인더스트리 4.0시대의 스마트 팩토리 성공 사례 분석: 국내 대·중·소기업을 대상으로 Analysis on Success Cases of Smart Factory in Korea: Leveraging from Large, Medium, and Small Size Enterprises원문보기
최근 스마트 팩토리에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 그러나, 이러한 높은 관심에도 불구하고 정작 어떻게 스마트 팩토리를 구축해야 하는지에 대한 구체적인 가이드라인이 없는 실정이다. 또한 기존의 사례들은 주로 독일을 중심으로한 해외 사례로서 국내에 그대로 적용하기에는 다소의 괴리감이 존재한다. 또한 스마트 팩토리는 기업의 규모와 성격에 따라 구축방식이 상이할 수 있다. 이러한 상황에서 본 연구는 국내 대 중 소기업들을 대상으로 스마트 팩토리 성공구축 사례들을 분석 하였다. 사례분석 결과, 대기업의 경우 일부공장을 대상으로 시범적으로 스마트팩토리를 구축한 후 성공적으로 평가될 시 전체공장으로 확대시키는 전략이 효과적이다. 중소기업의 경우, 낮은 수준의 스마트팩토리 구축레벨에서 높은 수준의 구축레벨로 업그레이드하는 것이 효과적이다. 말하자면 본 연구에서 실시한 스마트 팩토리 성공사례 분석을 통해, 기업들에게 성공적 구축을 위한 실제적인 가이드라인을 제공하고자 한다. 아울러, 본 연구를 통해 제시된 구축전략들은 향후 스마트 팩토리 구축을 고려하고 있는 기업과 정부에게 중요한 함의를 제시하고자 한다.
최근 스마트 팩토리에 대한 관심이 크게 증가하고 있다. 그러나, 이러한 높은 관심에도 불구하고 정작 어떻게 스마트 팩토리를 구축해야 하는지에 대한 구체적인 가이드라인이 없는 실정이다. 또한 기존의 사례들은 주로 독일을 중심으로한 해외 사례로서 국내에 그대로 적용하기에는 다소의 괴리감이 존재한다. 또한 스마트 팩토리는 기업의 규모와 성격에 따라 구축방식이 상이할 수 있다. 이러한 상황에서 본 연구는 국내 대 중 소기업들을 대상으로 스마트 팩토리 성공구축 사례들을 분석 하였다. 사례분석 결과, 대기업의 경우 일부공장을 대상으로 시범적으로 스마트팩토리를 구축한 후 성공적으로 평가될 시 전체공장으로 확대시키는 전략이 효과적이다. 중소기업의 경우, 낮은 수준의 스마트팩토리 구축레벨에서 높은 수준의 구축레벨로 업그레이드하는 것이 효과적이다. 말하자면 본 연구에서 실시한 스마트 팩토리 성공사례 분석을 통해, 기업들에게 성공적 구축을 위한 실제적인 가이드라인을 제공하고자 한다. 아울러, 본 연구를 통해 제시된 구축전략들은 향후 스마트 팩토리 구축을 고려하고 있는 기업과 정부에게 중요한 함의를 제시하고자 한다.
Recently, much attention in building smart factory have been dramatically increased. Despite the growing interest in smart factory, few guidelines exist how to successfully build smart factory. The purpose of this study is to investigate successful cases in building smart factory in Korea. Drawing o...
Recently, much attention in building smart factory have been dramatically increased. Despite the growing interest in smart factory, few guidelines exist how to successfully build smart factory. The purpose of this study is to investigate successful cases in building smart factory in Korea. Drawing on the analysis of successful cases, we suggest the valuable guidelines and directions toward success of smart factory. As a result, in the case of large-size firms, it is an effective strategy that expanding from a model factory to whole factory for successful smart factory building. In addition, in the case of medium and small-size firms, it is an effective strategy that upgrading from low-level step to high-level step for successful smart factory building. Therefore, this study provides companies and government with specific and practical success strategies as well as industrial policy improvements.
Recently, much attention in building smart factory have been dramatically increased. Despite the growing interest in smart factory, few guidelines exist how to successfully build smart factory. The purpose of this study is to investigate successful cases in building smart factory in Korea. Drawing on the analysis of successful cases, we suggest the valuable guidelines and directions toward success of smart factory. As a result, in the case of large-size firms, it is an effective strategy that expanding from a model factory to whole factory for successful smart factory building. In addition, in the case of medium and small-size firms, it is an effective strategy that upgrading from low-level step to high-level step for successful smart factory building. Therefore, this study provides companies and government with specific and practical success strategies as well as industrial policy improvements.
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문제 정의
따라서, 본 연구에서는 국내대·중·소 기업으로 나누어 실제 사례분석을 실시하고자 한다.
