*자료 : 산업연구원 이상현 서비스산업연구실·부연구위원

<요약>

초연결생산화로 설명되는 제4차 산업혁명에 대해 전 세계적인 관심이 집중되고 있다. 이에 대한 관심은 우리나라에서도 높아 사물인터넷, 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터 등의 기반기술과 스마트공장 구축을 통한 생산과정의 최적화 등과 관련한 논의와 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 이러한 논의와 연구는 초연결생산화를 가능케 하는 인프라에 집중되어 있으며 무엇을 연결할 지에 대한 부분은 간과하고 있다.

본고에서는 혁신의 연속성상에서 산업혁명을 이해하고 제4차 산업혁명의 특징인 초연결생산화를 위한 유기적 연결의 대상으로 제조엔지니어링을 제시한다. 지속적 혁신의 수행자로서 국내 제조엔지니어링은 양적·질적 성장을 지속하고 있으며 새로운 가치를 창출하며 높은 수익을 기록하고 있다. 제조엔지니어링의 육성은 산업구조 고도화와 직결되며 제4차 산업혁명에 대한 근본적 대응책 가운데 하나가 될 것으로 판단된다.

혁신, 기술개발, 산업혁명

1. 서론

금년 1월 스위스 다보스에서 개최된 세계지식포럼은 제4차 산업혁명의 이해라는 주제로 전 세계에 새로운 화두를 제시했다. 기존의 주제가 저성장, 지역 간 갈등, 불평등, 성장, 고용 등 경제위기에 대한 관리 측면과 관련되었던 것을 고려할 때 금번 기술과 관련된 제4차 산업혁명이 주제로 선정된 것은 향후 기술의 변화와 그에 따른 경제 환경의 변화에 세계적인 관심이 집중되고 있음을 의미한다. 제4차 산업혁명에 대한 관심은 우리나라에서도 높아 이와 관련된 논의와 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 여전히 제4차 산업혁명에 대한 이해는 불충분해 기존의 혁신 노력과 별개의 개념으로 이해되거나 특정 기술의 개발 및 활용 측면에 집중되어 전체적인 숲을 보지 못하고 나무에 치우치는 우를 범하는 경우가 발생하고 있다.

그간의 산업혁명은 동력원의 발전과 혁신을 통한 새로운 기술의 개발과정으로서 기술 발전사에 따른 시대별 구분에 해당된다. 즉 제1차 산업혁명은 석탄 자원과 증기기관 기반의 기계화, 제2차 산업혁명은 전기 동력과 표준화 기술 기반의 대량생산화, 제3차 산업혁명은 전자장치와 ICT 기반의 자동화로 특정될 수 있다. 그러나 이러한 구분은 각각의 산업혁명이 당대에 갑작스럽게 등장한 새로운 기술에 의해 발생한 사건으로 받아들이게 될 오해의 소지를 남긴다. 이산적(Discrete)으로 구분된 각 산업혁명과 기반 기술은 엄밀히 말해 연속적(Continuous)으로 진행된 혁신의 결과물이기 때문이다. 이러한 측면에서 볼 때 최근 화두가 되고 있는 제4차 산업혁명도 결국은 혁신의 연장선에 해당된다.

제4차 산업혁명은 2013년 독일의 제조업 혁신정책인 인더스트리 4.0을 통해 ‘제품 라이프사이클 전반에 걸친 가치창출 네트워크의 조직 및 관리 체계의 새로운 형태’라는 정의로 등장했다. 여기서 ‘새로운 형태’란 개별적이며 수동적으로 작동하던 기존의 생산관련 요소들이 유기적으로 연결됨으로써 최적 생산방식에 대한 능동적 결정을 통해 전체 가치사슬을 최적화하는 형태를 의미한다. 이때 생산관련 요소들의 유기적 연결은 사물인터넷(IoT), 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터, 인공지능(AI) 등 ICT를 통해 가능해지며 스마트공장을 통해 전체 생산과정의 최적화가 이루어진다. 종합하면 제4차 산업혁명은 ICT 기반의 ‘초연결생산화’로 규정할 수 있다.

