- 분업과 협업, 스마트팩토리 시스템의 모듈 & 표준화 -

- 새로운 부가가치를 창출하는 인더스트리 4.0, 클러스터와 스타트업에서 시작 -

 

 

 

□ 스마트 제조업 시대의 도래, 독일은 무엇을 준비하고 있나

 

  ㅇ 독일, 스마트팩토리 시대를 준비하는 견고한 산학네트워크 마련, 그 시작은 표준화

    - 독일은 생산 디지털화, 스마트팩토리 등의 연구결과와 부가가치를 표준화를 통해 효율적으로 확산시키기 위해 인더스트리 4.0 표준화 위원회를 출범시킴.

    - 인더스트리 4.0 표준화 위원회는 독일의 주요 산업협회(BITKOM, VDMA, ZVEI)와 표준화기관(DIN, DKE) 컨소시엄을 통해 설립됐으며, 그 기반은 2015년 하노버 산업박람회에서 독일산업부와 교육연구부가 발표한 플랫폼 인더스트리 4.0 이니셔티브(Platform Industrie 4.0)에 있음.

 

플랫폼 인더스트리 4.0이란?

 

    - 현재 독일의 표준화 관련 국가 간 양자협력으로는 프랑스, 이탈리아, 중국, 일본, 미국, 그리고 한국과 논의가 이루어진 바 있으며, 국제적인 차원에서는 IEC, ISO와 독일 내에서는 DIN, DKE, VDI 등 국가 표준화 관련 기관과 긴밀한 협업을 하고 있음.  

 

인더스트리 4.0 표준화위원회 구조표

자료원: 인더스트리 4.0 표준화위원회

 

    - 표준화위원회에서는 Standard Roadmap(Normungs-Roadmap)을 발간해 기존의 산업자동화 관련 표준화, 새롭게 제시되는 표준화 등에 대한 이해를 돕고 있으며, 독일이 향후 구축하게 될 인더스트리 4.0 표준화 시스템에 대한 청사진을 함께 그리고 있음.

 

  ㅇ RAMI 4.0, 인더스트리 4.0의 얼개

    - 표준화 위원회는 인더스트리 4.0 관련 기술 적용 참조 모델로 RAMI(Reference Architecture Model for Industrie 4.0)을 제시하고 있음.

    - RAMI 4.0은 3차원적 해석을 통해 인더스트리4.0에 관련된 기술을 체계적으로 분류하고 정의한 것으로, 기존 생산 자동화 관련 표준IEC 62264, IEC 61512(물리적 자산/설비)과 IEC 62890(통합 가치사슬)에 네트워크(Connected World), Field Device(IoT, 센서 등) 등을 더해 인더스트리 4.0의 범위로 확장시킨 것

    - RAMI 4.0은 플랫폼 인더스트리 4.0과 함께 2015년 하노버산업박람회에서 처음 발표됐으며, DIN 규격 중 프로젝트 기반 규격인DIN SPEC 91345로 등록돼 있음.

 

독일 플랫폼 인더스트리 4.0에서 제시하는 RAMI 4.0 개념도

자료원: Platform Industrie 4.0

주: IEC62264(Enterprise Control System Integration(enterprise model, system model and function model))

IEC 61512(Batch Control(system model and process model))

IEC62890(Life Cycle&Value Stream)

 

RAMI 4.0, 물리적 자산(Physical Asset)과 Value Chain, 네트워크의 통합

자료원: Platform Industrie 4.0

  

독일 인더스트리 4.0 표준화위원회에서 국제협력을 담당하고 있는 Yves Leboucher씨와 진행한 인터뷰

 

  ㅇ 기술개발-표준화-상용화로 이어지는 산학협력, 플랫폼 구축을 통해 상용화에 박차를 가하는 독일의 기업들

    - 독일에서는 인더스트리 4.0에 대한 논의가 활발해지기 전인 2013년에 이미 기업-연구기관-협회 간 협업으로 인더스트리 4.0 환경에 적용 가능한 모듈화 기반 생산기술 표준화를 제안한 바 있음.

