먼저 가 보는 4차산업혁명이 바꾸는 세상

[SNS 타임즈] 4차산업혁명을 맞아 연결성을 지닌 제품으로 인해 산업 경계가 확장됨으로써 서비스업과 제조업의 경계가 사라지고, 그 결과 제조업의 틀을 깨는 혁신이 일어나고 있다.

앞으로 3년 뒤인 2020년에는 1조 개의 기기가 센서로 연결돼 대부분 기기와 제품이 실시간으로 데이터를 전송하는 시대가 열릴 것이라는 전망이 나오고 있다.

스마트 공장에서는 인공지능(AI)이 빅데이터를 분석해 최적의 생산 시점을 계산하고, 로봇이 제작 공정을 대신하며, 공장에 문제가 발생하면 사물인터넷(IoT) 센서가 감지해서 스스로 문제를 해결한다.

세계경제포럼의 클라우스 슈밥 회장은 “4차 산업혁명 시대에 대형 제조업의 붕괴는 필연적”이라고 단언한다. 아울러 “4차 산업혁명은 산업과 일자리, 생산 활동은 물론이고 인간의 정체성에 관해서도 복잡한 문제를 던질 것”이라고 전망하면서 보다 적극적인 대응이 필요함을 강조했다.

미국 하버드대 마이클 포터 경영대학원 교수는 “연결성을 지닌 제품은 산업의 경계를 확장시킨다. ‘연결성’은 단순히 비슷한 종류의 제품을 연결하는 데 그치지 않는다. 센서를 부착한 트랙터는 날씨, 토양 정보 등과 연결돼 수확량을 최대치로 끌어올릴 수 있다” 라고 제품의 연결성으로 인한 부가 가치를 강조한다.

전문가들은 자동차 타이어에도 센서가 부착돼 마모 상태에 따라 운전자에게 교체 시기를 안내해주는 기술이 개발될 것으로 전망하고 있다. 타이어 제조사인 굿이어는 마케팅 임원이 공급망까지 관리하는 새로운 시도를 하고 있으며, 센서를 통해 얻은 정보로 타이어 교체 주기를 파악해 곧바로 마케팅에 활용하는 시스템을 개발하고 있다.

4차 산업 혁명을 맞아 연결성을 지닌 제품으로 인해 산업 경계가 확장됨으로써 서비스업과 제조업의 경계가 사라지고, 그 결과 제조업의 틀을 깨는 혁신이 일어나고 있다.

제조업의 혁신

세계 제조업 강국인 독일과 미국에서는 4차 산업 혁명이란 용어 대신 독일은  ‘인더스트리 4.0’, 미국은 ‘디지털 트랜스포메이션’ 이란 용어를 사용한다.

현재 독일 정부는 인더스트리4.0을 추진하고 있다. 인더스트리4.0은 2013년부터 독일정보통신산업협회(BITKOM)와 독일엔지니어링협회(VDMA)와 같은 산업 단체가 추진해 왔다. 제조업에 사이버 물리 시스템(CPS), 사물 인터넷, 클라우드 컴퓨팅을 적용해 지능형 공장(Smart Factory)을 구축하는 것을 목표로 한다. 인건비 부담 때문에 중국과 동남아시아 등에서 제품을 생산했던 아디다스는 지난해 23년 만에 독일에 공장을 열었다. 100% 자동화 공정을 갖춘 스마트 팩토리다.

미국의 디지털 트랜스포메이션은 디지털 기술을 사회 전반에 적용해 전통적인 사회 구조를 혁신시키는 것이다. 일반적으로 기업에서 사물 인터넷, 클라우드 컴퓨팅, 인공지능, 빅데이터 솔루션 등을 플랫폼으로 구축·활용해 기존 전통적인 운영 방식과 서비스 등을 혁신하는 것을 의미한다.

디지털 트랜스포메이션을 추진한 사례로, GE의 산업 인터넷용 소프트웨어 플랫폼 프레딕스(Predix), 모바일앱으로 매장 주문과 결제를 할 수 있는 스타벅스의 사이렌오더 서비스 등이 있다.