제4차 산업혁명과 관련하여 사물인터넷, 클라우드 컴퓨팅, 빅데이터, 인공지능, 3D 프린팅 등에 대한 최근의 높은 관심은 ‘초연결생산화’를 뒷받침하는 인프라 구축의 차원에서 당연한 반응이라 할 수 있다. 그러나 제4차 산업혁명은 사전적 규정(Ex-ante)으로 여전히 진행과정에 있으며 더욱이 가장 완성된 형태의 스마트공장의 등장까지는 10~20년 정도의 기간이 더 소요될 것으로 전망된다.

따라서 지금은 ‘어떻게 연결할 것인가’라는 인프라 구축에 대한 과도한 관심보다는 ‘무엇을 연결할 것인가’에 대한 관심의 제고가 보다 필요한 시점이다. 즉, 향후 지속적인 기술의 개발과 장기간의 제4차 산업혁명 경주를 뒷받침할 수 있는 혁신의 지속성(Sustainability of Innovation) 확보 노력에 보다 많은 관심이 필요한 것으로 보인다. 이러한 차원에서 본고에서는 제4차 산업혁명을 제조혁신의 한 과정으로 이해하고 지속적 혁신의 수행자인 제조엔지니어링에 대한 논의를 진행하고자 한다. 특히, 제조업 패러다임의 변화와 함께 제조혁신을 주도할 제조엔지니어링 소프트웨어의 역할과 현황파악을 통해 제4차 산업혁명에 대한 대응방향을 제시해보고자 한다.

2. 제조 패러다임의 변화

기존의 제조업은 단일품종의 제품을 대량 생산함으로써 규모의 경제를 확보하고 이를 통한 가격경쟁력을 통해 수익을 창출하는 구조였다. 그러나 현재는 급변하는 소비자 기호의 신속한 반영 능력과 새로운 수요의 창출 능력이 제조업의 경쟁력을 좌우함으로써 다품종 소량생산을 위한 효율적 생산역량의 확보가 경쟁력의 원천으로 작용하고 있다. 제조업에서의 이러한 변화는 제품과 생산 단계에서 동시적으로 이루어지는 패러다임 변화에 의해 주도되고 있다.

SCP의 구성요소

SCP의 작동원리(자료. 국내 엔지니어링산업분류체계 현황 및 개선방향 연구(2015 산업연구원) p.51 재인용)

(1) 제품 패러다임의 변화와 파급효과

IT의 확산과 발전은 기존과는 차원이 다른 구성요소와 작동원리를 지닌 Smart Connected Products(이하 SCP)라는 제품의 등장을 야기했다. SCP는 물리적(Physical), 스마트(Smart), 연결성(Connectivity) 등의 3가지 요소로 구성되며 기존 제품과 차별되는 SCP만의 특징은 스마트와 연결성 요소를 통해 설명된다. 스마트 요소는 제품에 내장된 운영시스템(Embedded Operating System)과 사용자 인터페이스(User Interface)로서 제품 스스로 작동하고 문제점을 개선하는 기능을 담당한다. 스마트 요소가 작동하기 위해서는 유·무선 연결 또는 접속을 가능케 하는 포트(Ports), 안테나, 프로토콜 등이 요구되는데 이들은 연결성 요소를 통해 지원된다.

SCP는 작동원리에 있어서도 기존 제품과 차별화된다. 센서와 데이터를 통해 제품의 종합적인 관측을 수행하고(관측, Monitoring), 내장형 소프트웨어와 클라우드를 통한 제품의 조정과 사용자 경험의 개인화 과정을 거쳐(조정, Control), 제품 작동의 최적화 알고리즘을 구축하며(최적화, Optimization), 모든 과정을 종합해 구동, 타제품 및 시스템과의 기능 조율, 기능의 향상, 자가진단 등을 제품 스스로 수행(자율, Autonomy)하게 된다.

