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[스마트제조 사이버-물리 시스템(CPS)] 4차 산업혁명을 이끌 미래 제조산업의 처음과 끝Feature Ⅰ 자료_ 중소벤처기업부 ​사이버-물리 시스템(이하 CPS)은 모든 사물들이 서로 연결되어 정보를 교환하는 사물인터넷(IoT, Internet of Things)에서 컴퓨팅을 이용한 사이버 세계와 물리 세계가 발전된 IT 기술을 통해 유기적으로 융합되어 사물들이 서로 소통하며 자동적, 지능적으로 제어되는 시스템이다. 기존 임베디드 시스템의 미래지향적이고 발전적인 개념으로써 기존의 전통적인 산업에 ICT 기술이 결합하여 기존 산업과 서비스에 새로운 부가가치를 부여하고자 융·복합산업을 구현하기 위한 핵심기술이다. ​사이버-물리 시스템 (이하 CPS, Cyber-Physical Systems) CPS는 다수의 이종 시스템들이 네트워크를 통해 결합되거나 연동되어 자율적으로 임무를 수행하는 스마트시티, 국방, 교통, 스마트 그리드, 스마트제조 등을 포함하는 대규모 시스템(SoS, System of System)에 필수적으로 필요한 기술이다. 미래 제조 산업의 핵심으로 꼽히며 사회 모든 분야에 걸쳐 광범위한 적용이 예상된다. CPS는 대규모로 시스템들을 통합하는 통합화의 과정이기도 하면서 각각의 시스템들이 독립적으로 제어되는 대표적인 분산정보 시스템의 구조를 가지고 있다. Systems of Systems와 밀접하게 연관되어 있고, 분산제어 시스템의 구조이어야만 현실 세계의 복잡하고 대용량의 데이터를 수집, 통제할 수 있다. 특히 스마트제조 분야에서 제조 기업이 스마트화 할 공정의 대상과 범위 선정, 방법에 대한 사전 검증과 구현 후 효과 분석에 유용한 기술로, CPS를 통해 스마트공장에 대한 보급 확산에 대한 정책 추진과 제조기업의 스마트화가 가속화될 수 있다.​​사이버-물리 생산 시스템 (이하 CPPS, Cyber-Physical Production Systems) CPPS는 제조 산업 분야에 CPS 기술이 적용된 것으로 컴퓨팅 및 정보처리, 통신, 센서·구동·제어 기능이 현실 세계의 사물(생산 기계, 조립 로봇, 작업자 등)들과 네트워크로 연계되어 자동화 및 지능화된 유기적인 센싱-제어기반 스마트 제조 시스템 기술을 의미한다. CPPS는 공장 현장의 필드버스나 PLC, 센서 등에서 데이터를 수집하고, 그 상위로 MES, ERP, SCM 등의 기업운영 애플리케이션의 데이터로 변환하여 전달하는 수직적인 데이터의 통합을 통해 제조와 비즈니스 영역을 연결할 수 있는 역할을 차지한다. CPPS는 제품개발부터 출시 AS, 단종, 재활용의 단계까지 제품 Life Cycle 상에 존재하는 제품의 기획, 수요조사, 설계 및 제품 시뮬레이션 등 PLM 전 과정에서 작동되고 있는 시스템과 협력 기업의 제조 및 비즈니스 활동에서 발생하는 데이터를 수평적으로 수집·통합해서 CPPS 내부로 전달한다. CPPS는 수직적인 데이터와 수평적 데이터를 원활히 수집하는 각각의 물리적인 통신 레이어가 다른 이(異)기종의 수많은 디바이스와 센서, 시스템을 통해 데이터를 수집하고 제어하기 위해서는 이기종 간의 OS가 독립적이며, 표준화된 통신 방식 및 플랫폼을 가지고 있어야 한다. 따라서 CPPS는 공장 내외의 모든 정보를 수집하고 저장하여 하나의 빅데이터를 구성하는데 기여할 수 있다. 빅데이터를 분석하여 비로소 필요한 정보의 생성이나, 지능화된 자율의사 결정을 통해 물리 세계인 설비와 공정 운영을 각종 액추에이터와 작업 지시 등을 통해 제어할 수 있게 되는 것이다. CPPS에서 빅데이터를 분석하는 방법은 여러 가지가 있으며, 이미 정의된 논리적인 흐름에 의한 데이터의 연산을 통해 단순한 의사결정을 가지거나, AI와 같은 첨단 IT기술을 통해 지능화되고, 자율적인 의사결정을 내릴 수도 있고, 머신 러닝 기법을 이용해 스스로 학습을 통해 최적의 방법을 찾거나 의사결정을 내릴 수도 있다. 컴퓨팅으로 대표되는 사이버 세계의 기능이 미래에는 훨씬 더 광범위한 분야의 물리적 세계와 접목하여 그 활용도가 증가할 것이다. 의료기기, 자동차, 로봇, 항공기, 보안 및 감시시스템 등 대부분의 컴퓨터 탑재 물리 시스템들은 구성 요소의 복잡성 증가로 단위별 요소와 전체 시스템 간의 부조화로 인한 결함 가능성이 증대될 수 있다. 따라서 각종 재난과 사고를 미연에 방지할 뿐만 아니라, 고신뢰성을 보장하는 무결점(zero-defect) 지능 시스템으로의 발전에 대한 필요성을 고려해야 한다. 새로운 서비스와 산업을 이끌 기술 사이버 시스템과 물리 시스템 간의 정밀하고 유기적인 연결을 위한 모델링 및 시뮬레이션 기술을 적용해 각종 산업 분야에서 새로운 서비스 및 가치 기회를 창출할 것이다. 인간과 기술적 시스템 사이의 쌍방향 협업은 숙련된 노동 인력의 부족 문제와 점증하는 작업장 내의 다양성(연령, 성, 문화적 배경 등)을 해결함으로써 작업과정에서의 안전성 확보는 물론 검증된 운영방식의 적용을 통해 지속적인 생산성을 유지할 수 있다. 일반적으로 OS 기술이 갖는 한계점인 기술 지원 및 유지 보수 문제를 해결함으로써 새로운 시장 개척 기회를 확보할 수 있다. 또한 정보기술을 통해 게임, VR/AR 등의 타분야와 연계가 가능한 분야로써 산업 연계 파급효과가 큰 특징을 지닌다. 무인자동차, 무인항공기 등 조립 산업이 CPS로 진화함에 따라 자율제어를 위한 시스템, SW, 부품 수요가 폭발적으로 성장할 것으로 예상되는 상황에서 솔루션 공급 산업의 주도가 가능하다. CPS에 기반한 연동 미들웨어 플랫폼 확보를 통하여 전 산업 분야에서의 대규모 복합 CPS 시스템에 대한 신속한 개발은 각 산업의 스마트화 달성에 크게 기여할 수 있다. 각 산업에서 가치 사슬 상에 존재하는 시스템 간 연동을 통해 가치사슬 통합을 조기에 달성하고 이를 활용해 다양한 새로운 비즈니스모델 및 산업생태계를 창출할 수 있다. 소비시장의 글로벌화로 소비의 표준화가 촉진되는 동시에, 개인화에 따른 개인 맞춤형 소비추세로 대량생산과 맞춤형 유연 생산 요구가 증대되는 추세도 주목할 만하다. 기능 품질에서는 글로벌 표준을 요구하면서도 개인화 요구에 따른 다양한 수요 변화를 실시간 반영하고 유연 생산을 통해 신속한 대응이 필요한 것이다. 이미 ZARA, UNIQLO 등의 SPA는 현장 수요 파악, 스피드와 타이밍, 생산의 효율화를 통해 좋은 제품을 대중적 가격에 파는 대량 맞춤 생산을 선도하고 있다.​ 가파른 상승세를 보이는 CPS 시장 4차 산업혁명의 가속화와 함께 세계 주요 국가의 정부, 주요 기업들의 참여로 CPS 시장은 향후 가파른 성장이 예상된다. CPS 기술의 세계 시장 규모는 향후 2020년 약 1.99조 달러로 전망된다. CPS 시장은 가파른 성장을 통해 차량용 반도체 등 자동차 관련 시스템을 제외한 전통적 임베디드 시스템 시장을 능가할 것으로 예상된다.