2020년 인더스트리 4.0 제조를 이끌 3가지 트렌드
디지털 제조로의 전환은 벌써 새로운 10년을 맞이하였고, 이같은 움직임의 기술적 모습은 변함이 없다. 인더스트리 4.0은 당분간 사그라지지 않을 전망이다.
“3가지 주요 기술 트렌드는 여전히 적층제조, 자동화, 그리고 스마트 팩토리다.” 미국 샌프란시스코 오토데스크 테크놀로지 센터(Autodesk Technology Center)의 입주 업체였던 제조기술 협회의 MT커넥트 연구소(Association of Manufacturing Technology’s MTConnect Institute) 러셀 와델(Russell Waddell) 이사의 말이다. 여기에는 인공지능(AI), 드론, 증강현실/가상현실(AR/VR), 사물인터넷(IoT)도 포함하고, 이 모든 것들이 수년 동안 인더스트리 4.0(Industry 4.0)을 정의해왔다.
2020년에 주목할 주요 트렌드는 스마트 컴포넌트 기술과 그 결과로 만들어내는 정보들을 기능적 시스템에 연결하고, 이 시스템들을 안전하게 보호하는 것, 그리고 인더스트리 4.0의 더 큰 발전위해 인재를 양성하는 노력 등에 있다.
1. 디지털 스레드(Digital Thread): 커넥티드 제조 (Connected Manufacturing)
미국 국립표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology, NIST) 제조확장파트너쉽(Manufacturing Extension Partnership, MEP) 캐롤 토마스(Carroll Thomas) 원장은 센터들의 전국 네트워크를 운영하며 미국 내 제조사들이 새로운 기술들을 도입하도록 돕고 있다. 미국 인구조사국(US Census Bureau)에 따르면, 전체 소규모 제조사들 중 75%에는 직원이 불과 20명이 채 안되는 것으로 나타났다. 이어 토마스 원장은 직원 500명 미만인 많은 중소 제조사들은 더 큰 규모의 제조업체들이 이미 수년전부터 도입한 자동화와 공급망을 이제서야 도입하기 시작했다고 전했다.
토마스 원장은 “코보트(cobot: 인간과 협업하는 로봇)가 요즘 대세다”라고 말하며, “많은 티어2와 티어3 공급자들이 센서와 AI, IoT 연결성을 이용하여 보다 신중하고 전략적인 방법으로 자동화하고 있다. 그들은 운영 전체를 디지털화 하고 있다. 이 통합이 현재 주류가 되고 있다”고 밝혔다.
기계공학자이자 NIST 스마트제조시스템 테스트베드(Smart Manufacturing Systems Test Bed) 공동 책임자인 토마스 헤드버그(Thomas Hedberg) 박사는 인더스트리 4.0이 문제를 해결하는 기본 합의가 생긴 지점까지 발달했다고 믿는다. 이는 모든 데이터와 시스템을 연결하여 제품의 설계, 제조, 검사 단계들이 순환하며 서로 피드백을 주도록 하는 것을 의미한다.
예를 들어, 적층 제조 전문가는 레이저가 분말을 녹일 때, 용융풀(melt pool)의 사진을 수백 혹은 수천 장 찍을 수 있다. 헤드버그 박사는 “데이터들을 해당 기계의 매개변수로 다시 연결시키려는 것이다”라고 말했다.
헤드버그 박사는 “제조에 있어서 이 모든 과정의 저장소(silo)가 개발되었을 당시 사람들은 이들을 연결할 생각 조차 못했다”고 전했다. 그는 이어 “하지만 그 저장소 속에서 전문적인 시스템이 개발되었으니, 그 저장소를 무너뜨리는 대신 구멍을 내 파이프라인으로 연결하는 것이 어떤가? 이것이 ‘디지털 스레드’다. 문제는 시스템 엔지니어링의 문제이고, 시스템적 사고가 이끄는 학제간 연구팀을 필요로 한다. 이것이 표준이 도입되는 지점이고 어떤 표준은 이미 연계되기 시작했다”고 말했다.
