에너지신산업 활성화를 위한 홍보 및 정책개발

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에너지신산업 활성화를 위한 홍보 및 정책개발

2016.3.

의뢰기관 : 산업통상자원부

에너지경제연구원

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제 출 문

산업통상자원부 장관 귀하

본 연구보고서를「에너지신산업 활성화를 위한 홍보 및 정책개발」과제의 최종보고서로 제출합니다.

2016년 3월

에너지경제연구원장

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참여연구진

연구책임자 : 연구위원 이성인

참여연구자 :연구위원 이유수

부연구위원 김지효

부연구위원 김창훈

부연구위원 오경수

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목 차

제 1 장 ICT 융복합 기술발전과 에너지신산업 생태계 ··· 1

1. ICT 융복합 기술의 개념 및 정의 ··· 1

2. IoT 실현을 가져온 3개 분야 이노베이션 ··· 5

3. IoT의 계층구조 및 생태계 ··· 7

4. 사물인터넷 시장 규모 및 전망 ··· 13

5. IoT에 의한 가치 창조 및 에너지신산업 ··· 14

6. ICT 융복합 기술 기반 새로운 산업 혁명 ··· 17

7. 독일의 Industrie 4.0 정책 추진 ··· 21

8. GE의 Industrial Internet 추진 ··· 27

9. 일본의 IoT에 대한 대응정책 ··· 36

10. ICT 융복합 기술의 활용사례 ··· 39

제 2 장 에너지관리시스템 (EMS) 보급 활성화 ··· 4 4

1. 에너지관리시스템(EMS) 개요 ··· 44

2. EMS의 종류별 특징과 기술동향 ··· 46

3. 에너지관리시스템의 진화 ··· 55

4. 에너지관리시스템의 고도화 및 통합화 사례 ··· 58

5. 주요국의 에너지관리시스템 지원정책 ··· 62

6. 일본의 EMS 적용사례의 에너지절감 효과 ··· 68

7. EMS 기술발전 및 보급 확산 추진방안 ··· 71

제 3 장 에너지저장시스템 (ESS) 보급 활성화 ··· 7 9

1. 에너지저장시스템(ESS)의 개념 및 구성요소 ··· 79

2. 에너지저장시스템의 종류 및 특징 ··· 81

3. 국내외 에너지저장시스템 실증 및 보급 정책 분석 ··· 91

4. 에너지저장시스템 시장조성 정책 제언 ··· 101

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제 4 장 에너지신산업 홍보 및 확산전략 ··· 108

1. 에너지이용의 행태특성 및 교정방안 ··· 108

2. 에너지소비 행동특성 교정 사례 ··· 117

3. 정책적 시사점 ··· 124

참고문헌 ··· 126

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< 표 차례 >

<표 1-1> IoT의 기술적 계층에 대한 이해 ··· 3

<표 1-2> IoT 기술을 적용한 제품의 기능 고도화 ··· 3

<표 1-3> IoT의 실현을 가져온 3개 이노베이션 ··· 5

<표 1-4> IoT의 계층 구조(기능별 분류)(예) ··· 7

<표 1-5> 통신 네트워크 종류 및 특성 ··· 8

<표 1-6> IoT 관련 주요 플레이어 구성 ··· 10

<표 1-7> 사물인터넷(IoT) 장치(디바이스) 보급 전망 ··· 14

<표 1-8> 사물인터넷(IoT) 시장규모 전망 ··· 14

<표 1-9> 1~4세대 산업생산시스템의 특성 비교 ··· 19

<표 1-10> 사이버물리시스템의 산업생산시스템 적용사례(예시) ··· 20

<표 1-11> 제조업의 ICT 기반 융합 기술의 활용 유형 ··· 21

<표 1-12> 독일 INDUSTRIE 4.0 추진경위 ··· 22

<표 1-13> Industrie 4.0 기술개발 지원프로그램 ··· 27

<표 1-14> GE Future of Work 개요 ··· 28

<표 1-15> GE의 Industrial Internet 특징(요약) ··· 30

<표 1-16> GE의 2014년 산업부문 영업실적 ··· 31

<표 1-17> GE의 Predictivity 솔루션 도입 사례 ··· 32

<표 1-18> GE의 Industrial Internet의 주요 활동 ··· 33

<표 1-19> 일본의 ICT 융복합 대응 주요시책 ··· 38

<표 1-20> 산업별 ICT 기반 융합기술(IoT) 활용사례 ··· 40

<표 2-1> HEMS의 적용 사례 ··· 47

<표 2-2> BEMS의 적용 사례 ··· 50

<표 2-3> BEMS의 계층적 구성 ··· 51

<표 2-4> 빌딩의 설비 관리 시스템 비교 ··· 52

<표 2-5> FEMS의 어플리케이션 사례 ··· 53

<표 2-6> BEMS의 서브시스템, 제어대상 및 용도 ··· 56

<표 2-7> 설치 보조금지원 대상 BEMS의 기능요건 ··· 63

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<표 2-8> 제로에너지빌딩 BEMS의 제어 기술 ··· 65

<표 2-9> 일본 BEMS 보급현황 및 보급 잠재력 ··· 68

<표 2-10> BEMS의 에너지절감 효과 사례 ··· 69

<표 2-11> 전형적 대규모 빌딩의 에너지소비특성 및 BEMS 효과 ··· 70

<표 2-12> 전형적 중소규모 빌딩 에너지소비 특성 및 BEMS 효과 ··· 71

<표 3-1> 저장방식에 따른 에너지저장기술의 분류 ··· 82

<표 3-2> 생산 에너지 및 용도에 따른 에너지저장기술 분류 ··· 83

<표 3-3> 주요 전기저장기술의 원리 및 특징 ··· 83

<표 3-4> 전기저장기술별 성능 수준 및 기술적 특성 ··· 84

<표 3-5> 주요국 가정 부문 전기 온수난방의 전력소비 ··· 90

<표 3-6> 주요국의 ESS 보급 확산 정책 ··· 91

<표 3-7> 국내외 ESS 실증 프로젝트 사례 ··· 92

<표 3-8> 일본 이차전지 기술개발 로드맵 ··· 94

<표 3-9> 일본의 에너지저장시스템 보조금 지원 환산 공식 ··· 95

<표 3-10> Terna의 전기저장시스템 계약 현황 ··· 96

<표 3-11> 국내 ESS 기술개발 현황 및 기술수준 ··· 97

<표 3-12> ESS 구성 분야별 대･중소기업 현황 ··· 98

<표 3-13> 한국의 ESS 기술개발 및 산업화 비전과 목표 ··· 99

<표 3-14> 국가별 ESS 시장 필요성 및 시장발전 방향 ··· 101

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< 그림 차례 >

[그림 1-1] 사물인터넷의 개념 및 구성요소 ··· 2

[그림 1-2] 사물인터넷(IoT) 유사 개념 ··· 4

[그림 1-3] ICT와 융합(IoT화)에 의한 가치 창조의 유형 ··· 15

[그림 1-4] 사이버물리시스템 개념도(Concept Map) ··· 18

[그림 1-5] 제1차∼제4차 산업혁명 과정 ··· 19

[그림 1-6] Industrie 4.0과 Industrial Internet 대상 영역 비교 ··· 21

[그림 1-7] 독일 Industrie 4.0의 개요 ··· 23

[그림 1-8] Industrie 4.0 수직･수평통합 연계체계 ··· 25

[그림 1-9] GE의 Industrial Internet 플랫폼 Predix ··· 34

[그림 2-1] EMS 구성 하드웨어 및 소프트웨어 ··· 45

[그림 2-2] HEMS 시스템 구성도 ··· 47

[그림 2-3] 건물에너지관리시스템 구조 및 특징 ··· 49

[그림 2-4] FEMS 구성도 ··· 53

[그림 2-5] 각 에너지 관리 시스템의 관계도 ··· 54

[그림 2-6] EMS의 서브시스템과 기능 ··· 55

[그림 2-7] 에너지관리시스템(EMS)의 진화 ··· 55

[그림 2-8] BEMS의 구성범위 ··· 57

[그림 2-9] 대규모 건물의 BEMS 사례 ··· 57

[그림 2-10] 중소규모 건물의 BEMS 사례 ··· 58

[그림 2-11] 통합설비관리서비스(클라우드) ··· 61

[그림 2-12] 계약전력 규모별 EMS 설치 보조금 활용(2014년 기준) ··· 66

[그림 2-13] 업종별 EMS 설치 보조금 활용(2014년 기준) ··· 66

[그림 2-14] EMS의 기능과 에너지절감 효과 ··· 74

[그림 2-15] 에너지다소비 설비+EMS 특화 패키지(사례) ··· 76

[그림 3-1] 에너지저장기술 종류 및 기술 성숙도 ··· 80

[그림 3-2] 에너지저장시스템의 구성요소 ··· 81

[그림 3-3] 원형 리튬이온전지 구조 및 원가구성도 ··· 86

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[그림 3-4] UTES 기본 개념 ··· 89

[그림 3-5] 리튬이온 이차전지 공급체인(supply chain) ··· 97

[그림 3-6] 수요관리사업자의 ESS 통합서비스 모델 ··· 105

[그림 4-1] 손실회피적 성향과 에너지효율 투자 ··· 110

[그림 4-2] 지수형 할인과 쌍곡형 할인의 할인계수 비교 ··· 111

[그림 4-3] Home Energy Report(HER) 예시 ··· 118

[그림 4-4] PACE 파이낸싱 메커니즘 ··· 120

[그림 4-5] 에너지가이드 레이블 ··· 121

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제1장 ICT 융복합 기술발전과 에너지신산업 생태계