산업/제조 분야에서는 기존의 공장 자동화 기술과 산업용 임베디드 시스템이 결합한 CPS로 기술적 진화가 일어나며 이에 따른 시장 변화가 빠르게 진행될 전망이다.​ ​산업/제조 전체 시장은 연평균 3.5%씩 성장하는 반면 산업용 임베디드 시스템 시장(PLC 등)은 연평균 2.3%씩 역 성장할 것으로 예상된다. CPS 기반의 지능형 제조시스템 시장은 산업/제조 분야의 성장을 이끌며 연평균 4.4%씩 성장할 것으로 예상된다. 국내 CPS 시장은 2016년 약 5.5조 원에서 2021년 약 23조 원 규모로 성장할 것으로 전망된다. 다만, CPS 관련 기술 개발 현황은 분야별로 차이가 있겠지만 대부분 초기 단계에 머물고 있으며, 대부분 연구소나 학교를 위주로 핵심 원천기술 개발이 진행되고 있다. 국내의 핵심기술 역시 해외 기업의 제품과 기술을 기반으로 활용하고 있으며, 국내 개발 업체는 영세성을 벗어나기 힘든 상태다. CPS의 국내 시장의 잠재적 성장성을 고려할 경우, 정부의 지원과 대학 및 민간 기업의 주도로 기술을 개발하고 실증할 필요가 있다.​​ 불붙은 기술개발, 시장을 선점하라! ​현재 이에 대한 기술개발도 한창 진행 중이다. CPS에 대한 자율제어, 통합 연동 미들웨어, 산업용 네트워크, 모델링 및 시뮬레이션, 임베디드 시스템, 설비연결표준화통신, OS 및 플랫폼 관련 기술개발이 활발하게 진행되고 있다. SOA 기반 통신 장비, DB 서버, 응용프로그램 등과 같은 시스템 컴포넌트의 돌발 문제에 자율적 대응 가능한 방법(IBM)이나 Columbia대학의 HW와 SW 통신 신호 조합에 의한 정상 여부를 판단하는 방법, ASF(Cisco)에 의한 감시, 로그 변환, 필터링, 분석, 진단 및 복구, 피드백의 6단계 자율제어 프로세스 방법 등이 제시되고 있다. CPS의 고신뢰도를 확보하기 위해 오류 분석 모델링에 의한 지식베이스를 생성하고 자율제어 활용방법과 자율관리자를 이용하는 네트워크 기반 자율제어기술 연구도 진행 중이다. CPS 분산 환경의 시스템 간 실시간 제어를 위해 시뮬레이션의 시간 동기화 알고리즘 설계와 시뮬레이터를 개발하여 검증하는 방법들도 개발되고 있다. CPS 자율제어 지능화를 위한 기존 솔루션은 해외 의존도가 높고 상용화 SW 개발 역시 초기 개발 단계에 있다. Rockwell Automation 사와 Applied Material 사 등 전통적인 시뮬레이터 개발 기업과 CAM 솔루션 개발 기업의 주도로 시뮬레이션이 개발되고 있으며 연속시스템과 이산시스템 간의 연동을 위한 기반 기술은 University of Arizona 등의 미국 대학이 주도하고 있다.​​CPS 통합 연동기술인 DDS 미들웨어 기술개발은 RTI, Prism-tech, OCI 등 미국업체가 선두 위치 최근의 연구 중점은 과거의 WSN을 더 신뢰적이고 쉽게 수행하기 위해 CPS 구축 환경의 시너지효과에 따른 이익 구현으로 전환되어 가고 있다. 신뢰도 개선을 위해 가상 및 현실의 센서네트워크(CPSN) 응용 분야와 다양한 센싱 정보의 가상공간 연결 방법, CPSN 구조 설계이슈 등이 제시되고 있다. 인더스트리 4.0 기반의 CPS와 생산관리 시스템 간의 미들웨어 구축을 통한 수평적 통합 방법으로 지식베이스의 생성, 자율제어관리자, 미들웨어 엔진, 통신미들웨어 관리자를 통합하는 개념으로 실험하기도 한다.​​​ 국내 중소기업, 스마트 제조 CPS 분야의 틈새를 노려라 스마트 제조 CPS 분야의 주요 경쟁기술은 이종 연동형 산업용 게이트웨이 기술이고, 공백기술은 하이브리드 모델링 기술로 나타난다. 스마트 제조 CPS 분야에서 이종 연동형 산업용 게이트웨이 기술이 가장 경쟁이 치열한 분야이고, 하이브리드 모델링 기술은 아직 출원이 활발하지 않은 공백기술 분야다. 세계 기술 및 특허 동향을 분석한 결과 스마트 제조 CPS 분야의 공백기술 분야는 하이브리드 모델링 기술이고 중소기업의 시장진입 상대적으로 수월한 분야는 사이버물리 기술로 나타났다. 산업/제조 분야에서는 기존 공장 자동화 기술과 산업용 임베디드 시스템이 결합된 CPS로 기술적 진화가 일어나며 이에 따른 시장 변화가 빠르게 진행될 전망이다 국내 CPS 관련 기술 개발 현황은 분야별로 차이가 있겠지만 대부분 초기 단계에 머물고 있으며 공공연구기관이나 대학교를 중심으로 핵심 원천기술 개발이 진행되고 있다. 향후 중소기업은 상대적으로 경쟁이 치열하지 않은 하이브리드 모델링 기술과 시장진입이 상대적으로 용이한 사이버물리 기술 분야에 집중하여 연구·개발하고 제품화하는 특허전략이 필요할 것이다.​
취재부 2019-12-26
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[강하면서도 유연한 타이타늄] 고강도, 고성형성 순수 타이타늄 제조기술 개발​R&D Trend 글_ 한국표준과학연구원 ​​​할리우드 영화 속 ‘아이언맨’의 슈트 소재인 타이타늄(Titanium)은 ‘꿈’의 신소재로 불린다. 무한한 활용 가능성을 가졌지만, 제조 방법이 매우 까다롭고 비용 또한 비싸기 때문이다. 타이타늄의 꿈이 현실로 한층 더 다가오기 위해서는 난제로 남아있는 가공기술에서 해법을 찾아야만 한다. 국내 연구진이 강하면서 유연한 성질을 동시에 갖는 순수 타이타늄 제조기술 개발에 성공했다. ​​ 강도와 성형성, 두 마리 토끼를 잡다 한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박상열) 홍성구 책임연구원, 재료연구소(KIMS, 소장 이정환) 원종우 선임연구원팀은 상충하는 특성인 강도와 성형성을 함께 향상시킬 수 있는 순수 타이타늄의 압연기술을 개발했다. 이번 기술을 통해 제작되는 순수 타이타늄 판재는 발전소, 조선 등 산업 전반에 필수적인 열교환기(heat exchanger)에 적용할 수 있다. 효율 향상 및 비용 절감을 가져올 것으로 전망된다. 합금이 아닌 순수 타이타늄은 부식에 강하고 생체 친화성이 높아 화학, 환경, 발전설비 및 생체응용 분야 등에서 대체 불가의 소재로 활용되고 있다. 순수 타이타늄을 산업에 활용하기 위해서는 압연을 통해 판재로 만든 후, 성형을 거쳐 원하는 형태로 제작해야 한다. 하지만 파괴되지 않으면서 형태 변형이 자유로운 타이타늄 판재를 얻기란 불가능에 가까웠다. 강도와 성형성은 순수 타이타늄의 순도에 따라 좌우되는데, 일반적으로 한 성질을 향상시키면 다른 하나는 저하되기 때문이다. 고순도로 제련할수록 성형성은 향상되나 소재의 강도가 낮아지기 때문에 소재를 많이 소모하여 판재를 두껍게 만들어야 한다. 