미국 스마트 제조기술 및 스마트공장 시장 현황  

제조산업 미래 경쟁력을 위해 스마트 제조 및 기술 주목 

향후 미국 스마트 공장 및 솔루션 관련 시장 성장 잠재력 높아 

세계 패권 경쟁이 가속화되면서 미국과 중국의 패권 경쟁은 더욱 가속화되고 있다. 최근 미국은 자국 내 제조산업에 대한 지원 정책을 크게 강화하고 있다. 자국 기업들의 리쇼어링을 유도하거나 해외 기업들의 미국 내 진출을 독려하는 등 산업 전반의 변화를 꾀하고 있다. 특히 미국은 자국의 제조산업 경쟁력 확보를 위해 스마트공장 및 스마트 제조기술 활성화를 적극적으로 추진하고 있다. 중소벤처기업부 스마트제조혁신추진단의 리포트, ‘스마트 제조 글로벌 마켓 리포트, 미국편(’24.6.)’을 통해 미국 스마트 제조 관련 현황을 살펴봤다.   

미국 제조혁신 위해 스마트 제조기술 지원 강화

미국과 중국 등 주요국들을 중심으로 첨단기술에 대한 중요성이 더욱 부각되고 있다. 세계 주요국들이 자국의 첨단산업 육성과 국가 경제안보와의 연계를 강조하면서 첨단제조를 둘러싼 패권 경쟁이 치열해지고 있다. 첨단제조 경쟁 속에서 미래 지속가능한 성장과 산업혁신을 위해서는 필연적으로 스마트 제조를 통한 경쟁력 강화가 필수적이다. 

미국은 오바마 대통령이 집권한 2009년부터 강력한 제조혁신 정책을 추진해 왔다. 최근에는 해외에 있는 자국 기업들의 회귀를 독려하는 한편 글로벌 기업들의 유치 정책까지 적극적으로 펼치고 있다. 

특히 미국은 최근 수년간 제조업 지원 정책을 크게 강화하면서 스마트공장에 대한 관심도 커지며 투자도 증가하고 있다. 미국 정부와 산업계는 스마트공장이 제조업의 당면 과제들을 일정 부분 해결해 줄 것으로 기대하고 있다. 현재 많은 미국 제조업체들은 효율성 제고 및 조직 전반의 회복 탄력성 구축을 위해 스마트 제조 등 디지털 전환을 적극적으로 시도 중이다.

미국 정부는 북미 자유 무력 협정에 이어 인플레이션감축법(IRA) 등의 정책을 추진하며 기업들의 유입을 유인하고 있으며, 유의미한 성과를 위해서는 스마트 제조를 통한 제조혁신은 불가피한 상황이다. 따라서 미국 정부의 스마트 제조 지원은 향후 더욱 확대될 전망이며, 미국 스마트 제조 시장 역시 지속적인 성장이 예상된다. 

미국 기업들 미래 경쟁력은 스마트 공장 솔루션으로 인식   

미국 산업계의 디지털 전환에 대한 인식도 크게 변화하고 있다. 글로벌 컨설팅 기업, 딜로이트가 ‘2024 제조산업 아웃룩 보고서(’23. 10. 30.)’를 발표한 바 있다. 이 보고서에 따르면 미국 제조업체 임원 86%가 스마트 팩토리 솔루션이 향후 5년간 제조업 경쟁력의 주요 동인이 될 것이라고 응답하기도 했다. 또한 응답자의 83%는 향후 5년간 스마트공장 솔루션이 제품 생산 방식을 전환할 것이라고 전망하기도 했다. 최근 미국 산업계는 스마트공장 구축을 통해 안전하면서도 지속가능한 제조 여건을 갖춤과 동시에 자산 효율성, 노동 생산성 제고, 제품의 품질 향상, 비용 절감 등을 기대하고 있다. 

딜로이트는 스마트공장 이니셔티브 수행을 통해 ▲안전 및 지속가능성 10% 향상 ▲자산 효율성 20% 향상 ▲제품 품질 30% 향상 ▲비용 30% 절감 등의 성과를 달성할 것으로 평가하고 있다. 