소프트웨어의 개발, 데이터분석, 온라인 보안 등 새로운 기술기반의 구축을 요구하는 SCP의 등장은 초기 고정비용의 비중을 높여 제조업체의 비용구조를 변화시킬 것으로 전망된다. 이와 함께 제조업체의 위상도 변화되어 단순한 제품의 공급자 차원에서 제품시스템(Product System)의 공급자와 시스템의 시스템(Systems of Systems)을 공급하는 차원으로 격상될 것으로 보인다. 이에 따라 향후 경쟁력은 개별 제품 차원이 아니라 시스템 차원에서 좌우될 것으로 전망된다.

제품 패러다임 변화에 따른 경쟁력 결정요인의 변화(자료. 국내 엔지니어링산업분류체계 현황 및 개선방향 연구(2015 산업연구원) p.53 재인용)

(2) 컴퓨터를 활용한 생산방식의 보편화

제조 패러다임의 변화는 생산방식의 변화에서도 발견된다. 컴퓨터를 활용한 생산은 이미 보편화되어 생산주문과 함께 CIM으로 제품의 발주를 받고 CAD로 도면을 작성하고 이를 다시 CIM을 통해 현장에 보내 CAM으로 작업이 가능해짐으로써 생산 효율성의 제고가 이루어지고 있다. 이러한 생산방식은 여러 공정이 유기적으로 연결되어 진행된다는 측면에서 개별 공정단위에서의 기계적 자동화보다 발전된 방식으로 평가된다.

제4차 산업혁명에 따른 스마트공장은 이보다도 진일보한 형태로써 컴퓨터와 IoT를 통해 전 생산 공정에 대한 제어가 가능해지며 생산·공정 전 과정에 대한 자동화 및 정보화를 통해 가치사슬 전체를 하나의 공장처럼 연동 및 통합하는 생산방식을 취하게 된다.

제품 패러다임의 변화와 컴퓨터 생산방식으로의 진화는 제품과 시스템, 공정과 공정 간의 유기적 연결이 핵심적 요소로 평가되며 이는 초연결생산화로 대변되는 제4차 산업혁명과 궤를 같이하고 있다. 따라서 IoT, 빅데이터, 클라우드 컴퓨팅 등의 활용과 스마트공장 구축 노력은 유기적 연결성 제고를 위한 올바른 방향의 설정으로 보인다. 그러나 이러한 노력을 ‘어떻게 연결할 것인가?’에 대한 해결 방안으로서 인프라의 구축을 제시할 뿐 인프라를 통해 ‘무엇을 연결할 것인가?’ 라는 보다 근본적인 문제의 해결 방안은 제시하지 못하고 있다.

(3) 가치사슬의 정교화와 가치곡선

‘무엇을 연결할 것인가?’에 대한 해답은 제조업 가치사슬의 변화 추세를 통해 확인이 가능하다. 광범위한 제조업을 포괄할 수 있는 제조업 가치사슬을 기반으로 ‘무엇이’, ‘어떠한’ 영향을 미치고 있는지 확인하는 과정을 통해 그 해답을 제시해보고자 한다.

제조업의 가치사슬은 생산(또는 양산)단계를 중심으로 전방 가치사슬과 후방 가치사슬로 구분된다. 가치사슬의 두 부문은 다양한 엔지니어링의 적용과 서비스 영역으로의 확장을 통해 정교화되고 있으며 이러한 움직임을 통해 제조업의 가치창출 양상을 변화시키고 있다.

특히, 가치창출 양상의 변화는 제품설계와 공정설계 영역에서 두드러지게 나타나고 있으며 제조엔지니어링 소프트웨어의 활용이 이러한 변화를 주도하고 있다.