ICT기반 융복합 기술이 빠르게 발전함에 따라 다양한 분야에서 본격적으로 활용 되기 시작하고 있다.ICT기반 융복합 기술은 사물인터넷(IoT:InternetofThings)으 로 집약될 수 있다.최근 많은 학자와 전문 기관들은 ICT 기술 중에서 IoT(Internet ofthings)화 추세가 기존 컴퓨팅을 통한 자동화,인터넷처럼 새로운 혁신을 가져올 것으로 분석하고 있다.최근에는 ICT 기반의 IoT 기술을 적용한 스마트 연결 제품 (Smart,ConnectedProducts)이 증가되고 있다.기존 제품에 센서,통신,프로세서 기 능 등이 내장되고,제품에서 발생하는 데이터가 클라우드를 통해 수집･분석되는 제 품의 스마트화 및 지능화가 확대되는 경향을 보이고 있다.

ICT융복합 기술의 발전 및 활용은 IoT화로 나타나고 있다.에너지 수요관리 수단 으로 최근 주목을 받고 있는 에너지관리시스템(EnergyManagementSystem:EMS) 도 일종의 ICT기반의 융복합 기술인 사물인터넷(IoT:InternetofThings)의 하나이 다.사물인터넷과 EMS기술은 ① 에너지사용 설비 및 기기 등 사물(thing)에 내재되 는 센서,통신모듈,마이크로프로세서,운영체제 등을 포함하는 제품(Device),② 이러 한 제품(Device)을 유무선 네트워크로 연결하는 통신(Connectivity),③ 통신을 통해 데 이터를 수집･축적･분석･활용할 수 있도록 다양한 기반적인 기술들을 제공하는 플랫 폼(Platform)부문 등 3가지 영역으로 구성된다(정보통신정책연구원,2015).최근 IoT 화가 빠르게 진행됨에 따라 EMS의 기능과 제어대상 설비 및 기기도 확대되고 생산 관리 및 환경관리 등 다양한 관리 분야와 통합되는 경향을 보이고 있다.다음에서 사 물인터넷(IoT)개념,IoT 실현을 가져온 3개 분야 이노베이션,계층구조 및 생태계, 시장전망,사물인터넷에 따른 수요관리 가능성에 대해 자세히 살펴본다.

1. ICT 융복합 기술의 개념 및 정의

가. 사물인터넷(IoT)의 개념 및 기능

ICT기술과 엔지니어링 기술이 빠르게 융합되면서 장비 및 설비에 통신 기능,센서 기능,제어 기능이 추가되는 추세를 보이고 있다.즉 사물인터넷(InternetofThings:

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IoT)이 빠르게 진화하고 있다.IoT는 컴퓨터 등 정보 통신 기기만 아니라 세상에 존 재하는 여러 물건에 통신기능 및 센서 기능을 부가하고 물건의 자동 인식,원격 계 측,자동 제어 등을 행하는 것을 말한다.사물인터넷(IoT)이라는 문구는 RFID¹⁾의 표 준화를 추진한 영국의 KevinAshton가 1999년에 처음 사용했다.우리나라에서는 일 반적으로 사물인터넷으로 직역되고 있다.통신 수단으로서 널리 이용하고 있는 컴퓨 터나 스마트폰뿐만 아니라 모든 사물이 인터넷에 연결되는 것을 말했다.최근에는 인 터넷에 연결되는 대상이 사물,사람,서비스로 확대되고 연결뿐만 아니라 그것에 의 해 만들어진 가치까지 포함하는 것으로 진화되고 있다.그리고 IoT화로 어떻게 가치 를 창출할지에 대한 다양한 노력들이 이루어지고 있다.새로운 가치 창출이 IoT가 주 목받고 있는 이유이다.따라서 IoT는 ”사물,사람,서비스의 모두 포괄한 인터넷화에 의한 가치 창조”라고 정의할 수 있다.

[그림 1-1] 사물인터넷의 개념 및 구성요소

자료:각종 자료 활용 정리

IoT의 기능과 구성 요소는 디바이스,네트워크,클라우드²⁾의 3개 계층으로 나뉜다.

우선,인터넷에 연결되는 사물(=IoT기기)은 센서와 통신 모듈을 가지고 있다.센서가 사물의 상태에 대해 디지털화･데이터화하고 통신 모듈의 인터넷 접속 기능을 통해 클라우드에 데이터를 송신함으로써 원격에서 사물 상황의 관측･감시(Monitoring)가 가능하게 된다.동시에 수신한 데이터를 분석･처리한 결과를 토대로 클라우드에서 원격으로 사물의 상태의 제어(Control)도 가능하다.따라서 사물인터넷에서는 사물에 대한 모니터링(Monitoring),제어(Control)기능,클라우드에서 데이터 분석 기능의 조

1) Radio Frequency Identification(주파수 이용 ID를 식별하는 시스템. 일명 전자태그로 불림)

2) 클라우드 컴퓨팅뿐만 아니라 자사 서버, 스토리지 등을 운용하는 프로세스도 포함하는 계층 구조로, 플랫 폼, 어플리케이션으로 나뉨. 본 보고서에서는 IoT플랫폼, 어플리케이션을 모두 “클라우드”로 표기함

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합으로 사물의 가동 상황의 최적화(Optimization)와 자동화(Automation)도 가능하다.

구분 기능

Device

∙사물을 구성하는 하드웨어 및 소프트웨어

- sensors, Embedded processors, connectivity module, memory, secure element, operating system, software applications, user interface 등

Connectivity

∙사람, 디바이스, 프로세스 등을 연결하고 데이터를 교환 및 전달할 수 있는 모든 유 ･무선 통신 및 네트워크 인프라 기술

- WPAN, WiFi, 3G/4G/LTE, Bluetooth, Ethernet, BcN, 위성통신, Microware, 시 리얼 통신, PLC 등

- 네트워크 가상화, 이기종 네트워크, 자가 구성 네트워크 등

Platform

∙디바이스를 연결･제어･관리하는 애플리케이션에서부터 데이터를 수집･축적･

분석･활용하는 기술, 수직적인 산업의 비즈니스 시스템과의 통합 서비스 등을 제공 하는 기술

- 빅 데이터, 클라우드, 보안/프라이버시 보호, 인증/인가, 가상화, 디바이스･네 트워크･애플리케이션･프로세스 관리, 오픈 플랫폼 기술, 미들웨어 기술, 비 즈니스 시스템 통합 등

<표 1-1> IoT의 기술적 계층에 대한 이해

자료:미래창조과학부/한국과학기술기획평가원,“과학기술&ICT정책 및 기술동향”,제50호(2015.7.1.)

Autonomy Optimization

Control Monitoring

Sensor 및 외부 데이터를 통해

모니터링 ･제품 상태 ･외부 환경 ･제품 이용

제품 내장된 SW 또는 클라우드의

SW를 통해

･제품기능 제어

･이용자 경험의 개인화 가능 (Personalization)

모니터링과 제어 기능으로 최적화

･제품성능 향상

･예방적인 진단

･서비스 ･수리

모니터링, 제어, 최적화 등의 조합으로

･자율적 제품운영

･다른제품･시스템과 조화 자체 조정

･자동 제품개선/개인화

･자체진단･서비스

<표 1-2> IoT 기술을 적용한 제품의 기능 고도화

자료:미래창조과학부/한국과학기술기획평가원,“과학기술&ICT정책 및 기술동향”,제50호(2015.7.1.)