본 연구는 최근 구축하기 시작한 스마트 팩토리 국내사례를 분석해 보고 성공적인 구축 전략 수립을 위한 가이드 라인을 제시하는데 주요 목적이 있다. 이를 위해, [Fig.
따라서, 본 연구에서는 국내대·중·소 기업으로 나누어 실제 사례분석을 실시하고자 한다. 본 연구를 통해 현재 스마트 팩토리 구축을 고려하고 있는 기업과 정부에게 중요한 함의를 제시하고자 한다.
본 연구에서는 스마트 팩토리 국내 구축 사례를 살펴보았다. 사례분석 결과를 요약하면 다음과 같다.
우선 스마트팩토리의 개념에 대해 명확하게 정립하고, 성공적으로 구축 평가를 받고 있는 국내 대·중·소기업들을 대상으로 사례조사를 하고자 한다. 아울러, 사례 분석 결과를 바탕으로 사례의 함의에 대해 논의함으로써, 향후 스마트 팩토리 성공적 구축에 대한 전략을 제시하고자 한다.
우선 스마트팩토리의 개념에 대해 명확하게 정립하고, 성공적으로 구축 평가를 받고 있는 국내 대·중·소기업들을 대상으로 사례조사를 하고자 한다.
향후 계획으로는, 완성 차량의 판매 후에도 불량이 발견되면 쉽게 추적 및 확인할 수 있는 ‘제품추적관리시스템’ 구축을 목표로 하고 있다. 이러한 시스템의 구축을 바탕으로 한 스마트 팩토리 구축이 제대로 완료되면 철판 사출 및 용접품질이 세계 3위 안에 들 것을 목표로 하고 있다.
이에, 본 연구에서는 최근 스마트 팩토리를 성공적으로 구축한 국내기업의 사례들을 분석함으로써 실질적인 구축 전략 수립을 위한 가이드 라인을 제시하고자 한다. 아울러, 스마트 팩토리는 기업의 규모와 성격에 따라 구축방식이 상이할 수 있다.
제안 방법
우선 학문적으로는 현재 스마트팩토리 성공사례와 관련해 독일을 중심으로 한 해외사례가 주를 이루고, 국내사례는 거의 없는 실정이다. 그러나 본 연구를 통해 국내 성공사례를 체계적으로 분석하여 제시하였다. 실무적 시사점은 다음과 같다.
둘째, SDD(소프트웨어 설계명세서)를 활용하여 철강 표면 품질측정기술을 이용해 최대 초당 1,800m로 진행하는 철강표면결함을 스캐닝하여 결함의 위치와 종류를 식별하고, 이를 로봇을 통해 실시간으로 보수처리하고 있다. 셋째, 3D Virtual Factory를 활용한 신제품 개발 시뮬레이션이 가능하도록 구축하였다. 즉, 가상 공장에 3D 기술로 설비를 세우고, 포스코 노하우가 집결된 첨단 제어 알고리즘과 공정기술을 접목하여, 신제품 시험생산을 사이버 상에서 생산할 수 있도록 개발하고 있다.
예를 들어 첫째, 통합관제센터에서는 IoT를 통해 원료의 이동과 제선, 제강, 연주, 압연, 그리고 운송과정에서발생된 데이터를 취합하고 모니터링 한다. 즉, IoT 기술을 이용해 설비와 기계들이 스스로 정보를 주고 받으며 전체 설비동작상태를 한 눈에 파악할 수 있게 하였다.
새한진공열처리사의 스마트 팩토리 프로세스 구축은 다음과 같이 진행되었다. 첫째, 스마트 팩토리를 도입하면서 수주 과정을 혁신하였다. 과거에는 주로 수기로 주문받고 작업지시서도 종이서류로 작성하였지만, 지금은 영업사원이 외부에서 스마트폰을 통해 직접 주문을 입력하고 시스템으로 예측된 납기약속도 할 수 있게 되면서 고객들의 협력사에 대한 신뢰도가 높아지게 되었다.
또한 에너지효율이 34%로 향상되었으며, 58%나 되는 운전인력이 감소되었다. 포스코는 이러한 가시적인 성과를 바탕으로 광양제철소 후판 공장에만 적용하던 스마트팩토리를 포스코 포항 본사에 확대 적용하기로 결정하였다.
대상 데이터
본 연구에서는 최근 스마트팩토리를 성공적으로 구축한 국내 대·중·소기업을 대상으로 사례 분석하였다.
포스코는 2015년 5월 광양제철소 후판 공장을 스마트팩토리 시범공장으로 선정한 후 태스크포스팀을 구성하였다. 태스크포스팀에서는 과거의 라인생산 방식에서 벗어나 생산 데이터를 기반으로 한 셀(cell) 생산 방식을 정립하여 제철공정에 적용가능한 표준모델을 개발해 세계 최고 수준의 스마트한 제조현장을 구현하였다.
