[신사업 소개] 저렴하고 risk-free한 스마트 팩토리 솔루션

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저렴하고 risk-free한 스마트 팩토리 솔루션

송찰스기석 이학박사

젠틀에너지 주식회사 공동대표 [email protected]

4차 산업에서의 스마트 팩토리

스마트 팩토리 기술은 4차 산업 혁명에 따른 제조 업의 진화에 요구되는 기술적 기반을 의미한다. 자 본주의 시장경제 체제 하에서 제조업의 본질은 제품 을 최대한 낮은 원가에 생산하여 최대한 많이 판매 함으로 이윤을 극대화하는데 있다. 역사적으로 봤을 때 사업가들은 1차 산업 혁명에서는 스팀기관을 도 입함으로, 2차 산업 혁명에서는 전력에너지를 활용 함으로, 3차 산업혁명에서는 업무 및 인프라의 디지 털화를 통해, 그리고 이제 개화 중인 4차 산업혁명에 서는 디지털화 된 정보의 지능화를 통해 비용을 절

감하고 생산성을 극대화하고 있다. 따라서 광의적으 로는 데이터를 활용하여 제조 효율을 개선하는 모든 기술을, 협의적으로는 빅데이터, 인공지능, 기계 학 습, IoT, blockchain 등의 기술이 들어간 제조 기술을 스마트 팩토리 기술이라 할 수 있다.

스마트 팩토리 보급현황

현재 스마트 팩토리는 정부의 지원과 기술의 보 급에도 아직 초기단계에 머물고 있다. 스마트제조혁 신 추진단의 분류에 따르면 제조업의 스마트 팩토리 도입 단계는 기초, 중간 1, 중간 2, 고도화로 총 4단 계로 나뉜다. 간단하게 요약하자면, 기초 단계는 공 장에서 발생하는 데이터의 디지털화 및 중앙화, 중 간 1 단계는 데이터 기록의 자동화 및 기능 통합, 중 간 2단계는 공장 제어의 자동화 및 운영 시스템 통 합, 그리고 고도화 단계는 IoT화를 통해 수집되는 빅 데이터에 기반한 공장 진단 및 운영을 의미한다. 하 지만 스마트제조혁신 추진단과 KOSIS의 통계를 조 합해 보면 국내 스마트 팩토리 도입률은 2019년에도 약 6.5% 수준이며, 이 중 기초단계를 초과하는 기술 의 보급률은 1.2% 수준으로 유의미한 스마트 팩토리 기술이 아직 광범위하게 도입되고 있지 못함을 알 수 있다.

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한계를 극복하기 위한 Key Success Factor

젠틀에너지 주식회사(Gentle Energy Corporation, 이하 GEC)에서 스마트 팩토리가 초기단계에 머무는 이유에 대해150개의 중소/중견 기업을 대상으로 설 문 조사를 해본 결과 크게 2가지 도입장벽이 존재함 을 발견하였다. 첫째는 최대 수십억 단위까지 치솟 는 높은 도입 비용이었으며, 둘째는 도입 비용의 효 과로 인한 원가 절감 또는 생산성 증대의 규모를 예 상하기 어렵다는 불확실성이었다. 공장에 스마트 팩 토리 솔루션을 도입하기 위해서는 다수의 센서가 추 가로 설치되어야 한다. 이들 센서는 대상기기의 상 태를 측정 후 아날로그 신호를 디지털화 하여 서버 로 전송하고, 수집된 데이터는 분석 및 유의미한 형 태의 인사이트로 가공되어 공장 운영자에게 전달된 다. 공장 운영자는 이를 기반으로 경영적인 판단을 내리고 공장을 운영한다. 통상적으로 스마트 팩토 리 구축을 위해 센서를 구매할 때 수천 ~ 수억 원의 비용이 발생하고, 센서를 운영하기 위한 통신 및 인 프라 시공으로 수천 ~ 수억 원이 비용이 추가적으로 발생하며, 시공 기간동안 공장 운영이 중단되어야 함에 따라 수억 ~ 수십 억원의 잠재적 매출 손실이 발생하게 된다. 즉 표면적인 센서 비용과 잠재적인 비용을 합할 시 총 수십 억원 이상의 설치 비용이 발 생하게 되며, 이는 상대적으로 매출이 낮은 중소/중 견 기업의 경영진에게 큰 부담이 될 수밖에 없다. 엎 친데 덮친 격으로 도출된 인사이트를 통해 어느정도 규모의 원가 절감 및 생산성 개선을 실현할 수 있을 지는 실제로 스마트화 된 공장을 운영해 보기 전에 는 예상하기 어렵다. 따라서 기업의 경영진들은 효