나. IoT의 유사 개념

모든 사물이 인터넷에 연결되는 개념 자체는 새로운 것이 아니다.IoT비슷한 개념은 이전부터 제창되어 왔다. 미국 Xerox사의 팰로앨토연구소(Palo Alto Research Center)의 MarkWeiser가 1988년에 제창한 “유비쿼터스 컴퓨팅”이 대표적인 사례로 꼽힌다.모든 기기나 사물에 컴퓨팅 기능과 통신기능을 추가하여 언제 어디서나 컴퓨

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팅 환경을 이용할 수 있는 환경을 의미한다.또한 미국 IBM가 2008년에 제창한

“SmarterPlanet”과 미국의 NSF³⁾(미국 국립과학재단)가 2009년에 연구지원 프로그램 을 만든 CPS(CyberPhysicalSystem⁴⁾가 꼽힌다.일본에서도 정부가 2001년에 내건 e-Japan전략과 후속 u-Japan전략에서 제창된 유비쿼터스 네트워크 사회⁵⁾의 구상 아 래 센서 네트워크와 다양한 관련 기술의 연구가 이뤄졌다.또한 IoT의 사물(Things) 에 없는 서비스를 포함한 포괄적인 개념으로서 미국 Cisco Systems가 2012년에

“InternetofEverything(IoE)”을 제창하는 등 IoT에서 파생된 개념도 생겨나고 있다.

이것들은 각각의 제창자에 따라 대상 영역의 폭에 미세한 차이는 있지만,본질적으로 는 전술한 정의대로 “물건,사람,서비스의 모든 것을 포괄한 인터넷화에 의한 가치 창조”라고 해석되고 있다.또 GE의 IndustrialInternet과 독일의 Industrie4.0은 제조 업에 초점을 둔 개념이며 M2M⁶⁾은 기기 간의 통신을 대상으로 하고 있으며,특정 영 역에 특화된 IoT으로 정리할 수 있다.최근 에너지 분야에서 관심을 받고 있는 에너 지관리시스템(EMS)의 사물인터넷의 하나이다.사물인터넷이 진화에 따라 EMS도 진 화하고 있다.

[그림 1-2] 사물인터넷(IoT) 유사 개념

자료:미래창조과학부/한국과학기술기획평가원,“과학기술&ICT정책 및 기술동향”등 각종 자료 활용 작성

3) National Science Foundation

4) Cyber Physical System: 실제 세계와 가상 세계의 융합

5) 언제, 어디서나, 무엇이든, 누구나가 네트워크에 연결됨으로써 여러 서비스가 제공되어 사람들의 생활을 풍 요롭게 만드는 사회

6) Machine to Machine(기계간의 통신)

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2. IoT 실현을 가져온 3개 분야 이노베이션

과거부터 제창된 개념이 IoT라는 이름으로 바꾸어 새삼 주목을 끄는 것은 다양한 노력의 결과로 개념이 실현되는 단계로 이행되고 있기 때문이다.이러한 IoT시대의 시작 배경에는 센서,통신 네트워크,컴퓨팅 등 3개 분야에서 이노베이션이 주요 요인 으로 지적된다.이들 분야의 기술발전 결과,합리적인 경제적 부담으로 다양한 대량 데이터를 실시간으로 수집하고 동시에 고도의 대량 데이터 분석 처리에 의한 새로운 경제 가치의 창출이 가능해져 새로운 비즈니스 모델들이 나타나기 시작하고 있다.

항목 개요

센서 이노베이션

∙ 센서의 소형화

∙ 센서의 전력 효율화

∙ 센서의 저 가격화

네트워크 이노베이션

∙ 통신 속도 향상(ISDN → FTTH, 3G → LTE 등)

∙ 통신 코스트의 저감

∙ 통신 지역 확대

∙ 할당 가능한 IP주소 수의 비약적 확대

- (IPv4:2³²≒ 43억 개 → IPv6:2¹²⁸≒ 약 3.4×1038개)

컴퓨팅 이노베이션

∙ 데이터 처리 기술의 향상(빅 데이터 분석) - CPU의 고속화･멀티 코어화

- 분산 처리

- 인메모리 컴퓨팅(IMC) 등

∙ 클라우드 컴퓨팅의 발전

<표 1-3> IoT의 실현을 가져온 3개 이노베이션

자료: 미래창조과학부/한국과학기술기획평가원, “과학기술&ICT 정책 및 기술동향” 등 각종 자료 활용 작성

가. 센서 이노베이션

직접 피측정 대상에 접촉하거나 그 가까이서 데이터를 알아내어 필요한 정보(情報) 를 신호로 전달하는 장치를 총칭해서 센서(감지기)라 한다(기계공학용어사전).최근 에는 인텔리전트 센서 등 정보나 수치를 스스로 계산,판단,처리하는 보다 높은 기 능의 센서들도 개발되어 실용화되고 있다.하나의 예로 조명기구의 조도 센서,냉난 방 기구의 온도 센서,방범용 센서 등을 들 수 있다.센서는 화상,위치,온도,진동,

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에너지 사용량 등 여러 가지 사물의 안팎의 상태를 파악하기 위한 디바이스이다.최 근 반도체 미세 가공 기술을 응용한 MEMS⁷⁾기술의 고도화 등으로 센서의 소형화, 에너지 효율화(소비 전력 저감),저가화가 이루어졌다.이에 따라 산업 기기나 가전용 기기(스마트폰,웨어러블 기기 등)등 여러 가지 사물에 센서를 탑재할 수 있게 되고 있다.

나. 통신네트워크 이노베이션

ISDN 회선에서 ADSL(수 10Mbps),FTTH(수 10Mbps~수 Gbps)등 통신 속도의 비 약적 향상,3G/4G 회선 등의 무선 네트워크 통신지역의 확대,통신비용의 감소 등으 로 데이터 통신을 고속으로 저렴하게 이용할 수 있는 환경이 확립되었다.또한 새로 운 인터넷 프로토콜인 IPv6의 등장으로 사용 가능한 IP주소⁸⁾수가 비약적으로 늘어 났다.기존의 IPv4에서는 32bit주소 수(2³²=약 43억 개)의 제약으로 IP주소의 고갈 우려가 있었지만 IPv6주소 수는 128bit(2¹²⁸=약 3.4×10³⁸개)으로 거의 무한대로 확장되 어 전 세계의 모든 것에 IP주소를 할당하는 것이 가능해졌다.

다. 컴퓨팅 이노베이션

CPU의 고속화나 CPU 코어의 증가에 의한 계산 처리속도 향상,인메모리 컴퓨팅⁹⁾ 에 의한 데이터의 접근 속도의 향상,하둡(Hadoop)등의 분산처리 기술의 도입 등 이른바 빅 데이터 관련 기술의 진화가 이루어졌다.동시에 이들 컴퓨팅 인프라를 빨 리,저렴하게,누구나 이용 가능한 클라우드 컴퓨팅이 진전되었다.

다음은 계산처리 속도의 비약적 향상을 실감할 수 있는 사례이다. IBM이 개발한 슈퍼 컴퓨터 “DeepBlue”는 1997년에 당시 체스 챔피언에 승리를 거두며 세계적인 주목을 받았다.오늘날에는 Apple의 iPhone4S(2011년 발매)에 탑재된 칩셋 Apple A5의 연산 속도가 DeepBlue를 능가하고 있다.막대한 소비전력을 필요로 하는 대형 슈퍼 컴퓨터가 수십 년 세월을 거치면서 한 손에 들어가는 스마트 폰의 연산 성능에 못 미치는 것이다.이것이 바로 기술 혁신의 본질이다.

7) Micro Electro Mechanical Systems

8) 인터넷과 인트라넷 등 IP 네트워크에 접속된 컴퓨터나 통신기기 1대에 배정된 식별 번호

9) 하드 디스크에 비해서 데이터의 읽기 속도가 압도적으로 빠른(약 10만배) 메인 메모리에서 모든 데이터 및 프로그램 운영. 기존 보다 비약적인 고속처리 실현

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3. IoT의 계층구조 및 생태계

가. IoT의 계층 및 기능 구조

IoT는 디바이스,통신네트워크,클라우드 등 크게 3개의 계층 구조로 분류되지만, 주요 기능별로는 ① 센서,② 통신 네트워크,③ IoT플랫폼,④ 어플리케이션의 4개 로 나누어 볼 수 있다.