GE, 소프트웨어 기업으로 변신

GE 회장은 2020년까지 세계 10대 소프트웨어 기업이 되겠다고 선언했다. 그 동안 GE가 판매해온 항공기 엔진이나 각종 기계설비에 센서를 달아 방대한 양의 데이터를 취합·분석해 실시간 유지 관리와 결함 예방에 활용하는 통합 솔루션 사업을 확대하는 것이 핵심이다. 산업설비뿐 아니라 유지·보수 및 예측진단 서비스까지 패키지로 판매하고, 여기에 필요한 금융서비스도 제공한다.

GE는 핵심 사업인 가전 부문을 중국에 팔아버리고 금융 부문까지 정리한 후, 소프트웨어 기반 회사로 탈바꿈하는 놀라운 변신을 보여 주고 있다. GE는 사물인터넷을 산업 현장에 적용하면서 산업인터넷(Industrial Internet) 이란 새로운 용어와 함께 인텔, 애플, 시스코, 삼성전자, 지멘스, 화웨이, IBM 등과 산업인터넷컨소시엄을 결성하면서 새로운 혁신을 주도하고 있다.

산업인터넷은 항공기 엔진이나 발전소, 열차를 온라인으로 연결한 O2O 산업 버전이다. 핵심은 GE의 프레딕스(Predix)이다. 프레딕스는 애플의 iOS와 같이 산업계의 사물인터넷 플랫폼이다. GE는 클라우드 기반의 프레딕스 플랫폼을 통해 구글이나 애플 같은 플랫폼 사업자의 자리를 선점하려 하고 있다.

GE는 프레딕스에 항공기 엔진을 연결해 분석한 결과 중동처럼 모래가 많은 지역의 엔진이 다른 지역의 엔진보다 마모가 심한 것을 파악할 수 있었고 빠른 대응이 가능하게 됐다. 말레이시아 국적항공사인 에어아시아(AirAsia)는 2014년 프레딕스 플랫폼을 적용한 결과 1000만 달러 이상의 연료비를 절감했다. 캐나다 에너지 기업 트랜스캐나다(TransCanada)는 발전기를 프레딕스로 연결해서 출력을 5% 이상 높이는 데 성공했다. 프레딕스 플랫폼은 빅데이터와 인공지능을 활용한 선제적인 대응을 통해 대부분의 산업계를 장악할 수 있는 무서운 잠재력을 가지고 있다.

▲ GE는 프레딕스를 항공기 엔진에 연결해 사용한 결과 중동처럼 모래가 많은 지역의 엔진이 다른 지역의 엔진보다 마모가 심한 것을 파악했고, 이에 대한 발빠른 대응으로 4차 산업을 선점하고 있다. (사진 출처: GE)

롤스로이스 항공기 엔진 제조업의 혁신

세계 3대 항공기 엔진 제조사인 영국 롤스로이스는 제품 판매 위주에서 벗어나 유지·보수 서비스로 매출의 절반 이상을 벌어들인다. 항공사에 엔진을 판매한 뒤에도 지속적으로 엔진을 관리하고 보수해주는 ‘토털 케어’라는 서비스 매출이다.

롤스로이스는 항공기 엔진에 설치된 100여개의 센서를 통해 진동, 압력, 온도, 속도 등의 데이터를 수집한다. MS의 클라우드 플랫폼 애저(Azure)를 통해 수집한 데이터를 분석하고, 엔진 결함 및 교체 시기를 예측한다.

토털 케어가 가능한 이유는 롤스로이스 엔진과 추진 시스템에 수백 개의 센서가 붙어 있기 때문이다. 항공사는 엔진 교체 시기 등을 관리할 필요가 없고 엔진을 사용하는 시간만큼 롤스로이스에 일정한 비용만 제공하면 된다.