딜로이트는 SBDA(Small Business Digital Alliance)의 자료 ‘소기업 현황(Sate of Small Business)’을 분석한 바 있다. 딜로이트에 따르면 미국 내 중소기업 74%가 디지털 툴(Tool)의 유용성을 누리지 못하는 것으로 나타났다. 

디지털 전환에 성공적인 중소기업은 그렇지 않은 기업에 비해 괄목할 만한 성과를 거두고 있다. ▲종업원당 매출액 2배 ▲전년도 일자리 창출 3배 ▲평균 고용 증가율 6배 ▲전년도 수출 3배 ▲전년도 매출액 증가율 4배의 성과를 달성한 것으로 나타났다. 

현재 중소기업들의 디지털 툴 사용이 떨어지는 원인으로는 ▲자사 사업과의 관련성 부족(40%) ▲자사 사업에 대한 효율성 부족(38%) ▲정보보호와 보안에 대한 우려(34%) ▲디지털 툴에 대한 충분한 경험 부족(30%) ▲디지털 툴 학습 시간 부족(29%) 등을 지적하고 있다.

미국 스마트 제조 기술 채택은 우주항공 분야 가장 높아

미국 오번대학교(Auburn University)의 학제간 첨단제조시스템센터(ICAMS)가 미국 기업을 대상으로 스마트 제조 기술 채택 현황 및 과제를 조사한 바 있다. 조사 보고서(Smart Manufacturing Adoption Study 2023_’23. 12. 12.)는 스마트 제조 기술 채택의 연간 진행 상황에 대한 5년간의 연구 중 두 번째다.  

ICAMS의 조사보고서는 3D 프린팅, 인공지능(AI), 자동화, 빅데이터, 센서/사물인터넷(IoT), 예측 분석 등 스마트 제조 기술 채택에 있어 현재의 비즈니스 과제, 동기 및 장벽 등을 파악했다. 미국 내 36개주, 146개 중소기업(종업원수 500명 미만, 1억달러 이하)을 대상으로 조사가 진행됐으며, 스마트 제조 기술을 채택한 산업별 비중을 살펴보면 우주항공(42%), 자동차(25%), 소비재(26%), 국방(53%), 에너지(21%), 의료(28%), 운수(18%), 기타(23%) 등으로 나타났다. 

조사에서 중소기업들은 스마트 제조 기술의 중요성에 대해 충분히 인식하고 있었다. 응답자 40%는 기업의 비즈니스 과제 해결을 위한 스마트 제조 기술 중 ‘자동화’를 1위 핵심 솔루션으로 선택했다. 응답자들은 상위 3대 기술 솔루션으로 ▲센서/IoT(67%) ▲자동화(63%) ▲예측 분석(59%)을 꼽았다. 센서/IoT 기술에 대한 응답이 가장 높은 비율을 나타냈지만 우선순위나 중요도 측면에서는 ‘자동화’ 부분이 가장 높은 점수를 받았다. 

이외에 응답자 17%가 3D 프린팅을 중요 솔루션으로 선정해 자동화 다음으로 중요한 기술로 선택했지만, 1~3순위까지 전체 28%만이 중요도 3위 내에 3D 프린팅을 선정한 점은 특기할 만한 부분이다. 

ICASM의 보고서는 단계별 스마트 제조 기술 채택 현황도 조사했다. ▲인식(기술 필요성), ▲연구(기술 용도, 적용가능성 등), ▲평가(솔루션 검토 및 비용, 자원 비교), ▲구현(신기술 도입), ▲사용(기술 구현으로 생산 활용) 등 5개 단계별 스마트 제조 기술 채택 현황을 파악했다. 

가장 많은 응답자들이 활용하는 사용(도입 완료) 단계 기술은 3D 프린팅(36%), 자동화(34%), 센서/IoT(26%) 순으로 나타났다. 반면 인식(도입 초기) 단계에 있는 기술은 인공지능(37%), 빅데이터(27%), 3D 프린팅(26%) 순이었다. 

스마트 제조 기술 장벽은 인식부족 & 비즈니스 사례 부족

ICASM 보고서의 소프트웨어 사용 현황을 보면, 전반적으로 소프트웨어 채택에 있어 개선의 여지가 충분히 있다는 것을 시사했다. 94명의 응답자 중 82%가 전사적 자원 관리(ERP) 소프트웨어를 사용하고 있으며 이는 디지털 혁신의 기반이 마련될 가능성이 있음을 나타낸다. 일정 수립은 조달, 생산, 이행 등 제조의 모든 측면에서 중요하다. ICASM 보고서에서 응답자의 67%는 일정 관리 소프트웨어를 사용하고 있으나, 나머지 33%는 일정 관리 방법과 수행 여부가 불분명한 것으로 나타났다. 