클라우드

어플리케이션

< 산업 용도에 따른 어플리케이션 >

∙ 산업기기제조, 의료 헬스 케어, 에너지, 자동차, 금융, 소매, 가전, 물류, 농업･축산업, 공공인프라 (도로･수도 등)

IoT 플랫폼

서비스 플랫폼

∙ 데이터 수집, 데이터 처리, 어플리케이션 관리, 인증, 보안관리, 어플리케이션 수익 산정

코넥티비티 플랫폼

∙ SIM 프로비저닝, 디바이스 접속관리, 위치 정보관리, 데이터 사용량 관리, 회선 사용료 관리

네트워크 통신네트워크

∙ WPAN(RFID, Zibee, Z-Wave, Bluetooth, IrDA, UWB)

∙ WLAN(Wi-Fi)

∙ WWAN(2G/3G/4G)

∙ 고정회선(FTTH, PLC)

디바이스 센스

∙ 온도, 습도, 전압/전류/전력, 위치(GPS), 압력, 유량/

유속, 영상, 가속도, 각속도, 진동, 중량, 자기, 소리, 토 양(수분/PH), 맥박･혈압･혈당치 등

<표 1-4> IoT의 계층 구조(기능별 분류)(예)

자료:각종 자료를 활용하여 작성

1) 센서

IoT의 센서는 IoT기기의 내부나 주위의 여러 물리적,화학적 특성(온도,습도,가 속도,위치,pH 등)을 디지털화･데이터화하기 위한 장치이다.계측 대상 상태나 필요 한 정보에 따라서 다양한 센서가 이용된다.예를 들면,산업 기기의 원격 감시에서 가스 터빈의 가동 상황을 파악하기 위해서는 다수의 온도,압력 센서,유량 센서 등 이 설치된다.웨어러블 기기에서는 혈압 센서,맥박 수 센서,보수를 계측하는 가속도 센서 등이 사용된다.농업 분야에서는 기온,조도,우량,CO2농도,토양의 수분,pH 등의 농작물의 생육에 관련된 여러 상태를 계측하기 위한 각종 센서가 사용된다.

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2) 통신 네트워크

센서가 수집한 데이터를 인터넷에 송신 기능을 제공하는 것이 통신 네트워크이다.

통신 네트워크는 무선,고정(유선)2가지로 분류된다.

WPAN WLAN WWAN

Zigbee Z-Wave Bluetooth Wi-Fi 3G

주파수

902∼928㎒2.4㎓

868∼870㎒ 900㎒ 2.4㎓ 2.4㎓/5㎓

800㎒대 900㎒대 1.5㎓대 1.7㎓대 2.1㎓대 통신거리 약 30m 약 30m 수 m∼100m 약 100m 수 100Km 통신속도

20kbps, 40kbps,

250kbps, 100kbps 1Mbps/0.2∼0.

4Mbps

11Mbps, 54Mbps, 300Mbps

14Mbps/5.7Mb ps

소비전력 小小小大大

주요 접속용도

센서 네트워크,

HEMS, BEMS 센서 네트워크, HEMS

PC, 스마트폰,

태블릿, 웨어러블,

센서 네트워크,

HEMS, BEMS

스마트폰, PC, 태블릿, 카메라,

디지털 가전

스마트폰, 노트북, 태블릿, 자판기, 자동차, 산업 기기 등

<표 1-5> 통신 네트워크 종류 및 특성

자료:일본,미즈호은행 산업조사부 작성

무선 네트워크로는 RFID(수 mm~수 m),Zigbee(30m 정도),Bluetooth(수 m~100m) 등 단거리용 WPAN¹⁰⁾,Wi-Fi가 사실상 표준이 되고 있는 중거리용 WLAN¹¹⁾,통신 사의 2G/3G/4G 회선을 이용한 장거리용 WWAN¹²⁾등이 있다.고정 네트워크로는 ADSL,FTTH와 전력선을 이용한 PLC¹³⁾등이 이용된다.이들은 통신 거리,통신 속 도,소비 전력 등 통신 규격의 특성에 따라 사용 용도의 구분이 이루어지고 있다.전 원 공급에 제약이 있는 웨어러블 기기,HEMS¹⁴⁾,BEMS¹⁵⁾는 일반적으로 단거리･중거 리 통신인 WPAN,WLAN으로 일단 IoT 게이트웨이¹⁶⁾에 연결하고 IoT게이트웨이

10) Wireless Private Area Network 11) Wireless Local Area Network 12) Wireless Wide Area Network 13) Power Line Communication 14) Home Energy Management System 15) Building Energy Management System

16) 프로토콜이 다른 네트워크 간 통신을 중계하는 기기

(18)

를 통해 인터넷에 접속된다.한편,이들 제약이 적은 비즈니스 모델에서는 통신비용 의 부담도 가능한 산업 기기의 원격 감시,자동차용 인포테인먼트(Infortainment)¹⁷⁾ 시스템,자판기 재고관리 시스템 등은 통신사가 제공하는 3G/4G 등의 M2M 회선을 통해 인터넷에 직접 접속된다.

3) IoT 플랫폼

IoT플랫폼은 ① IoT기기의 네트워크 접속 등에 관련된 코넥티비티 플랫폼,② 데 이터 수집･처리 등에 관련된 서비스 플랫폼 등 크게 2가지로 나뉜다.비즈니스 모델 에서 데이터 분석이 중요한 역할을 담당하고 있어 서비스 플랫폼이 IoT의 핵이다.새 로운 비즈니스에 모델을 개발하려는 플레이어의 대부분이 이 영역의 진출을 모색하 고 있다는 점에서 주목된다.

코넥티비티 플랫폼은 IoT기기의 네트워크 접속에 관련된 기능을 제공하는 플랫폼 이다.대표적인 기능으로 SIM¹⁸⁾프로비저닝(provisioning)을 들 수 있다.통신사의 M2M 통신 기능이 내장된 산업 기기를 판매하는 경우,회선 사용료의 산정 시에는 회선을 정지 상태로 하고,유저 측에서 사용을 할 때에는 회선을 이용 가능하게 해야 한다.SIM 프로비저닝이란 이렇게 M2M 회선의 이용 개시 또는 이용 정지 등의 운 영을 원격으로 실현하는 기능이다.

서비스 플랫폼은 IoT기기에서의 ① 데이터 수집･축적,② 데이터 분석 처리 기능,

③ 분석 결과의 시각화,④ 개별 어플리케이션의 관리,⑤ IoT기기의 보안 인증 등의 기능을 제공하는 플랫폼이다.IoT의 빅 데이터 분석 및 어플리케이션 제공에 관한 공 통 기반으로서의 중요한 역할을 수행하고 있다.

4) 어플리케이션

IoT의 시스템 구성에 있어서 어플리케이션은 제조업,헬스 케어,에너지,자동차, 금융,소매 등 각 산업 및 용도에 따른 고유의 기능을 제공하는 것이다.산업 기기(설 비)의 가동 데이터를 원격으로 수집하고 기기의 가동 상황을 파악하는 원격 감시와 수집된 데이터의 분석에 의한 기기의 이상 징후 사전 감지,가동 상황의 최적화 등의

17) 인포테인먼트(Infortainment) 정보를 의미하는 Information과 오락을 의미하는 Entertainment의 합성어

18) Subscriber Identity Module

(19)

디바이스 네트워크 클라우드

제품･기기 전자부품･모듈 통신 네트워크

IoT플랫폼 어플

리케 코넥티비티 이션

플랫폼

서비스 플랫폼 시스템 통합

<산업용제품>

∙GE

∙Siemens

∙Hitachi

∙Toshiba

∙Komatsu

<소비용제품>

∙Apple

∙Google

∙Panasonic

∙Samsung

∙ Sony

<자동차>

∙Toyota

∙Volkswagen

∙General Motors

∙BMW∙Tesla Motors

<벤처>

∙Cerevo

∙GoPro

∙Jawbone

∙Cyberdyne

<센서>

∙Bosch

∙Freescale

∙Renesas

∙Murata

∙Qualcomm

∙ARM∙Intel

∙Freescale

∙Texas Instruments

∙ Renesas

<SIM>

∙Gemalto

∙Oberthur Technologies

∙Giesecke&Devr

<통신모듈>

∙Digi International

∙Sierra Wireless

∙Telit/ILS

∙Qualcomm

∙Texas Instruments

<통신케리어>

∙Verizon

∙AT&T

∙Vodafone

∙Telefonica

∙Telenor

∙KPN∙NTTdocomo

∙Softbank

∙KDDI

∙IBM

∙Accenture

∙Microsoft

∙Oracle

∙SAP

∙AtosOrigin

∙Fujitsu

∙Hitachi

∙NEC

∙NTT Data

< 통신네트워크기 기 >

∙Cisco

∙Ericsson

∙Huawei

< IoT플랫폼 >

∙Axeda(PTC)

∙Jasper technologies

∙Wyless

∙Aeris

∙KORE

∙nPHASE(Verizon/Qualcomm)

∙Omnitracs

∙Transatel(FR)

<표 1-6> IoT 관련 주요 플레이어 구성

기능을 제공하는 어플리케이션이 대표적이다.이외에 가정 내의 전력 소비량의 시각 화(시각화),가전제품 등 에너지 사용기기의 제어를 실현하는 HEMS등 다양한 어플 리케이션이 개발되어 상용화되고 있다.에너지관리분야 어플리케이션으로 HEMS, BEMS,FEMS등이 대표적이다.