와델 이사가 관리하는 저작권 무료의 MT커넥트 머신 테크놀로지 표준은 400명이 넘는 시스템 통합자, 머신 개발자, 소프트웨어 개발자 뿐만 아니라, 모든 산업 영역의 최종 사용자들로부터 인풋을 받는다. 와델 이사는 그의 이런 하향식 관점으로부터 커넥티드 제조의 리더들이 제품 라이프사이클에서 설계, 제조, 검사 단계를 넘어 생산 후 유지보수 과정까지 포함시키는 것을 고려하기 시작했다고 본다.
예컨대 미 해군이 진보적인 두 공급체인 뉴포트뉴스 조선소(Newport News Shipbuilding)나 제너럴 다이내믹스(General Dynamics)에서 함선을 주문했다면, 설계된 그대로의 모델을 원할 것이다. 와델 이사는 “유지보수 계약은 함선이 제작되었을 때의 모습과 비교하는 재검사 같은 것이 포함되어야 할 것이다”라고 강조하며, “초기 모델에서의 변경 사항을 반영하기 위한 함선 내부의 3D 스캔이기도 하다”고 덧붙였다.
2. 엣지 컴퓨팅과 사이버보안
헤드버그 박사는 제조에 있어 데이터 연동 관련 문제 해결을 위해서는 엣지 컴퓨팅이 필요하다고 말했다. 엣지 컴퓨팅은 암호화나 머신 러닝과 같은 과정을 위한 더 많은 혹은 모든 작업들이 클라우드가 아닌 해당 기기에서 이루어진다는 점에서 클라우드 컴퓨팅과는 다르다. 또한 퍼스널 컴퓨팅과는 달리 소프트웨어가 자동으로 업데이트되고, 보안은 사용자에 의해서가 아닌 중앙 통제 방식으로 관리된다.
헤드버그 박사는 “우리의 최근 기기들은 좋은 동력을 가지고 있지만, 보다 진보된 데이터 처리 최적화를 수행하기에는 충분하지 않다”고 하며, “엣지 컴퓨팅에서 기본 처리를 할 수 있어야 하고, 데이터를 빨리 움직이고, 공장이나 기계에 해답을 제공할 수 있어야 한다”고 강조했다.
엣지 컴퓨팅은 레이턴시(latency, 처리 지연 시간)를 줄이고 더 좁은 대역폭을 사용한다. 또 클라우드로부터 개인 데이터들을 충분히 분리할 수 있고 업체에서 업데이트하는 보안 기능들이 좋을 때 엣지 컴퓨팅은 훨씬 더 나은 사이버 보안을 제공할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.
이미 커넥티드 스마트 팩토리는 사이버보안을 크게 우려하고 있다. 5G 보급에 따라 그 우려는 더 커질 것이다. 네트워크들은 5G와 함께 대부분 하드웨어에서 소프트웨어로 전환되는데, 5G는 대역폭이 넓어진다는 등의 이점이 있는 반면 사이버 공격에 더 취약하다.
토마스 원장은 “우리는 이 작은 회사들이 자동화와 센서들을 도입하는 동시에 사이버보안에 대해서도 고려하도록 최선을 다하고 있다”라고 말했다.
3. 고용과 교육
토마스 원장은 미국 내 제조업체들, 특히 중소 제조사들을 방문하면서 모든 지역에 영향을 주는 만성적인 문제를 보았다. 공장들이 채용이 필요한 자리에 적합한 인재들을 충분히 찾을 수 없다는 것이다.