전 세계 500여 개 항공사의 비행기 1만4000여 대의 엔진에서 받은 데이터만 6만5000시간 분량에 달한다. 전문 엔지니어는 실시간으로 수집한 데이터를 바탕으로 엔진 결함 및 교체 시기를 분석하고, 항공사는 이를 바탕으로 비행 스케줄을 조절한다.

항공사는 갑작스러운 기체 결함으로 인한 연착 및 취소 손실을 줄일 수 있다. 연료 사용량을 최적화하면서 엔진 한 개당 연간 약 3억원의 비용 절감 효과를 얻었다.

폴 스테인 롤스로이스 최고과학책임자(CSO)는 “토털 케어라는 혁신적인 서비스를 통해 롤스로이스는 ‘게임체인저’가 됐다”며, “유통산업을 제외하고 가장 정교한 빅데이터 활용 사례 중 하나”라고 강조했다.

▲ 롤스로이스는 항공기 엔진에 설치된 100여개의 센서를 통해 진동, 압력, 온도, 속도 등의 데이터를 수집한다. (사진 출처: 롤스로이스)

미쉐린, 서비스로서의 타이어

프랑스 타이어 회사 미쉐린은 ‘서비스로서의 타이어(Tire as a Service)’를 사업 전략으로 설정했다. 2013년 타이어에 사물인터넷 기술을 결합한 ‘에피퓨엘’ 서비스를 내놨다. 타이어와 엔진에 센서를 부착해 연료 소비량, 타이어 압력, 온도, 속도, 위치 등의 정보를 수집한다.

고객의 타이어를 통해 수집된 데이터는 클라우드 서버로 옮겨진다. 미쉐린은 이 정보를 토대로 고객의 운전거리, 운전습관 등을 분석해 언제 타이어를 교체할지를 예측하고 통보해준다. 연료 효율도 높였다. 미쉐린의 조언을 받아들인 운전자는 100Km당 2.5 리터의 연료를 절약할 수 있다. 1년간 12만Km를 달리는 장거리 화물차 운전자는 연간 3200유로의 연료비를 아낄 수 있다. 이산화탄소 배출량도 차량당 8톤 가량 감소시켰다.

아디다스의 스피드 팩토리

1993년 이후 아디다스는 고임금 문제로 값싼 인력을 찾아 독일에 있던 공장을 모두 폐쇄하고 중국이나 동남아로 이전했다. 그런데 2015년 12월 9일, 22년만에 아디다스 스피드 팩토리(Speed Factory)계획을 발표하며 독일로의 회귀를 선포했다.

스피드 팩토리는 단순 자동화 공장이 아니다. 맞춤형 신발을 빠르게 생산하는 것이 핵심이다. 신발 끈부터 깔창, 뒷굽, 색깔까지 수백만 가지 옵션 중 소비자가 원하는 것을 선택하면 다섯 시간 안에 제품을 생산하는 것이 목표다. 스피드 팩토리에는 6대 로봇이 2개의 생산라인에 설치되어 있다.

이 중 한 라인은 신발 바닥 부분을, 다른 라인은 윗부분을 제조한다. 아디다스는 스피드 팩토리를 2017년부터 본격 가동하는데, 이곳에서 근무하는 직원 수는 160명이다.

스피드 팩토리의 핵심은 소비자 맞춤형 제조가 가능하다는 점이다. 신발끈, 깔창, 뒷굽의 색까지 수백만 가지 옵션 중에서 소비자가 원하는 것을 선택하면 5시간 안에 제품 생산이 가능하다. 기존의 아디다스 공장에서 맞춤형 신발을 제작해 배송하기까지 6주가 걸리는데, 스피드 팩토리를 독일뿐만 아니라 다른 국가에도 건설한다면 신발 주문부터 배송까지 엄청난 시간이 단축돼 그만큼 경쟁에서 유리해 지게 된다.

향후 아디다스는 지역과 임금에 구애 받지 않는 자동화된 중소형 모델을 제시하고 미국, 일본 등으로 스마트 팩토리를 확대해 나갈 계획이다.