나. IoT 관련 주요 플레이어 구성

IoT는 디바이스,통신 네트워크,플랫폼,어플리케이션으로 구성되는 거대한 생태 계이다.생태계의 각 계층구조에는 더욱 세분화되는 분야,또는 여러 계층구조에 걸 쳐 활동하는 다수의 플레이어가 있다.

자료:일본,미즈호은행 산업조사부 작성

(20)

1) 제품･기기

제품･기기 관련 플레이어는 기본적으로는 기존의 제품･기기에 센서 및 통신 기능 을 부가하고,가동 데이터의 수집,데이터 분석 결과에 의거 고도의 제어 등에 의한 제품･기기의 성능 향상이나 새로운 기능의 부가를 실현하는 어플리케이션을 제공하 고 있다.또한 새로운 가치 창조를 노리는 완제품 업체로 구성되어 있다.제품･기기 분야의 주요 플레이어로는 GE,Siemens등 터빈 발전기,의료 기기,건기 등의 산업 용 제품 업체,Apple,Samsung,Google등 가전 웨어러블 기기 등의 소비자용 제품 업체와 BMW,Volvo등 자동차 제조 업체 등이 꼽힌다.한편,기존의 완성품 업체 이 외에 IoT의 활용을 목적으로 제품 개발에 참여하는 플레이어들도 나타나고 있다.가 전 벤처의 Cerevo,GoPro,Jawbone등이 대표적으로 꼽힌다.

2) 전자 부품･모듈

전자 부품･모듈 분야 플레이어로는 Bosch,Freescale등의 센서 업체,Qualcomm, Intel,ARM 등 MCU¹⁹⁾/MPU²⁰⁾업체,Gemalto,OberthurTechnologies등의 SIM업 체,Digiinternational,SierraWireless등 통신 모듈 제조사 등이 대표적이다.전자 부품･모듈 분야 플레이어들은 IoT대응에 필요한 전자 부품과 모듈을 제조･판매하는 업체로 구성된다.

3) 통신 네트워크

통신 네트워크 관련의 플레이어는 IoT의 주요 통신수단인 M2M서비스를 제공하는 Vodafone,AT&T등 통신 캐리어,CiscoSystems,Ericsson등 통신사에 통신･네트워 크 기기를 제공하는 업체로 구성되어 있다.통신사들은 자사 단독 서비스 제공 지역 을 넘어 세계로 서비스를 확대하기 위해 Alliance를 형성해 나가고 있다.각 제휴 통 신사들은 로밍 비용의 절감뿐만 아니라 M2M 통신 모듈과 eSIM²¹⁾등의 규격 공통화 등을 추진해 왔다.이에 따른 결과로 각 통신사들은 자사의 고객(유저)에게 글로벌 원스톱 M2M 서비스를 제공하고 있다.

19) Micro Controller Unit 20) Micro Processing Unit 21) Embedded SIM

(21)

국제 통신사들의 제휴관계를 살펴보면,M2M World Alliance,GlobalM2M Association,Bridge Alliance 등 3개의 Alliance가 형성되어 있다.M2M World Alliance는 JasperTechnologies(미국)가 제공하는 M2M 플랫폼을 채용하는 NTT Docomo(일본),SingTel(싱가포르),Telefonica(스페인) 등의 8개사,Global M2M Association은 소프트 뱅크(일본),유럽 통신사 Orange(프랑스),DeutscheTelekom(독 일),Telecom Italia(이탈리아)등의 6개사,BridgeAlliance는 M2M WorldAlliance에 참여하고 있는 SingTel과 GlobalM2M Association에 참여하고 있는 소프트 뱅크를 포함,아시아･태평양 지역 통신사 14개사로 구성되어 있다.어느 Alliance에도 참가하 지 않고 있는 통신사들은 상기 Alliance에 참여하고 있는 통신사들과 제휴관계를 맺 어 서비스 지역 확대를 추진하고 있다.한편,M2M WorldAllliance와 제휴관계에 있 는 JasperTechnologies(미국)와 GlobalM2M Association,BridgeAlliance와 제휴관 계에 있는 Ericsson(스웨덴)이 M2M 플랫폼의 영역에서 경쟁을 벌이고 있는 상황이다.

4) IoT 플랫폼/어플리케이션

IoT플랫폼은 기기의 접속 관리와 데이터 수집･분석 등 공통 기반적인 기능을 담 당하는 중요한 위치에 있다.그 성장성에 주목하여 벤처기업들이 많이 출현하고 있는 영역이다.IoT 플랫폼과 어플리케이션 모두 제공하고 있는 IBM,Microsoft,Oracle, SAP등 대형 SI/소프트웨어 업체가 대표적인 플레이어로 꼽힌다.GE처럼 제품･기기 뿐만 아니라 IoT플랫폼,어플리케이션을 수직 통합적으로 제공하는 경우도 있다.또 한 각 산업 용도별로 개별 어플리케이션을 개발･제공하는 소프트웨어 벤더는 다수 존재한다.Jaspertechnologies,Wyless,Aeris등과 같은 IoT플랫폼 전문 업체들도 다수 존재한다.이들 IoT플랫폼 전문 업체들 대부분이 이미 높은 기업 가치 평가를 받고 있다.

수직 통합형의 사업 전개를 목표로 다른 플레이어를 M&A 대상으로 주목도가 높 아질 것으로 예상된다.예로는 미국의 소프트웨어 벤더의 PTC에 의한 ThingWorx및 Axeda의 인수,Samsung Electronics에 의한 스마트가전 분야의 IoT 플랫폼 벤더 SmartThings인수 등이 수직 통합형 비즈니스의 전개를 지향한 인수이다.한편, SierraWireless와 Kore와 같이 규모 확대를 목적으로 동일 업종 업체의 인수도 벌어 지고 있다.

(22)

4. 사물인터넷 시장 규모 및 전망

IoT시장 규모 전망에 대해서는 여러 조사기관과 기업에서 공표되어 있지만,우선 미국 컨설팅 기업 McKinsey,미국 통신 네트워크 시스템 업체인 CiscoSystems에 의 한 시장 예측을 살펴본다.양사는 모두 표현은 다르지만 IT소프트웨어 기업이나 전 자 부품 메이커,통신사 등 협력 업체에 의한 IoT관련 제품･서비스의 직접적인 매출 만을 파악하는 것이 아니라,IoT를 도입하는 기업의 운영의 효율화를 통해서 실현되 는 비용 삭감 효과와 마케팅의 고도화에 따른 매출 증가 등의 사용자 측의 경제 효 과도 포함한 전체적인 효과를 IoT로 인한 경제 가치로 시산하고 있다.McKinsey는 2025년의 IoT에 의한 잠재적인 경제 효과(economicimpact)로서 소비자 잉여²²⁾를 포 함한 경제 효과가 3.9~11.1조 달러 수준에 달할 것으로 예측하고 있다.²³⁾한편,Cisco Systems는 2013년부터 2022년까지 10년 기간 동안 IoE가 가져올 경제적 가치(Value AtStake)에 대해 민간부문(14.4조 달러)과 공공부문(4.6조 달러)을 합쳐 19조 달러 수 준에 이를 것으로 전망하고 있다.민간부문 경제가치 창출은 자본효율 향상(비용절감 등)2.5조 달러,종업원 생산성 향상 2.5조 달러,공급체인 효율화 2.7조 달러,매출 증 가 3.7조 달러,새로운 비즈니스 모델을 통한 수익창출 3.0조 달러로 추산하고 있다.

미국 IT분야 리서치기업 Gartner에 의한 사물인터넷(IoT)시장 예측을 살펴보면, 앞서 두 개의 전망과 달리 Gartner는 IoT협력 업체에 의한 IoT관련 서비스 시장 규 모²⁴⁾만을 예측하고 있다.Gartner는 전 세계적으로 IoT화 장치의 수는 2014년 38억 개에서 매일 780만 개가 새로 연결되어 2020년에는 208억 개에 달할 것으로 전망하 고 있다.2015년에는 전년 대비 28% 증가된 49억 개,2016년에는 전년 대비 30% 증 가된 64억 개에 달할 것으로 예상하고 있다.