과를 예상하기 어려운 큰 투자의 성격을 지닌 스마 트 팩토리 도입을 주저할 수밖에 없게 된다. 이는 낮 은 스마트 팩토리 도입률이라는 현실로 고스란히 반 영되었다. 기존의 관념과 다르게 스마트 팩토리 도 입률이 낮은 핵심 원인은 초고속 네트워크, 초정밀 센서와 같은 첨단 기술의 보급이 느리거나 형상 인 식 알고리즘과 같은 기술의 성숙도가 낮은 것 보다 비용과 비용에 대한 효과가 입증되지 못한 이유가 더 핵심적인 것으로 분석된다.

이러한 발견 이후 스마트 팩토리 솔루션 도입 장 벽을 극복하기 위해 GEC는 중소/중견 기업들을 대 상으로 추가 설문을 진행하여 더 구체적인 시장의 니즈를 발굴하였다. 첫째는 스마트 팩토리 솔루션의 총 도입 비용이 수억 원 미만의 규모여야 한다는 것 이고, 둘째는 솔루션 도입 후 비용 절감 또는 생산성 개선폭이 직관적으로 체감될 수 있어야 한다는 것이 다. 그래서 GEC는 고가의 첨단 센서 및 데이터 분석 기술보다 필요한 만큼만 볼 수 있는 저렴한 적정 기 술, 복잡하고 의미를 파악하기 어려운 그래프와 수 치들 보다 공장 운영자가 직관적으로 체감할 수 있 는 데이터 분석결과 및 솔루션을 부담 없이 평가해

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볼 수 있는 제품 판매 정책을 핵심적인 스마트 팩토 리 사업전략으로 정하였다.

GEC의 Research & Business Development

GEC는 기 묘사된 시장의 니즈에 직접적으로 대 응하기 위해, (1) 고객사들이 부담 없이 납득할 만한 제품 공급가와 (2) 이를 직접적으로 체험할 수 있는 무료 체험 패키지를 설계하였다.

제품 단가를 낮추기 위해서 자가발전, 저전력 회 로 설계 및 저용량 데이터로 기기의 상태를 파악할 수 있는 기술을 개발하였다. 자가발전 기술은 공장 현장에서 버려지는 잔 진동, 열 및 빛 에너지와 같은 미활용 에너지를 최대한 전력으로 전환하는 목적으 로 개발하였고, 저전력 회로는 애초에 크기가 작은 미활용 에너지로 발전한 전력을 효율적으로 활용할 수 있도록 최소한의 부품을 사용하여 설계되었다.

이러한 에너지 수거 및 활용 기술은 그 자체로써 고 객사가 유용하게 쓸 수 있는 기능을 제공하지 않는 다. 하지만 두 기술을 조합함으로 센서가 대부분의 기기표면에서 에너지를 조달할 수 있는 기술이 구현 되었다. 즉 고객사의 공장에서 전력 공사를 생략함 으로 전력 공사 비용과 전력 공사를 위해 공장 운영 을 중단함으로 발생하는 잠재적 매출손실 모두 피할 수 있게 된 것이다. 또한 GEC는 단일 데이터의 크기 를 byte단위로 축소하여도 기기의 활동(activity)을 모

니터링 할 수 있는 Aggregated Data Analytics 기술을 독자적으로 개발하였다. 이 기술은 서버가 데이터를 일일이 다 송신한 후에 분석하는 방식이 아니라, 센 서 노드 단에서 데이터를 일부 처리하여 경량화 된 데이터만 클라우드 서버에서 분석할 수 있게 하는 기술이다. 이 기술을 통해 장기간의 기기/설비 모니 터링에도 데이터의 규모가 작게 유지할 수 있었다.

