스마트 팩토리, 일반 공장과 무엇이 다른 걸까?

기획, 설계, 생산, 유통, 판매에 이르는 제조과정에서 사물인터넷, 인공지능, 가상 증강현실(AR/VR), 빅데이터, 5G 등을 적용해 생산성, 품질 향상과 고객 맞춤형 제품을 생산하는 자동화/지능형 공장이 스마트 팩토리다. 

4차 산업혁명의 핵심이라고 할 수 있는 스마트 팩토리에 대해 알아보자. 

철도 증기기관의 별명 이후 기계에 의한 생산이 시작된 1차 산업혁명 이후 전기와 생산 조립라인 등 대량 생산체계가 구축된 2차 산업혁명, 그리고 반도체와 컴퓨팅, 인터넷의 발달을 기반으로 정보기술 시대로 접어든 3차 산업혁명이 있었다. 그리고, 초연결성, 초지능화, 사물인터넷(IoT), 클라우드 등 정보통신기술(ICT)을 통해 인간과 인간, 사물과 사물, 인간과 사물이 상호 연결되고 빅데이터와 인공지능 등으로 보다 지능화된 사회로 변화하고 있는 것이 지금의 4차 산업혁명이다. 

우리나라는 어느 나라보다 제조업의 비중이 크다. 국내 산업에서 제조업이 차지하는 비중과 수출 의존도가 높아 제조업의 지속적인 성장을 위해서는 경쟁력 강화가 필수적이다. 특히 4차 산업혁명의 대전환 시기에 그 중요성은 더욱 커지고 있다.

기술 발전과 빠르게 변화하는 다양한 소비자 수요에 대응하기 위해 제조의 유연성과 생산성을 높일 수 있는 미래 스마트 팩토리의 필요성도 증대되고 있다. 특히 4차 산업혁명 확대에 따른 제조 분야의 디지털 전환이 빠르게 전개되면서 지능형 자율공장, 능동적 소비자 참여형 스마트 팩토리 등을 통해 미래지향적인 제조혁신 및 신가치 창출이 필요한 상황이다.

스마트 팩토리란 무엇인가?  

스마트 팩토리는 한마디로 제품을 생산, 조립, 포장하고 기계를 점검하는 전 과정이 자동으로 이뤄지는 공장을 말한다. 이를 위해 사물인터넷, 인공지능, 가상증강현실(AR/VR), 빅데이터, 5G 등의 ICT 기술이 융합되어 4차 산업혁명의 핵심으로 꼽힌다. 

스마트 팩토리에서는 공장 곳곳에 사물인터넷(IoT) 센서와 카메라를 부착시켜 데이터를 수집하고 플랫폼에 저장해 분석하는데, 이렇게 분석된 데이터를 기반으로 어디서 불량품이 발생하였는지, 이상 징후가 보이는 설비는 어떤 것인지 등을 인공지능이 파악하여 전체적인 공정을 제어한다.

스마트 팩토리를 구축하기 위해서는 ▲가상화 ▲유연화 ▲간소화 ▲동기화 등 네 가지 조건이 필요하다. 생산 라인을 가동하기 전에 가상으로 전체 공정을 시뮬레이션해서 생산 공정과 생산량 등을 예측하는 가상화가 첫 번째이고, IoT 기술을 활용해 공장의 운영 방식과 프로세스를 작업자가 원격으로 조정하거나, 시스템이 스스로 제어해 생산 프로세스를 유연하게 변경하는 유연화가 두 번째다. 이어서, 드론 및 자율 주행 이송 로봇 등을 가동해 사람의 업무를 도와주고, 불필요한 생산 공정을 간소화해야 하고, 마지막으로 제품 공급망의 실시간 관리를 통해 재고 수준을 최적화하고, 주문 상태를 고객과 공유하는 동기화가 필요하다.

그랜드 뷰 리서치의 자료에 따르면 세계 스마트 팩토리 시장 규모는 2022년 1,272억 달러(한화 약 164조 5천억 원)에서 2030년에 7,878억 달러(한화 약 1,133조 6천억 원)에 이르고, 해당 기간 동안 연평균 성장률 13.4%를 기록할 것으로 예상된다. 이에 반해, 국내 스마트 팩토리 시장은 매우 작은 규모이다. FA저널이 조사한 2021년 시장전망 조사에 따르면 국내 스마트 팩토리 시장 규모는 2021년 약 1조 2,100억인 것으로 나타났다. 

