[칼럼] 박정수의 일자리와 4차 산업혁명 이야기

■ 4차산업혁명, 사이버물리생산시스템에 주목하라

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

국내 제조업의 경쟁력은 갈수록 악화되고 있다. 특히, 스마트폰 제조분야에서도 애플에 이어 중국기업들에게 밀리고 있는 실정이다. 따라서 제조업의 경쟁력을 키우기 위해서는 원가 절감과 생산성 향상을 지속할 수 있도록 플랫폼을 만들어가야 한다. 스마트팩토리를 구축하는 목적이 바로 여기에 있다.
스마트팩토리 설계, 운영을 위한 사이버물류생산시스템(CPPS)은 제품, 생산공정, 생산설비, 인적자원 등 생산시스템을 대상으로 한 물리적인 현장과 가상화 세계의 통합 시스템(Digital Twin)을 말한다.
다시 말해, IOT기반의 생산현장 빅데이터를 수집하고, 이를 실시간 데이터 분석을 통해 생산현장과 동기화(Synchronization)된 사이버모델(Cyber Model)을 디지털트윈(Digital Twin)개념으로 구성, 활용해 생산시스템의 효율적인 설계, 운영을 수행하는 체계다. 이같은 체계는 주문변경, 생산공정 이상유무, 설비고장 등의 상황 변경을 자율적으로 인지, 판단, 대응할 수 있다. CPPS는 곧 지능적인 시스템이라 할 수 있다.
그림1와 2는 CPPS 기술적용분야와 기술적용 대상 프로세스를 나타내고 있다.

↑ [그림1: CPPS 기술 적용 분야 (Sources:노상도교수, 성균관대학교)]

↑ [그림2: CPPS 기술 적용 대상 프로세스(Sources:노상도교수, 성균관대학교)]

인류 사회가 오랫동안 갈망해왔던 것들, 즉 원하는 시간에, 원하는 장소에, 원하는 형태로 서비스와 제품을 제공할 수 있도록 혁신적인 기술이 개발되고 활용되고 있다. 그러한 개념을 '온디맨드서비스시스템(On-demand Services System)'이라고 한다.
이러한 개념이 4차 산업혁명시대에 접어들면서 현실화되고 있다. 그 핵심에 스마트팩토리가 자리잡고 있다. 또한 그것은 플랫폼과 네트워크의 파워에 의해서 형성되고 있는 공유경제의 실현화가 대부분이다.
스마트팩토리의 지능적인 설계, 운영을 위한 사이버물리시스템(CPS)은 실제적인 생산 현장의 물리세계와 그 위에서 진행되는 다양하고 복잡한 프로세스들과 정보들을, 인터넷을 통해 데이터에 접근 및 처리하는 서비스 기반으로 사이버 세계에 밀접하게 연결시켜 주는 컴퓨터 기반 구성 요소 및 시스템을 말한다. 사이버물리생산시스템(CPPS)은 제조 사업 분야에 CPS기술이 적용된 것으로 컴퓨팅 및 정보처리, 통신, 센서, 구동, 제어 기능이 생산 현장의 사물(생산 설비와 로봇 등)들과 네트워크로 연계돼 자동화 및 지능화된 CPS기반 스마트 제조시스템 기술을 의미한다.
그러므로 스마트 팩토리에서 CPPS는 외부환경, 공장설비 및 운영환경에 부착된 센서와의 통신을 통해 수집된 정보를 자율적으로 분석하고 의사결정해 최적의 솔루션을 찾는 방식으로, 지능화된 '상황인지', '판단(의사결정)', '수행'을 통해 생산 현장의 설비간 네트워크로부터 설계, 운영에 관련된 최적화된 의사결정을 통합해 지원한다. 특히 데이터애널리틱스를 통해 생산 현장의 물리적 세계와 동기화된 사이버 모델, 즉 "디지털 트윈(Digital Twin)"이 구축돼 활용된다. 그래서 빅데이터와 가상화 기술(VR, AR)이 필수적이다. 그림 3은 CPPS기반의 지능적인 스마트팩토리 설계, 운영 개념을 도식화해 나타낸 것이다.

↑ [그림3: 스마트팩토리 설계, 운영과 CPPS]

제조 공장에서는 제품, 공정, 다양한 설비들과 ERP, MES(Manufacturing Execution System)등 다양한 관리 시스템들이 IIOT(Industrial IOT), 플랫폼 등을 통해 상호연계되며, 이를 바탕으로 운영, 관리가 수행된다.
따라서, 4차 산업혁명시대에는 생산 실행 역량이 매우 중요한 핵심이되고 있다. 또 한, 설계, 운영 CPS에서는 제조 빅데이터 관리와 분석을 통해 물리적인 생산 현장과 동기화(Synchronization)된 사이버 모델을 구성, 운영과 동시에 가시화를 실현해 생산의 수행역량을 극대화하는 것이 경쟁력의 원천이다.
사용자 경험 디자인(UX-Design)측면에서도 사용자의 니즈를 파악 분석해 본 결과 라이프 스타일의 변화와 소비자 기호의 다양화로 맞춤형 생산, 즉 DIY(Do it Yourself)제품을 선호하는 경향이 높아지고 있으며, 이 현상은 생산뿐만이 아니라 유통의 변화를 견인하고 있다. 그러므로 사이버 마켓(Cyber Market)의 추세에서도 나타나 듯 개인화 생산(Personalized Manufacturing)은 이미 4차 산업의 핵심이 되고있다. 따라서 이러한 개인화 생산체계를 갖추기 위해서는 스마트 팩토리는 기본이 되고 있으며, 궁극적으로 그것은 경쟁력 강화의 핵심이다.
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 시스템으로 스마트팩토리가 구축돼야 한다.