이와 같은 전망을 토대로 IoT서비스(설계,설치 및 운영)시장규모가 2014년의 9천 억 달러에서 2020년에는 3조 달러로 높은 성장을 예측하고 있다.시장 분야별로 살펴 보면,소비자 분야 사물인터넷 장치 수는 2014년 23억 개에서 2020년 135억 개로 증 가되어 시장규모가 2014년 2.6천억 달러에서 2020년에는 1.5조 달러를 넘어설 것으로 예상된다.산업분야 사물인터넷 장치 수는 2014년 14억 개에서 2020년 73억 개로 증

22) 소비자의 지불 허용액에서 소비자가 지불한 가격을 뺀 값

23) McKinsey & Company, THE INTERNET OF THINGS: MAPPING THE VALUE BEYOND THE HYPE. JUNE 2015

24) Gartner,”Forecast: Internet of Things, Endpoints and Associated Services, orldwide, 2015”, Novembe 2015

(23)

가되어 시장규모가 2014년 6.8천억 달러에서 2020년에는 14.8조 달러를 넘어설 것 으로 예상된다.산업용 시장은 일반용(조명기구,HVAC 및 EMS등)시장이 특수용 (병원 수술 장비,차량 및 컨테이너 추적 장치 및 기타 등)시장보다 빠르게 성장할 것으로 예상된다.

구 분 2014 2015 2016 2020

소비자 제품(Consumer) 2,277 3,023 4,024 13,509 산업 일반용(Cross-Industry) 681 815 1,092 4,408 산업 특수용(Vertical-Specific) 898 1,065 1,276 2,880

합 계 3,807 4,902 6,392 20,797

<표 1-7> 사물인터넷(IoT) 장치(디바이스) 보급 전망

(단위: 백만 개)

자료:Gartner(http://www.gartner.com/newsroom,November2015)

구 분 2014 2015 2016 2020

소비자 제품(Consumer) 257 416 546 1,534

산업 일반용(Cross-Industry) 115 155 201 566 산업 특수용(Vertical-Specific) 567 612 667 911

합 계 939 1,183 1,414 3,010

<표 1-8> 사물인터넷(IoT) 시장규모 전망

(단위: 십억 달러)

자료:Gartner(http://www.gartner.com/newsroom,November2015)

이상의 공개 전망수치들을 종합하면 2025년의 IoT가 가져오는 경제 가치 규모는 8 조 달러에 달할 것으로 추계된다.이는 2014년 일본의 GDP(약 5조 달러)와 독일의 GDP(약 3조 달러)를 합산한 금액과 맞먹는 규모이다.이는 IoT가 얼마나 막대한 부 가 가치를 창출할 가능성이 있는지를 보여준다.단,IoT가 가져오는 경제 가치에서 IoT관련 업체의 직접적인 매출과 IoT의 도입에 따른 비용 절감 효과와 매출 증가 등 의 사용자 측의 경제 효과가 큰 비중을 차지할 것이라는 점에 대해 유의가 필요하다 고 생각한다.

5. IoT에 의한 가치 창조 및 에너지신산업

모든 사물이 인터넷에 연결되어 다양한 종류 데이터의 취득이 가능한 IoT시대에 비즈니스의 본질은 물건에서 수집한 데이터의 활용을 통해 새로운 가치를 창조하고,

(24)

비용 절감과 매출 확대로 경제적 이익을 얻는 데에 있다.CiscoSystems에 따르면 2020년에는 세계에서 500억대의 사물(물건)이 인터넷에 연결될 것으로 예측되고 있 다.한 사람당으로 환산하면 6.58대에 이른다.또한 이들 IoT기기에서 생성되는 방대 한 센서 데이터가 2020년에는 40제타 바이트²⁵⁾에 이를 것으로 예상하고 있다.

Gartner는 2020년까지 IoT를 구성하는 장치의 수는 208억 개에 달하고,IoT 제품과 서비스를 제공하는 시장도 빠르게 성장하여 2020년 시장규모가 3,000억 달러를 넘어 설 것으로 예측하고 있다.이들 수익창출의 대부분이 서비스 매출로 예상하고 있다.

[그림 1-3] ICT와 융합(IoT화)에 의한 가치 창조의 유형

자료:GE및 CiscoSystems의 공표 자료를 바탕으로 작성

사물에서 수집한 데이터야말로 부가 가치의 원천이다.따라서 다양하고 방대한 데 이터(빅 데이터)에 대한 분석 처리(빅 데이터 활용)로 부가 가치를 창조하는 것이 요 구된다.ICT와 융합을 통한 사물인터넷(IoT)화에 의한 가치 창조의 유형은 비용 절감 으로 이어지는 ① 업무,설비/기기/시스템 등 운영 최적화와 ② 리스크 관리,매출 확대로 이어지는 ③ 마케팅 전략의 고도화와 ④ 신규 사업 창출 등 4개 분야로 분류 될 수 있다.설비 및 기기의 가동 최적화,리스크 관리차원에서 설비 및 기기의 원격 감시 및 예방조치 등은 직접적으로 에너지절감의 효과로 나타난다.ICT화가 빠르게

25) 제타 바이트=1조 기가바이트

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진행되어 제조업,건물 및 수송 부문 등 다양한 분야에 활용되면 될수록 에너지사용 효율이 향상되는 효과가 나타날 것으로 예상된다.

가. 운영 최적화

온도,기압,강우량 등 필요한 데이터를 센서로 수집해 활용함으로써 날씨 예측의 정치화와 소셜 데이터의 분석 등에 의한 수요 예측의 고도화로 조달･제조･판매･재고 계획의 최적화가 예상된다.또한 각종 부품,기기,설비 등 제조 장치 등에 RFID 센 서를 탑재하고 데이터 수집･분석 및 제조 장치의 자동 제어에 의한 제조 프로세스의 효율화･자동화 등이 가능하다.기기 및 설비의 가동 데이터를 분석하고 가동 상황･환 경조건에 맞추어 고도로 제어함으로써 가동의 최적화도 가능하다.그리고 GPS,신호 등을 활용하여 인간의 위치 및 행동 데이터를 분석함으로써 인력 배치의 최적화 등 의 실현도 가능하다.

나. 리스크 관리

기기･설비의 가동 상황 원격 감시와 가동 데이터의 분석의 고도화로 고장 위험을 미리 감지할 수 있는 전조 감지의 기능이 고도화가 이루어져 고장 발생에 의한 유지 보수 비용의 절감이 예상된다.또한 자연재해 예측이나 수도,철도,에너지 공급망 등 공공 인프라의 노후화와 이상 징후를 사전에 감지하여 피해의 방지 및 최소화도 기 대된다.

다. 마케팅 전략 고도화

ICT융복합 기술인 IoT화가 빠르게 진행되면서 이를 활용한 기업의 마케팅 전략이 고도화 될 것으로 예상된다.이에 대해 제품(Product),가격(Price),유통(Place),프로 모션(Promotion)의 4P의 프레임워크로 구분하여 살펴본다.제품 측면에는 제품･서비 스를 인터넷에 연결하여 기능 편리성 등의 부가 가치 향상,자사 제품･서비스의 차별 화가 가능하다.또한 사내외에 분산된 다양한 대량의 데이터 수집･분석을 통해 고객 의 잠재적 수요를 파악하고,이를 활용한 새로운 제품이나 서비스의 개발 노력들도 확대될 것으로 예상된다.가격측면에서는 제조 프로세스의 고도화에 따른 제조원가 를 줄이고 가격경쟁력 향상으로 이어질 것으로 예상된다.유통과 프로모션 측면에서

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는 웹사이트,콜 센터 등 기존 온라인 채널과 태블릿과 스마트 폰,디지털 전자 게시 판 등의 활용이 확대되고 고도화와 함께 영업 현장,점포,물류 등에서 디지털화에 의한 고객 접점의 강화가 예상된다.

라. 신규 사업 창출

ICT융복합 기술이 빠르게 진행되면서 새로운 비즈니스 모델들이 나타나고 있다.