    - 모듈화란 기존의 통합환경(Backbone, 인프라)을 기반으로 다양한 제조사와 기술 특성을 가진 각 모듈들이 하나의 통합된 시스템을 이루는 것이며, 모듈은 규모 차원의 정의가 아닌, 공정공학적(process engineering) 기능으로 정의됨.

    - BAYER, BASF 등 화학/제약 기업 연합, 모듈화를 통한 자동화 기술 요구조건의 표준화 제안(NAMUR Recommendation, NE 148*)을 정식 표준으로 채택시키기 위한 절차 진행

    - 2017년 4분기까지 NAMUR 표준 제안의 독일 내 규격화(독일엔지니어협회/VDI 규격)가 완료되며, 국제표준화 기구인 IEC에도 제출돼 3~5년 내 국제규격으로 승인 받을 예정이라고 함.

    - 제안서는 생산제조시설 설립, 공급자 및 운영자가 공정제어기술(Process Control Technology)의 관점에서 더욱 빠르고 유연하게 새로운 공장 타입과 모듈을 선택, 실현할 수 있도록 지원하고 있음.

     * NAMUR Recommendation 148 전문 필요 시 함부르크 무역관에 요청 바람.

 

žㅇ NAMUR Recommendation이란? - NAMUR는 1949년 Bayer, BASF에서설립한 국제 자동화 기술 협회(화학/제약산업 위주)로 독일기업 118개사, 유럽 및 중국기업 30여개 사로 구성됨. - 협회사 간 협업을 통해 국내/국제 규격화 관련 연구를 진행해 NAMUR Recommendation(규격제안서)을 발행하며 독일산업규격이나 협회규격의 근거자료로 활용됨. - NAMUR는 자동화 관련 규격이 효율적, 효과적으로 마련될 수 있도록 국내/국제 규격화 위원회에 로비활동을 펼치는 등 선행적이며 주도적으로 개입하고 있음. ㅇž VDI 규격(Directive/Richtlinie)이란? - 독일 최대 규모 협회인 독일연방엔지니어협회에서 제안하는 규격이나 가이드라인으로, 강제규격은 아니나 특정 산업 분야에서 이를 따르도록 권고하기도 함. - 현재 약 2000개의 VDI 규격이 등록돼 있으며, 신규 기술개발 등과 더불어 매년 약 200개의 규격이 등록된다고 함. - 등록된 VDI 규격은 독일국가규격인 DIN규격으로 지정되기도 함. ㅇž DIN 규격이란? - 독일규격협회(Deutsches Institut fur Normung)가 제정하는 독일의 국가 규격으로, 유럽에서 표준화 작업(EN 규격)과 국제 표준화 작업(ISO , IEC 등)에 대한 영향력이 큼. - DIN은 독일 국가규격 제정기관으로, 1975년 독일연방정부와 민관협력 계약을 맺고 공식 국가규격 제정 기관으로 지정됐음. - 약 30만 개의 DIN 표준이 있으며, 거의 모든 기술분야에 쓰임, 독일뿐만 아니라 국제적으로 활용됨. - DIN 인증은 대부분 임의 인증이지만, 법률 및 규제가 규격화 제품의 사용을 의무화할 경우는 검사기관 및 사용자는 인증된 제품을 선호하며, 강제적으로 요구하는 경우도 있음.

    - 하노버산업박람회에서 지멘스 자동화 엔지니어링 부서 Andreas Stutz씨는 "모듈화를 통해 더욱 효율적이고 빠른 생산이 가능하며, 기업들이 인더스트리 4.0 논의가 활발해지기 이전부터 협력해 모듈화 관련 프로젝트를 진행해 왔다"고 함.

    - 화학/제약 분야에서 모듈화 프로젝트에 참여한 모든 기업이 비용절감과 빠른 성장을 위해 규격화를 중요하게 인지하고 있다고 하며, 산업 관계자들은 향후 인구변화, 신흥시장 수요의 증가, 웰빙세대 증가, 현존 제조방식 문제 해결, 신기술의 전도 유망성 등 외부요인에 근거해 모듈화를 통해 기회가 있다고 보고 있음.