성능/효과
둘째, 성공적 스마트 팩토리 구축을 위해서는 기본적인 인프라(통신설비) 구축이 선행되어야 한다. 본 사례연구의 수행을 위해 인터뷰한 스마트 팩토리 관련 전문가들에 따르면, 성공적인 스마트 팩토리 구축은 아예 아무것도 없는 ‘제로(0) 베이스’에서 시작될 수 없다고 지적한다.
둘째, 체계적인 생산관리와 작업 스케쥴링을 위한 MES(생산관리시스템)를 구축함으로써 생산과정에 대한 이력을 한 눈에 볼 수 있게 되었고, 언제 어디서나 실시간으로 주문에 대한 이행률을 확인할 수 있게 되었으며, 문제 발생과 위험요인을 사전에 감지할 수 있게 되었다. 특히, 불량 감지가 어려웠던 과거에는 고객사로부터 억울하게 클레임을 당하는 경우가 많았으나, 스마트 팩토리 구축 이후, 실시간 검사능력을 높여 고객 클레임을 제로 수준까지 낮출 수 있었다.
우선, 제품품질이 기존 공정과 비교했을 때 더욱 개선하였다. 또한 생산효율이 많이 증가되었으며, 설비효율도 크게 개선되었다. 뿐만 아니라, 안전 및 환경이 기존과 비교했을 때 크게 향상되었다.
스마트팩토리구축 이전과 이후를 비교해 보았을 때, 제품품질은 21% 이상 향상되었고, 생산성은 27%가 증대되었다. 또한 에너지효율이 34%로 향상되었으며, 58%나 되는 운전인력이 감소되었다. 포스코는 이러한 가시적인 성과를 바탕으로 광양제철소 후판 공장에만 적용하던 스마트팩토리를 포스코 포항 본사에 확대 적용하기로 결정하였다.
즉, 기존의 어느 정도의 공장 자동화를 위한 인프라 시설이 갖춰진 공장에서부터 시작되는 것이 바람직하다. 말하자면, 공장 자동화 수준이 높으면 높은 곳일수록 스마트 팩토리 성공확률이 높다고 한다. 이러한 지적은 매우 중요한 의의를 갖는다.
또한 생산효율이 많이 증가되었으며, 설비효율도 크게 개선되었다. 뿐만 아니라, 안전 및 환경이 기존과 비교했을 때 크게 향상되었다.
셋째, 새롭게 구축된 전력관리시스템은 전력소비량을 모니터링 할 수 있으며, 소비전력데이터를 받아서 통계 처리한 다음, 전기요금과 생산일정을 연계하는 알고리즘을 활용하여 전기요금을 최소화할 수 있는 생산스케쥴을 수립할 수 있었다.
이 뿐만 아니라, 작업정보를 실시간으로 파악할 수 있어 불필요한 대기와 작업혼선이 줄어들어 전반적으로 공정 효율화를 꾀할 수 있었다. 수주한 주문은 자동으로 생산스케쥴 관리에 편성되었고 최적화된 작업스케쥴 편성이 가능해 짐으로써 인력과 전력 사용의 효율성을 높일 수 있었다. 이러한 결과로, 매출이 기존 40억원에서 60억원 정도로 대략 50% 이상 증가하였다.
스마트 팩토리 구축으로 불량률을 67%나 감소시킬 수 있었고, 연간 3억원이 소요되는 전기요금 중, 5,000만원이상을 실제적으로 절감할 수 있었다. 이 뿐만 아니라, 작업정보를 실시간으로 파악할 수 있어 불필요한 대기와 작업혼선이 줄어들어 전반적으로 공정 효율화를 꾀할 수 있었다.
이를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 스마트팩토리구축 이전과 이후를 비교해 보았을 때, 제품품질은 21% 이상 향상되었고, 생산성은 27%가 증대되었다. 또한 에너지효율이 34%로 향상되었으며, 58%나 되는 운전인력이 감소되었다.
스마트 팩토리 구축으로 불량률을 67%나 감소시킬 수 있었고, 연간 3억원이 소요되는 전기요금 중, 5,000만원이상을 실제적으로 절감할 수 있었다. 이 뿐만 아니라, 작업정보를 실시간으로 파악할 수 있어 불필요한 대기와 작업혼선이 줄어들어 전반적으로 공정 효율화를 꾀할 수 있었다. 수주한 주문은 자동으로 생산스케쥴 관리에 편성되었고 최적화된 작업스케쥴 편성이 가능해 짐으로써 인력과 전력 사용의 효율성을 높일 수 있었다.
