첨단 제조는 인더스트리 4.0에 어떻게 부합할까요?

먼저, 인더스트리 4.0이란 무엇인가요?

4차 산업혁명으로 불리는 인더스트리 4.0은 2011년 독일 정부에서 사람의 개입 없이 제조업을 완전히 디지털화하기 위한 전략적 이니셔티브로 처음 도입되었습니다. 인더스트리 4.0은 산업 가치 사슬의 조직과 통제에 있어 새로운 단계를 의미합니다. 제조/생산 및 관련 산업의 디지털 전환입니다.

1차 산업혁명은 기계화, 증기 동력, 수력 발전의 등장과 함께 시작되었습니다. 그 후 전기를 이용한 대량 생산과 조립 라인을 중심으로 한 2차 산업혁명이 이어졌습니다. 3차 산업혁명은 전자, IT 시스템 및 자동화와 함께 이루어졌으며, 이는 사이버 물리 시스템과 관련된 4차 산업혁명으로 이어졌습니다. 아래 그림 1은 4차 산업혁명을 요약한 것입니다.

인더스트리 4.0으로의 전환은 다음 9가지 디지털 기술 축과 연결되어 있습니다. ⁽²⁾:

빅데이터 및 분석- 첫 번째 기둥은 빅데이터 및 분석입니다. 빅 데이터는 크고 복잡한 데이터 모음을 의미합니다. 데이터 분석은 데이터에서 의미 있는 정보를 추출하는 프로세스입니다. 기업은 지속적인 데이터 흐름과 분석 기능을 사용하여 데이터 패턴의 변화에 즉각적으로 대응하고, 비용을 절감하며, 더 빠르고 더 나은 의사 결정을 내리고, 새로운 제품과 서비스를 만들 수 있습니다.
시뮬레이션과 디지털 트윈 - 두 번째 기둥은 시뮬레이션과 디지털 트윈입니다. 시뮬레이션은 제품에 발생할 수 있는 상황을 재현하지만, 디지털 트윈은 현실 세계에서 실제 특정 제품에 일어나는 상황을 재현합니다. 빅데이터 및 분석의 가용성과 지속적으로 증가하는 컴퓨팅 성능이 결합되어 3D 시뮬레이션의 적용 범위가 제품 및 생산 공정의 일반 엔지니어링 단계부터 공장 운영까지 확대되고 있습니다.
자율 로봇- 세 번째 기둥은 자율 로봇입니다. 자율 로봇은 사람의 제어에 의존하지 않고 행동하는 로봇입니다. 전통적으로 제조업체는 복잡한 작업과 과제를 처리하는 데 산업용 로봇을 사용해 왔습니다. 그러나 기술력의 발전으로 자율적으로 작동하고, 점점 더 복잡하고 까다로운 작업을 수행할 수 있으며, 인간과 함께 또는 사람이 제한된 작업 공간에서도 작업할 수 있는 차세대 로봇이 등장하고 있습니다.
수평적 및 수직적 시스템 통합- 네 번째 기둥은 수평적 및 수직적 시스템 통합입니다. 인더스트리 4.0의 맥락에서 수직적 통합은 기업의 여러 계층에 걸쳐 내부 IT 시스템을 연결하는 것을 의미합니다. 수평적 통합은 기업의 전체 공급망과 가치 사슬에 걸쳐 다양한 시스템을 디지털화하고 연결하는 것을 말합니다. 이러한 연결은 서로 다른 회사 간에 가치 네트워크를 형성하고 엔드투엔드 솔루션을 제공하는 것을 목표로 합니다.
산업용 사물 인터넷(IIoT)- 다섯 번째 기둥은 사물 인터넷(IoT)입니다. IoT는 인터넷에 연결된 상호 연결된 물리적 객체와 디바이스로 구성된 네트워크 시스템 개념을 말합니다. IoT의 하위 개념인 산업용 사물 인터넷(IIoT)은 IoT 기능을 산업용으로 적용하는 데 중점을 둡니다. IIoT는 기업이 기계, 센서, 제품 및 장치에서 지속적으로 정보를 수집하고 이 정보를 사용하여 고장을 감지하고 품질을 모니터링하며 유지보수 절차를 시작할 수 있게 해주므로 인더스트리 4.0 개념의 필수 전제입니다.
