[논문]CPS 및 IoT 기술을 통한 제조혁신 동향 및 전망

윤종완; 박태준

CPS 및 IoT 기술을 통한 제조혁신 동향 및 전망 원문보기

정보와 통신 : 한국통신학회지 = Information & communications magazine, v.33 no.11, 2016년, pp.23 - 28

윤종완 (제조혁신기술원) , 박태준 (한양대학교)

초록
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생산가능 인구의 감소 등으로 국내 제조업은 더는 양적 투입 위주의 성장이 유효하지 않은 상황이다. 중국 등 개발도상국이 값싼 노동력으로 뒤에서 추격 중이며, 선진국은 제조업 르네상스를 통해 우리나라보다 제조혁신 분야에서 앞서 나가고 있어 샌드위치 상태에서 위기를 맞이하고 있다. 이러한 상황을 타파하기 위해 제조혁신 분야의 국내 집중 투자가 시급하며, 이를 위해 CPS 및 IoT 기술과 제조업의 접목은 필수적이다. 따라서, 본고에서는 국내 제조혁신 분야의 현재 상황을 되짚어 보고, 제조혁신을 위해 중요한 CPS 및 IoT 기술동향과 기대효과를 알아본다. 또한, 해외 우수 사례를 통해 제조혁신을 위한 우리나라가 나아갈 길에 대해 알아본다.

AI 본문요약
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문제 정의

기존 제조업 환경에서 제조혁신을 위해서는 물리 세계와 가상 세계를 연결하는 CPS와 IoT 기술이 핵심이다. 본고에서는 이미 선도적으로 앞서 나가고 있는 국외의 제조혁신 동향과 사례를 통해 앞으로 우리나라가 나아가야 할 방향을 제시하였고 제조혁신을 통해 우리가 얻을 수 있는 기대효과를 소개하였다. 제조혁신이 적용되면 초연결 네트워크로 연결된 스마트팩토리들은 스스로 관리될 것이며, 모든 생산 설비는 유연하게 동작하여 현재의 소품종 대량생산 체제에서 구매자의 취향을 반영한 맞춤형 다품종 소량생산으로 고부가가치를 창출할 것이다.
본고에서는 제조혁신의 기본 개념을 소개하고 제조혁신과 CPS와 IoT 기술의 관계를 소개하였다. 기존 제조업 환경에서 제조혁신을 위해서는 물리 세계와 가상 세계를 연결하는 CPS와 IoT 기술이 핵심이다.
II. 본론

본에서는 CPS와 IoT 기술이 해외의 제조혁신 사례를 통해 어떻게 적용되었는지 알아보고 이를 통해 가능한 제조혁신의 기대효과와 국내 적용 방안에 대해 논의한다.

가설 설정

- 공장 에너지 운영 시스템 혁신: 현재의 임기응변식 전력 피크 대용으로 낭비되는 예비전력 문제나 공장 내의 에너지 정보관리체계 미비 문제를 스마트 센서를 통한 공장 에너지시스템 실시간 모니터링을 통해 전력피크를 예상하여 최적화된 공장 에너지 수요 관리가 가능할 것이다.

제안 방법

이 업체는 스마트공장 프로그램을 통해 9주간 생산성, 품질, 물류, 그리고 환경 안전 부문에서 200여 건을 개선하여 위와 같은 성과를 올릴 수 있었다. 또한, LS 산전은 10명이던 생산설비 직원을 스마트팩토리 프로그램 적용을 통해 2명으로 줄여 스마트팩토리 프로그램의 실효를 입증하였으며, 스마트팩토리 수요 기업들을 위한 한국형 테스트베드도 구축하였다. 삼성전자는 정부 및 경상북도와 500억 공동기금을 만들어 스마트공장 확산을 추진 중이며 지난해 120개 사를 지원하였고 올해 450개 공장을 추가 지원할 예정이다.

대상 데이터

<그림 3>은 우리나라 제조업 혁신의 패러다임 변화를 보여주며, 그림 4는 정부추진 4대 전략과 8대 과제 및 이에 대한 후속대책을 나타낸다. 주요 수행 내용은 스마트 생산방식 확산을 위해 참조 매뉴얼 개발 등 스마트공장 확산 토대 마련 및 스마트팩토리 구축 지원을 추진하여 11개 주요 공정 스마트팩토리 참조 매뉴얼을 개발하였으며, 300여 개의 중소기업을 대상으로 스마트팩토리 구축을 추진 중이다. 또한, 창조경제 대표 신산업 창출을 위해 미래 성장동력 창출을 위한 R&D 사업 본격착수 및 글로벌 협력 생태계 조성을 추진하여 원양 어군탐지용 틸트로터 무인기 개발 등 징검다리 프로젝트를 발굴하기 시작하고 있다.

