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[Special] 제조업 사물인터넷(IoT) 활용 현황과 사례
작성일 2024-05-16 오후 4:32:48
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Special

 

 

제조업 사물인터넷(IoT) 활용 현황과 사례

 

IoT 도입으로 생산공정의 비용 절감과 프로세스 개선 

세계 IoT 시장 규모 확대에도 기업·산업·국가별 큰 격차


2019년 4월 세계 최초로 5G 상용화 서비스가 시작되면서 본격적인 사물인터넷(Internet of Things) 시대가 열렸다. 정보통신 기술이 발달할수록 사물인터넷의 범위와 규모가 놀라울 만큼 확장되고 있다. 특히 제조업과 사물인터넷의 접목은 생산 설비의 운영 효율성과 경제성을 획기적으로 개선할 수 있는 만큼 많은 관심이 쏠리고 있다. 스마트제조혁신추진단의 ‘스마트제조 정책브리프(2023-10호)’ 자료를 통해 제조업의 사물인터넷 활용 현황과 사례를 살펴봤다.


IoT와 제조업의 결합으로 생산공정 효율 개선

IoT(Internt of Things, IoT), 사물인테넷이란 물리적(physical) 장치와 사물 간 네트워킹을 가능케 하는 기술이다. 최근 사물인터넷(Internt of Things, IoT)과 제조업 분야의 결합이 확산되면서 다양한 방면에서 생산 공정에 개선 효과를 낳고 있다. 

산업용 IoT(IIoT)는 다양한 기업들의 생산 설비 및 공정과 접목하며 제조업 경쟁력을 한층 개선해 나가고 있다. 제조업과 IoT의 결합이 보여줄 수 있는 가능성과 시너지는 크게 다섯 가지를 꼽을 수 있다. 

첫째, 예측 유지 및 보수 측면의 지원이 탁월하다. IoT로 수집된 기계의 센서 데이터가 생산 장비 상태를 실시간으로 모니터링하고 기계 고장을 예측해 고장이 발생하기 전에 유지보수를 지원할 수 있다. 

둘째, 추적·모니터링 기능을 통한 업무 효율성 강화를 꼽을 수 있다. 위치 센서와 IoT를 통해 확보되는 위치 데이터를 통해 입출고 물품의 위치를 추적해 보다 효율적인 상품 모니터링을 구현할 수 있다. 

셋째, 생산 최적화에 기여할 수 있다. 제조기업들은 생산 공정 단계마다 부착된 센서를 통해 모든 생산 공정의 모든 지점에서 발생하는 상황을 종합적으로 파악해 실시간으로 조정 가능하다. 

넷째, 에너지·자원 최적화도 가능하다. 스마트 미터와 IoT 센서를 통해 생산 공정의 에너지 소비를 모니터링할 수 있다. 기업들이 자원을 보다 효과적으로 사용할 수 있는 방법을 파악하고 적용하도록 지원이 가능하다. 

다섯째, 디지털 트윈을 통한 효율성의 극대화 실현이 가능하다. 물체를 디지털 데이터로 정확하게 재현해 실제 물체가 아닌 디지털에서 먼저 프로세스를 테스트함으로써 비용과 자원 절약이 가능하다. 

 

 

 

전 세계 IoT 시장 확대되며 급성장 단계 돌입

전 세계 IoT 시장은 급성장 단계에 진입했다. IoT 연결 기기 수, 반도체 부품, 특허 출원, 벤처 캐피탈(VC) 투자를 감안해봐도 이는 명확하게 나타난다. 2020년 IoT 연결 기기의 수가 비연결 기기 수를 추월했으며, IoT 기기용 반도체가 전 세계 반도체 시장의 5~7%를 차지하는 상황이다. 2010년부터 2018년까지 IoT 관련 특허 출원은 매년 약 20% 증가했다. 또한 IoT 기업에 대한 VC 투자도 최근 10년간 급속히 증가하며 2020년 기준 80억 달러로 성장했다. 