사이버 보안 - 여섯 번째 기둥은 사이버 보안입니다. 인더스트리 4.0으로의 전환은 많은 이점을 제공하지만, 사이버 보안에 대한 우려도 커지고 있습니다. 실제로 시스템 통합과 IIoT, 빅 데이터 및 분석, 클라우드 컴퓨팅의 구현은 사이버 공격의 위험을 증가시킵니다. 사이버 공격의 위협은 다양할 수 있지만, 비즈니스에 미치는 영향은 심각할 수 있습니다. 이러한 영향에는 근로자의 생명을 위협하는 상황, 산업 거래 및 지적 재산의 도난, 안전 및 오염 규정 위반, 네트워크 서비스 거부, 중요 인프라, 기계 및 구성 요소에 대한 방해 행위 등이 포함될 수 있습니다.
클라우드 컴퓨팅- 일곱 번째 기둥은 클라우드 컴퓨팅입니다. 클라우드 컴퓨팅은 인터넷을 통해 IT 리소스와 컴퓨팅 파워를 공유하는 것을 말합니다. 클라우드 컴퓨팅 서비스에는 서버, 스토리지, 데이터베이스, 네트워킹, 소프트웨어, 분석 및 인텔리전스가 포함됩니다. 4차 산업혁명의 맥락에서 클라우드 컴퓨팅은 내부 부서와 회사 경계를 넘어 생산 및 제조 활동을 촉진하여 더 많은 협업, 업무 유연성, 서비스 제공 및 신제품 창출을 위한 기반을 마련할 수 있습니다.
적층 제조 및 3D 프린팅 - 여덟 번째 기둥은 다음과 같습니다. 적층 제조 (AM). 적층 가공은 재료를 추가하여 부품을 만드는 3D 프린팅 기술을 포함하는 공정을 말합니다. 이 공정은 밀링 및 터닝이나 사출 성형(금형에 재료를 주입하여 제품을 만드는 방식)과 같은 기존 제조 공정과는 다릅니다. 지금까지 대부분의 기업은 주로 개별 부품 및 구성품의 시제품 제작과 생산에 적층 제조를 사용했습니다. 그러나 적층 제조 기술이 발전하고 성숙해짐에 따라 산업계에서는 동일한 제품의 대량 생산에서 고급 속성을 지닌 맞춤형 정교한 제품의 소량 다품종 생산으로 전환하기 위해 적층 제조를 사용하는 기업이 점점 더 많아지고 있습니다.
증강 현실 및 가상 현실- 아홉 번째 기둥은 증강 현실(AR)과 가상 현실(VR)입니다. AR은 태블릿, 스마트폰, 스마트 글래스 등의 기기를 통해 사용자의 시야에 그래픽 정보 레이어를 투사하여 컴퓨터로 생성된 정보를 실제 환경에 통합하는 것을 말합니다. 이러한 추가 정보 계층은 작업자가 디지털/가상 환경과 실제 환경 간의 격차를 해소하고 운영 작업 및 의사 결정을 지원하는 데 도움이 될 수 있습니다. 가상 현실 (VR)은 AR을 한 단계 뛰어넘는 기술입니다. VR 기기는 실제 환경에 투영된 그래픽 정보 레이어 대신 실제 환경의 가상 복제본을 생성하여 사용자가 가상 요소와 상호 작용하고 가상 환경에서 활동을 평가하고 수행할 수 있도록 합니다.

인더스트리 4.0의 9가지 기술은 그림 2의 왼쪽에 강조 표시되어 있습니다.

따라서 인더스트리 4.0은 새로운 산업 혁명에 대한 약속을 포함하며, 스마트하고 연결된 기술이 조직에 내재화되는 방식을 나타냅니다. 디지털 기술을 사용하면 제조 시스템을 최적화하여 제조업을 더욱 민첩하고 유연하며 고객에 대한 대응력을 높일 수 있습니다.