제임스 카르네스 아디다스 전략팀 부사장은 “디자이너가 고안한 새 운동화가 제작돼 매장에 진열되기까지 통상 1년6개월이 걸린다”며, “스피드 팩토리는 이 기간을 열흘 이내로 단축해 소비자가 원하는 신발을 빠르게 공급할 수 있다”고 설명했다.

▲ 아디다스의 스피드 팩토리에서 퓨처크래프트를 생산하는 모습. (사진 출처: 아디다스)

일본 코마츠의 ‘퍼스트 펭귄’ 전략

일본의 코마츠 제작소는 100년 전통의 기업으로, 현재 건설기계 분야에서 일본 1위, 세계 2위의 업체로 성장했다.

이런 고마츠가 또 한 번의 변신을 시도하고 있다. 일본에서 4차 산업혁명을 선도하는 ‘퍼스트 펭귄’이 되겠다는 것이다. ‘퍼스트 펭귄’은 숨어 있을지 모르는 바다표범을 두려워하지 않고 가장 먼저 바다에 뛰어드는 펭귄을 의미하는데, 여기서는 새로운 사업 영역에 가장 먼저 뛰어드는 용감한 기업을 지칭한다.

4차 산업혁명이라는 미지의 바다에 가장 먼저 뛰어드는 코마츠를 뒷받침하는 강력한 무기는 콤트랙스(KOMTRAX)다. 콤트랙스는 코마츠가 판매한 건설기계의 원격 추적 시스템으로, 건설기계의 중요 부품에 장착된 센서, GPS, 통신시스템을 통해 건설기계의 작동 상태를 원격으로 측정하고 진단하며, 고장을 미리 예측해 선제적으로 유지보수를 해주는 등 첨단 서비스를 제공한다.

이로 인해 고객은 유지보수 비용을 절감하고 코마츠 제품과 서비스에 대한 충성도가 높아지게 되므로, 코마츠는 고객의 불만과 니즈를 미리 파악하고 그에 대응해 더 좋은 제품과 서비스를 개발할 수 있다.

미국 캐터필러도 100년이 넘은 기업으로, 건설기계 분야에서는 코마츠를 누르고 세계 1위다. 그런 캐터필러가 작년 9월 벨기에 공장 폐쇄를 발표했다. 이에 비해 코마츠는 작년 7월 ‘조이 글로벌’이라는 미국의 광산기계업체를 29억달러에 인수한다는 발표를 한 바 있다. 1884년에 설립된 ‘조이 글로벌’은 광산기계 분야의 대표 기업 중 하나였다. 이로써 코마츠는 건설기계와 광산기계 분야에서 캐터필러와 경쟁이 가능할 정도의 능력을 갖춘 것으로 평가된다.

세계 1위 기업 캐터필러는 건설기계 중저가 시장을 파고드는 중국의 싸니 등의 도전으로 구조조정과 원가 절감 등의 대응책을 강구하고 있다.

이런 캐터필러의 대응과 달리, 코마츠는 사물인터넷, 빅데이터, 인공지능, 로봇 등을 활용하는 4차 산업혁명에 적극적으로 올라타 고부가 가치 제품과 서비스의 개발, 원가 절감, 예측 서비스(Predictive Service) 등으로 새로운 활로를 개척하고 있다. 이런 격동속에서 국내 중장비 업체 두산 인프라코어는 재무구조를 개선하기 위한 방안으로 2016년 일부 사업부문 매각 등 구조 조정과 2015년 4차례 희망 퇴직을 단행하며 몸집을 줄였다.

포스코, 광양 스마트 제철소

KT가 2015년 4월 광양제철소에 포스코만이 사용할 수 있는 전용 4세대 LTE 이동통신망을 구축했다. LTE망 구축으로 제철소 내 통신 속도는 16배 이상 빨라져 사물인터넷 적용, 빅데이터 분석 등이 더 원활해졌다. 포스코에 설치된 기업전용 LTE망에는 일반인이 접속할 수 없어 기업 정보 유출 문제도 발생하지 않는다.