반대로 불순물이 포함된 저순도 제련의 경우 강도가 향상되고 소재 소모량이 줄어 비용은 절감되나 성형성이 급격히 저하된다. 순수 타이타늄은 압연을 거치면 소재를 구성하는 결정들의 방향이 수직으로 서게 되는데, 집합조직이라고 하는 이 상태가 성형을 방해한다. 해결책으로는 압연장비 위아래 롤의 속도를 달리하는 방법이 유일했지만, 설비 자체를 새로 구축해야 하는 등의 큰 부담이 있었다. 연구팀은 금속 소재에서 흔히 발생하는 현상인 쌍정(twin, 금속소재에서 변형 시 잘 나타나는 조직 중 하나로, 특정 결정면을 기준으로 대칭 위치에 원자가 재배열되는 현상)에 주목, 쌍정을 통해 소재 결정의 방향을 제어하는 압연기술을 최초로 개발했다. 집합조직을 분산시켜 소재의 성형성을 올리는 이번 기술은 기존 압연장비에 추가적인 설치 없이 구현할 수 있다. 연구팀은 이번 기술로 제조된 순수 타이타늄 판재가 강도와 성형성 면에서 크게 향상됨을 확인했다. 예를 들어 상대적으로 순도가 낮고 저렴한 ‘grade 2’ 순수 타이타늄은 기존보다 강도가 16%, 성형성이 20% 향상되었다. 이는 고순도의 ‘grade 1’을 대체할 수 있는 결과다. KRISS 홍성구 박사는 “쌍정은 매우 일반적이고 압연을 거치면 파괴되는 탓에 지금까지 특별한 활용이 고려되지 않았다”며 “쌍정의 파괴를 막을 수 있는 이번 성과는 기본적인 현상을 활용하여 현장에서 쉽게 소재의 향상을 이뤄냈다는 데 큰 의의가 있다”고 말했다. KIMS 원종우 박사는 “순수 타이타늄 압연기술은 경량성, 고강도, 고성형성 및 소재절약을 모두 충족시킬 수 있다는 점에서 가치와 파급효과가 매우 크다”며 “날로 엄격해지는 환경규제에 맞춰 판형 열교환기는 물론 수많은 응용기술에 적용될 것으로 보인다”고 말했다. 방위사업청 국방부-민군겸용사업 및 국가과학기술연구회 FEP융합연구단 사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구결과는 국제학술지 사이언티픽 리포트(Scientific Reports, IF:4.122)에 2월 14일 게재되었다.
취재부 2019-12-26
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[정밀기계 관련 해외 정책 및 기술 동향]산업 대변혁의 바람이 분다​FeatureⅠ 자료_ 중소벤처기업부​​4차 산업혁명 등 글로벌 환경 변화에 따른 산업 대변혁이 진행되고 있다. IoT, 빅데이터, AI 등 파괴적 혁신기술로 4차 산업혁명이 가속화되는 가운데 중국 성장전략 변화, 신(新)기후체제 출범 등은 제품·생산·서비스·비즈니스모델 등 산업 전반의 변혁을 더욱 크게 증폭시키고 있다.​ 정밀기계, 스마트 공장에 맞는 역할 변화 정밀기계는 공작물의 각종 절삭 또는 비절삭 가공방법으로 다양한 형상 및 치수로 가공하는 장비로 선반, 머시닝 센터, 드릴머신, 밀링머신, 보링머신, 연삭기, 기어 가공기, 프레스 등의 전통적 정밀 생산기계 및 초소형 공작물 가공, 융복합기계, 시스템 통합, 집적화 기술 등을 포함하는 나노/마이크로 기계시스템 및 관련 부품 등을 포함한다.정밀기계 분야는 각종 절삭가공 및 성형가공을 모두 의미하는데, 피삭재를 적당한 공구를 사용하여 여러 가지 형상 및 치수로 가공해 ‘기계를 만드는 기계(Mother Machine)’로서 자본재산업의 핵심장비다. 이러한 정밀기계 분야는 정밀생산기계 및 나노/마이크로 기계시스템 및 관련 부품 등을 포함하는데 여기에는 절삭가공 시스템, 초정밀 가공시스템, 하이브리드 가공시스템과 지능형 가공시스템 등이 있다.절삭가공 시스템 분야는 가공공정의 효율 및 생산성 증대를 위해 리드타임 감소와 가공시간 단축, 기존 공구를 사용하면서 가공방법을 변경함으로써 절삭능력을 대폭 향상시키는 초고속 복합 가공이 가능한 가공시스템을 말한다.최근 이러한 정밀가공장비는 ‘스마트화’를 중심으로 ‘서비스화’, ‘친환경화’, ‘플랫폼화’ 등 4대 메가트렌드와 직접적으로 연관될 뿐만 아니라, 부품·완제품의 후방 기반산업으로 주력·신산업의 차세대 제품군의 제조·양산화와 연관성이 높은 기반 공급 산업으로써 그 중요성이 점점 커지고 있다. 그 때문에 4차 산업혁명 및 주력산업 고도화를 위해 관련 기계장비 R&D 전략과 함께, 기계산업 부품요소산업의 국산화 및 고부가가치화가 절실히 요구되고 있다. 스마트제어·솔루션을 통해 일련의 가공장비를 하나의 시스템으로 묶는 ‘스마트공장화’에 따라, 장비업체가 ‘Total System Provider’로 전환하는 것도 이런 이유다. 이에 따라 최근 글로벌 기계장비 업체는 글로벌 IT·요소업체와 협력하여 수요산업에 맞춤형 시스템을 공급하는 ‘키메이커’ 역할을 수행한다. 산업의 4대 메가트렌드에 맞추어, IoT, 빅데이터, AI 등 핵심기술을 통합해 수요산업에 전달하는 매개체 역할을 하는 것이다. ​ 선진국, 미래 제조산업의 틀에 맞게 정책 이행 중 글로벌 경제위기로 인한 생산성 하락으로 주요국은 산업경쟁력 강화를 위한 산업인터넷 및 스마트공장에 대한 관심 증대 등 일련의 변화에 대응하여 첨단제조 정책을 강화하고 있다.독일은 국가주도로 미래 제조업 청사진을 제시하고 있으며, 기업이 자율적으로 혁신을 추구할 수 있도록 기본 인프라를 스마트화하는 것에 중점을 둔다. 독일정부는 연방 각 부처 및 기관의 기술혁신 정책을 통합화·체계화할 목적으로 ‘하이테크 전략 2020’(2010)을 실시하며, 전략 중 하나로 제조업 분야에서의 ‘인더스트리 4.0’을 제시했다. 인더스트리 4.0은 BITKOM, VDMA, ZVEI 등 산업협회를 중심으로 제조업을 디지털화하기 위하여 사물인터넷 기반 사이버물리시스템(CPS)을 통한 유연생산, 네트워크화를 추진하는 것이다. 최근에는 인더스트리 4.0을 분석·보완하여 정부, 산업, 연구기관, 노조가 참여하여 표준화, 중소기업 역할 강화, 인력양성을 주된 목표로 삼는 ‘플랫폼 인더스트리 4.0’ (2015)으로 정책을 전환했다.또한 독일은 글로벌 대기업과 B2B 중심의 중소기업들이 자동차, 기계, 화학, 의약 산업 등에서 세계 최고 수준의 위상을 확보하고 독일 전역에 존재하는 300여 개의 클러스터에서는 기업, 연구기관, 대학이 협력관계를 형성해 함께 기술개발에 참여해 제조업에 끊임없이 성장 동력을 불어넣는다. 이와 함께 2013년 4월에는 ‘인더스트리4.0 플랫폼’이라는 인더스트리 4.0의 추진을 위한 산·학·연 전략위원회를 출범했다. 이 위원회의 사무국에서는 8개 우선 개발 분야(①정보 네트워크의 표준화와 참조 아키텍처, ②복잡한 시스템 관리, ③광역·광대역 인프라, ④네트워크 보안, ⑤디지털 산업시대의 노동조직과 근무방식, ⑥인재육성과 지속적 전문교육, ⑦법적 기본요건 및 규제, ⑧자원의 효율적 이용)에 대해 워킹그룹(WG)을 조직하여 연구개발 로드맵을 작성했다.