IoT의 기하급수적인 성장에도 불구하고 기업, 산업, 국가별로 확산 수준에는 큰 격차가 존재하는 것으로 나타난다. 2020년 기준 OECD 회원국들을 살펴보면 평균 IoT 도입률 격차는 20%에 달할 정도로 차이가 크다. 2022년 2월 기준 유럽 제조기업들의 IoT 채택 분야 순위를 살펴보면 보안이 가장 높았으며, 이어 생산 프로세스 및 물류 추적, 물류 최적화 등의 순으로 나타났다. 데이터 분석을 통한 생산 공정 최적화는 아직 초기 단계에 머물러 있다. 

해외 제조기업들 중에서 IoT를 제조 공정에 도입해 가치창출을 한 사례는 매우 다양하다. 하지만 기업 측면에서는 여전히 IoT 도입까지 장벽이 존재하며, 기업 규모별·업종별 상당한 격차가 존재하는 것도 사실이다. 

기존 조사 및 연구에 의하면 IoT는 비용 절감과 프로세스 개선을 통해 제조기업의 경쟁력 제고에 기여할 잠재력을 보유하는 것은 명확해 보인다. 하지만 디지털 보안 위협 및 데이터 보호에 대한 우려 등이 제조업의 IoT 도입에 장애 요인이 되고 있다. 장비 간 상호 운용성 확보와 제한적인 확장성 등도 선결 과제로 지목되는 상황이다. 

다만, IoT의 도입 효과와 선결 과제에 대한 정성적 분석과 전망 외에 실제 IoT 도입으로 창출된 기업 성과에 대한 정량적 측정과 관련 데이터 수집은 미흡한 수준이다. 

 


 

 

산업용 IoT, 제조업 디지털 전환의 주요 동력 부상 

산업용 IoT(Industrial IoT, IIoT)는 제조업 디지털 전환의 주요 동력이자 인더스트리 4.0의 핵심 기술 중 하나라고 할 수 있다. 인더스트리 4.0은 사이버물리시스템(CPS), 빅데이터, 인공지능, 클라우드·엣지 컴퓨팅, 가상현실·증강현실의 채택에 기반한 광범위한 개념이다. 

산업용 IoT를 기반으로 인더스트리 4.0을 구현한 스마트공장은 기존 생산 공정 자동화를 한층 업그레이드 할 수 있다. 완전 연결(fully connected), 유연, 최적화 시스템으로 전환이 가능할 뿐만 아니라, 이를 통해 대량 생산 가격으로 맞춤형 제품의 설계가 가능해 진다. 더불어 파트너-공급업체-고객 간 데이터 흐름도 수평적으로 통합할 수 있다. 개발부터 최종 제품에 이르기까지 기업 내 수직적 통합을 통해 모든 공정이 실시간 정보와 통합되고 소비자 트렌드 변화도 반영이 가능하다. 

현재 세계 주요국은 제조업 디지털 전환을 주요 정책 과제로 인식하고 인더스트리 4.0 정책을 도입하고 활발히 추진 중이다. 2011년 독일(Industrie 4.0)을 시작으로 일본(Society 5.0), 미국(산업인터넷컨소시엄), 중국(중국제조 2025) 등 글로벌 주요국들이 앞다퉈 제조업 디지털 전환 이니셔티브를 추진 중이다. 

유럽연합(EU)은 인더스트리 4.0과 제조업 디지털 전환을 회원국 경제 회복과 복원력 강화를 위한 핵심 정책 과제로 인식하고 활발한 투자를 진행 중이다. EU에서는 2017년 기준으로 15개 회원국들이 제조업 디지털 전환 이니셔티브를 채택했다. 특히 이탈리아의 경우 2022년까지 240억유로 규모의 제조업 디지털 전환 관련 투자를 골자로 하는 ‘전환 계획 4.0(Transition 4.0)’을 발표한 바 있다.  

EU와 캐나다의 경우 제조기업의 IoT 기술 채택률이 에너지 부문의 IoT 채택률보다는 비교적 낮은 수준에 머물러 있다. EU 통계청(Eurostat) 자료에 따르면, 2022년 유럽 제조기업의 IoT 채택률은 평균 31%으로 나타났다. 반면, 에너지 기업의 IoT 채택률은 47%를 기록했다. 캐나다 연방 통계청 자료에 따르면, 2019년 캐나다 제조기업의 IoT 채택률은 22%이었던 반면 에너지 기업의 IoT 채택률은 46%를 기록했다.