수주한 주문은 자동으로 생산스케쥴 관리에 편성되었고 최적화된 작업스케쥴 편성이 가능해 짐으로써 인력과 전력 사용의 효율성을 높일 수 있었다. 이러한 결과로, 매출이 기존 40억원에서 60억원 정도로 대략 50% 이상 증가하였다.
이러한 ‘리쇼어링 현상’은 두 가지 현상과 맞물려 일어나고 있다. 첫째, 생산기지가 있는 개발도상국가들(low-wage contries)의 인건비가 계속 상승하고 있고, 둘째, ICT(information and communication technology)를 활용한 인건비 및 원가절감 그리고 관리의 효율화가 저임금이 주었던 이익을 상쇄할 수 있을 정도가 되었다는 점이다. 더군다나, 생산설비를 국내에 둠으로써 공장에서 생산되는 각종 빅 데이터를 보다 효율적으로 활용할 수 있으며, 컨트롤타워와 R&D센터가 더욱 안전해 진다는 이점도 있기 때문이다[9].
현대하이텍은 스마트팩토리를 구축함으로써 강판불량률이 80%나 감소되었고, 연간 용접불량률이 90%나 줄여서 결과적으로 연간 1억원이상 절감하였다. 아울러, 정부가 추진하는 스마트팩토리 지원사업으로 선정되어 창조경제혁신센터로부터 연간 2,000만원씩 지원받고 있다.
후속연구
그러나, 본 연구를 통해 제공된 성공구축사례는 국내 기업들을 위한 실제적인 가이드라인을 제공하고 있다. 또한 본 연구를 통해 제시된 구축전략들은 향후 스마트 팩토리 구축과 지원을 고려하고 있는 기업과 정부에 중요한 밑거름이 될 수 있을 것으로 기대할 수 있다.
우선 본 연구는 사례조사라는 탐색적 연구(exploratory study)이다. 비록 연구 초기단계에서는 다양한 탐색적 연구가 시도되어야 하겠지만 향후 연구에서는 어떠한 요인들이 스마트팩토리 성공구축에 큰 영향을 주는가에 대한 후속적인 실증적 연구(empirical study)가 시도될 것을 기대한다.
향후 계획으로는, 완성 차량의 판매 후에도 불량이 발견되면 쉽게 추적 및 확인할 수 있는 ‘제품추적관리시스템’ 구축을 목표로 하고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
서비스업와 비교해 제조업에 대한 가치가 재조명 된 이유는 무엇인가요?
그러나, 아이러니컬하게도 2008년 글로벌 금융위기 이후, 서비스업보다는 제조업이 강한 국가들이 빠르게 경제 회복됨에 따라, 제조업에 대한 가치가 재조명 되어졌다. 또한 최근에는, 선진국을 중심으로 제조업체들이 자신들의 생산기지를 다시 본국으로 돌리는 리쇼어링(reshoring or backshoring) 현상이 일어나고 있다[7,8].
산업혁명 이후 자본주의 경제시스템을 이끌어온 제조업이 가지는 어려움으로는 어떤 예가 있나요?
산업혁명 이후 자본주의 경제시스템(capitalism economy system)를 이끌어 왔던 제조업은 여러 가지 어려움에 봉착해 왔다. 예를 들어, 우선 사회적 측면(social aspect)으로는 노동력의 감소와 근로자의 고령화로 인해 제조업의 공동화(空洞化) 현상이 일어나게 되었고, 경제적 측면(economic aspect)으로는 높은 인건비로 인한 생산비용의 증가와 많은 경쟁업체의 출현으로 시장의 과열 현상이 일어나게 되었다. 아울러, 소비 트렌드(consumer trends) 측면으로는 짧아진 제품 라이프 사이클로 인해 제품 변동성이 증가하게 되었다. 이에 따라, 제조업 보다는 서비스업 중심의 시장경제시스템이 경제 성공의 당연한 방정식으로 받아들여져 왔다.
리쇼어링 현상이 맞물려 일어나는 두 가지 현상은?
이러한 ‘리쇼어링 현상’은 두 가지 현상과 맞물려 일어나고 있다. 첫째, 생산기지가 있는 개발도상국가들(low-wage contries)의 인건비가 계속 상승하고 있고, 둘째, ICT(information and communication technology)를 활용한 인건비 및 원가절감 그리고 관리의 효율화가 저임금이 주었던 이익을 상쇄할 수 있을 정도가 되었다는 점이다. 더군다나, 생산설비를 국내에 둠으로써 공장에서 생산되는 각종 빅 데이터를 보다 효율적으로 활용할 수 있으며, 컨트롤타워와 R&D센터가 더욱 안전해 진다는 이점도 있기 때문이다[9].
참고문헌 (20)
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