그는 한 플라스틱 압출 공장의 경우, 매년 버몬트 테크니컬 칼리지(Vermont Technical College) 졸업생들을 고용하지만 여전히 필요한 자리를 다 채울 수 없다고 전했다. 또 앨라배마의 필터 제조회사는 채용공고 광고판까지 세우고 있고, 테네시의 한 공장은 직원 자녀들에게 최대한 많은 일자리를 제공하지만 인력 수급에 역부족이라고 한다.
이러한 전문 인력 부족은 많은 중형 제조사들이 자동화와 인더스트리 4.0 기술을 받아들이는데도 영향을 끼쳤다. 그러나 토마스 원장은 제조사들이 그 과정에서 일자리를 없애지는 않는다고 말했다.
그는 “이들 제조사들은 오히려 직원들을 해고하지 않기 위해서 기술을 도입하고 있다”며, “기술로 필요한 능력을 갖출 수 있도록 돕고 있다”고 말했다.
코보트와 자동화는 여전히 돈이 많이 든다. 중소 제조사들은 필요에 의해 받아들이고 있는 것이지 일자리를 없애 돈을 절약할 수 있는 한 방법으로 받아들이는 것은 아니다. 사실 토마스 원장은 인더스트리 4.0 자동화가 유지보수 전문 인력을 위한 더 높은 급여의 일자리를 오히려 창출하고 있다고 말했다. 다른 공장 일자리들의 급여도 인상된 편이지만, 노동력 부족이 시사하는 만큼은 아니다.
토마스 원장은 “그들은 인재 확보를 위해 새로운 기술을 사용한다”고 하며, “하지만 그 기기들을 운영하고 유지할 수 있는 인력이 필요하다. 이 전문 인력들이야말로 모두가 서로에게서 뺏고 뺏기는 인력들이다”고 말했다.
제조 근로자 부족현상을 해결하기 위해 토마스 원장은 해당 분야의 교육 개혁을 비롯, 확산되고 있는 다양성과 포용성(diversity and inclusion, D&I) 운동을 추천했다. 그는 “일반적으로 공장에서 일하지 않을 것 같은 사람에게 접근하라”고 제안했다. 이어 “퇴직을 앞두고 있는 사람이나 여성, 사회적 혜택을 못 받는 사람, 공부하러 대학을 갈지 말지 고민하는 사람 등 누구에게나 잠재력이 있다”고 말했다.
토마스 원장은 작년 말 벨기에 OECD지역개발포럼(OECD Local Development Forum)과 맨파워그룹(ManpowerGroup)의 웹 이벤트 ‘여자들이여, 변화를 잡자(“Women, Let’s Catch the Shift”)’와 같은 행사에서 인재 확장 및 훈련을 위한 중소 제조사들과 교육기관들 사이의 더 견고한 결속을 지지했다.
링컨 일렉트릭(Lincoln Electric) VRTEX 360 VR 용접 트레이너와 같은 새 기술은 훈련생들을 실제 용접 기구로 진행하는 용접 작업하기 전에 VR로 이 작업을 경험시켜 특정 산업에 대한 준비를 빠르고 적은 비용으로 할 수 있도록 도와준다. 미국 캘리포니아 토런스에 있는 엘 카미노 대학(El Camino College)이 이 시스템을 사용하지만, 토마스 원장은 그들이 아직 졸업생 수요에 맞게 신속하게 양성해내지 못한다고 지적했다. 밀러 오그먼티드아크 AR(Miller AugmentedArc AR) 용접 시스템과 같은 특정 상품들과 일반 앱들인 메저키트(MeasureKit), 스케치AR(SketchAR) 등의 AR 또한 제조 교육에 영향을 미치고 있다.
토마스 원장은 “사실 모든 교육이 재고되어야 한다고 생각한다”고 말하며, “매일 새로운 것에 대해 알아가려 하는 평생 학습이어야 한다. 이 모든 고용주들이 가장 우선시 하는 자질은 배우고자 하는 태도이다. 빨리 받아들이고 습득할 수 있는 사람을 원하는 것이다”라고 전했다.