 

 

제조업 IoT 도입 최대 걸림돌은 비용 및 표준화 미비

제조기업의 IoT 채택률과 활용 분야, 데이터 활용 측면에서 살펴보면 국가별로 편차가 크게 나타난다. 2022년 기준 유럽 제조기업의 IoT 채택률은 보안분야 76%, 생산 공정·물류 모니터링 42%, 에너지 소비 최적화 37% 순이었다. 유지보수, 고객 서비스 분야는 각각 25%, 11% 수준으로 IoT 채택률이 미진한 것으로 나타났다.  

2019년 기준 이탈리아의 제조업 IoT 채택률은 특히 생산·에너지 소비 실시간 제어를 중심으로 하는 공장 관리(스마트공장) 분야가 66%, 창고·공급망 상품 추적(스마트 물류) 분야가 27%를 기록한 것으로 나타났다. 아직까지는 제조업에서 IoT 센서를 통해 수집된 데이터의 활용 및 빅데이터 분석은 아직 초기 단계라고 할 수 있다. 

이탈리아는 스마트공장 분야 IoT 도입 비중이 66%에 달한다. 그럼에도 신모델 개발·제품 업데이트 최적화를 위한 스마트 라이프사이클 프로젝트에 IoT를 채택한 비중은 7%에 불과한 실정이다. 

유럽의 제조 및 에너지 기업 중 스마트 디바이스 및 센서 데이터 활용 비중은 3.2%로 전반적으로는 낮은 상황이며 국가별는 편차가 있다. 네덜란드는 제조기업의 10%, 벨기에와 핀란드는 제조기업의 약 7%가 IoT 디바이스 및 센서 데이터를 활용하고 있다.

제조업의 IoT 도입은 생산성 증대 효과가 확실하지만 원활한 확산을 저해하는 요소들이 있다. 다양한 커넥티드 시스템 및 클라우드 솔루션과 앱으로의 확장 비용 부담, 더불어 표준화 미비 등을 큰 장애물로 꼽을 수 있다. 그럼에도 IoT 도입에 따른 이점이 크기에 제조업의 IoT 도입은 더욱 확대될 것으로 전망된다. 

영국 경제분석기관 EIU(Economist Intelligent Unit)가 발표한 ‘IoT Business Index 2020’ 에서도, 제조기업들이 IoT 채택 장애물로 커넥티드 제품·시스템, 클라우드 솔루션·앱 확장의 부담이라고 지적한 바 있다. 또한 Microsoft의 2020년 조사에 의하면, 제조업 IoT 도입 프로젝트의 1/3 정도가 개념증명(proof-of-concept) 단계에서 실패하는 것으로 나타났다. 그 이유는 보안, 개인정보보호 리스크, 비용, 표준·상호 운용성 부족 등으로 분석됐다. 

하지만 IoT 도입이 진행되면 생산성 증대 효과가 높은 만큼, 향후 산업계에서는 제조업이 IoT 도입을 주도하게 될 가능성이 높은 것으로 전망된다. 

 


 


국내 스마트공장 보급사업으로 기업 디지털 전환 촉진

우리나라의 스마트공장 보급사업은 주요국 디지털 전환 정책 중 중소기업의 디지털 기술 도입을 지원하는 정책으로서 우수 사례로 꼽히고 있다. 

2014년 7월 산업통상자원부는 ‘제조업 혁신 3.0 전략’을 발표하고, IT·SW 융합을 통한 신산업으로 부가가치를 창출하고, 국내 제조업만의 경쟁우위 확보를 위한 중장기 정책을 제시했다. ‘제조업 혁신 3.0 전략’의 골자는 중소 제조기업이 디지털 제조 방식을 도입하도록 자금·기술 개발·노하우를 지원하는 것이다. 정부는 2020년까지 국내 중소기업(종업원 10인 이상 기업)에 스마트공장 1만 개를 구축하는 것을 목표로 설정했다. 2019년에는 중소벤처기업부가 ‘제4차 중소기업 기술혁신 촉진계획’을 수립해 2022년까지 스마트공장 3만 개 구축 목표를 발표하기도 했다. 

