제4차 산업화 프로세스 혁명

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

요 약

○ 미국, 독일, 일본 등 세계 선진국들이 강력한 제조업 부흥정책을 주창하며 육 성하고 있는 가운데, 제조업의 글로벌 트렌드가 아날로그에서 디지털로 변화 됨에 따라 기존 산업과 정보통신기술(ICT)의 융합을 통해 고부가가치를 창출 하는 방향으로 진화하고 있음 ○ 독일은 유럽전체 제조업 부가가치의 30%를 차지하고, 글로벌 시장 수출점유율 이 세계 3위인 제조업 강국이지만, 새로이 제조업대국으로 떠오르는 중국을 견 제하고 독일의 제조업 경쟁력을 더욱 강화하기 위해 하이테크 2020전략 프로 젝트를 정부차원에서 추진하고 있음 - 독일은 미래의 경쟁력 확보하기 위하여 2008년부터 Industry 4.0 분야를 국가 적 연구 과제로 인식하고 연구개발을 계획, 지원하기 시작하였으며, 200억 유로 이상의 정부투자하고 있음.

(6)

(7)

(8)

(9)

제1장. 개요 ₁

제1장. 개요

독일의 제조업은 복잡하지만 분업화가 잘 이루어져 있으며 지리적으로 분산된 산업 프로세스를 효율적으로 이끌어 갈 수 있는 능력을 지니고 있기 때문에 오늘날 세계적 산업 소재지로써의 경쟁력을 지니고 있는 것으로 평가 받고 있다. 여기에 수십 년 전 부터 정보 통신기술(ICT)의 성공적인 도입을 통해 오늘날 독일의 전체 산업 제조 프로 세스의 90% 이상이 직접적으로 ICT의 지원을 받고 있으며, 이러한 환경은 과거 1차, 2 차 산업 혁명 시기와 비교하여 인간의 삶의 질과 노동시장에 급격한 변화를 일으켰다. 지난 30 여 년 간의 지속적인 발전을 통해 개인용 컴퓨터(Personal Computer)는 Smart Devices의 형태로 발전되었으며, 이와 동시에 클라우드 시스템을 통한 지능형 네트워 크의 등장은 정보통신 인프라 구조 및 서비스 분야에 발전을 이끌어 내었다. 이러한 경향은 지속적인 제품의 소형화와 인터넷의 발전과 더불어 컴퓨터 기반 정보처리의 유비쿼터스(Ubiquitous computing) 및 독립적인 고성능 미니 컴퓨터(Embedded System) 의 인터넷을 통하여 상호 무선 네트워킹을 이루어 내는데 기여하였다. 또한, 2012년에 는 새로운 인터넷 프로토콜 IPv6²의 도입으로 지능형 기기의 직접적인 네트워크 형성 을 통해 최초로 자원, 정보, 사물 그리고 인간의 네트워크를 기반으로 한 사물 인터넷 (Internet of Things, IoT)의 시대를 개척하였으며, 물리적인 세계와 가상의 세계가 소위 사이버 물리 시스템(Cyber Physical System, CPS)으로 융합되었다. 정보통신 분야의 이 러한 기술 진보는 제조업 분야와 연계되어 제4차 산업화 프로세스, 즉 Industry 4.0의 시대의 시작에 기여할 것으로 평가된다.

(10)

(11)

(12)

(13)