미국은 정부 주도의 첨단 제조능력 확보를 목표로 범국가 차원의 연구개발 컨소시엄 ‘스마트 제조 선도기업 연합(Smart Manufacturing Leadership Coalition, SMLC)’을 발족하여 활동기반을 조성했다. 이를 통해 스마트제조를 위한 개념 수립부터 기술 목표, 로드맵 및 역할분담 등의 구체적 실행 제안 및 시행 목표를 정하고 ‘21세기 스마트제조’ 모범 사례를 구현하는데 주력하면서, 인터넷 프로토콜(IP)이 가능한 네트워크(산업용 이더넷), 정보 인프라(하드웨어 및 소프트웨어), 지능형 연결 장비(센서, 액추에이터)를 활용하는 것이다.이와 함께 탈제조업 현상으로 인한 미국 제조업의 경쟁력 약화와 경제시스템의 위기, 일자리 감소 등 문제를 극복하고자 ‘Advanced Manufacturing Partnership’(AMP, 2011) 정책을 추진하고 있다. 제조업의 기술개발을 강화하기 위해 국가 제조업 혁신 네트워크(NNMI, National Network for Manufacturing Innovation)를 발족하여 첨단 제조기술의 연구 및 상업화를 지원하는 동시에 ‘Making in America’(2014)에서 신기술 도입을 통한 제조업 부흥을 계획하고, ‘Strategy for American Innovation’(2015)에서 주요 전략분야 중 하나로 첨단제조의 비전을 제시하는 것이다. 또한 미국은 차세대 제조기술 확보를 위한 연구개발 사업으로 첨단제조 파트너십(AMP:Advanced Manufacturing Partnership)을 추진하였으며 제조부문의 회복추세를 감안하여 AMP의 2단계를 2013년 9월에 개정(AMP 2.0)하여 2014년에 시범적으로 3개의 주요 기술에 대한 국가 제조기술 전략을 수립했다.일본은 4차 산업혁명 관련 일본 정부의 정책적 대응은 다소 늦었으나, 일련의 규제개선, 스마트 공장 확산 노력의 성과가 점차 가시화되고 있는 가운데 국가 차원의 성장전략인 ‘미래투자전략 2018’을 발표했다.일본은 아베정권 출범 직후인 2013년부터 국가 차원의 성장전략인 ‘일본재흥전략’을 발표해왔으며, 이번 ‘미래투자전략 2018’은 2017년부터 ‘미래투자전략’으로 개칭한 두 번째 성장전략이다. 이와 관련해 IoT, 빅데이터, 인공지능, 로봇 등 4차 산업혁명의 핵심 분야 기술 혁신과 관련 신산업 육성을 위한 규제개선을 시행했다. 또한 일본판 4차 산업혁명 국가 정책인 ‘소사이어티 5.0’을 통한 전략적 대응으로 일본 경제의 잠재성장률을 대폭 높이고, 국민소득, 생활의 질 및 국제 경쟁력 향상을 도모하고 있다.현재 일본은 경제산업성을 중심으로 소사이어티 5.0 및 커넥티드 인더스트리의 구현을 위한 전략분야, 과제, 대응방향을 검토 중이다. 전략분야로는 ①안전한 이동(자율주행, 드론), ②건강유지(건강, 의료, 간호), ③스마트한 생산·구매 (스마트 공급망, 로봇, AI 적용 바이오,식품, 조달), ④스마트한 삶(새로운 마을 만들기, AI 및 삶을 풍요롭게 하는 기기) 등 4대 분야를 설정했다. 특히 일본은 강점인 탄탄한 제조업 기반을 살려 인공지능 등 기술혁신과 데이터 활용을 촉진시킬 리얼 데이터 플랫폼 창출에 역점을 두고 있다.중국은 제조업 대국에서 제조업 강국으로의 전환을 통해 상대적으로 취약한 제조분야 핵심기술을 확보하고 구조전환을 통해 제조업의 새로운 전환을 맞고자 ‘중국제조 2025’을수립(2015)하며 선진국을 추격하고 있다.‘중국 제조 2025’의 구체적인 실행을 위하여 중국 공신부(?信部)는 ‘스마트제조 발전 계획 (2016-2020)’을 발표(2016)하고 설비 제조에서의 스마트공장의 도입을 추진하고 있다. 이를 통해 연구, 생산, 물류, 경영, AS 등 전 과정에서의 스마트화 관리를 목표로 2020년까지 전체 공장의 20% 이상을 스마트공장으로 전환할 예정이다. 또한 스마트 제조 시범운영 확대, 중소기업의 스마트제조 도입 추진, 스마트제조 생태체계 구축, 지역별 스마트제조 협동 발전 추진, 스마트제조 인재 배양 등 주요 과제를 제시했다.이와 함께 중국은 2014년 ‘중·독 액션플랜’을 발표하는 등 첨단제조기술 분야에서 독일과의 협력을 강화하고 있다. 중·독 액션플랜의 주요내용은 양국기업이 중심이 되어 ‘인더스트리4.0’을 양국 표준화 협력위원회의 의제로 하여 양국 간 협력 프레임워크를 구축하는 것으로 이를 위해 공업·정보화부(MIIT), 중국과학기술부(MOST), 독일연방 경제·에너지부(BMWi), 독일연방 교육연구부(BMBF) 간의 협력창구를 개설했다. ​ 해외 주요 기업들의 기술개발 동향전체 공작기계 시장의 최대 수주처(약 35%)인 자동차를 중심으로 항공 등 고부가가치 분야의 독일, 일본 등 제조업 선진국의 강세가 지속되고 있다. 2014년 기준 전체 공작기계 매출액 기준 Top10 기업 중 7개 기업이 독일 및 일본기업 (Amada, Mazak, Trumpf, DMG-Mori 등)이었다. 현재 Siemens, FANUC, Dassault 등과 같은 네트워크, 자동화, PLM 전문 업체의 기술 지원을 통해 독일 DMG-MORI, 일본의 Mazak 등을 중심으로 Industry 4.0에 대응한 네트워킹, 가상 시뮬레이션(Virtual Machining), 실시간 생산정보 관리(Connected Factory) 등 스마트화 기술 개발도 활발히 진행되고 있다. DMG Mori-Seiki는 세계 1위의 공작기계기업으로 성장하면서 해외 생산기지화, 시스템 패키화 등을 통해 글로벌 시장 지배력을 확대해 나가고 있다. 이들은 수직/수평 하드터닝, 5축 밀링을 One 셋팅으로 작업이 가능한 고정도 복합 머시닝센터 등 고신뢰 복합기 기술을 선도하고 있으며, 모듈러 가공시스템 및 초음파/밀링 복합가공기(Ultrasonic 시리즈) 상품화를 진행 중이다. 또한 이송계의 질량중심과 이송중심을 일치시키는 DCG(Driven at the Center of Gravity) 시스템 구조 설계를 전 기종에 도입했다. 특히, 멀티터렛, BMT 등을 도입한 다기능형 복합기 분야에서 경쟁력을 강화했다. 또한 수평형 머시닝 센터를 중심으로 한 유연 생산 자동화 시스템 뿐 만 아니라, 터닝 센터나 수직형 머시닝 센터를 중심으로 한 소규모 셀 자동화 시스템 공급에도 역량을 투입하고 있다.Yamazaki Mazak은 융복합 장비 개발과 초음파/레이저 등 비절삭 공정을 절연삭 공정에 가미하여 가공 품질과 생산성을 향상했다. 다축화, 멀티헤드화 등의 다기능화(Multi-Function)가 가능한 복합 터닝센서, Mill-Turn Center 등과 같은 밀링과 절삭 계통이 일체화된 복합가공기는 기종의 구분이 없을 정도로 다양한 시스템이 공급된다. 