Digital Manufacturing: 미래의 공장, 스마트 공장 이해하기

"현재 GE가 판매한 항공기 엔진 중 60~70%는 고장 나기 전에 원격 수리를 받는다. GE는 과거처럼 단순히 고객사에 제품(엔진)을 판매하는 수준에서 그치지 않고, 고객사의 성과 창출을 지원하는 새로운 서비스를 제시하고 있다."

- 스마트공장은 자동화 공장이 아니다, 연결-통찰-최적화가 결합된 '지능화 공장', DBR

전 산업에 걸쳐서 디지털은 이해관계자들이 어떻게 상호작용을 하고, 고객이 무엇을 기대하며, 업무 프로세스가 어떻게 수행되는지를 근본적으로 변화시키고 있다. 디지털 기술이 제조업과 만나서 제조환경을 어떻게 스마트하게 변화시키는지 알아보도록 하자.

1. Smart Factory

제조산업에서도 디지털 기술의 도입으로 디지털 공장, 스마트 공장이라는 용어가 생겨나고 있다. 이러한 현상은 디지털 기반 기술의 발전으로 가능해졌는데, 주요 변화 동인은 다음과 같다.

• 디지털 기반 기술: 생산 현장에서 데이터 전송(IoT, 네트웍 기술), 수집, 모니터링, 제어 솔루션 등의 기반 기술의 발전

• 지능형(Intelligent) 자동화, 공정 모니터링: 디지털 기반 기술에 의해 수집되는 대용량 데이터를 실시간으로 분석해서 제품 제조의 의사결정을 지원하는 기술과 품질, 안전, 사전예방적인 유지보수 등이 가능한 공정 모니터링 기술의 발전

• 진화된 기술: 로보틱스, 3D 프린팅을 포함해서 제조 관련 기술의 발전

• 모바일 및 센서 기술: 개인의 위치와 위험의 노출도를 모니터링하는 안전 솔루션, 에너지 소비 현황에 대한 모니터링 및 제어 솔루션, 작업자로부터 각종 정보를 취합하고 분석하여 통신하는 모바일 솔루션 등

이러한 변화 동인 하에서 제조산업에서는 다양한 디지털 기술을 활용해서 value chain 전반에 걸쳐서 새로운 기회를 만들어 낼 수 있다. 로보틱스, IoT, 빅데이터, 3D 프린팅, 모바일 등의 기술이 공장에 적용이 가능하다. R&D 단계에서 3D 프린팅 같은 디지털 기술을 활용해서 새로운 제품을 개발하거나 프로토타입을 신속하게 만들어볼 수도  있다. 조달 단계에서는 IoT의 센서에서 수집된 빅데이터를 분석하여 최적화된 구매가 가능하고, 생산 단계에서는 AR(Augmented Reality) 등의 기술을 이용하여 전혀 새로운 방식으로 생산하거나 3D 프린팅을 통해 새로운 형태나 기능을 갖는 제품을 만들어낼 수 있다.

또한, 유통/판매 단계에서 제품의 흐름은 실시간으로 추적해서 자율 배송을 수행할 수 있고, 고객의 빅데이터 분석을 통해 세분화된 마케팅이 가능해진다. 다양한 모바일 기능을 활용해서 고객의 선호도에 대한 다양한 정보를 수집할 수 있다. 판매 이후 서비스 단계에도 디지털 기술을 활용한다면 제조업이 진출할 기회가 존재한다. 고객의 데이터를 분석해서 전혀 새로운 비즈니스 모델을 만들어낼 수 있고, 3D 프린팅 기술을 활용해서 필요한 부품을 그때그때마다 생산하여 제공이 가능하다.

그렇다면 스마트 공장이란 무엇인가? 스마트 공장은 가상 공간과 물리적 세계를 결합하여(Cyber-physical systems) 작업자와 기계가 유기적으로 통합된 작업 환경을 구현하여 생산 방식을 개선하고 생산 효율성을 높이는 것을 목적으로 한다. 이를 통해 보다 적은 자원으로 더 복잡하고 다양한 제품을 생산하는 체계를 만들어, 궁극적으로 제조 경쟁력을 높이고자 함이다. 단순하게 디지털 기술만을 사용한다고 스마트 공장이 되는 것은 아니며, 궁극적으로 네트웍에 연결되어 있어서 작업자와 기계, 공장과 공장 간에 서로 커뮤니케이션하며 생산하는 생태계를 말한다. 

스마트 공장은 주로 생산관리(Operation Management) 부분에 디지털 기술을 적용하여 자동화, 디지털화된다. 제품/자산 관리 측면에서도 디지털 기술이 적용되며, 기반 인프라도 디지털화하고 모든 기계가 상호작용하기 위해 IoT 플랫폼도 필요해진다. 3D 프린팅을 도입하면, 새로운 시제품을 신속하게 만들어 볼 수 있다.

예를 들어, 인도 푸네 지역에 있는 GE의 스마트공장(brilliant factory in Pune, India)는 동일한 작업자와 작업장에서 제트엔진부터 기차엔진까지 다양한 제품을 생산하는 공장으로, 유연한 생산 역량을 바탕으로 변화하는 수요에 맞게 신속하게 제품 생산을 조정할 수 있다.