    - 그러나 높은 원자재 비용, 얇은 전문가층, 투자비용 문제 등이 위험요소라고 함.

    - 화학/제약 산업뿐만 아니라 자동화 기계/설비 기업들도 연합(smartFactory KL)해 인더스트리 4.0에 적합한 생산 플랫폼을 구축했으며, 모듈 시스템을 기반으로 빠른 스마트팩토리 보급이 가능하도록 지원하고 있음.

 

smartFactory KL, 기업 간 연합을 통한 모듈 플랫폼 구축

자료원: smartFactory KL

  

□ 산학협력과 정부지원, 스타트업을 통한 제조업 경쟁력 강화, 부가가치 창출에 일조

 

  ㅇ 산학협력으로만 구성된 it’s OWL 프로젝트, 대기업-중소기업 기술이전으로 시너지 효과

    - It’s OWL 클러스터 최고운영이사 Günter Korder는 한-독 스마트팩토리 축사를 통해 인더스트리 4.0의 성공을 위해서는 협업할 수밖에 없음을 강조함. 

    - 실제로 It’s OWL 클러스터의 모든 46개 프로젝트는 반드시 산학연 협업으로 진행되도록 돼 있으며, 대기업과 중소기업 간 기술이전도 성공적으로 이루어지고 있음.

    - 클러스터 내 BECKHOFF(제어기술), Harting(로보틱스), Weidmüller(공정모니터링/산업분석), KEB(스마트드라이브시스템), Lenze(스마트제어/드라이브시스템), Phoenix Contact(데이터전송)과 같은 제조기술/기기 생산업체들이 현지 기업/연구기관 등과 협업해 중소기업에 적용 가능한 스마트 생산 플랫폼을 연구개발, 구성하는 등 표준 선점에 대해서도 꾸준히 투자

 

it’s OWL 프로젝트 예제, 자동화 플랫폼 구축 프로젝트(BECKHOFF 외)

스마트자동화 기술을 활용한 지속 가능한 생산 - 과학적 자동화 플랫폼 구축   지속 가능한 생산을 실현하기 위해 생산오류, 에너지 소비, 유해 배출물 등은 해결해야 할 도전과제. 데이터와 통신기술, 엔지니어링 노하우 등 각각의 줄기를 통합해 자동화 기술로 결집(과학적 자동화)한다면 자가최적화 기술, 기계학습, 이미지 처리 등 생산 최적화에 큰 잠재성을 부여할 수 있음. 이 프로젝트의 목적은 개발 및 운영 장비/기계를 위한 과학적 자동화 플랫폼을 만들어 내는 것으로, 하드웨어/소프트웨어 모듈 등 재사용/재적용이 가능한 해법들을 제공. 생산 유닛의 자율적 예측을 통해 에너지 소비, 생산오류, 배출물 등을 10% 가량 감축할 수 있음.

프로젝트 총괄 담당자:   - Beckhoff Automation GmbH & Co. KG   - Dr.-Ing. Ursula Frank   - Phone +49 5246 9635085   - Email u.frank@beckhoff.de   - Homepage www.beckhoff.de

자료원: it’s OWL

 

  ㅇ 스타트업, 새로운 형태의 서비스를 통해 부가가치 창출

    - 독일의 AXOOM, relayr는 각각 2015년, 2013년 설립된 스타트업으로 소기업으로 시작했으나, 현재는 대기업에 스마트팩토리 솔루션을 제공하는 소프트웨어 및 맞춤형 서비스 제공업체로 성장했음.

    - 그 중 AXOOM은 독일의 히든챔피언이자 기계공구 제조사인 TRUMPF의 자회사로, 모회사에 솔루션을 제공할뿐만 아니라 독립적으로 운영되며, 제조공정 개선 과정에서 어려움을 겪는 기업을 대상으로 맞춤형 IoT 플랫폼을 제공함.