제2장. 지능형 네트워크를 통한 Industry 4.0 비젼 ₅

제2장. 지능형 네트워크를 통한 Industry 4.0 비젼

지능형 네트워크 세상에서 사물인터넷은 모든 분야에 영향력을 미친다. 예를 들어 에너지 공급 및 지능형 에너지 네트워크(Smart Grids; 스마트 그리드)분야, 지속 가능한 이동성(Smart Mobility; 스마트 모빌리티, Smart Logistics; 스마트 물류)분야, 보건(Smart Health; 스마트 헬스) 분야와 같은 다양한 범위에서 새로운 변화를 이끌어 낼 수 있다. 이와 마찬가지로 제품 생산 분야에 있어 제품과 시스템의 지능 향상은 부가가치 창출 에서 네 번째 단계, 즉 Industry 4.0을 이끌어 낸다. Industry 4.0은 지능형 제품, 지능형 생산 방법, 지능형 프로세스에 포커스를 맞추고 있으며, 특히 지능형 공장(Smart Factory, 스마트 공장)이 핵심이라고 볼 수 있다. 지능 형 공장은 사람, 기계, 그리고 자원이 일반 사회의 네트워크처럼 상호 연결되어 생산 효율성이 증대되고, 스마트 모빌리티와 스마트 물류, 스마트 그리드의 인터페이스와 함께 미래 인프라 구조의 핵심 구성 요소로 손꼽힌다. 또한 지능형 제품(Smart Products, 스마트 제품)은 제품 스스로 생산 과정 및 생산 후 사용에 대한 정보를 지니 고 있어 제품 생산 프로세스를 능동적으로 지원한다. 이와 같은 과정을 통해 기존의 가치 사슬(Value chain)이 변화되며, 새로운 비즈니스 모델이 자리 잡게 되고 Industry 4.0의 기반인 다양한 분야의 긴밀한 네트워킹이 가능하게 된다.

(14)

(15)

(16)

8 제 4차 산업 혁명 (Industry 4.0)

■ 노동의 새로운 사회적 인프라

Industry 4.0은 인구학적 변화가 있는 국가에 매우 적합하다. 독일은 일본에 이어 노 인 비율이 가장 높은 국가로서, 젊은 층의 노동 인구 수가 점차 감소함에 따라 제조업 관련 기업의 노동자 평균 연령이 40대 중반이며 몇몇 분야에서는 노동력 부족 현상이 나타나고 있다. 이에 독일은 Industry 4.0을 통해 이러한 인구 변화 현상을 대처 할 수 있을 뿐 아니라 이와 동시에 노동 생산성을 유지 및 향상시킬 수 있다. 연구에 따르면, 개별 생산성은 연령이 아닌 한 장소에 머무를 수 있는 시간과 작업 환경의 구성 및 노 동자 스스로의 작업 구성에 달려 있기 때문에 생산성 향상을 위해서는 다양한 분야가 통합 ‧ 변환 되어야 한다. 뿐만 아니라, 노동자의 자격 향상 프로그램과 심화 교육 대 책, 그리고 노동 조직 모델 및 구성 모델의 전환이 요구 된다.

■ 새로운 서비스에 기반한 실시간 사이버 물리 시스템 플랫폼

미래 프로젝트 Industry 4.0을 통해 새로운 사이버 물리 시스템 플랫폼이 형성된다. 이 플랫폼은 사람과 사물, 시스템을 연결하며 다음과 같은 특징을 지니고 있다. ∙ 사이버 물리 시스템에 기반을 둔 소프트웨어를 포함한 빠르고 간단한 서비스 및 응용 프로그램의 오케스트레이션 ∙ 전체 비즈니스 프로세스의 완전하고 안정적이며 신뢰 할 수 있는 데이터 백업 ∙ 센서에서부터 유저 인터페이스를 아우르는 안정성과 신뢰성 ∙ 모바일 기기의 지원 ∙ 비즈니스 네트워크를 통한 협력 생산지원, 서비스 지원, 분석 지원 및 예상 과정 지원

■ Industry 4.0을 향한 길

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

제3장. Industry 4.0 프로젝트의 구현 ₁₃

(22)

제4장. Industry 4.0을 위한 연구개발 전략

(23)

제4장. Industry 4.0을 위한 연구개발 전략 ₁₅ 계획 모델을 통해서는 디지털 세계가 실제 세계에 큰 영향을 미치게 되며 설명 모델 은 통해서는 이와 반대로 실제 세계가 디지털 세계에 영향을 미치게 된다. 이러한 모 델들은 일반적으로 형식적인 설명(Formal descriptions)을 내포하고 있기 때문에 컴퓨터 를 통해 처리 할 수 있으며 이를 통해 엔지니어의 일상적인 반복 작업의 자동화가 가 능하며 또한 실제 세계에서 행해지는 일이 디지털 세상에서 일어 날 수 있게 한다.