ICT융복합 기술인 IoT화가 진행됨에 따라 기존의 비즈니스 모델을 넘어선 새로운 비즈니스 모델들이 창출될 것으로 기대된다.벤처 기업을 중심으로 IoT에 기초한 다 양한 비즈니스 모델이 태동하고 있다.예를 들면,스마트 폰을 활용한 택시 배차 서 비스를 제공하는 미국 Uber사,개인 간 집/방의 임대를 중개하는 미국 Airbnb사 등 이 대표적이다.이들은 스마트 폰과 위치정보 등을 활용하여 자동차나 집 등 자산을 공유하는 “공유제”라 새로운 비즈니스 모델로서 주목받고 있다.또한 ICT융복합 기 술의 하나인 에너지관리시스템(EMS)을 활용한 에너지관리서비스 산업도 빠르게 성 장하고 있다.사물인터넷이 진행될수록 EMS의 적용대상 설비 및 기기의 확대되어 기능의 고도화와 에너지절감 효과도 커질 것으로 기대된다.

6. ICT 융복합 기술 기반 새로운 산업 혁명

가. 사이버물리시스템의 개념 및 적용분야

최근 무선통신기기의 빠른 발전,인터넷 네트워크를 통한 대용량 데이터 정보공유 등 ICT융복합 기술의 비약적인 발전으로 가상의 사이버시스템(CyberSystem)과 현 실의 물리시스템(Physical System)을 통합한 사이버물리시스템(Cyber Physical System)의 활용 가능성이 높아지고 있다.제조업 분야에서는 사이버물리시스템을 적 용하여 전체 공정,생산기계,물류 및 서비스 시스템을 통합적으로 운영･관리하는 차 세대 산업생산시스템²⁶⁾도입이 급격히 확산될 전망이다.

사이버물리시스템CyberPhysicalSystem)은 컴퓨팅 및 정보처리,통신･센서･구동･

제어 기능이 현실 세계의 기계･장치들과 네트워크로 융합되어 지능화 및 자동화 되 면서 가상의 사이버시스템(CyberSystem)과 현실의 물리시스템(PhysicalSystem)이

26) 차세대 산업생산시스템에 대한 용어로 smart production, smart factory, smart manufacturing, digital networking of production 등이 사용되고 있음.

(27)

통합되는 시스템 영역이다(외교부,2013).이 같은 개념의 등장 배경은 현실 세계의 사물에 부착된 다양한 센서가 감지한 신호들이 통신을 통하여 컴퓨터에 전달되어 분 석･처리되고,다시 통신과 구동기술(actuator)을 통해 현실의 물리시스템을 모니터링 하고 제어하는 기능이 점차 현실화되고 있는 추세를 반영하고 있다(외교부,2013).사 이버물리시스템 진전 경향을 살펴보면,소형 센서에서 대형 인프라 시설까지 임베디 드(embedded)기기(디바이스)의 확대와 함께 정보 데이터가 폭발적으로 증가(Device proliferationandDataexplosion)하고 있다.그리고 임베디드 기기들이 유무선 네트 워크를 통해 서로 연결(WirelessandMobility)되고 있다.또한 임베디드 기기들은 자 율적으로 외부 세계와 소통하고 제어하는 방향으로 발전(Autonomyandcontrol)하 고 있다.아래 그림은 사이버물리시스템의 개념과 활용분야를 보여주고 있다.

[그림 1-4] 사이버물리시스템 개념도(Concept Map)

자료:Cyber-PhysicalSystems,http://cyberphysicalsystems.org/

사이버물리시스템의 주요 활용분야로 ① (에너지)스마트 그리드,에너지원별 수요 예측･생산,에너지관리,② (교통)무인 운전차량,실시간 교통정보 모니터링 및 통제, 도로안전시스템,③ (보건)의료기기･로봇,원격진료 등 안전한 진단 및 의료서비스 자동화,④ (기타)스마트 공장,스마트 빌딩,스마트 주택,환경영향 및 자연재해 모 니터링,물류서비스 등이 있으며 다양한 분야에서 활용이 기대된다.

(28)

나. 제4세대 산업생산시스템의 의의 및 활용

산업용 사이버물리시스템은 사람뿐만 아니라 사물(기계 및 설비)의 네트워크화가 확대되어,생산에 필요한 모든 정보가 교환되고,최적 상품 제조가 가능한 제조 플랫 폼으로 스마트 공장의 생산과정을 통제･관리하게 된다(외교부,2013).

[그림 1-5] 제1차∼제4차 산업혁명 과정

자료:Acatech,FinalreportoftheIndustrie4.0Working Group,“Recommendationsforimplementing the strategicinitiativeINDUSTRIE4.0”,April2013

독일은 18세기 후반의 증기기관을 동력원으로 한 공업화가 가져온 산업혁명을 기 점으로,전력 이용에 의한 대량생산(제2차 산업혁명),산업자동화(제3차 산업혁명)에 이어 사이버물리시스템(CPS)을 활용한 생산시스템을 “제4차 산업혁명”으로 파악하 고 있다.한편 GE는 인터넷 혁명(제2의 물결)에 이은 “제3의 물결”로 파악하고 있다.

산업혁명 세대별 특징을 정리하면 아래 표와 같다.

구분 과거(1 ~ 2세대) 현재(3세대) 미래(4세대)

Supersystem

아날로그 통신

･지방 시장

･대형 계산기

인터넷 및 인트라넷

･해외 수출시장

･개인 컴퓨터(PC)

인터넷 네트워크

･지역 특성화 시장

･클라우드 컴퓨팅

System

준 과학적 생산시스템

･저장 생산

･실행중심

･기술자 운영조직

절약형 생산시스템

･주문 생산

･공정프로세스 중심

･생산팀 운영조직

지능형 생산시스템

･개인맞춤 주문생산

･탄력적 생산

･증강 운영자

Subsystem

기계화

･전통 재래식 기계

･서면 자원관리

･도면

･수동조작

자동화

･컴퓨터 제어식 기계

･전사적 자원관리

･3D CAD/CAM

･중앙통제

가상현실화

･사회적 기계

･가상현실 자원관리

･지능형 제품개발

･이동통신기기

<표 1-9> 1~4세대 산업생산시스템의 특성 비교

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사이버물리시스템을 적용한 산업생산시스템은 생산 과정에 관련된 모든 행위자 (actors)및 자원(Resources)간 사회･기술적 상호작용을 통하여 고객수요 및 제품특 성을 제품개발,주문,생산,재활용 과정에 연계하는 것이다.이를 통해 생산 공정의 유연성(Flexibility),강건성(Robustness),자원이용 효율성(Resourceefficiency),품질 기준(Qualitystandard)등을 획기적으로 제고하고,새로운 형태의 비즈니스 모델 및 서비스 창출은 물론 고령화 사회에서 노동인력의 효율적 활용 등 다양한 잠재효과를 유발할 것으로 전망된다.독일 연방경제기술부는 사이버물리시스템을 적용한 산업생 산시스템으로 독일의 산업생산성이 약 20~30% 향상될 것으로 기대하고 있다.

적용사례 적용 전(현재) 적용 후(미래)

① 생산공정 에너지 절감 휴일/교대 등으로 공정가동 중단 시 대량 대기전력 소모

초단기 공정가동 중단 시에도 대기전력을 최소화

② 소비자 맞춤형 제품생산

소비자의 소비특성을 실시간으 로 파악해 제품생산에 반영하는 데 한계

제품개발과 생산공정을 동시에 진행하여 소비자 맞춤형 제품생 산이 가능

③ 소비자 선택형 제품생산

엄격한 절차에 따라 규격화 된 자동 생산

통합･유연한 생산시스템으로 다 양한 소비자의 요구사항을 제품 에 반영

④ 원격 서비스 원격서비스에 관리비용 및 시간

이 많이 소요

다중 원격서비스 자원 관리 및 원격서비스 자동화

⑤ 생산공정 부품조달 예상치 못한 부품조달 중단 시 막대한 대체 조달비용

실시간 대체부품 조달 및 조달 자동화

<표 1-10> 사이버물리시스템의 산업생산시스템 적용사례(예시)

제조 현장에 ICT 기반 융복합 기술 도입은 공장의 사물이나 시설 등이 인터넷에 연결되어 공장 내의 다양한 정보가 인터넷으로 통합된다.이러한 정보를 함께 활용함 으로써,현재 제조 현장이 바뀌고 있다.그 특징은 ① 생산 설비 제어를 통한 가동 최 적화,② 생산 설비의 고장 등 이상 징후 사전 감지･예측,③ 인력 업무의 단순화 등 으로 요약된다.특히,독일 “Industrie4.0”과 미국 GE의 “IndustrialInternet”등으로 대표되는 비전,대응이 산업계에서 주목을 받고 있다(일본 미즈호 은행,2015).제조 업 강국인 독일은 기업의 틀을 넘어,산･학･정 하나가 되어 차세대의 제조의 실현을 목표로 “Industrie4.0”을 추진하고 있다.그리고 세계 최대의 대기업인 GE는 자사의 강점인 하드웨어(항공기 엔진,가스 터빈,철도 차량,의료 기기 등)와 소프트웨어･서 비스와의 융합에 의한 새로운 부가가치 창조를 목표로 “IndustrialInternet”를 추진

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하고 있다.