국내 스마트공장 보급사업은 정부 주도 또는 대기업 자발적 지원 하에 대·중소 상생형의 2가지 방식으로 시행되고 있다. 2020년 말까지 우리나라의 전체 스마트공장 1만 9,799개 중 대부분이 정부 주도의 지원과 보급으로 진행됐다. 

현재 국내 중소기업들의 스마트공장 채택 수준은 초·중급 레벨에 집중된 상황이다. 하지만 스마트공장 보급사업에 참가한 중소기업들은 상당한 성과를 창출하는 데 성공하고 있다. 

우리 정부는 스마트공장 발전 수준을 ▲ICT 미적용 ▲기초 ▲중간1 ▲중간2 ▲고도로 구분하고 있다. 국내 중소기업 대부분은 기초 및 중간1 단계에 해당되며(기초 74.5%, 중간I 23.7%), 중간2 단계는 1.8%, 고도에 해당되는 중소기업은 전무한 실정이다. 스마트공장 보급사업 지원을 받은 중소기업들은 생산성 향상, 불량률 감소, 생산 비용 절감, 납기 단축 등의 성과를 확인하는 것으로 나타난다. 

유럽에서도 중소기업과 대기업 간 IoT 이용률과 활용 수준에서는 격차가 존재하는 실정이다. 유럽 제조, 에너지, 건설 업종을 아우르는 IoT 기기 사용률 데이터를 살펴보면 대기업과 중소기업 격차가 27%에 달할 정도로 격차가 있는 상황이다. 

제조, 에너지, 건설 부문 대기업과 중견기업은 다른 부문 대비 평균적으로 IoT 기기 이용률이 높은 것으로 나타났다. 반면, 소규모 기업은 다른 부문의 기업들에 비해 뒤처진 것으로 조사된다. 2018년 유럽 중소기업을 주요 대상으로 한 설문조사에서는 IIoT를 도입한 중소기업들도 생산 시스템 계획이나 데이터 분석보다는 실시간 모니터링 중심으로 IIoT를 사용 중인 것으로 확인됐다. 

 


 

 

OECD, 독일과 브라질 제조업 IoT 활용 현황 조사

제조업 IoT 채택 현황 및 연구자료 분석, 설문조사는 제조업의 IoT 도입과 확산 현황을 파악하는 데 유용하다. OECD는 제조업의 IoT 활용 현황과 주요 기능 및 영향을 보다 심층적으로 이해하기 위해 독일과 브라질의 대기업과 중소 제조기업을 대상으로 사례 조사를 실시한 바 있다. OECD는 기업 선정 기준으로 생산공정에 IoT 솔루션을 접목하고 구현한 기업을 대상으로 삼았다. 구체적으로 IoT 솔루션을 활용해 생산공정의 추적 및 모니터링, 예측 유지보수, 생산 최적화, 에너지·자원 최적화, 제품 맞춤화 및 고객 피드백 등 목적을 갖고 하나라도 수행하는 기업들이 대상이었다. OECD의 조사 내용은 선정기업이 채택한 IoT 솔루션에 대한 기술과 구현 프로세스, 기업의 가치를 분석하는 것이었다. 설문조사 및 심층 인터뷰를 통해 IIoT 투자 촉발 요인, 디지털 기술 투자에서 IIoT 비중, IIoT 솔루션 보완을 위한 다른 디지털 기술 업그레이드 구현 등을 중심으로 사례 조사가 진행됐다. 이번 OCED 사례조사는 독일에서 IIoT 공급 업체 5개 기업와 IIoT 사용 업체 4개, 브라질에서는 IIoT 공급 업체 4개 기업, IIoT 사용 업체 6개 기업이 선정돼 참여했다.

독일에서 제조업은 국가 경제의 가장 중요한 핵심 역할을 담당하다. 그럼에도 ICT, 금융, 서비스업 등 타 업종에 비해 디지털 전환이 더딘 상황이다. 연방경제기후부(BMWK)의 2019년 자료에 따르면 독일 제조업은 약 1,500만개의 고용을 직·간접적으로 창출하며 중소기업은 전체 기업의 99%, 일자리의 60%를 차지하고 있다. 