    - AXOOM의 아시아 담당자인 Andreas Mahl씨는 기존 소품종 대량생산에서 다품종 소량생산, 맞춤형 생산 등 제조업의 추세가 바뀌면서 생산공정에 유연성과 효율이 필요하게 됐으나, 데이터 관리, 기계간 연결, 불량관리 등이 복잡하게 얽혀 기업들이 다양한 어려움에 직면하고 있다고 함.

    - AXOOM은 기계를 비롯, 공정, 사람, 다양한 정보의 시각화를 통해 문제를 분석하고, 이를 사물인터넷과 네트워크를 통해 손쉽게 관리할 수 있는 솔루션을 제공하고 있음.

    - 독일 프라운호퍼 제조기술 및 자동화 연구소(Fraunhofer IPA) Thomas Hilzbrich 연구원은 상호연결된 기계들의 PLC(Process Lifecycle) 정보와 스마트카메라를 이용한 시각정보 수집 및 분석을 통해 불량률을 진단, 공정을 최적화하는 기술을 개발해 독일 유리가공업체인 SCHOTT사의 공정에 적용했으며, 이를 통해 생산효율을 10%까지 개선한 바 있음.

    - 이러한 데이터마이닝 기반 솔루션은 기존 인력을 통해 이루어지던 절차를 더욱 정확한 정보(데이터마이닝을 통한 사이클 분석)를 바탕으로 효율적이고 효과적으로 대체할 수 있음.

    - 이와 같이 전통 제조업이 4차 산업혁명의 문턱에서 직면한 문제점을 해결하는 등 새로운 부가가치를 창출할 수 있는 서비스를 스타트업이 발빠르게 선점해 고객을 확보하고 있음.  

 

AXOOM 아시아 담당자, Andreas Mahl 인터뷰 Q. 스타트업으로 빠른 시간 내에 성장한 것 같다. 아시아에도 서비스를 제공하고 있는데, 아시아 쪽에서 수요는 어떠한가? 경쟁업체가 있나? A. 아시아 쪽 수요는 현재, 미래 모두 크다고 생각한다. 이미 여러 차례 문의가 들어왔다. 현재까지는 아시아권에서 크게 경쟁업체가 없는 것 같다. 일본에서 많은 문의가 들어오고 있는데 한국에서도 협력제안 문의가 들어오고 있다.   Q. 한국 기업들이 먼저 제휴 제안을 했다고 들었다. 어떻게 귀사를 인지하게 됐는가? A. 일본 외에는 전혀 프로모션을 하지 않았는데, 얘기한 대로 한국 기업들이 먼저 우리측에 제안을 해왔다. 모회사가 인더스트리 4.0으로 이름이 알려져 있고, 우리의 유럽권에서의 실적들이 알려져 연락을 해오는 것 같다. Q. 한국과의 제휴를 한다면 어떤 형태가 있을까? A. 우선 당사 서비스에 반드시 필요한 센서업체, 데이터 프로세스, 전송 업체, 데이터보안 소프트웨어 및 기기업체 등이 우리에게 납품을 할 수 있을 것 같다. 그리고 스마트팩토리 공장 구축이 필요한 중소기업과 대기업이 우리의 고객이 될 수 있다.

 

  ㅇ 인더스트리 4.0을 도입한 기업, 생산성 성장 예상

    - 스타트업의 사례와 같이 인더스트리 4.0과 관련된 서비스와 하드웨어/소프트웨어를 제공하는 기업의 매출은 2년 내 48% 가까이 급증할 것으로 전망되며, 이를 통한 기업의 생산성 또한 크게 증가할 것으로 예상됨.

    - 전문가들은 2007년부터 정체 수준에 머물고 있는 노동생산성 변화에 인더스트리 4.0은 때맞춰 온 기회라 평하고 있음. 특히 전반적인 산업분야에서 인더스트리 4.0을 통한 생산성 증가는 연평균 0.9%씩, 2013년 대비 2025년까지 약 11.5% 증가할 것으로 보고 있음.    