성능/효과

그리고, 스마트팩토리의 등장은 현재 숙련된 기술자의 노하우에 의존하는 생산설비를 자동화하고 지능형 시스템을 구축할 수 있게 할 것이다. CPS 및 IoT 기술로 사물 간 깊이 있는 정보교환이 가능하며 이렇게 수집된 빅데이터로 상황을 분석하고 이를 반영한 생산 공정 시뮬레이션을 통해 생산 공정 전체를 최적화할 수 있으며 생산 작업은 휴먼-머신 인터페이스를 탑재한 로봇으로 작업하여 작업자의 안전을 보장할 수 있다.
국외에서 스마트팩토리를 이용한 제조혁신 사례로는 독일의 지멘스가 <그림 5>에 보이는 스마트 디지털 공장을 구축하여 스마트팩토리의 테스트 베드로 활용하고 있다. 공장 전체를 연결하는 네트워크 기반의 고성능 자동화 설비와 관리시스템 간 실시간 연동을 통해 다품종 고수율 생산을 구현하여 1천 종류 제품을 연간 1,200만 개 생산이 가능하며 세계 최고수율 99.9988%를 달성하였다. <그림 6>은 미국의 제네럴 일렉트로닉스에서 구축한 ‘Brilliant Factory’라는 이름의 스마트팩토리 공급 인프라로, 이를 통해 제품개발, 부품 공급, 실제 생산에 이르는 제조 주기의 단축을 위한 기술을 축적하고 있으며 제품에 따라 새로운 생산 설비를 구축할 필요 없이 3D 프린터 등을 적극 활용하여 한 공장에서 항공, 에너지, 발전 관련의 다양한 제품군을 함께 제조할 수 있다[11].