생산 관리 시스템(MES) 소프트웨어는 응답자의 45%만이 사용하고 있는데, 82%의 기업이 ERP 소프트웨어를 사용 중이라는 점을 고려하면 이 비율은 미미한 수준이었다. 공급망 관리(SCM) 및 공급자 관계 관리(SRM) 소프트웨어는 채택률이 낮아 개선의 여지가 큰 편으로 나타났다. SCM을 사용하는 응답자는 38%, SRM을 사용하는 응답자는 31%로 낮게 나타나 하위 공급업체, 제조업체, 고객 간에 의사소통 장벽이 있을 가능성이 존재하는 상황이다. 

스마트 제조 기술에 대한 인식 부족과 비즈니스 사례 부족은 스마트 제조 기술 채택에 있어서 중요한 장애물로 확인됐다. 3D 프린팅’은 비즈니스 사례 부족(19%)과 높은 비용(17%)을 채택의 가장 큰 장애물로 지적한 반면 비즈니스 사례 부족은 지난해 조사에 비해 6%p 감소했다. 

‘인공지능’의 경우 비즈니스 사례 부족(23%)과 인식 부족(22%)이 가장 중요한 장애물이었다. 인공지능이 일반적인 용도에서 제조 애플리케이션으로 전환되는 과정은 아직 초기 단계인 것으로 확인됐다. ‘자동화’ 채택은 높은 투자비용이 가장 큰 장벽이며, 필요한 인력 스킬 부족도 주요 장벽으로 나타났다. ‘빅데이터’ 활용은 인식 부족(19%)과 비즈니스 사례 부족(20%)이 여전히 가장 높은 장벽으로 남아있으나 지난해에 비해 인식 부족이 6% 감소했다. 

‘센서/IoT’ 채택에 대한 장벽은 대부분 항목에서 15~16% 정도로 비슷한 수준으로 나타났다. ‘예측 분석’ 기술의 경우 인식 부족(22%), 비즈니스 사례 부족(17%), 필요한 인력 스킬 부족(16%)이 주요 장벽으로 나타났다. 

’30년 미국 스마트공장 솔루션 시장 1,762억 달러 전망

글로벌 시장조사 업체인 1000IQ에 따르면 2023년 세계 스마트공장 솔루션 시장규모는 946억 4,000만달러에서 연평균 9.34% 성장하면서 2030년 1,762억 1,000만달러에 달할 것으로 전망된다. 

지역별로 살퍼보면 북미 지역은 글로벌 스마트공장 시장에서 비중이 가장 높은 시장이었다. 북미 시장은 2023년 372억 9,000만달러에서 2030년 671억 4,000만달러로 연평균 8.81% 성장할 것으로 전망된다. 북미 시장 중 미국 시장 비중은 2023년 76.7%에서 2030년 75.7%로 소폭 낮아질 것으로 예상된다. 

스마트 기술 솔루션별로 살펴보면 산업용 로봇은 2023년 33.8%에서 2030년 32.0%로 소폭 하락할 것으로 전망된다. 그럼에도 북미지역에서는 미국 시장의 비중이 가장 높고 산업용 센서 시장 성장률이 가장 높을 것으로 예상된다. 북미지역의 산업용 센서 시장은 2023년 79억 3,000만달러에서 2030년 153억 1,000만달러로 연평균 9.90% 성장할 것으로 보인다. 

1000IQ에 따르면 미국 스마트공장 시장은 2023년 285억 9,000만달러 규모로 추정했다. 향후 2024년부터 2030년까지 연평균 8.62% 성장해 2030년에는 508억 4,000만달러에 달할 것으로 전망된다. 미국 스마트 공장 시장에서는 산업용 로봇의 비중이 가장 높았다. 2023년 미국의 산업용 로봇 규모는 96억 4,000만달러를 기록할 것으로 예상된다. 이후 연평균 성장률 7.7%를 지속하며 2030년에는 162억 2,000만달러 규모가 될 것으로 예상된다. 