그 결과 광양제철소가 '스마트제철소'로 변신하고 있다. 세계 최초로 사물인터넷, 빅데이터 등을 이용해 철강 제품을 만들고 있다. 스마트제철소에서는 제철 원료가 공장에 들어온 단계부터 각종 철강 제품이 만들어져 운송되는 시점까지 모든 작업이 사물인터넷을 통해 이뤄진다.

광양제철소의 연간 조강(쇳물) 생산량은 2147만톤으로 세계 최대다. 이전의 포스코는 공장 설비 등에서 수집되는 정보의 5~6% 정도만 활용할 수 있었다. 그러나 사물인터넷이 전면 도입되며 생산 공정에서 발생하는 모든 정보를 빠짐없이 파악할 수 있어 기계 고장 전 정비와 불량품 제조 방지를 통해 효율성을 높일 수 있게됐다.

철광석, 석탄 등 원료가 제철소에 운반되면 몇 톤이 들어왔는지 산업용 사물인터넷 센서가 파악한다. 자동차제조사, 조선소, 건설사 등 각 업체로부터 주문 받은 일시와 생산 일시, 생산량 등이 통합관제센터에 입력돼 있어, 이 일정에 맞춰 재료를 사용하고 재료가 바닥나지 않도록 추가 주문 시점을 계산한다.

재료를 용광로에 집어넣는 과정에서 사물인터넷 센서는 컨베이어벨트의 진동 상태를 점검한다. 컨베이어벨트 진동이 평균치보다 크면 문제가 있다고 판단한다.

용광로에 재료를 집어넣는 '제선'에선 용광로 온도가 중요하다. 통합관제센터는 섭씨 1500도에 달하는 용광로 온도를 파악해 원격으로 온도를 유지한다. 온도가 일정하지 않으면 재료가 잘 녹지 않아 불량품이 나오기 때문이다.

다음 단계는 '제강'이다. 탄소 함량에 따라 주철·강철·연철 등으로 나누어 제조하는 과정이다. 불순물을 제거하고 탄소 함량을 다르게 만들기 위해 통합관제센터가 정밀하게 계산해 공업용 산소를 불어 넣는다. 제강을 거친 철은 주형(틀)에 들어가 응고돼 고체로 변한다. 이 철을 두 개의 롤 사이로 통과시켜 단단하게 누르는 '압연' 과정에선 롤을 돌리는 모터의 회전수가 핵심이다. 기준치보다 10% 정도 모터 회전수가 빠르거나 느리면 불량품이 발생한다. 모터 하단에 설치된 사물인터넷 센서는 모터 회전수를 감지해 통합관제센터로 실시간 전송한다. 회전수에 이상이 생기면 작동을 중단하고 점검하거나 설비를 교체한다.

이렇게 만들어진 철판이나 코일 등 각 제품의 제조 일시·출하 일시도 모두 통합관제센터에서 통제한다. 무인 크레인은 나중에 출하할 제품은 밑에, 가장 빨리 출하할 제품은 맨 위에 쌓아 불필요하게 제품을 내리고 쌓는 과정을 반복하지 않는다. 무인 크레인은 배송지에 따라 국내 배송 제품은 트럭에, 해외 배송은 선박에 싣는다.

직원 건강 관리도 IoT로 이뤄진다. 직원들이 손목에 착용한 스마트밴드는 심박수·체온·혈중산소포화도 등을 실시간으로 파악해 통합관제센터에 전송한다. 심박수가 성인 기준치인 분당 70회를 넘으면 즉시 작업을 중단하고 응급 조치를 한다.

사물인터넷 센서는 공장 내 일산화탄소 수치·온도·습도 등도 파악해 일산화탄소 농도가 30ppm(실내공기 내 일산화탄소 허용 농도:50ppm)을 넘어서는 등 위험 요소가 감지되면 경보를 발령한다.