이로써 데이터를 송수신 하기 위한 통신 인프라를 저가로 구축 및 유지할 수 있게 되었고, 장기간의 트 렌드를 분석하기 위한 클라우드 내 저장공간 (storage space) 및 연산력(computing power) 사용을 고도로 효 율화 함으로 비용을 획기적으로 절감할 수 있게 되 었다. 이렇게 제품 하드웨어 비용, 설치 비용, 데이터 보관 및 처리 비용을 줄임으로 기존의 스마트 팩토 리 솔루션 대비 최대 90%까지 비용이 절감된 솔루션 을 개발하게 되었다.

제품 단가를 낮추는 노력 외에도 고객사가 솔루 션에 대한 불확실성을 해소하고 그 효용성을 체험할 수 있게 하기 위해 무료 체험 패키지를 출시하였다.

고객의 공장에서 핵심이 되는 공정기기들을 선별하 여 센서를 부착하고, 수 개월간 수집된 데이터를 분 석하여 공장의 운영 효율을 개선할 수 있는 인사이 트를 먼저 제공하고, 효용성이 어느정도 입증된 후 공장 전체로 확장하는 구매 계약을 체결하는 구조로 판매 방식을 설계하였다. 이러한 판매 방식을 구현

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에 부착하는 방식을 자석 또는 부착력이 높으면서도 떼어낼 때 잔여 물질이 남지 않는 아크릴 폼 계열의 접착제 다수를 평가하여 적용하였다. 이러한 GEC의 노력을 통해 고객은 큰 규모의 투자를 하기 전 risk없 이 투자의 효용성을 먼저 체험할 수 있게 되어 스마 트 팩토리 도입에 대한 부담 및 장벽이 낮아진 상태 에서 의사결정을 할 수 있게 되었다.

미래를 준비하는 젠틀에너지의 기술

스마트 팩토리 기술을 통해 4차 산업이 문을 여는

것처럼 기술이 새로운 시장을 만들기도 하지만, 시 장이 기술을 정의하기도 한다. 처음에 GEC는 발전 을 위한 공간을 필요로 하지 않는 필름형 마찰전기 발전소자로 구성된 발전기 제조사로 설립되었으나, 시장의 수요를 정확히 정의하지 못함에 따라 투자 유치가 어려워 사업전환이 불가피 하였다. 다행히 기 개발된 기술을 기반으로 하면서도 가격 경쟁력 있게 전력을 생산하지 않아도 되는 스마트 센서 분 야로 사업을 전환할 수 있었고, 시장이 필요로 하는 제품을 개발해 나감에 따라 처음에는 상상하지 못했 던 스마트 팩토리 솔루션에 도달하였다. 창업의 기 반이 된 필름형 마찰전기 발전소자 기술은 현재 진 동 에너지를 전력으로 전환해 주는 압전 소자를 수 년 내에 대체하는 것으로 목표로 계속 연구개발 되 고 있으며, 성공 시 제품 단가를 더욱 낮춰 GEC의 경 쟁력을 제고할 수 있을 것으로 기대된다.

결론적으로, GEC는 전략적인 제품개발을 통해 낮은 비용과 risk-free한 제품의 효용을 체험할 수 있 는 기술을 상용화함으로써 중소/중견기업들이 정말 로 필요로 하는 경쟁력 높은 스마트 팩토리 솔루션 을 시장에 공급할 수 있게 되었다.