또한 630다면 동시 5축 가공이 가능한 고속 수직형 머시닝 센터 등을 개발했다.이들은 멀티테스킹머신, CNC선반 및 5축가공기, 라인대응 수직형/수평형 머시닝센터, 레이저 가공기 등 전 라인업을 구성했다. 유연 가공라인에서 Manufacturing, Engineering, Marketing 간의 통합 시스템을 지향하는 Cyber-Factory IT·서비스 솔루션을 동반 공급하고 Smart Box를 통해 생산 시스템의 보안, 능동적인 장비 및 공정 모니터링을 수행한다.MAG는 세계 최초로 극저온 가공기를 출시하여 세계시장을 선도하고 있으며 초저온 냉각방식은 연삭가공, 구멍가공 및 밀링가공에도 일부 적용하고 있지만, 아직은 대부분 선삭공정에 집중하고 있다. 현재 난삭재 가공기계를 상용화하였고, 2013년도부터 B787 동체(복합재료)를 가공하기 위한 6축 가공기를 출시(MQC: Minimum Quantity Cryogenic)했다. 이 회사는 난삭재 가공에 적합한 수평형 머시닝 센터 SPECHT 시리즈 등 다양한 자사의 머시닝 센터 제품군에 극저온 가공시스템 기술 및 MQL 기술을 제공하고 있다.Trumpf는 공작기계 비중이 84.3%인 전문회사로 판금 레이저가공기 시장을 주도한다. 이 회사는 레이저 절단기와 판재 절곡기에 대한 자동화 장치 개발을 통해 판금 가공 라인의 유연 생산 자동화 시스템 구축에 솔루션을 제공하고 있다. 다양한 출력의 레이저 소스를 보유하여 절단 뿐 만 아니라, 금속 적층, 미세 패턴 가공에도 사용가능한 제품을 공급하고 있으며 독일뿐만 아니라 EU·대만·미국 등을 생산기지화로 구축하여 글로벌 시장경쟁력을 확보하고 있다.또한 Trumpf는 공기정압 또는 유정압 베어링을 채택한 비구면 또는 5축 초정밀 자유곡면 가공기를 상용화하여 시장을 주도하고 있다.
취재부 2019-12-26
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[인도 산업용 로봇시장 고성장 질주]자동차 및 일반산업 발전이 로봇시장 성장 견인​Industrial TrendⅡ 자료_ 국제로봇연맹(IFR) ​ ​인도의 산업용 로봇시장이 자동차, 고무 및 플라스틱, 금속, 전기·전자 분야의 수요확대로 큰 폭의 성장세를 이어가고 있다. 이는 인도가 아시아 신흥시장을 가장 강력한 성장세를 보이고 있는 가운데 연관산업의 설비투자 붐이 지속되고 있기 때문이다. 국제로봇연맹(IFR)에 따르면 인도 산업용 로봇시장은 지난 2017년 3,412대의 로봇을 설치해 전년대비 30% 판매량이 증가한 것으로 나타났다. 이러한 급속한 성장에도 불구하고 인도는 로봇 밀도가 여전히 낮아 당분간 성장세가 지속될 것으로 예상된다. ​​ 인도 산업용 로봇 판매 전년대비 30% 증가 ​인도의 산업용 로봇 판매가 호조를 보이고 있다. 인도시장에서 산업용 로봇은 지난 2017년 한 해동안 3,412대의 새로운 로봇을 설치하면서 최고 기록을 경신하였다. 이는 지난 2016년의 2,627대와 비교하였을 때 약 30% 증가한 것으로 2012년부터 2017년까지 인도로봇시장은 18%대의 연평균성장률을 기록했다.국제로봇연맹(IFR)의 츠다 준지 회장은 “자동차산업은 인도산업용 로봇시장의 성장을 지속적으로 유도해 나갈 것이다”며 “글로벌 자동차 생산업체는 물론 인도의 로컬 자동차기업도 생산량을 늘리기 위하여 다양한 신규 프로젝트를 발표하고 있으며, OEM에서도 자동차 부품의 꾸준한 국내 공급이 요구되는 상황이다”라고 지적했다.자동차산업 외 일반 산업분야에서도 로봇시장의 성장세가 두드러지고 있다. 고무 및 플라스틱, 금속, 전기·전자와 같은 부문에서 산업용 로봇 판매량이 2017년 한 해 동안만 46%나증가하는 등 인도시장에서 로봇이 산업 전반 깊숙이 침투해나가고 있다.국제로봇연맹(IFR)의 츠다 준지 회장은 이에 대하여 “자동차산업 외 일반산업 분야에서도 갈수록 성장하는 시장과 소비자 니즈에 부응하기 위하여 생산시설 현대화에 투자를 더욱 늘려나갈 것이다”며 “이에 2018년부터 2021년까지 인도 산업용 로봇의 급속한 성장이 지속될 것이다”고 밝혔다 ​​ 2009년 시작된 인도의 로봇 성공 스토리 인도는 아시아의 신흥 시장에서 가장 강력한 성장세를 보이는 경제권 중 하나로 2009년부터는 산업용 로봇 시장이 빠르게 확대되고 있다. 지난 2017년에는 신규 설치대수 기준으로 태국과 스페인에 이어 14위를 차지했으며 가동 수량에 있어서는 캐나다, 스페인, 싱가포르에 이어 13위를 차지하였다. 인도 로봇시장은 당분간 지속적인 성장을 이어갈 것으로 보인다.인도 로봇시장의 확대 가능성은 여전히 낮은 로봇 밀도로도 충분히 설명 가능한데 자동차업계 근로자 만 명당 85대의 산업용 로봇이라는 밀도는 인도네시아(378대)의 4분의 1 수준에 불과하며, 중국(505대)에 비해서는 더욱 낮은 수치를 나타내고 있다. 수요산업의 설비투자 확대 추세와 그럼에도 불구하고 여전히 낮은 로봇 활용도가 서로 맞물리면서 당분간 인도 로봇시장은 가파른 상승세를 이어갈 것으로 예상된다. ​​
관리자 2019-12-23
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[‘디지털화’가 가져올 공작기계 산업의 변화]새롭게 태어날 제조 현장 조망​R&D TrendⅠ 자료_ CFE Media ​​ 제조현장에서 디지털화는 공작기계 사용자는 물론 생산자에게도 많은 이득을 가져다준다. 현장 제작자의 관점에서 보면 제조 시설에서 디지털화를 위한 포트폴리오 범위는 기기의 콘셉트부터 추가 서비스에 이르는 모든 제품이 포함된다. 최종사용자의 관점에서도 디지털화는 제품 디자인부터 시작하여, 제품을 통해 받을 수 있는 각종 서비스까지 이어지는 모든 것을 아우른다. ​ 이미 시작된 공작기계 산업의 패러다임 변화 ​공작기계 제작사들은 디지털화를 통해 생산의 유연성과 효율을 향상시킬 수 있다. 이들은 자사가 제작한 기기의 디지털 트윈(digital twin)을 손쉽게 고객의 요구 사항에 따라 변경시킬 수 있다. 주문자상표부착상품(Original Equipment Manufacturer, 이하 OEM) 제조사가 가상세계를 만들어 그 안에서 시험과 정량화를 할 수 있다면 OEM 업체가 실제 기기를 제작하는 데 필요한 시간을 단축할 수 있다. 이렇게 기기에 대한 모든 것을 속속들이 알게 되면 OEM 업체도 공작기계를 구동하는 최선의 방식을 찾음으로써 최종고객을 지원할 수 있고, 이들의 생산성을 향상시키는 데에도 도움을 줄 수 있다.디지털 세계와 실제 세계를 연결한다면 생산성을 향상시키고 완전히 새로운 비즈니스 모델을 개발할 수 있는 새롭고도 중요한 가능성을 열 수도 있다. 