 

독일 내 인더스트리 4.0 관련 기업* 매출 변화 예상

                                                                     (단위: 백만 유로)

주: *인더스트리 4.0 솔루션 관련 SW/HW, IT서비스 제공 기업, 2017/18 추정치

자료원: BITKOM, CXP(Pierre Audoin Consultants)

 

인더스트리 4.0을 통한 생산성 변화 전망

자료원: DZ Bank, Frankfurter Allgemeine Zeitung

 

    - 독일정보통신협회와 프라운호퍼 산업엔지니어링 연구소에 의하면, 인더스트리 4.0과 직접 연관된 정보통신기술과 기계설비 분야의 부가가치 총계는 2025년 각각 1077억 유로, 998억 유로에 이를 것으로 전망됨.

 

인더스트리 4.0을 통한 산업별 부가가치 총계 변화 전망

                                                                                                                                 (단위: 십억 유로)

자료원: Fraunhofer IAO, Bitkom

 

□ 인더스트리 4.0과 변화, 어떻게 대응하나

 

  ㅇ 산업계 규제에 대한 해법으로서의 인더스트리 4.0

    - 탄소배출, 자원 및 에너지 절감 등 유럽권에서 공통적으로 적용되는 규제에 대해 산업계는 인더스트리 4.0을 통한 해결책을 모색하고 있으며, 동시에 새로운 패러다임 창출이 가능하다고 보고 있음.

    - LENZE와 같은 스마트제어 시스템 제조업체의 경우, 창고(Warehouse) 관리에서 내부물류 시스템에 모듈화된 스마트 드라이브/제어 시스템과 통합 에너지공급 그리드를 도입해 에너지 소비를 줄이고, 서비스를 최적화할 수 있는 솔루션을 고안함.

    - 산업용 세탁 시스템 및 관련 기술을 제공하는 Kannegiesser사는 프라운호퍼 IPT, CITEC, 파더본대학 등과 협업해 기계-공정 간 상호작용을 개선하고, 산업 세탁에 자가 최적화(Self-optimization) 시스템을 도입함으로써 효율적인 자원(물/에너지/세제 50%까지 절감 가능) 관리 및 생산성 증대를 기대하고 있음.

 

  ㅇ IT 보안 문제

    - IT 보안은 디지털 사회에 접어들며 산학계 및 정부에서 끊임없이 그 중요성을 강조해 온 분야로, 악성프로그램의 급증과 함께 국가안보에 밀접한 관련이 있는 인프라 산업 관련 기업은 독일 연방정보기술보안청(BSI)에 의무적으로 보고를 하도록 제도를 마련

    - 인더스트리 4.0으로 대변되는 제조업 디지털화는 네트워크 연결로 인해 발생할 수 있는 해킹 공격, 바이러스 침투 등을 예방하는 것이 중요하며, 외부와 차단된 네트워크를 구축하거나 해킹 루트 등을 사전에 연구하기 위한 해킹 대회가 열리는 등 다방면으로 IT보안이 논의되고 있음.

 

독일 연간 악성 프로그램 수 및 랜섬웨어 공격 빈도 변화

                                                                                                                                                           (단위; 백만 개)

주1: 랜섬웨어란 몸값(ransome)'과 '제품(ware)'의 합성어로 컴퓨터 또는 스마트폰 사용자의 개인적인 문서를 인질로 잡고

돈을 요구하는 악성 프로그램의 일종

주2: 위의 BSI 자료에서 랜섬웨어 공격 숫자에 대한 정확한 수치는 명기되지 않음.

자료원: 독일 연방정보기술보안청 BSI

 

  ㅇ 노동환경의 변화, Arbeit 4.0

    - 인더스트리 4.0과 함께 독일에서는 프리랜서 증가, 재택근무 증가, 가치사슬 기업 간 정보/인력 교류 증가 등 노동환경에도 변화가 있을 것으로 보고, 관련된 유럽 지침 및 독일 국내법에 반영하도록 촉구하고 있음.

    - 또한, 생산의 디지털화가 기계 간의 상호작용뿐만 아니라 기계-노동자 간의 상호작용 또한 반영돼야 하므로, 이로 인해 발생하게 되는 노동자의 정보보호 문제 또한 고려대상에 포함시켜야 한다고 플랫폼 인더스트리 4.0에서는 강조하고 있음.