IT 및 통신, 컨수머 테크놀로지 부문 컨설팅 기관인 IDC의 2020년 조사에 따르면, 종업원 100명 이상의 독일 제조기업은 생산성 증대 및 비용 최적화를 IIoT 도입 1순위 이유로 지목한 것으로 나타났다. 또한, IIoT 연결 방식과 관련해 현재는 유선 연결이 주종을 이루지만, IIoT 프로젝트의 59%가 5G를 사용하거나 사용 중이라고 답하는 등 무선 네트워크의 중요성이 부각되는 추세로 나타났다. 

IIoT 도입을 저해하는 장애물과 관련해서는 가장 많은 37%의 기업이 보안을 문제로 꼽았다. 이어 35% 기업이 예산부족과 IIoT 프로젝트 구현의 복잡성을 들었으며, 33% 기업이 고품질 데이터 보장과 내부 노하우 부족을 지목했다. 

브라질 인터넷 운영 위원회(CGI.br)에 따르면, 2021년 기준 브라질 기업의 14%가 스마트 기기 또는 IoT 애플리케이션을 사용한다고 응답한 것으로 나타났다. 해당 비율은 중소기업보다는 대기업(21%)에서 그 비율이 높았다.  

브라질 제조기업들의 IoT 사용 비중은 11%로 나타났다. 특히 정보·통신 분야의 IoT 사용 비중이 36%로 가장 높았으며, 부동산, 전문, 과학·기술, 행정·지원 서비스 업종의 IoT 사용 비중은 18%로 낮게 나타났다. 브라질 제조기업들이 사용하는 IoT 센서, 스마트 디바이스의 주된 사용 목적은 보안(86%)과 에너지 소비 최적화(51%) 순이었다. 이어 생산 공정과 직접적으로 연결된 애플리케이션은 46% 수준을 기록했다. 

 

 


 

 

IIoT 도입·확산 저해 요인 파악 후 전략적 지원 필요 

IIoT 도입이 데이터 기반의 제조 공정 생산성 증대와 최적화, 빅데이터와 AI 기술 접목 등 제조업 디지털 전환의 기반이 될 것이라는 기대감이 부상하고 있다. 하지만 여전히 선결 과제가 산재한 상황이다. 

기업 내외부의 IIoT 도입 저해 요인과 기술적·문화적 요인까지 포함해 포괄적인 제조업의 IIoT 도입·확산과 관련한 실상 파악은 여전히 미흡한 실정이다. 특히 대기업과 중소기업 간 IIoT 도입·확산 격차를 정확히 파악하고, 자발적으로 IIoT 도입 부담이 큰 중소기업을 중심으로 관련 정책을 수립할 필요가 있는 상황이다. 중소기업의 IIoT 도입 장애 요인을 비용 부담에만 초점을 맞출 것은 아니다. 전문 인력의 부재와 중소기업 내부의 디지털 전환에 부합하는 개방성과 조직 문화 구축 여부에도 관심을 기울일 필요가 있다. 중소기업의 IIoT 도입·확산과 디지털 전환 장려를 위해서는 정부 재정 지원과 대·중소기업 협력을 포함한 민관 협력 차원의 균형잡힌 지원이 중요하다. 

IIoT 투자에 대한 세금 감면 등 정부 지원을 통해 도입 비용 부담을 낮추면서, 중소기업의 도입을 유도하고, 이후 대기업 파트너십을 통해 IIoT 활용 전략과 노하우 전수가 요구된다. ICT 인프라와 정책 패키지, 대기업-중소기업 협력 등 축적된 스마트공장 정책 경험을 바탕으로 전 세계 중소 제조기업 IIoT 도입 및 디지털 전환 트렌드를 선도해 나가야 할 것이다. 

IIoT와 같이 실시간 데이터 기반 생산 공정 최적화를 위해서는 유선 브로드밴드 뿐만 아니라, 5G와 사설망(private network) 등 무선 연결도 중요해지는 추세다. 우리나라는 전 세계 최고 수준의 광통신 브로드밴드와 5G 네트워크가 구축돼 있다. 중소 제조기업들의 IIoT 도입과 디지털 전환을 추진할 수 있는 환경이 구축된 만큼 다양한 방식의 IIoT 실증이 가능할 것으로 보인다.