’22년 미국 자동차 산업용 로봇설치 전년대비 47% 급증

IFR(International Federation of Robotics)가 발표한 보고서(World Robotics 2023 Report)에 따르면 미국의 산업용 로봇 설치 대수는 2022년 기준 39,576대로 전 세계 국가 중 3위를 기록했다. 또한 로봇 밀도(노동자 1만 명당 로봇 대수)에서도 홍콩, 스위스, 대만에 이어 10위를 기록했다. 참고로 로봇 밀도 1위는 중국(290,258대), 2위는 일본(50,413대) 이었다. 2022년 미국 자동차 산업의 산업용 로봇 설치 대수는 14,472대로 전년에 비해 47% 증가했으며, 전체 설치 대수에서 차지하는 비중도 37%로 증가한 것으로 나타났다. 다음으로 많은 산업용 로봇을 설치한 산업분야는 금속 및 기계산업(3,900대), 전기전자산업(3,732대)의 순이었다. 

IFR에 따르면 미국의 산업용 센서 시장규모는 2023년 66억달러로 예상되며, 연평균 9.68% 증가하며 2030년에는 115억 4,000만달러 규모로 성장이 전망된다. 산업용 3D 프린터 시장은 2023년 73억 7,000만달러 규모로 이후 연평균 9.15% 증가하며 2030년에는 135억 7,000만달러에 달할 것으로 전망된다. 머신 비전 시스템 시장은 2023년 55억 2,000만달러로 예상되며 평균 8.13% 증가해 2030년에는 95억 1,000만달러 규모가 될 것으로 보인다. 산업용 센서와 산업용 3D 프린터 시장이 스마트공장 시장에서 차지하는 비중은 2023년 47%에서 2030년에는 49.4%로 증가할 것으로 추정되다. 

산업 특성별로 미국 스마트공장 시장을 전망해보면 2030년에도 이산(discrete) 산업 비중이 여전히 높을 것으로 전망되지만 공정(process)산업 시장이 보다 빠르게 증가하면서 격차는 축소될 것으로 보인다. 1000IQ는 미국 스마트공장 시장에서 이산 산업 영역의 매출은 2023년 153억달러로 추정했으며, 연평균 8.39% 증가하며 2030년에는 267억 9,000만달러 규모가 될 것으로 전망했다. 미국 스마트 공장 시장에서 이산 산업이 차지하는 비중은 2023년 53.5%에서 2030년에는 52.7%로 소폭 낮아질 것으로 보인다. 반면, 공정 산업의 비중은 2023년 133억달러에서 연평균 8.88% 증가해 2030년에는 240억 5,000만달러 규모가 될 것으로 보인다.  

’33년 미국 산업 자동화 시장 4,263억 달러 규모 성장

글로벌 시장조사 업체 Apollo는 올해 3월 미국 제조업 콘트롤 시스템 시장 보고서(U.S. Industrial And Control System Market Report With Global Overview)를 발표한 바 있다. 이 보고서에 따르면 글로벌 산업 자동화 및 제어 시스템 시장은 2023년 1,795억 8,000만달러에서 2033년 4,263억 7,000만달러로 연평균 9.1% 성장할 것으로 전망된다. 

지역별로 살펴보면 2023년에는 북미 시장의 비중이 33.5%로 가장 컸으나, 2033년에는 아시아·태평양 시장의 비중이 31.3%로 가장 커질 것으로 전망된다. 특히, 북미 시장의 경우 2023년 600억 7,000만달러에서 연평균 7.46% 증가해 2033년에는 1,228억 2,000만달러 규모에 달할 것으로 보인다. 

품목별로 살펴보면 컨트롤 밸브 비중이 가장 크고, HMI(Human Machine Interface)와 센서 시장의 연평균 성장률이 8% 이상을 기록할 것으로 추정된다. 

구체적으로 북미 지역의 컨트롤 밸브 시장은 2023년 167억 3,000만달러에서 연평균 6.66% 증가해 2033년에는 317억 5,000만달러를 기록할 보인다. HMI 시장은 2023년 100억달러에서 연평균 8.79% 증가해 2033년에는 231억 4,000만달러에 이를 것으로 예상된다.  센서 시장은 2023년 124억 2,000만달러에서 연평균 8.44% 증가해 2033년에는 278억 달러를 기록할 것으로 전망된다. 