GE의 “IndustrialInternet”은 ICT기반 융합기술을 활용한 산업기기 등의 원격감 시,예방보전의 고도화,운영 최적화 등을 통해서 주로 애프터서비스 영역에서 새로 운 부가가치 창출을 도모하고 있다(일본 미즈호 은행,2015).반면 Industrie4.0은 제 조 프로세스의 수직 통합과 제품 라이프 사이클 및 가치 체인의 수평 통합을 실현하 는 제4세대 생산시스템의 구축으로 제조업 생산성을 높이는 것을 목적으로 하고 있 다.이들은 ICT융복합 기술을 활용한 제조업의 고도화라는 공통점은 있지만 초점을 맞추고 있는 비즈니스 영역이 다르다.

[그림 1-6] Industrie 4.0과 Industrial Internet 대상 영역 비교

자료:GE의 공표자료 및 Industrie4.0관련 자료 활용 작성

구분 개요 주요 사업자

Industrial Internet

APM*

오퍼레이션 최적화

(산업기기 원격감시, 예방관리, 가동 최적화)

*Asset Performance Management)

GE

Industrie 4.0 제품 개발･제조 프로세스의 고도화 (자동화, MES, PLM 등의 통합)

Siemens SAP Bosch 등

<표 1-11> 제조업의 ICT 기반 융합 기술의 활용 유형

자료:GE의 공표자료 등 활용 작성

7. 독일의 Industrie 4.0 정책 추진 가. Industrie 4.0 추진경과 및 개요

독일의 “Industrie4.0”은 전문가 그룹을 통한 다양한 정책과제에 대한 검토와 제언

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을 바탕으로 2011년 11월에 공포된 ｢High-TechStrategy2020ActionPlan(첨단기술 전략 2020실행 계획)｣이라는 독일 정부의 전략적 시책의 하나로 발표되었다.

구분 주요 내용

2011년 1월 ∙ INDUSTRIE 4.0 전략 이니셔티브 전문가 그룹을 통하여 INDUSTRIE 4.0 이행을 위한 다양한 정책과제 검토 및 제언

2011년 11월 ∙ 독일정부는 ｢첨단기술전략 2020｣에 INDUSTRIE 4.0 개발을 10대 미래중점 R&D 프로젝트로 선정

2013년 4월 ∙ 산업계 중심 이행전략 실천을 위해 Industries 4.0 Platform 발족(독일 정 보통신산업협회, 엔지니어링협회, 전자산업협회 공동 사무국 운영)

<표 1-12> 독일 INDUSTRIE 4.0 추진경위

자료:각종 자료 활용 작성

Industrie4.0은 사이버물리시스템(CyberPhysicalSystem)을 활용한 새로운 제조 형태를 목표로 하는 것이다.동 정책은 산･학･정의 협력시스템의 형태로 추진되고 있 다.Industrie4.0의 프로젝트에는 독일의 주요 기업을 포함한 여러 기관이 참여하여 새로운 제조 방식을 모색 중이다.현재 독일에서는 Industrie4.0Platform으로 불리 우는 사무국 하에 여러 워킹그룹이 구성되어 활동 중이다.독일 정부 또한 과학계 및 산업계와 공동으로 차세대 생산시스템(Industrie4.0)개발을 위한 다양한 과제를 지 원한다.독일의 Industrie4.0은 이노베이션 추진정책 중의 하나로 독일 강점인 제조 분야의 생산기술과 ICT를 결합하여 차세대의 제조업을 선도하기 위한 시책으로 자리 잡아가고 있다.

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[그림 1-7] 독일 Industrie 4.0의 개요

Industrie4.0은 제조업과 ICT를 결합하여 생산시설들의 네트워크화,지능화를 통해 스마트 공장(SmartFactory)으로의 전환을 추구하는 것으로 요약된다.최적화된 제조 플랫폼인 사이버 물리 시스템(CyberPhysicalSystem)의 구축이 스마트 공장 실현의 핵심요소이다(한국정보화진흥원,2014).스마트 공장 등이 실현되기 위해서는 사물･

서비스 간 인터넷의 기반 위에 최적의 상품이 제조될 수 있도록 관리하는 제조 플랫 폼인 사이버물리시스템(CPS)의 구축이 무엇보다 우선 요구된다.원료,생산,물류,서 비스,제품까지 모두 임베디드 시스템을 통해 네트워크에 연결되고 사이버물리시스템 (CPS)을 통해 생산･물류･서비스 등 전체 과정을 통제･관리할 수 있게 된다(한국정보화 진흥원,2014)..독일은 2020년까지 CPS(CyberPhysicalSystems)를 실용화하여 선도 적 공급국을 실현하고,2025년까지 중점 활용 분야로 ① 에너지,② 수송,③ 의료(원격 진료),④ 산업분야로 설정하고 있다.

나. Industrie 4.0의 비전 및 추진전략

독일은 제4세대 산업생산시스템으로의 전환을 통하여 제조 산업의 경쟁력을 높이 고,새로운 비즈니스 모델 및 신산업 창출을 비전으로 제시하고 있다.추진전략으로 제조 상품의 공급선도 전략(Leading supplierstrategy)과 시장선도 전략(Leading marketstrategy)을 추구하고 있다.독일 생산시스템에 사이버물리시스템을 접목해 독일 제조업의 국제경쟁력을 제고하여 제조분야를 선도하고,동시에 사이버물리시스

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템 기술을 활용하는 새로운 비즈니스 모델 및 신산업 창출 시장을 주도하겠다는 전 략이다.

독일 정부는 Industrie4.0에서 2개의 목표를 내걸고 동시에 달성해 나가는 것을 목 표로 하고 있다.첫 번째 목표는 독일의 기계 및 설비 등 제조 산업이 향후에도 세계 시장에서 선도적인 지위를 유지하는 것이다.전통 제조업의 생산기술에 ICT기술을 융합함으로써 독일 기업이 스마트 제조기술과 장비의 스마트화 분야에서 선도적 공 급업체가 되는 것을 목표로 하고 있다.두 번째 목표는 낮은 임금을 배경으로 한 중 국 등 아시아 지역의 저비용 생산 확대에 대응하여 ICT와 생산기술을 결합하여 생산 시스템의 효율화로 제조업의 경쟁력을 강화하고,동시에 생산 거점으로 독일의 지위 를 유지･확대하려는 것이다.구체적인 성과 목표(KPI)로서 “2025년까지 미국,중국을 제치고 수출 세계 1위 달성”이라는 명확한 목표를 내걸고 있다.

비전 및 목표 실현을 위해 생산 기술과 ICT통합과 기업차원을 넘어 산･학･정 협 력체제를 구축하여 운영하고 있다.독일은 제조업 기술 분야의 강국으로 세계 2위 수 출국이지만 신흥국의 저가 생산과 기술 추격에 위기의식을 가져왔다.이에 대응하여 ICT분야와 전통적 강점인 생산기술 분야의 결합으로 첨단 제조 프로세스를 구축하 여 해결해 나가겠다는 계획이다.독일은 Industrie4.0이라는 국가 프로젝트를 통해 ICT기반 사물인터넷과 생산 자동화(FactoryAutomation)기술을 이용하여 생산 공 정과 관련된 각종 데이터나 제품 판매 후 사용 데이터 등을 공장 내외의 물건이나 서 비스와 연계시킴으로써 지금까지 없는 새로운 가치나 비즈니스 모델의 창출을 지향 하고 있다.

다. Industrie 4.0의 생산시스템

제4세대 산업생산시스템으로의 성공적 전환에 있어 ① 기업 간 가치사슬의 네트워 크화 및 수평적 통합(HorizontalIntegration),② 제품 및 생산시스템 전체의 가치사슬 에 대한 디지털 통합(Digitalend-to-endIntegration),③ 기업 내부 생산시스템의 수직 적 통합(VerticalIntegration)이 핵심요소이다.Industrie4.0이 지향하는 생산 시스템의 핵심 부분은 제조 프로세스의 수직 통합과 제품 라이프 사이클 및 가치 체인의 수평 통합을 실시하여 이 두 가지를 통합하는 것에 있다.