2. 디지털화의 기회와 도전

제조업은 디지털 기술을 통해 높은 생산성과 품질의 향상을 기대하고, 실제로 향상되었다고 한다. GE의 경우, 디지털화를 통해 계획하지 않은 중단 시간을 10%에서 20%까지 감소시켰고, 한 단위가 생산되는 시간(cycle time)이 향상되고 비용이 절감된다고 한다. 또한, 정성적인 효과로는 다양한 제품을 mass-customize해서 생산이 가능하며, intelligence, flexibility, efficiency, business model adjustment 등의 효과도 기대할 수 있다.

그러나 기업들은 디지털로 전환하는 작업에 많은 어려움이 있다고 느끼고 있다. 우선 디지털 기술을 최적으로 사용하기 위한 조직과 인력이 부족하다는 것이다. 디지털 기술을 충분히 이해하고 있는 인력이 부족하고, 이를 지원하기 위한 조직도 없다는 말이다. 이로 인해 디지털 기술을 관리하는 역량이 부족하고, 디지털 인프라에 이슈가 생겼을 때 이를 해결하기 위한 역량도 부족한 상황이다. 

또한, 디지털 기술의 사용은 필연적으로 데이터 보안 상의 문제가 발생한다. 디지털 기술에 대한 과도한 투자와 투자가 실제로 이익에 영향을 미치는지 불확실성이 크다는 난관이 있다. 급격하게 변화하는 디지털 환경으로 인해 내부 구성원들의 변화에 대한 저항도 커질 수 있다는 점도 장애물 중의 하나이다. 그리고 디지털, 스마트공장은 인터넷에 연결되어 있어야 하는데, 네트웍 속도가 느리면 원활하게 작동하지 않을 가능성이 높다.

3. 디지털 전략 수립하기

디지털이라는 큰 변화 속에서 제조업의 C 레벨 임원들은 어떻게 대응해야 할 것인가? 아래 질문을 던지는 것에서 시작해보자.

• 향후 5년에서 10년까지 디지털은 산업을 얼마나 파괴하고 교란할 것이며, 새로운 생태계는 무엇이 부상할 것인가?

• 기업을 위한 가치는 어디에 있으며, 어떻게 가치를 극대화할 것인가?

• 기업의 공장에 적용 가능한 혁신은 얼마나 가까이 있으며, 어디에 투자를 해야 하는가? 인프라인가, 사이버 보안인가, 파트너십인가?

• 우리의 조직에 필요한 새로운 역량, 기술, 마음가짐은 무엇인가? 적합한 인재를 어떻게 식별하고, 채용해서, 유지해야 하는가?

• 이러한 새로운 가치와 기회를 잡기 위해서 지금 당장 시작할 파일럿 프로젝트는 무엇인가?

이러한 질문에 고민을 한 후, 어떻게 디지털 전략을 수립할 것인지 알아보도록 하자. 아래 그림을 보면, X축은 내부 관점이자 value chain을 디지털화하는 것이고 Y축은 외부 관점이자 고객의 경험을 디지털화하는 것이다. 

위의 Digital Strategy Framework을 바탕으로 3가지 방식으로 디지털 기회를 포착할 수 있다.

• Digital Customer: 마케팅과 판매 영역에서 고객의 경험을 디지털화하는 전략이다. 예를 들어, 3D 프린팅을 통해 재고 비용과 생산 비용을 줄이면서 소량의 자동차 부품을 만들 수 있다. 디지털 기술을 이용해서 Mass-customize이자 build-to-order인 서비스를 제공하는 방식이다.

• Digital Operation(Enterprise): R&D, 생산, 경영지원 등의 내부 업무 프로세스를 디지털화하는 전략이다. 로봇, 3D 프린팅, AR 등을 적용해서 R&D, 생산 프로세스를 효율화하거나, 다양한 센서로 수집되는 빅데이터 분석을 통해서 의사결정을 지원하거나 안전(safety), 사전적인 유지보수(predictive maintenance) 등이 가능해진다. 최근에는 RPA(robotic process automation)이라고 해서 back-office 업무 프로세스를 최적화하여 비용 효율화를 추구하려는 움직임도 있다.

• Digital Business: 현재의 비즈니스 모델을 디지털 기술을 이용해 새로운 비즈니스 모델로 전환하려는 전략이다. 예를 들어, 타이어 제조회사의 경우 센서를 트럭에 설치해서 연료 소비, 타이어 공기압, GPS 위치 등을 수집하도록 하고, 수집된 데이터는 제조사로 원격으로 전송되어 타이어 관리를 최적화하는 서비스를 고객에게 제공할 수 있다. 결국 타이어 회사는 타이어를 제품으로 판매함과 동시에 서비스를 판매하여 비즈니스 모델을 전환하게 된다.

※ 참고자료

- Digital factory: Cracking the code to success, Accenture

- How Industrial Machinery Makers Are Capturing the Digital Opportunity, Bain & Company

- Smart Factories: How can manufacturers realize the potential of digital industrial revolution, Capgemini Consulting

- 스마트공장은 자동화 공장이 아니다, 연결-통찰-최적화가 결합된 '지능화 공장', DBR

- Time to Accelerate in the Race Toward Industry 4.0, The Boston Consulting Group

- Digital manufacturing: The revolution will be virtualized, McKinsey&Company

- Engineering the future: Fully digitizing is key to industrial equipment success, Accenture

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경영컨설턴트이자 국제공인관리회계사인 안종식입니다. 주로 신사업 기획, 해외진출, 디지털, 스타트업, 커머스 그리고 중국에 대한 주제로 글을 쓰고 있으며, 관련 주제로 기업체와 협회에서 강의하고 있습니다. 현재는 딜로이트에서 컨설팅 업무를 담당하고 있습니다.

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