제어 시스템별로 살펴보면 DCS(Distributed Control System)가 가장 높은 비중을 유지하는 가운데, SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) 시스템의 시장 성장률이 8.21%로 가장 높을 것으로 전망된다. DCS는 2023년 195억 5,000만달러에서 2033년 375억 2,000만달러로 연평균 6.78% 증가가 예상된다. PLC(Programmable Logic Controller)는 2023년 148억 6,000만달러에서 연평균 7.94% 증가해 2033년 317억 7,000만달러 규모가 될 것으로 전망된다. SCADA의 경우 2023년 119억 2,000만달러에서 연평균 8.21% 증가해 2033년 261억 2,000만달러를 기록할 것으로 추정된다. 

산업 자동화제어 시스템 시장은 컨트롤 밸브 비중 높아 

미국의 산업 자동화 및 제어 시스템 시장은 2023년 501억 2,000만달러에서 연평균 7.38% 증가해 2033년 1,017억 3,000만달러까지 성장할 것으로 예상된다. 품목별로는 컨트롤 밸브 분야의 비중이 가장 높을 것으로 예상된다. 2023년 139억 3,000만달러에서 2033년 262억 5,000만달러로 연평균 6.58% 성장할 것으로 보인다. HMI 분야는 연평균 성장률이 8.72%로 가장 빠른 성장을 기록해 2033년에는 191억 3,000만달러에 달할 것으로 보이며, 센서 분야의 연평균 성장률도 8.38%에 달할 것으로 전망된다. 

미국 시장의 HMI와 센서 분야 비중은 2023년 37.2%에서 2033년에는 41.4%로 높아지고, 컨트롤 밸브와 산업용 로봇의 비중은 2023년 52.9%에서 2033년에는 49.5%로 소폭 낮아질 것으로 예상된다. 

미국 시장에서 제어 시스템별 성장 전망을 살펴보면 DCS 시스템이 가장 높은 비중을 유지하는 가운데 SCADA 시스템 성장률이 가장 높을 것으로 전망된다. DCS는 2023년 162억 9,000만달러에서 연평균 6.7% 성장해 2033년 310억 3,000만달러에 달할 것으로 예상된다. SCADA는 2023년 99억 2,000만달러에서 연평균 8.12% 증가해 2033년 215억 7,000만달러 규모를 형성할 것으로 전망된다. PLC의 경우 2023년 12억 3,800만달러에서 연평균 7.8% 증가해 2033년 262억 5,000만달러를 기록할 것으로 예상된다. 각 시스템별 비중 변화를 보면 SCADA 시스템의 비중이 2023년 19.8%에서 2033년 21.2%로 1.4%p 상승할 것으로 보인다. 반면 비중이 가장 큰 DCS 시스템은 2023년 32.5%에서 2033년 30.5%로 2%p 낮아질 것으로 전망된다. 

미국 자동화 및 제어 시스템 전체 시장을 산업별로 살펴보면 우주항공 및 국방 산업이 가장 높은 비중을 유지하는 가운데, 화학과 에너지 및 유틸리티 산업이 2033년까지 연평균 8% 이상의 성장을 기록할 것으로 예상된다. 

미국의 산업 경쟁력 강화위해 다양한 지원 프로그램 가동

미 연방정부는 미국 제조 생태계 강화를 위해 다양한 프로그램을 운영하고 있다. 이를 통해 제조 역량 증대, 제조 공정 혁신 지원, 공급망 복원력 강화, 제조 전략 수립 등을 지원 중이다.

제조 역량 증대를 위한 정책을 살펴보면 제조업  확장  파트너십(Manufacturing  Extension  Partnership,  MEP), 첨단제조 프로그램(Advanced Manufacturing Program, AMP) 등이 있다. 제조업  확장  파트너십은 자체 센터를 통해 중소제조기업의 생산공정 개선, 제품 혁신 촉진, 기술역량 업그레이드 등을 지원하고 있다. 

