과 통신 노드를 보호할 수 있습니다. 칩은 이상적으로 이미 사이버 공격으로부터 보호되고 있기 때문에, 보안은 장비에 사용되는 칩에서부터 시작합니다. 이러한 솔루션으로서 인피니언의 OPTIGA TPM 칩을 들 수 있습니다. 라우터, 산업용 PC, 복합적 제어 유닛 등에 사용할 수 있으며, 통신 사업자는 이 칩을 사용해서 네트워크 상 디바이스의 신원을 확인할 수 있습니다. 미래에 또하나의 중요한 주제는 “양자 내성 암호화”입니다. 인피니언은 이미 미래에 양자 컴퓨터의 데이터 보안을 위한 솔루션을 개발하고 있습니다.

보안 이외에도 인더스트리 4.0을 구축하기 위한 또 다른 과제는, 어떻게 하면 기존 기계들을 인터넷에 연결하느냐 하는 것입니다. 이미 업체들이 IoT 모듈을 내장한 새로운 디바이스들을 내놓고 있으나, 처음부터 최신식으로 지어진 공장은 그리 많지 않습니다. 생산 라인은 시간이 지나면서 지속적으로 향상되어 왔으며 각기 다른 연령의 기계들을 포함합니다. 공장의 설비는 고가이고 한번에 교체하는 것은 불가능합니다. 소비자들은 3년마다 새 스마트폰이나 PC로 바꿀 수 있으나, 산업용 설비는 종종 20년 이상 사용됩니다.

이러한 구형 장비를 디지털화 4.0에 적합하도록 개조하려면 센서, 소프트웨어, IoT 가능 산업용 컨트롤러를 사용해서 업그레이드해야 합니다. 많은 업체들이 이러한 용도의 개조용 솔루션을 내놓고 있습니다. 일례로 보쉬 렉스로스의 IoT 게이트웨이는 무려 1887년에 제작된 구동 직조기를 인터넷에 연결했습니다. 센서가 직조기의 속도를 모니터링하고 데이터를 중간 장치인 IoT 게이트웨이로 전송합니다. 이 게이트웨이는 회사의 다른 시스템들과 연결되어 있습니다. 이 직조기를 작동하는 작업자가 전송된 데이터를 모니터에서 실시간으로 볼 수 있기 때문에 적정 속도를 유지하기 위해서 페달을 더 빠르게 작동할지 느리게 작동할지 알 수 있습니다. 디스커버리 “IoT에 관해서 당신이 알아야 할 것” 페이지에서 IoT에 관해서 더 많은 정보를 확인하세요.

제조업의 미래는 어떤 모습일까요? 다양한 대답이 있으나 한 가지는 확실합니다. Bitkom의 보도 자료 “인더스트리 4.0의 10년 – 여전히 남은 과제들”에 따르면, 95퍼센트의 기업들이 인더스트리 4.0를 기회로 보고 있습니다. 디지털화와 첨단 기술은 산업용 분야뿐만 아니라 기후, 에너지, 모빌리티 분야에서도 이미 중요한 역할을 하고 있습니다. 그러나 독일 경제의 중심인 제조 분야는 현재 뒤쳐졌다고 느끼고 있습니다. 독일 제조 기업의 1/3이 자신들이 뒤쳐져 있거나 뒤로 밀려나 있다고 여깁니다. 재정적 자원뿐만 아니라 데이터 보호와 IT 보안도 필요합니다. 인피니언의 CEO인 요헨 하네벡은 독일이 이 기회를 포착할 좋은 위치에 있다고 말합니다. “기본적으로 독일과 유럽은 인더스트리 4.0을 맞이할 준비가 잘 되어 있습니다. 완벽한 가치 사슬을 구축하고 있으며, 최고 품질의 정밀한 제품을 생산할 수 있는 역량을 갖추었습니다. 물건을 잘 만들기로 정평이 나있습니다.”

“스마트 팩토리” 페이지에서는 인피니언이 반도체 솔루션을 통해 인더스트리 4.0의 미래를 이끄는 방법을 확인할 수 있습니다.

최종 업데이트: 2022년 6월