[칼럼] 박정수의 일자리와 4차 산업혁명 이야기

■ 4차 산업혁명시대 제조업의 경쟁력은 사이버물리시스템(CPS)

↑ 박정수 연세대 생명시스템 대학 겸임교수, 진코퍼레이션 부회장, ICT 융합 네트워크(사) 부회장

4차 산업혁명시대에 스마트시티가 도시 경쟁력시대를 대비하는 국가적인 차원의 거시적인 국가 정책이라면 스마트 팩토리는 경쟁력을 잃어가고 있는 기존 제조업의 전략적인 혁신을 위해 인간, 기술, 설비, 정보를 융합해 제조업에 다양한 정보기술(ICT)을 적용하는 기술이라고 할 수 있다.
1차, 2차, 3차 산업혁명의 공통점은 물리적인 변화를 통해 가치사슬관리(Value Chain Management)를 차별화해 경쟁우위를 유지하는 기업이나 도시가 주도하는 시대였다. 그 경쟁우위전략은 원가우위, 집중화, 그리고 차별화 전략으로 구성되 전략적 핵심은 물리적인 변형과 디자인이였다. 다시 말해 기업이나 공공기관이 보유한 물리적 자원의 제약요건을 누가 먼저 빨리 경쟁우위점을 전략적으로 찾아서 시장(Time-to-Market)에 대응하느냐가 중요했다. 그래서 인류 사회가 오랫동안 갈망해왔던 것들, 즉 원하는 시간에, 원하는 장소에, 원하는 형태로 서비스와 제품을 제공할 수 있도록 혁신적인 기술이 개발되고 활용된 것이다. 그러한 개념을 "온디멘드서비스시스템(On-demand Services System)"이라고 한다.
그런데 그러한 개념이 4차 산업혁명시대에 접어들면서 현실화되고 있다. 아래 표에 나타나듯 기술의 복잡성이 점점 더 높아지고 있으며 물리적인 변화가 주도한 과거 산업혁명에 비해서 4차 산업혁명은 상상을 초월한 변화가 예견되고 있다. 그것의 완결체라고 할 수 있는 온디멘드서비스시템을 완성시킬 사이버 물리 시스템(CPS: Cyber Physical System)기반의 지능형 생산 시스템이 주목받고 있다.

4차 산업혁명시대 제조업이 지속가능한 경쟁력을 확보하기 위해서는 사이버 물리 시스템을 구축해야 한다. 아래 표에서 나타나 듯 산업 데이터 애널리스틱스 (Industrial Data Analytics), 산업 사물인터넷(Industrial Internet of Things, IIoT), 산업 서비스 인터넷(Industrial Internet of Services, IIoS), 스마트 센서, 지능형 로봇/자동화 설비, 상호운용 플랫폼, 클라우드 컴퓨팅, 제조지능(Manufcturing Intelligence)등 다양한 핵심 요소 기술개발이 진행되고 있으며 아래 그림은 스마트 팩토리의 구성요소를 보여주고 있다.

↑ [자료출처 : 성균관대학교 산업공학과 노상도 교수 논문 "스마트팩토리와 사이버 물리 시스템 기술"]

사용자 경험 디자인(UX-Design)측면에서 사용자의 니즈를 파악 분석해 본 결과 라이프 스타일의 변화와 소비자 기호의 다양화로 맞춤형 생산, 즉 DIY(Do it Yourself)제품을 선호하는 경향이 높아지고 있으며, 그 것은 생산뿐만이 아니라 유통의 변화를 견인하고 있는 실마리이다. 그러므로 사이버 마켓(Cyber Market)의 추세에서도 나타나 듯 개인화 생산(Personalized Manufacturing)은 이미 4차 산업의 핵심이 되고있다. 따라서 그러한 개인화 생산체계를 갖추기 위해서는 스마트 팩토리는 기본이 되고 있으며, 궁극적으로 그것은 경쟁력 강화의 핵심이다.
그래서 그러한 스마트 팩토리의 기술에 대한 이해가 절실하다. 스마트 팩토리 설계와 운용을 위한 사이버 물리시스템인 CPPS(cyber Physical Production System)는 제품, 공정, 생산, 설비를 대상으로 한 생산 현장의 물리적인 세계와 가상 세계의 통합 시스템이다. 즉, IIoT기반으로 제조 현장 빅데이터를 수집하고 데이터 애널리틱스를 통해 실시간으로 분석, 현장과 동기화된 사이버 모델(Cyber Model)을 디지털 트윈(Digital Twin) 개념으로 구성, 활용해 제조시스템의 효율적인 설계, 운용(Operation)을 수행하는 체계로서, 주문 변경, 공정 이상, 설비 고장 등의 상황 변경을 자동화가 아닌 자율적(Autonomous)으로 인지, 판단, 대응할 수 있는 지능적인 시스템이다.
그러므로 4차 산업혁명에서의 스마트제조와 스마트팩토리는 1차, 2차, 3차 산업혁명 기간동안 물리적인 변화와 정보기술의 도움으로 자동화를 부분적으로 완성해 온 것과는 다르게 제조업 전반에 정보통신기술(ICT)을 결합, 적용해 제품과 서비스의 설계에서부터 운용(Operation)까지 지능적인 시스템을 통해 최적화하고자 하는 제조(서비스포함) 혁신전략이다. 여기서 최적화는 전과정에서 어떠한 낭비도 발생하지 않는 무결점(Zero Defact) 기반의 "제조 최적화"라고 할 수 있다.
다시 말해 4차 산업혁명시대에는 스마트 시티, 스마트 팜, 스마트 팩토리 구축이 기본적으로 빅데이터 기반의 "무결점 제조 서비스 최적화"를 지속 가능하게 만들어 가는 것이며, 그것은 결과적으로 경쟁우위의 시발점이 될 것이다.
더 나아가 온디맨드서비스시스템(On-demand Services System)을 실현시키는 역량이 4차 산업혁명의 핵심역량이 될 것이며, 모든 산업 분야(농업,도시,제조업,서비스업)에 적용시켜야 한다. 왜냐하면 모든 산업분야에서 기술의 복잡성이 갈수록 점점 더 높아지고 있기 때문이다.