제조 공정 혁신 지원 프로그램의 경우  매뉴팩쳐링 USA(Manufacturing USA), 주 제조 리더십 프로그램(State Manufacturing Leadership Program), 미래 제조 프로그램(Future Manufacturing Leadership Program) 등을 들 수 있다. 매뉴팩쳐링 USA는 ‘제조업 혁신 국가 네트워크(National Network for Manufacturing Innovation: NNMI)’라 불리고 있으며, 제조업 혁신을 집중 지원하고 있다. 주 제조 리더십 프로그램의 경우 미국 제조 부문에서 스마트 제조 기술과 고성능 컴퓨팅을 더 쉽게 사용할 수 있도록 하는 것을 목표로 운영 중이다. 직접 자금 지원을 통해 중소 제조업체(SMM)가 혁신적인 데이터 기반 도구와 기술을 활용해 생산 효율성을 개선하도록 유도하고 있다. 미래 제조 프로그램은 사이버 제조, 친환경 제조, 바이오 제조를 중심으로 새로운 제조 역량 확보와 장벽 극복을 위해 연구 및 교육을 지원 중이다. 

바이든 행정부는 2023년 3월, 5,000만달러를 소기업과 중견 제조기업(SMMs: small-and medium-sized manufacturers)의 스마트 제조시설 구축에 투입할 것을 발표한 바 있다. 

현재 미국의 모든 주는 SMM에 재정 지원 제공을 통해 SMM의 스마트 제조 기술 구현과 고성능 컴퓨팅 리소스에 대한 접근성을 넓히며 스마트 제조 기술 배포를 가속화하고 있다.  

미국 중소기업청(Small Business Administration, SBA)도 자국 중소기업들의 디지털 전환을 활발히 지원하고 있다. SBA는 Business Forward라는 민간단체와 함께 중소기업 디지털 연합(Small Business Digital Alliance, SBDA)을 구성해 기업들에 대한 지원을 활성화하고 있다. SBDA는 기술 선도기업이 중소기업에 디지털 전환 멘토링, 디지털 전환 공유의 장 등을 제공할 수 있는 기회를 제공하고 있다. 또한 미국 국립표준기술 연구소(NIST)는 ‘스마트 제조 시스템(SMS) 테스트 베드’를 설치해  제품 수명주기 전반에 걸쳐 스마트 제조 연구 및 개발을 지원하고 있다. 

미래 성장 가능성 큰 미국 스마트 제조 관련 시장 주목해야

미국은 세계 전체 제조업 생산 중 15.87% 비중으로 두 번째를 차지하고 있다. World Population Review가 발표한 보고서(Manufacturing by Country 2024)에 따르면 2024년 국가별 글로벌 제조 생산 비중이 높은 국가는 중국(31.63%), 일본(6.52%), 독일(4.78%), 인도(2.87%) 등의 순이었다. 현재 미국은 자국 내 제조업 경쟁력 강화 및 해외 진출 기업의 국내 회귀를 적극 추진하고 있다. 이를 위해서 미국 정부는 스마트 제조와의 연계를 통한 제조·생산시설의 고도화 필요성을 강조하고 있다. 

현재 글로벌 공급망의 불안정성과 불확실성은 전 세계 주요국들이 관심갖는 ‘디지털 기술을 적용한 회복력 강화 트렌드’를 더욱 가속화할 것으로 전망된다. 이런 일련의 흐름 속에 미국의 스마트공장 시장도 지속 성장할 것으로 예상된다. 

미국 스마트공장 시장은 2030년까지 연평균 8.62% 증가하며 꾸준한 성장세를 보일 것으로 전망된다. 현재 미국 중소기업들의 26% 정도만이 디지털 기술을 활용하고 있기 때문에 향후 미국 스마트 제조 관련 시장은 성장 가능성이 큰 상황이다. 

스마트 제조 기술 시장 공략을 위해 중요한 것은 다양한 사용 사례(use case) 개발이라고 할 수 있다. 이를 통해 중소기업들이 기술의 필요성과 효과를 인식할 수 있도록 해야 할 것이다. 산업 자동화와 관련해 우리 기업들의 미국 시장 진출 기회도 확대될 것으로 기대된다. 미국 내에서는 수요에 비해 공급이 부족한 그리퍼, 센서 등 로봇 부품 분야는 한국 제품의 경쟁력이 높게 평가되고 있어 향후 국내 기업들에게는 새로운 기회가 될 것으로 보인다.