제조업 가치사슬과 가치곡선(자료. 산업연구원(KIET))

3. 국내 제조엔지니어링의 현황과 한계

제4차 산업혁명에 따른 제조패러다임의 변화에 있어서 제조엔지니어링의 역할과 중요성을 고려할 때 국내 제조엔지니어링의 역량 제고가 필수적이며 이를 위해서는 정확한 현황 분석이 필요하다. 제조엔지니어링에 대한 다양한 정의가 가능하지만 본고에서는 엔지니어링 소프트웨어의 활용측면에 초점을 두고 ‘전문 교육을 받은 인력이 CAD, CAM, CAE, PLM 등의 엔지니어링 소프트웨어를 활용해 제조 효율을 높이는 활동(Manufacturing, 2016. 2)’이라는 협의의 정의에 따라 국내 현황을 파악해본다.

(1) 중소기업 위주의 국내 제조엔지니어링 서비스

2015년 기준 국내 제조엔지니어링 업체는 총 693개로 조사됐다. 이 가운데 중소기업이 총 408개 업체로 58.9%의 가장 높은 비중을 차지하고 있으며 소공인 규모의 업체가 85개 12.3%의 비중으로 조사됐다. 반면에 대기업은 2개 업체에 불과해 국내 제조엔지니어링서비스는 중소기업 위주의 업종인 것으로 분석된다.

(2) 2006년을 기점으로 활발해진 제조엔지니어링 업체의 설립

집계된 총 693개의 제조엔지니어링 업체 가운데 2000년 이전에 설립된 업체는 약 19.8% 137개 업체에 불과한 반면 2014년 이후 설립된 업체는 20.3%인 141개 업체에 달하며 2006년을 기점으로 설립 증가 추세가 뚜렷이 나타나고 있다. 이러한 업체의 설립 추이는 제조패러다임의 변화에 따라 제조엔지니어링 서비스의 중요성에 대한 인식 제고가 이루어지고 있으며 이와 함께 수요가 증가하고 있는 것으로 해석된다.

제조엔지니어링 분류 항목별 업체 규모 및 비중

제조엔지니어링 서비스 업체의 설립 추이

제조엔지니어링 매출액과 영업이익 추이

(3) 매출규모와 영업이익 규모의 지속적 증가

국내 제조엔지니어링 업체의 총 매출액은 2015년 기준 약 5조 2,400억 원 규모에 이르며 업체당 평균 매출액은 2013년 이후 꾸준히 증가하여 동년 약 205억 원 규모에 달하고 있다. 매출증가라는 제조엔지니어링의 양적 성장은 영업이익의 증가라는 질적 성장과 함께 진행되고 있어 업체당 평균영업이익은 2015년 기준 약 16억 원 규모에 이르고 있다.

국내 제조엔지니어링의 성장은 업체들의 영업활동 즉, 생산 활동과 판매 및 관리 활동의 효율성 측면에서도 관측된다. 2015년 제조엔지니어링 업체들의 매출액영업 이익률은 7.81%로서 2014년의 5.02% 대비 약 2.79% 증가했으며 이는 같은 해인 2015년 제조업(5.43%), 서비스업(5.39%), 전문·과학 및 기술서비스업(4.61%)의 평균 수준을 2~3% 이상 상회하는 것으로 분석된다.

소결하면, 중소규모의 업체에 의해 주도되고 있는 국내 제조엔지니어링은 제조패러다임의 변화에 대응하여 양적·질적 성장을 이루었으며 특히, 타 업종 대비 높은 수준의 매출액영업이익률을 유지함으로써 수익성이 높은 분야로 분석된다.