포스트 팬데믹, 스마트 팩토리 시장 전망 밝아​  

해외에서는 독일이 2019년 ‘2030 Vision for Industry 4.0’을 발표하고 G2 대비 글로벌 제조 역량 강화를 위해 혁신적인 디지털 생태계 구축에 앞장서고 있다. 미국은 바이든 행정부 출범 이후 기술·혁신 정책 의제를 통해 자국 제조업의 혁신을 목표로 대학-기업-주정부-지방정부 연계 파트너십 강화, 재정지원을 통한 첨단 분야의 제조혁신 지원정책 강화를 추진하고 있다. 

일본은 2017년 ‘소사이어티 5.0’과 2018년 디지털 전환에 관한 보고서를 통해 스마트 팩토리 정책을 강화하고, 일본 기업의 디지털 전환을 위한 다양한 정책들을 개발해 시행하고 있다. 중국은 2016년 '스마트제조발전계획'을 발표해, 2025년까지 스마트제조지원시스템을 구축키로 했으며 2020년 스마트 제조정책 백서를 통해 선진국과의 스마트 제조 격차 해소를 위한 정책 제언을 한 바 있다. 

해외의 대표적인 스마트 팩토리 기업인 독일의 지멘스는 암 베르크 공장(PLC 등 산업용 제어시스템 생산공장)을 스마트화했는데, 1만 제곱미터 면적에 수만 개 센서를 설치하여 생산 효율을 세계 최고 수준으로 향상했다. 이로 인해 불량률은 0.00009%에 불과하고, 제품 출하에 드는 시간은 50% 단축했으며, 에너지 소비량 역시 이전보다 70% 절감한 것으로 알려졌다.

우리나라는 2018년 중소기업 스마트제조혁신 전략, 2019년 5G 기반 스마트공장 고도화 전략, 2020년 인공지능·데이터 기반 중소기업 제조혁신 고도화 전략을 발표했다. 지난 5월에는 중소벤처기업부에서 중소/중견기업 11곳을 ‘K-스마트 등대공장’으로 지정했다. K-스마트 등대공장이란, 대기업들의 스마트 팩토리를 벤치마킹한 중소/중견기업 중심 선도형 스마트공장이다. 지정된 중소/중견기업들에게는 3년간 최대 12억 원까지 지원할 예정이며, 오는 2025년까지 K-스마트 등대공장을 100군데까지 늘릴 예정이다.

삼성전자, 현대자동차, LG전자 등 대규모 제조업체들은 이미 스마트 팩토리 기반 생산라인을 구축하고 있으며 삼성전자는 스마트 팩토리 분야에서 아시아 기업 중 유일하게 '글로벌 10대 디지털 팩토리' 4위에 선정되기도 했다.

식품업계에서도 스마트 팩토리 도입이 활발해지고 있다. CJ제일제당은 인천 냉동식품공장에 공장 설비상태를 감시하고 데이터를 분석하여 기기의 상태를 예측하고 유지보수하는 인공지능 감지기 ‘예지보전 솔루션’을 도입했고, 롯데칠성음료는 안성 공장에 각 생산 라인별 투입, 포장, 설비의 상태 및 생산량 등의 데이터를 중앙 서버로 전송하고 이를 종합적으로 실시간 모니터링할 수 있는 시스템을 구축했다.

산업연구원에서 실시한 스마트 팩토리 도입 기업 성과분석에 따르면, 스마트 팩토리 도입 이후 평균 생산성 28.5% 증가, 산업재해 6.2% 감소 등 제조 경쟁력이 높아진 것으로 나타났다. 또한 기업당 매출이 7.4% 향상되는 등 여러 방면에서 긍정적인 효과가 있었다.

코로나19로 인한 팬데믹은 4차 산업혁명 기술의 빠른 발전을 가져오고 있다. 스마트 팩토리 기술도 마찬가지다. 코로나 극복에 따른 시장 활성화와 정부 지원사업 증가, 스마트 팩토리 고도화 단계 진입 등이 스마트 팩토리에 대한 전망을 밝게 해주고 있다.