생산현장에 수주 받은 제품을 납기하기 전에 생산을 시뮬레이션 한다면 생산현장 관리자는 기계의 가동 시간과 정지 시간, 그리고 전체 생산비용에 관하여 더 나은 선택을 할 수 있다. 뿐만 아니라 기계를 전혀 소유하지 않아도 생산자가 되는 등의 새로운 비즈니스 모델을 창조할 수 있을 것이다.디지털화는 단일한 개념도, 회사도, 브랜드도 아니다. 디지털화는 기존 프로그램과 대형 업체와 소규모 스타트업이 협력하여 고객을 위해 최선을 다하는 것이다. OEM 업체의 초점은 더욱 적은 자원으로 가능한 한 빠르게 고객의 요구에 가장 잘 들어맞는 공작기계를 제작하는 것이고, 기계 운용자의 목표는 가능한 한 많은 수량의 부품을 최고의 품질로 최대한 빠르게 생산하는 것이다. 이러한 이유로 OEM 업체는 전체 공작기계에 대하여 더 많이 아는 것을 중요하게 여기는 반면, 기계 운영자는 생산 과정에 대한 깊은 통찰이 필요하다.디지털화와 관련해 클라우드 역시 살펴봐야한다. 현재 클라우드 기반 서비스는 주류 디지털화의 근간이 되어가고 있다. 이러한 서비스로 OEM 업체는 복잡한 인프라를 직접 만들지 않아도 고객에게 다가갈 수 있게 되었다. 이렇게 하나의 문제가 실제로 일어나기 전에 그 가능성을 추적하는 등 기계 제작자들이 실시간으로 고객에게 제공할 수 있는 예방적 유지관리 서비스는 지금도 수없이 나타나고 있다. 클라우드 서비스가 진정으로 성공하는 유일한 길은 이 서비스가 공작기계 제어 부문의 생산업체를 초월할 수 있는가다. ​​ 인공지능(AI) 소프트웨어도 빼놓을 수 없다. 복잡도가 더 높은 데이터 결과가 더 많아질수록 지능형네트워크와 지능형기계의 도움을 받아야만 분석이 가능하다. 이러한 이유로 인공지능은 기계가 자신들만의 수준에서 서로 소통하게 함으로써 인간의 노력을 최소화하여 오류의 양을 줄일 수 있다.디지털화는 하루아침에 끝낼 수 없는 긴 여정이다. 따라서 용기를 가지고 새로운 길을 개척해야 한다. 빠르게 실패하고, 그보다도 더 빠르게 새로운 아이디어를 가지고 다시 시작할 수 있어야 한다. 디지털화는 사물이 서로 소통할 수 있게 하여 더욱 빠르게 문제를 드러내고, 새로운 위대한 아이디어를 단 몇 초 만에 검증할 수 있다는 점에서 생산업체가 이러한 길을 걷는 데 도움이 될 것이다.
관리자 2019-12-23
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[인간다운 로봇 트렌드]흉내를 넘어 더 인간답게​Industrial TrendⅡ 자료_ 정보통신기획평가원​​인간을 닮은 로봇을 만들면 어느 정도로 인간과 비슷할 수 있을까? 각종 센서 기술과 인공지능 기술의 발전으로 영화 터미네이터의 T-101과 같이 인간의 모습으로 인간과 감정을 교류하고 인간적인 감각을 느낄 수 있는 인간과 흡사한 로봇 출현이 조만간 현실화할 것으로 기대된다.​​ 로봇에 촉각과 감정을 넣다​ 지금까지 시각, 청각적인 인풋에 따라 상황을 적절히 판단하는 기술은 어느 정도 발전하고 있지만, 촉각으로부터 파악된 정보를 판단하고 이에 따라 반응하는 기술은 아직 가시적 성과로 나타나지 않고 있다. 그러나 최근 미국 유수의 대학 연구소를 중심으로 촉각을 느끼는 센싱 기술들이 개발되고 있어, 향후 인간과 흡사한 로봇 발전을 촉진할 것으로 예상된다.미 워싱턴대에서 개발한 ADA(Assistive Dexterous Arm)라는 로봇은 객체를 스스로 식별하고 객체별로 대응할 수 있는 인공지능 로봇으로, 간병인 대신 거동이 불편한 사람을 위해 다양한 종류의 음식물을 포크로 찍어 정확히 입에 넣어주는 역할을 한다.​​ 이 로봇에는 레티나넷(RetinaNet)과 SP넷(SPNet)이라는 인공지능이 적용되어, 음식 종류를 파악한 후 종류별로 찍는 방법을 달리하여 음식물을 손상 없이 들어 올려 인간의 입에 정확히 가져다주는 기능을 수행하는데, 특정 상황이긴 하지만 로봇이 스스로 인지하고, 스스로 행동한다는 측면에서 향후 자기 주도적 로봇의 가능성을 보여준다.ADA 로봇은 몸이 불편해 식사를 스스로 할 수 없는 100만 명의 미국인에게 독립적인 삶을 살 기회를 제공하며, 무엇보다 스스로 판단해 행동할 수 있는 로봇의 미래를 열어줄 것으로 기대되고 있다. 그러나 이러한 상황별 판단 후 스스로 행동하기 위해서는 인간의 감각을 그대로 전달하는 것이 중요한데, 지금까지 시각, 후각, 청각적 감각을 로봇에게 전달하는 기술은 많이 소개되고 발전했지만, 촉각을 전달하는 기술은 아직 미비하다.미국 스탠포드대에서는 로봇에게 촉각을 정확히 전달할 수 있는 일렉트로닉 글러브(Electronic Glove)라는 전자 장갑을 개발하였는데, 이는 사람의 손처럼 물체에 대한 촉각, 즉 물체의 부드러운 느낌, 차갑고 뜨거운 느낌, 거칠한 느낌, 단단한 느낌 등을 느낄 수 있게 한 기술이다.​​ 이는 촉각에 의한 객체 인식으로, 시각에 의존한 객체 인식에서 인간과 같이 촉각에 의한 객체 인식으로의 진화가 가능하다는 것이며, 이를 활용하면 로봇이 인간을 수술할 때 의사의 손처럼 정교한 수술이 가능해지며, 생산공정에서도 현재 인간의 촉각에 의존하는 각종 부드러운 객체들에 대한 자동화(컨베이어벨트에 달걀을 올리는 것 같은 작업)가 가능해질 수 있다. 더 나아가서는 시각적으로 판단할 수 없는 상황에서 더욱 정확히 객체의 성질을 파악함으로써 보다 상황에 맞는 대응이 가능해질 것으로 기대된다.촉각에 의한 객체 인식에서 더 나아가 감정을 느끼고 감정을 표현할 수 있는 것도 인간다운 로봇이 갖춰야 할 주요 기능 중 하나다. 2019년 CES에서 소개된 러보트(Lovot)는 사랑을 받을 목적으로 행동하고 사랑을 받은 것에 대해 목소리가 아닌 눈과 행동으로 마치 사람처럼 표현하는 로봇으로, 포옹, 놀아주기, 쓰다듬기 등 각종 애정 표현에 대해 감정을 느끼고 이에 대해 반응하는 알고리즘으로 설계되었는데, 스스로 감정적으로 애착이나 증오와 같은 감정을 느낄 수 있다. ​​일본 오사카대학에서는 아이의 감정에 대한 얼굴표정을 섬세하게 표현할 수 있는 로봇 어펫토 (Affetto)를 개발하였는데, 116개의 얼굴 근육에 의해 독특한 표정을 만들 수 있어 AI가 느낀 감정을 실제 인간과 흡사하게 표현할 수 있는 로봇을 만드는데 일조할 것으로 예상된다.이미 메스머(Mesmer)에서는 모공, 주름, 머리카락 등을 사실적으로 표현한 외형을 갖추고 부드러운 움직임을 보이는 실제 인간과 구분이 어려운 사실적인 형태의 로봇을 개발한 바 있다. 앞에서 언급된 러보트(Lovot)의 감정을 느끼는 기술에 일렉트로닉 글러브의 촉각 센싱 기술을 더하고, 어펫토(Affetto)의 세밀한 표정 표현 기술과 ADA의 상황별 행동 기술을 더한다면 인간과 구분하기 어려운 로봇도 조만간 나타날 것으로 기대된다.