4) 제조엔지니어링에 대한 인식은 여전히 미흡

제조업의 국가 경제적 비중과 국내 제조엔지니어링의 성장을 고려할 때 그 중요성은 자명함에도 불구하고 이에 대한 인식은 현실을 따라가지 못하고 있는 실정이다. 기존 제조업 위주의 산업 문화는 엔지니어링 부문에 대한 경시와 함께 엔지니어링 아웃소싱 문화의 부재를 야기했고 이는 제조엔지니어링 업체의 수익확보에 부정적 요인으로 작용하고 있다. 지원 정책 역시 제조업 측면에 치우쳐 엔지니어링과 소프트웨어에 특화된 정책 개발이 미진한 상태이다. 이에 더해 중소기업 위주의 제조엔지니어링 업체가 감당하기에 부담스러운 수준의 인프라구축 비용은 고용 확대의 저해 요인으로 작용하고 있으며 필요 인력의 적절한 수급에도 부정적인 영향을 초래하고 있다.

이와 함께 현재의 산학연계 구조는 제조업 전반에 걸쳐 제조엔지니어링업체의 기능을 제한하는 공통된 양상을 띠고 있다. 즉, 현행 산학연계는 기초기술을 위한 연구와 응용기술을 위한 개발 분야 모두가 학문적 접근에 집중된 학교기관에 의해 수행됨으로써 연구 성과의 효과적 사업화 및 상업화가 제한되고 있음은 물론 산학연계를 통한 인재 양성 등 제조엔지니어링 활성화로의 선순환 구조가 제약되고 있다.

4. 정책과제

초연결생산화로 대표되는 제4차 산업혁명에 대한 많은 연구와 논의는 ‘어떻게 연결할 것인가’인 인프라 측면에 집중되어 왔다. 그러나 그간의 산업혁명이 혁신에 따른 결과라는 사실을 고려할 때, 지속적 혁신을 주도해 나갈 경제 주체의 발굴 및 육성이 제4차 산업혁명에 대한 근본적인 대응이 될 것으로 보인다. 이는 ‘무엇을 연결할 것인가’ 라는 물음에 대한 해답을 찾는 과정이 될 것이다. 본고에서는 제조패러다임과 제조업 가치사슬의 변화를 주도하며 양적·질적 성장과 함께 새로운 가치를 창출하고 있는 제조엔지니어링의 국내 현황을 제시했다. 특히, 제조엔지니어링 업체가 겪고 있는 문제로서 대외적으로는 제조엔지니어링에 대한 인식의 부족과 제조엔지니어링의 특성을 반영하지 못하는 정책적 지원을, 대내적으로는 과도한 인프라 비용 부담을 제시했다. 이러한 문제의 해결을 위해서는 종합적이고 체계적인 접근이 필요하며 국내 산업구조의 체질을 변화시키는 노력이 필요하다.

먼저 제조엔지니어링 기능을 축으로 공통된 기능을 지닌 업체들을 집적시키는 타운 조성을 통해 업체 간 연계를 촉진함으로써 공동인프라 구축에 따른 비용절감과 다양한 융·복합 비즈니스 모델의 개발 등을 유도하는 것이 필요하다. 이와 함께 연구와 개발이 학교에 집중된 현행 산학연계 방식을 연구와 개발의 주체를 분리해 제조엔지니어링의 효과를 제고하는 방식으로 재조정이 필요하며 이를 통한 맞춤형 전문 인력의 양성체제 구축이 요구된다. 마지막으로, 제조엔지니어링 관련 법·제도의 체계화를 통해 제조엔지니어링의 산업적 특성을 반영한 생태계의 구축이 필요하다.

지금까지 제조엔지니어링 분야에 대한 인식과 정책적 관심은 그리 높지 않아 체계적인 연구와 지원이 부족한 것이 사실이나 제조업 가치사슬에서의 역할과 새로이 창출되는 부가가치를 고려할 때 제조엔지니어링 분야에 대한 육성은 우리나라 제조업의 산업구조를 고도화하는 계기가 될 것이며 제4차 산업혁명에 대한 궁극적인 대응책이 될 것으로 판단된다.