4차산업혁명이 가져오는 제조업의 변화 트렌드

4차 산업혁명이 가져올 제조업의 첫 번째 변화는 GE와 롤스로이스 항공기 엔진 작업 과정과 같은 생산 공정의 스마트 플랫폼화이다.

현재 오프라인 산업 생산 시설에 온라인 기술을 적용해 스마트 플랫폼 기반으로 바꾸는 혁신이 활발하게 이루어지고 있다.

4차 산업혁명이 가져올 두번째 변화는 아디다스 스피드 팩토리와 같은 이용자 맞춤형 생산의 확대이다.

기존에는 대량생산을 어떻게 최적화, 효율화시킬 것인지에 관심을 기울여 왔으며, 비용 절감과 품질 향상 등이 주된 목표였다. 그러나 이제는 모바일과 인터넷의 발달로 상품의 기획부터 제작까지 이용자들의 참여가 확대되고 있고, 점차 개인화된 상품과 서비스를 요구하는 추세다. 따라서 맞춤형 대량 생산(Mass Customization)이 새로운 목표로 등장한다. 그리고 이러한 목표는 사물인터넷, 빅데이터, 인공지능, 클라우드 컴퓨팅과 같은 온라인 신기술이 제조 공장에 적용되면서 해결된다. 사이버 공간에 제작 프로세스를 가상으로 설계하면 오프라인 생산라인이 자동으로 변경되는 CPS(Cyber Physical System) 방식이 적용된 스마트 공장이 등장하면서, 수요에 따라 모든 생산라인을 자유롭게 바꿔 가면서 맞춤형 제품을 대량으로 생산할 수 있게 된다.

세번째 변화는 미쉐린 타이어 사업분야 처럼 제조업과 서비스업의 경계가 점점 불분명해지는 것이다.

제조업의 서비스화는 이미 장비 업체들을 중심으로 널리 활용되고 있으며, 제품에 대한 데이터 축적을 통해 각 제품의 상태를 파악하고 그에 걸맞는 서비스를 제공하고 있다.

전통 제조업이 나갈 길

기존의 산업현장에 빅데이터, 사물인터넷, 인공지능 등을 적용해 생산 혁신을 이루려는 시도가 이어지고 있다. 제품 판매 이후에도 지속적인 고객 서비스 제공이 기업들의 화두가 되고 있다.

4차 산업혁명이 10년~20년 후의 우리 경제와 사회를 어떻게 변화시킬지 전망하기는 어렵다. 그러나 변화의 물결 속에서 과거 굴뚝산업의 대표기업들이 변해가는 모습은 우리에게도 시사하는 바가 크다.

생산 현장에서 4차 산업 혁명은 인공 지능, 사물인터넷, 클라우드, 빅데이터, 모바일, 소셜 네트워크 등 최신 디지털 기술을 활용해 업무 프로세스의 변화를 추구함으로써 비즈니스 모델의 변화와 그로 인한 효과까지 포괄한다고 볼 수 있다.

또, 최신 디지털 기술을 바탕으로 기존 데이터를 활용하거나 가상세계와 물리적 세계를 연결하는 등 다양한 형태로 나타날 수 있다. 따라서 생산분야 4차산업혁명은 기존 시장에 디지털 또는 온라인 세상을 어떻게 연결시키느냐에 관건이 있다. 이를 위해 사물 간 커뮤니케이션이 가능한 기업을 만든다면 의사결정, 생산성, 에너지 관리, 재고 관리, 제품 맞춤화, 비용 절감 등 많은 이점을 얻을 수 있다.

4차 산업혁명의 신기술이 널리 활용되면 정보통신기술과 제조업의 융합을 통해 산업 기기와 생산 과정이 연결되고, 사람과 기기 또는 기기와 기기가 상호 소통하면서 생산 효율을 극대화시키게 될 것이다. 그 결과 전통적인 제조업 기술에만 의존하던 국가와 회사는 몰락하고, 모든 산업은 서로 융·복합됨으로써 연결된 산업(Connected Industry)으로 발전해나갈 것이다.

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