■ 산업을 위한 광대역 인프라

사이버 물리 시스템의 광범위한 사용을 통해 발생하는 양질의 데이터를 교환, 전송, 처리하기 위해 기존의 통신 네트워크의 퍼포먼스를 능가하는 인프라 구조가 확보 되 어야 한다. 그렇기 때문에 이미 존재하고 있는 통신 네트워크의 확장이 Industry 4.0의 기초 전제 조건이 된다. 또한 광대역 인프라는 독일 국내 뿐 아니라 주변의 제조 산업 파트너 국가들에 이르기까지 확장 되어야 한다.

■ 안전과 보안

생산 기술 설비 및 그 제품에는 보안에 있어 두 가지 중요한 측면을 지니고 있다. 첫 번째 한 가지는 이런 시스템이 인간 또는 환경에 위험 요소가 되어서는 안 되는 것(안 전성)이고 다른 두 번째 다른 한 가지는 생산 설비 및 제품이 악용 및 오용으로부터 보 호 되어야 하는 것(보안성) 이다. 제 3차 산업 혁명 이후 생산 분야에 있어 안전에 대 한 요구 사항이 매우 증가 하였고 동시에 기계 운행 안전과 같은 기능성 안전 외에도 외부 공격에 대한 보안이 점진적으로 문제점으로 인식 되었다. Industry 4.0 에서는 노 동자와 정보통신 시스템, 자동화기기 및 공장 설비와 폭 넓은 분야가 네트워킹 되기 때문에 보안 문제는 해결 되어야 할 두요 사안이다.

■ 업무 조직(Work organization)과 업무 설계(Work design)

(24)

(25)

제5장. 주요국의 사례 비교 ₁₇

제5장. 주요국의 사례 비교

독일 뿐 아니라 다른 국가들도 산업 프로세스에 있어 사물 인터넷을 이용하려는 움 직임이 진행 되고 있으며 이러한 현상은 각 각의 국가에서 다른 명칭(독일 Industrie 4.0)을 통해 진행되고 있다. “스마트 생산(Smart Production)”, “스마트 매뉴팩처링(Smart Manufacturing)”, 스마트 공장 (Smart Factory)”의 개념이 유럽, 일본 및 미국에서 스마트 생산 시스템을 위한 디지털 네트워킹으로 표현 한다면 “선진 제조업(Advanced Manufacturing)”은 생산의 현대화 추세의 광범위한 스펙트럼을 의미한다. 제조업의 현대화는 이미 다는 국가에서도 다양한 추진 프로그램과 연구 이니셔티브 를 통해 지원 되고 있다. 미국, 중국, 유럽 연합 및 인도에서 독일의 Industrie 4.0과 비 슷한 취지의 프로젝트들이 진행되고 있다.

■ 미국

미국 정부는 기계 공학 분야에 다시 중점을 두려는 움직임을 보이고 있으며 무엇보 다도 산업 정책을 통해 일자리 창출을 촉진하고 국가 제조업을 다시금 활성화 시키고 자 한다. 2011년 미국 오바마 대통령은 “선진 제조 파트너십(Advanced Manufacturing Partnership, AMP)”를 공표하였으며 이 AMP 의 운영 위원회는 MIT, 버클리, 스탠포드, CMU, 미시간, GIT와 같은 미국 내 상위 궁과 대학의 총장 및 포드, 인텔, 존슨 &존슨 과 같은 유수 기업의 CEO로 구성 되어 있다. AMP는 2012년 16개의 권장 대책을 내놓 으며 국가 네트워크 제조업 혁신 연구소(National Network of Manufacturing Innovation Institutes, NNMII)의 설립을 계획 하였고 이 연구소는 제조 산업의 지역적 허브의 역할 을 담당하게 되어 미국 기업의 국제적 경쟁력을 높이고 미국 내 제조업에 대한 투자를 증대 시키고자 한다.

또한 오바마 정부는 제조업 분야에 더 많은 R&D 투자를 하고자 하여 2013년 선진 제조업 분야에 전년도 대비 19% 상승한 22억 달러를 투자 하였다. 도한 표준화 프로세 스를 위해 국가 표준 기술 연구소(Natioanl Institute of Standards and Technology, NIST) 에 1억 달러를 지원하여 제조업을 연구 설비 제공과 노하우를 통해 기술적으로 지원 하고자 한다.