인더스트리 4.0 도입의 주요 이점은 다음과 같습니다.⁽³⁾:

비용 및 낭비 감소 - 실시간 데이터를 사용하여 제조 프로세스와 공급망을 관리하고 최적화하여 비즈니스에 더 나은 의사결정을 내릴 수 있습니다. 사용 스마트 기술 다운타임이 발생하지 않습니다.
인력 강화 - 소프트웨어는 기술을 사용하여 직원을 연결함으로써 부서 간 협업과 효율성을 향상시킬 수 있습니다.
기술과 솔루션에 투자하면 제조 공정을 개선하고 고객에게 더 나은 서비스를 제공할 수 있어 비즈니스 경쟁력을 높일 수 있습니다.
잠재적인 문제가 발생하기 전에 해결 - 기술에 투자하면 잠재적인 유지보수 및 공급망 관리 문제를 파악하여 사후 대응이 아닌 사전 예방이 가능합니다.
빅 데이터의 가치 - 기계와 프로세스를 통해 수집할 수 있는 풍부한 정보를 소프트웨어 및 비즈니스 시스템과 통합하여 완전히 연결된 비즈니스를 만들 수 있습니다.
CAD 설계에서 바로 제품을 제작할 수 있어 설계 엔지니어가 소프트웨어 내에서 테스트할 수 있는 가상 샘플을 생성할 수 있으므로 제조업체는 설계 및 개발 프로세스를 가속화하고 더 나은 품질의 제품을 생산할 수 있습니다.
작업 현장 개선 - 인더스트리 4.0 기계는 클라우드 기술과 사물 인터넷(IoT) 기술로 지원되며, 기계는 성능 데이터를 수집하고 이를 다른 기계 또는 소프트웨어 시스템과 공유할 수 있습니다.
비즈니스 회복탄력성 구축 - 디지털 솔루션은 운영을 지원하고 비즈니스를 혁신하여 더 강력하고 탄력적으로 만들 수 있습니다.

인더스트리 4.0의 적층 제조 및 3D 프린팅:⁽⁴⁾

8번째로 강조된 적층 제조 및 3D 프린팅^th 인더스트리 4.0의 기둥인 적층 가공은 인더스트리 4.0의 주요 신흥 제조 기술입니다. 다른 기술과 결합된 적층 제조의 사용과 구현은 기계(자율, 자동, 지능형), 시스템 및 네트워크가 정보를 교환하고 생산 관리 시스템에 대응할 수 있는 지능형 생산으로 산업을 진화시키고 있습니다. 또한 3D 프린팅은 사람의 개입 없이 3D 설계를 제품으로 구현할 수 있는 기술로서 인더스트리 4.0에서 기본적인 제조 역할을 담당하고 있습니다. 값비싼 도구와 설비가 필요하지 않으므로 후처리, 재료 낭비, 사람의 개입을 줄일 수 있습니다.

3D 프린팅 덕분에 공장은 유연성을 높여 점점 더 까다롭고 예측하기 어려운 시장의 요구에 적응할 수 있습니다. 또한 값비싼 금형과 제조 도구 없이도 모든 종류의 개인 맞춤형 물체를 제조할 수 있습니다.

3D 프린팅은 현재 기후 상황과 자원 소비와 폐기물 발생이 적은 지속 가능한 제조 공정의 중요성을 고려할 때 환경에도 큰 도움이 되는 기술입니다. 또한 다음과 같은 이유로 전 세계가 겪고 있는 현재 상황도 고려해야 합니다. COVID-19, 는 개인화된 요소를 빠르게 제작해야 하는 필요성이 증가함에 따라 3D 프린팅의 발전과 통합을 이끌었습니다.

요약하기

인더스트리 4.0을 기반으로 하는 적층 제조와 같은 스마트 기술은 생산성 향상, 부품 품질 개선, 비용 절감, 직원 다운타임 감소로 이어집니다. 또한 리소스 활용도도 향상됩니다. 인더스트리 4.0은 기업의 제조, 제품 품질 및 유통 방식을 혁신적으로 변화시키고 있습니다. 인더스트리 4.0은 제조 기업의 경쟁 우위를 견인하고 새로운 제품 마케팅 방식과 비즈니스의 디지털 프로세스 전환을 가능하게 할 것입니다.