관리자 2019-12-23
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[4차 산업혁명을 고려한 중장기적인 산업구조 전망]지금까지와 다른 산업 생태계가 만들어진다​R&D TrendⅠ 자료_ 산업연구원​​​4차 산업혁명으로 인해 산업 패러다임이 바뀌고 있다. 업종 간 경계가 무너지고 기존과는 전혀 다른 기술, 생산구조, 제품, 서비스, 비즈니스 모델 등이 창출되고 있다. 4차 산업혁명의 도래는 경제와 산업구조에 예상하기 어려운 수준의 변화를 요구한다. 또한 4차 산업혁명으로 인해 제조업의 성장세가 타 업종에 비해 상대적으로 강하게 나타날 것이며 반도체, 전기장치, 정밀기기, 정밀화학 분야가 안정적인 성장을 지속할 것으로 전망된다. 산업연구원이 발표한 ‘4차 산업혁명을 고려한 중장기적인 산업구조 전망’ 보고서를 토대로 독일과 일본 등 4차 산업혁명 주요 전망 사례와 우리나라 경제·산업구조 전망에 대해 살펴봤다. ​​ 독일, 디지털화 정도를 구분한 두 가지 시나리오 구성​ 노동부문에서 독일이 직면하고 있는 주요 문제를 종합적으로 고려하였다. 또한 전망의 시간적 범위를 2030년으로 설정해 독일 노동시장을 전망하였다. ​​​독일의 시나리오는 모두 디지털화를 근간으로 하고 있다. 시나리오 간의 차이는 독일의 역할과 디지털화의 속도에 대한 차이가 있을 뿐이며, 디지털화 자체에 대한 유무는 고려하지 않고 있다. 이는 빠른 기술발전과 변화로 인해 현재 세계는 이미 광범위하게 디지털화되어 있고, 디지털화된 세계와 그렇지 않은 세계를 분리해내는 일은 현재도 불가능하며 미래에도 불가능할 것이라는 배경에 근거한다. 구체적으로 독일이 4차 산업혁명을 고려한 노동시장 전망에 활용한 시나리오는 다음의 두 가지다. 첫 번째가 ‘가속화된 디지털화’다. 인구, 경제 및 공공 부문별 디지털 기술의 집중적인 사용과 적용을 기반으로 인더스트리 4.0 분야 내 기술선도를 추구하는 발전전략으로 이 시나리오는 모든 삶의 영역과 직업 분야를 광범위하게 디지털화하고, 이를 통해 생산성을 최대 수준으로 끌어올려 인구통계학적 변화의 영향을 줄이는 것이 목표이다. 예를 들어 디지털화된 활동 분야의 작업 확대, 기술 중에서도 인더스트리 4.0 분야 내 디지털 기술의 개발 및 마케팅 같은 내용을 포함하고 있다. 두 번째는 ‘지속적인 디지털화’다. 디지털화를 강행하는 대신에 과학, 컨설팅, 창조경제의 발전을 목표로 하는 발전 전략으로 디지털 기술 분야에서의 선도적 위치가 아니라 지식경제가 주는 기회를 기반으로 하며 디지털 세계의 위험에 큰 가치를 두고 있다. 이 시나리오는 기술 선도를 주장하지 않고, 디지털 기술은 개발 대상이기보다 적용 대상이며, 생산성 향상보다 서비스 제공의 질적 향상을 위해 디지털 기술을 사용하는 것이 중점 사항이다. 경제와 사회는 기존의 핵심 역량, 특히 고도로 발달된 기술, 과학 및 창조 능력에 의존한다. 이 보고서에 따르면, 디지털화가 일자리를 위협할 것이라는 예상과 달리 가속화된 디지털화를 통해 경제적 성과와 고용창출을 이룰 수 있다는 가능성을 제시한다. 2030년 실질 GDP는 가속화된 디지털화가 이루어지기 전보다 약 4% 높을 것으로 예상되며 실업률은 약 20% 감소할 것으로 예측된다. 1인당 국민소득도 약 4% 더 높을 것으로 전망하고 있으며 이러한 경제성장을 통해 전산업 부문에서 약 25만 명의 고용창출이 가능할 것으로 제시하였다.​​​일본, 4차 산업혁명과 동일한 초스마트사회(Society 5.0) 제시 ​ 일본은 4차 산업혁명이 장기불황으로 침체에 빠져 있는 일본사회의 변혁을 위한 동인이 될 수 있음을 인식하고 4차 산업혁명에 대한 대응 범위를 초기에 경제와 산업 중심에서 사회 전체로 확대하고 있다. 특히 고령화와 인구감소, 사회보장제도의 지속 가능성, 자연재해의 지속 및 피해규모 확대, 에너지와 환경 제약 등 일본 사회 전반에 걸친 난제를 해결하기 위한 방안으로 4차 산업혁명을 인식하고 있다. 이러한 배경에 근거하여 일본은 2016년 제5기 과학기술기본계획을 통해 4차 산업혁명과 동일한 의미인 초스마트사회(Society 5.0)를 제시하였다. 초스마트사회의 실현을 위한 전략으로 일본 경제산업성은 “신산업구조비전”을 발표하였으며 산업부문의 전략을 담고 있는 연결된 산업(Connected Industries)을 제시하고 있다. 연결된 산업은 Society 5.0의 실현을 위한 세부 실행계획으로 평가할 수 있으며 일본의 강점인 수준 높은 기술력과 현장의 노하우를 적극 활용할 것을 제안하였다. 일본은 신산업구조비전을 통해 4차 산업혁명과 관련하여 추진전략이 성공하는 상황과 현재의 상황이 지속되는 상황을 고려한 2개의 시나리오로 전망했다. 후자인 현상방치 시나리오의 경우, 일본 제조업이 해외 플랫폼의 하청으로 전락, 부가가치의 해외 유출, 저부가가치·저성장의 직업군으로 노동력 집중, 저임금 근로자 비중이 확대되는 상황을 전제하였다. 전자인 추진전략이 성공하는 시나리오의 경우는 기술혁신을 통한 새로운 고부가가치 재화 및 서비스 개발로 성장 동력 확보, 노동참가율의 증가 및 신기술에 의한 생산성 향상으로 인구 감소 극복, 인간만이 할 수 있는 업무에 노동력 이동, 많은 사람이 고소득을 누리는 사회로의 이행을 고려하였다. 전망 결과에 따르면, 일본 경제는 4차 산업혁명 추진 전략이 성공할 경우 2030년에 실질 GDP 성장률이 2.0%로 예상되어 현상방치 시나리오 대비 1.2%포인트 가량 증가할 것으로 전망된다. ​​ 한국, 4차 산업혁명 시나리오별 경제성장률 전망 ​ 경제성장률은 시나리오별로 다소 차이를 보이지만, 둔화 추이는 지속될 전망이다. 2005년 이후 10년간 연평균 3%의 성장을 기록한 후 2015년부터 2025년까지 기준전망은 연평균 2.7%까지 둔화될 전망이나, 제조·서비스 융합형 시나리오의 경우 동기간 2.85%의 성장을 보일 전망이다. 이후 2035년까지 4차 산업혁명의 긍정적 영향이 본격화되면서 연평균 성장률은 서비스 주도형의 경우 2.2%, 제조업 주도형의 경우 2.12%를 기록하며 기준전망 대비 각각 0.19%포인트, 0.27%포인트 수준의 격차가 벌어질 전망이다. 