(26)

(27)

(28)

제6장. 사이버 물리 시스템 구현을 위한 독일 지원 정책

네트워킹 임베디드 시스템, 즉 사이버 물리 시스템은 일상적 사물(Everyday Things) 을 지능형 제어 프로세스로 연결 한 것을 의미한다. 현재 전세계 모든 프로세서의 90% 이상이 개인용 컴퓨터가 아닌 자동차의 잠금 방지 브레이크 시스템, 기계 제어 시스템, 전화기 및 의료기기 등에 임베디드 시스템으로 사용되고 있다. 이러한 임베디드 시스 템은 제품의 경쟁력을 좌우하는 결정적인 요인으로 평가된다. 독일 연방 교육 연구부는 이미 2008년부터 이 분야를 국가적 연구 과제로 인식하고 연구개발을 계획, 지원하기 시작하였으며 2010년 중반부터 여러 국가적 연구 테마 중 선결 연구과제로 지정하여 agendaCPS 프로젝트를 acatech(독일 국립 과학 기술 아카데 미, German Academy of Science and Engineering)에 위탁 하였다. 수많은 일상적 사물의 네트워킹(사이버 물리 시스템)미래 유비쿼터스 표준이 될 것이며 인터넷을 통한 사이 버 물리 시스템의 네트워킹은 “사물 인터넷 또는 서비스 인터넷”으로 명명되어 한편으 로는 미세한 제어의 향상과 제품의 최적화를 다른 한편으로는 완전히 새로운 생산 방 식의 현실화를 이룰 것이다. 미래에 사이버 물리 시스템은 에너지, 수자원, 의학 분야 등을 통해 인간의 삶의 질 을 증대 시키고 안정성 및 효율성을 높이며 공급 안정에 기여하여 우리 사회의 핵심 도전 과제들의 해결에 기여 할 것으로 평가된다. 또한 지능형 사이버 물리 시스템은 교통 흐름을 조정하고 인간을 보호, 지원하며 무분별한 에너지 소비를 줄이는 등 여러 분야에 기여 할 것으로 평가된다. 이러한 혁신적 진보를 사이버 물리 시스템에서 이루어 내기 위해 가치 창출 전체의 전략 변경 및 사고의 전환이 요구되며 독일 정부는 이를 국내뿐 아니라 국제적 연합을 통해 지원한다.

■ 독일 국내적 지원

(29)

(30)

다. agendaCPS

독일의 사이버 물리 시스템의 유망한 응용 프로그램에 대한 설명하는 미래 시나리 오이며, 2009년 연방교육연구부(BMBF)의 투자로 추진되었다. 주요 연구내용은 사이버 물리 시스템의 개발 및 이용에서 핵심 기술과 그 기술적 과제 방법론의 역할을 도출과 사이버 물리 시스템의 사회적, 경제적 효과의 입증 및 사회적 수용성(안전, 보안, 개인 정보 보호 등) 주요 문제를 조사했다. 주요파트너로는 BMW, Intel, Bosch 등이 있다.

■ 국제적 연합(유럽 연합)을 통한 지원

가. ARTEMIS(AdVANCED RESEARCH AND TECHNOLOGY FOR EMBEDDED

INTELLIGENCE & SYSTEMS

임베디드 시스템 분야를 연구개발 하는 공동 기술 이니셔티브 ARTEMIS는 유럽 위 원회 및 EU국가, 유럽 산업기관으로 구성되어 벨기에 브뤼셀에 창설 되었으며 매년 연구개발 프로젝트를 공고 하고 있다. 2008년부터 매년 3~4개의 연구개발 프로젝트를 공고, 진행하고 있으며 현재 독일 연방 교육 연구부도 함께 지원하고 있는 CRYSTAL 프로젝트와 HoliDes프로젝트가 진행 중에 있다. CRYSTAL프로젝트는 안정적인 임베디드 시스템을 위한, 각각의 개발 단계 사이의 원활한 이행(移行 )을 위한 완전한 디자인 프레임워크를 제공 하는 것을 목표로 하는 연구개발 과제이다.

(31)

(32)