후속연구

- 스마트 물류관리 자동화: 현재의 막대한 물류 유통비용과 재고관리의 어려움, 그리고 철강 등 제품 원산지 관리 미흡 등의 문제를 스마트 센서를 통한 종합유통관리 시스템 구축으로 물류비용을 절감하고 철저한 원산지 관리가 가능할 것이다.
이렇게 연결된 사물들은 서로 정보를 교환하고 상호소통이 가능하여 우리의 생활 전반에 걸친 변화뿐 아니라 제조업의 생산방식 전체를 변화시킬 전망이다. 공장의 설비, 생산제품, 그리고 작업자뿐 아니라 공장 외부의 고객이나 유통망 등과 연결이 강화되면서 생산 공정의 최적화가 가능할 것이다. 이러한 초연결 사회에서 제조업은 기계와 사람을 연결하는 교두보적인 역할을 할 것이다[7][12][16].
또한, 현재의 소품종 대량생산의 경직된 구조에서 다품종 소량생산이 가능한 유연한 구조로 전환되며, 따라서 대형 수요에만 의존하던 지금의 비즈니스 모델이 틈새 수요로도 충분히 수익을 창출할 수 있는 구조로 변환된다. 그리고, 스마트팩토리의 등장은 현재 숙련된 기술자의 노하우에 의존하는 생산설비를 자동화하고 지능형 시스템을 구축할 수 있게 할 것이다. CPS 및 IoT 기술로 사물 간 깊이 있는 정보교환이 가능하며 이렇게 수집된 빅데이터로 상황을 분석하고 이를 반영한 생산 공정 시뮬레이션을 통해 생산 공정 전체를 최적화할 수 있으며 생산 작업은 휴먼-머신 인터페이스를 탑재한 로봇으로 작업하여 작업자의 안전을 보장할 수 있다.
KS 규격화된 종합평가 체계를 구축하고 제조 패러다임 변화에 대응하는 표준 체계를 구축해야 하며, 제조-IT 융합 보안원칙을 마련해야 해야 한다. 두 번째로 스마트공장을 운영하고 유지 및 개선을 추진할 운용자와 관리자에 대한 교육 프로그램을 운영해야 한다. 스마트팩토리를 운영할 인력들은 현재의 단일 전공을 통한 교육은 적합하지 않으며, 단일 계열 전공자가 스마트팩토리 운영에 대한 다양한 분야를 교육받는 형태의 기존 전문가 재교육 프로그램 및 교육 이수자 인증 시스템을 통해 교육을 장려해야 한다.
제조혁신은 적용도 중요하지만, 지속적인 관리 및 표준화, 그리고 보안 등도 신경을 써야 하며, 우리나라 제조업 환경에 맞는 한국형 제조혁신 모델 개발이 필요하다. 또한, 스마트팩토리 등 제조혁신의 핵심이 되는 부분들을 운용할 수 있는 전문인력양성 프로그램을 개발하고 실효성 있는 교육 추진이 필요하다. 마지막으로 지속적인 사후지원을 통해 단순한 생산성 향상만이 아닌 매출 증가 및 해외판로 개척을 위한 종합적인 지원이 필요하다.
또한, 스마트팩토리 등 제조혁신의 핵심이 되는 부분들을 운용할 수 있는 전문인력양성 프로그램을 개발하고 실효성 있는 교육 추진이 필요하다. 마지막으로 지속적인 사후지원을 통해 단순한 생산성 향상만이 아닌 매출 증가 및 해외판로 개척을 위한 종합적인 지원이 필요하다.
본고에서는 이미 선도적으로 앞서 나가고 있는 국외의 제조혁신 동향과 사례를 통해 앞으로 우리나라가 나아가야 할 방향을 제시하였고 제조혁신을 통해 우리가 얻을 수 있는 기대효과를 소개하였다. 제조혁신이 적용되면 초연결 네트워크로 연결된 스마트팩토리들은 스스로 관리될 것이며, 모든 생산 설비는 유연하게 동작하여 현재의 소품종 대량생산 체제에서 구매자의 취향을 반영한 맞춤형 다품종 소량생산으로 고부가가치를 창출할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CPS란 무엇인가?	이러한 초연결을 가능하게 하는 ICT 기술의 핵심은 CPS (Cyber Physical System)와 IoT(Internet of Things) 기술이다. CPS는 모든 물리적인 사물에 가상의 기능인 통신 기능과 컴퓨팅 능력 등을 융합하고 이러한 규격들을 표준화하여 통합하는 시스템을 말하며, IoT는 인터넷으로 모든 사물이 연결되는 개념이다. <그림 2>에서 보는 것처럼 CPS는 기존의 임베디드 시스템을 통합하여 확장하는 개념이며 IoT는 인터넷을 통해 모든 지능 시스템을 연결시키는 개념이다.
	정부추진 4대 전략과 8대 과제 및 이에 대한 후속대책의 주요 수행 내용은 무엇인가?	<그림 3>은 우리나라 제조업 혁신의 패러다임 변화를 보여주며, 그림 4는 정부추진 4대 전략과 8대 과제 및 이에 대한 후속대책을 나타낸다. 주요 수행 내용은 스마트 생산방식 확산을 위해 참조 매뉴얼 개발 등 스마트공장 확산 토대 마련 및 스마트팩토리 구축 지원을 추진하여 11개 주요 공정 스마트팩토리 참조 매뉴얼을 개발하였으며, 300여 개의 중소기업을 대상으로 스마트팩토리 구축을 추진 중이다. 또한, 창조경제 대표 신산업 창출을 위해 미래 성장동력 창출을 위한 R&D 사업 본격착수 및 글로벌 협력 생태계 조성을 추진하여 원양 어군탐지용 틸트로터 무인기 개발 등 징검다리 프로젝트를 발굴하기 시작하고 있다. 그리고, 지역 제조업 스마트 혁신을 지원하기 위해 18개의 창조경제혁신센터를 개소하고 혁신 산단 스마트화 착수 등 지역 제조업 스마트 혁신기반 조성을 추진하고 있으며, 사업재편 촉진 및 혁신기반 조성을 위해 사업재편지원특별법 제정을 위한 민관합동 기관 운영하고 있다.
	스마트팩토리는 어떤 공장인가?	이러한 4차 산업혁명 단계의 공장들은 CPS와 IoT 기술로 구현된 초연결 네트워크를 통해 연결되어 생산, 공정 통제 및 수리, 그리고 작업장 안전관리 등을 스스로 관리하는 스마트팩토리(Smart Factory)로 모두 전환될 것이다. 스마트팩토리는 제품 기획에서 생산, 판매 등 제조 과정 전체를 ICT 기술로 통합하여 생산 과정을 최적화하고, 생산 설비의 유연성을 극대화하고, 생산품과 고객 간 상호소통을 통해 개인별 맞춤형 제품을 생산하는 공장을 말한다. 또한, 현재의 소품종 대량생산의 경직된 구조에서 다품종 소량생산이 가능한 유연한 구조로 전환되며, 따라서 대형 수요에만 의존하던 지금의 비즈니스 모델이 틈새 수요로도 충분히 수익을 창출할 수 있는 구조로 변환된다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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