    - 독일 고용사회부에서는 디지털화, 국제화, 인구변화 등에 기인한 차세대 노동환경을 Arbeit 4.0로 규정하고 있으며, 그 중 디지털화를 통한 시장과 노동환경의 변화를 가장 큰 동인으로 보고 있음.

    - 독일 최대 단일 노조인 IG Metall에서는 사업장 디지털화에 따라 노동환경에 개선이 필요한 부분을 아래와 같이 2~4일에 걸쳐 시각화 할 수 있도록 컨설팅을 지원하고 있음.

 

Arbeit 4.0과 사업장 현황평가 예제

자료원: IG Metall NRW

  

□ 전망 및 시사점

 

  ㅇ 한국-독일 간 표준화 협력 기대

    - 올해 하노버산업박람회에서 한국 스마트팩토리 국가표준위와 독일 인더스트리 4.0 표준화 위원회가 면담을 진행함.

    - 스마트팩토리 표준화를 위한 국제회의에서 몇 차례 양자 간 협력을 논의한 바 있으며, 양국 간 준비되고 있는 표준화 관련 기술 및 설비에 대한 이해를 제고하기 위해 공동프로젝트, 포럼, 인력 교류 등이 진행될 것으로 기대됨.

    - 독일 인더스트리 4.0 표준화 위원회 대표 Pichler씨는 현재 위원회가 프랑스, 이탈리아, 미국, 중국, 일본과 협력 이니셔티브를 맺었고, 높은 네트워크 기술 수준과 하드웨어에 강점을 가진 한국과의 협력에도 높은 관심을 가지고 있음을 강조함.

 

  ㅇ 체계적인 준비과정과 오픈 플랫폼, 상용화 노력은 배워야 할 점

    - 산업-학계 간 지속적 교류와 오픈 소스를 기반으로 한 R&D 결과물의 공유 플랫폼 필요

    - 독일은 이미 산업계-학계 핵심 기업/기관 간 견고한 네트워크를 기반으로 차세대 자동화 시스템(기계/설비)의 모듈화를 어느 정도 완성해 나가고 있으며, 이는 향후 표준화 될 가능성이 높음.

    - 표준화를 통해 산업계에서 선도적인 위치를 점할 수 있으며, 성장 정체기에 접어들었던 제조업계의 기회요인으로 작용할 수 있음. 인더스트리 4.0 표준화를 통해 기계산업, 정보통신산업에서의 부가가치는 더욱 커질 것으로 전망됨.

    - 한국에서는 스마트팩토리 표준화와 더불어 새로운 서비스, 부가가치 창출을 위한 스타트업 육성 등 우리나라가 가진 네트워크 인프라 및 하드웨어 분야의 강점을 기반으로 글로벌 서비스 시장 선점에도 노력해야 할 것

 

약어 모음

BITKOM	Federal Association for Information Technology, Telecommunications and New Media 독일정보통신산업협회
DIN	Deutsche Industrie Normen 독일산업규격
DKE	Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik 독일 전기/전자기술, 정보기술 위원회
IEC	International Electrotechnical Commission 국제전기표준회의
ISO	International Organization for Standardization 국제표준화기구
LNI	Labs Network Industrie
NAMUR	Standardisation association for measurement and control in chemical industries, NormenArbeitsgemeinschaft für Meß- Und Regeltechnik in der chemischen Industrie 화학산업표준화/계측제어기술협회
RAMI	Reference Architecture Model for Industrie 4.0 인더스트리4.0 참조설계모델
VDE	Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik 독일전기전자기술-IT 협회
VDI	Verein Deutscher Ingenieure 독일엔지니어협회
VDMA	Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau 독일기계산업협회
ZVEI	Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie 독일중앙전기전자산업협회

자료원: Platform Industrie 4.0, 독일 연방정보기술보안청, ZVEI white paper, DIN, DKE, VDMA, it’s OWL, NAMUR, 무역관 인터뷰(AXOOM, SIEMENS, Fraunhofer, 표준화위원회) 자료 및 KOTRA 함부르크 무역관 자료 종합