향후 국내산업의 부가가치 기준 생산구조는 농림, 어업, 광업 등의 1차 산업과 SOC의 성장률이 전산업 성장률을 지속적으로 하회하면서 전산업 대비 비중의 축소도 지속되는 가운데 제조업의 비중도 점진적인 축소가 지속될 전망이다. 반면 서비스업은 경제의 서비스화가 강화되는 가운데 전산업 성장률을 지속 상회하면서 서비스업의 비중은 확대추이를 이어갈 것으로 보인다. 전반적으로 기준 전망에 비해 4차 산업혁명을 고려한 시나리오에서 제조업의 성장세가 강하게 나타나고 있다. 반면 조선, 자동차 등의 성장세 둔화가 지속되면서 연관 산업인 철강의 성장세도 동반 둔화되는 추이로 전망된다. 또한 서비스업의 비중은 기준전망에 비해 낮은 양상을 보이고 있으나, 서비스업의 성장률은 제조업 뿐만 아니라 전산업 성장률을 지속 상회하고 있다. 서비스업 세부 업종에서는 4차 산업혁명과 연관성이 높을 것으로 인식되고 있는 정보·통신서비스, 사업서비스, 문화·오락서비스 등의 성장이 두드러질 전망이다. 반면 도소매, 운수보관, 교육 등은 상대적으로 약화된 성장추이를 이어갈 전망이다. ​​​미래 산업의 변화를 맞이하는 우리의 자세​ 한국 경제는 생산가능인구의 축소, 노동 시간 감소 등의 공급측면과 대외 수출시장의 경쟁격화 등 수요측면의 부정적 요인이 중첩되며 저성장 기조가 고착되고 있는 상황이다. 이러한 상황에서 본 전망의 결과에 따르면, 4차 산업혁명은 과거와 같은 안정성장으로의 회귀가 아닌 도태되면 낙오하는 생존의 개념으로 인식되어야 할 것이다. 다만, 4차 산업혁명에 대한 성공적인 대응이 경제성장의 둔화 속도를 조절하는 역할은 충분히 해낼 것으로 나타났다. 과거에 비해 커진 경제 규모와 국내외 그리고 수요·공급 측면의 난제들로 둘러싸인 상황에서 도태되지 않기 위해서는 4차 산업혁명과 4차 산업혁명이 몰고 올 것으로 묘사되고 있는 산업의 메가트렌드를 필수조건으로 받아들여야 할 것이다. 또한 전산업 대비 서비스업의 비중이 지속 증가하고 서비스업의 성장률이 지속적으로 경제성장률을 상회할 것으로 전망되는 상황에서 서비스업 부문의 경쟁력 제고가 요구된다. 한국은 주요 선진국들에 비해 제조업 부문에서 중간재로 투입하는 서비스의 비중이 낮은 것으로 파악되고 있다. 또한 제조업에 비해 서비스업 부문의 생산유발효과가 상대적으로 작아 4차 산업혁명으로 인한 긍정적 효과가 경제전체로 전이되는 양이 적게 나타나는 것도 서비스업이 가진 한계로 파악된다. 서비스업이 타 산업으로의 파급효과를 증가시키고 품질경쟁력을 통해 중간재, 최종재 단계에서 수요가 확대된다면 국가 경제에 기여하는 바가 월등히 향상될 것으로 예측된다.
취재부 2019-12-19
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[무전해도금법 기반 고전도성 구리 3D프린팅 기술 개발]복잡한 형상의 3차원 부도체도 3D 프린터 활용해 전기·전자소자로 변신​R&D TrendⅡ 자료_ 한국전기연구원​​​언제 어디서나 쉽게 탈부착이 가능한 웨어러블 기기, 스마트 팩토리, 드론, 사물인터넷(IoT), 센서, 모듈 등 다가오는 4차 산업혁명을 이끌어 갈 분야에서의 핵심 전자소자 및 전자제품 등을 3D프린터로 간편하게 인쇄할 수 있는 시대가 앞당겨질 것으로 전망된다. ​ 한국전기연구원(이하 KERI, 원장 최규하) 나노융합연구센터 설승권 박사(책임연구원)팀이 전압을 인가하지 않고 화학반응을 통해 금속을 도금할 수 있는 ‘무전해도금법’을 활용한 ‘고전도성 구리 3D프린팅 기술’을 개발했다. 이는 기존 KERI가 보유한 전기도금법 방식의 한계를 뛰어넘는 기술로, 일상생활에서 3D프린터의 활용범위를 획기적으로 넓힐 것으로 기대하고 있다.‘도금’이란 어떠한 물건의 표면 상태를 개선하기 위해 다른 금속의 얇은 층을 입히는 것을 말한다. 이 과정에서 전기에너지가 사용되면 ‘전기도금법’이라 하고, 전기없이 화학반응을 활용하는 방법을 ‘무전해도금법’이라고 한다. KERI는 2015년, 반지와 같은 장신구를 만들 때 사용되는 전기도금법의 원리를 활용한 ‘금속 3D프린팅 기술’을 세계최초로 개발한 바 있다. 연구책임자인 설승권 박사는 개발성과의 기술사업화를 목표로, 기존 전기도금법 기반 3D프린팅 기술이 갖는 간단한 공정의 장점은 그대로 가져가면서도 보다 저렴하고, 빠르며, 폭넓게 활용할 수 있는 고전도성 금속 3D프린팅 기술 개발을 위해 ‘무전해도금’ 방식에 주목했다. ​​ 무전해도금법은 도체뿐만 아니라 플라스틱과 같은 섬유류 등 전기가 통하지 않는 부도체에 적용될 수 있어 활용 폭이 매우 넓다. 또한 전기도금법보다 도금층이 치밀하며, 복잡하고, 불규칙한 표면상에도 균일한 두께의 도금이 가능하다는 장점이 있다. 연구팀이 개발한 기술은 무전해도금법 과정 중 금속의 환원반응을 위한 촉매(화학 반응에 참여하여 반응 속도를 변화시키지만 그 자신은 반응 전후에 원래대로 남는 물질) 물질이 함유된 3D프린팅용 잉크이다. 개발된 잉크를 이용하면 작게는 수 마이크로 미터(μm) 수준의 2차원은 물론 3차원의 구조물을 제작할 수 있으며, 제작된 구조물은 기판에서 떨어짐 없이 안정적으로 형상이 유지된다.무전해도금법 기반 3D 프린팅 기술은 총 2단계로 구성된다. 먼저 촉매가 포함된 잉크로 2차원 패턴 혹은 3차원 구조물을 인쇄하고, 무전해도금법을 활용해 인쇄된 구조물에 구리를 코팅함으로써 고전도성 패턴을 제조하는 구조다. 이러한 특징으로 인해 복잡한 형상의 3차원 기판에도 빠르고 단순하게 2차원(선, 면 형태) 및 3차원 입체 형태의 구리 배선과 전극 등을 제작할 수 있다. 또한 구리 등의 산화 방지를 위한 작업이나 전도도를 높이기 위한 추가적인 열처리 과정이 필요 없다는 것도 큰 장점이다. 이번 성과는 인쇄회로기판(PCB)과 웨어러블 기기 제조업체들의 많은 관심을 받을 것으로 연구팀은 보고 있다. 현재 성과에 대한 원천특허 출원을 완료했으며, 상업화를 위한 기술이전 수요업체 탐색 및 협의를 통해 사업화를 추진할 예정이다. 이 연구결과는 우수성을 인정받아 미국 화학회(American Chemical Society)가 발행하는 재료과학 분야 세계적인 학술지인 ‘ACS 어플라이드 머터리얼즈 앤 인터페이스 (ACS Applied Materials & Interfaces)’에 게재됐다.
취재부 2019-12-19