지금까지 시장은 생산자가 주도하는 형태였다. 생산자가 만드는 제품과 서비스를 일방적으로 소비 시장에 강요했다. 소비자 선택권은 제한적이었다. 천편일률적 제품으로 소비자는 동일한 규격과 성능의 제품을 구매할 수 밖에 없었다. 가령 특정 TV 기술이 등장하면 소비자는 트렌드에 맞춰 TV를 구매하고 시청하는 식이다.

4차 산업혁명 시대에는 시장 주도권이 소비자에게 넘어간다. 개성적이고 합리적 소비 주체가 늘어나면서 원하는 것도 각양각색으로 변한다. 누구는 대화면 TV를 원하고 다른 사람은 디자인에 특화된 TV를 원할 수 있다. 화질을 중요하게 생각했던 사람과 음향 성능에 관심을 가지는 사람이 나뉜다.

시장 패러다임 변화에 대응하려면 생산자는 제조 시스템을 전면 전환해한다. 기존 생산 방식은 '소품종 대량 생산'이었다. 4차 산업혁명 시대에는 다품종 소량생산을 넘어 '다품종 대량 생산' 체계를 확립해야한다. 업계는 4차 산업혁명을 주도하는 사물인터넷(IoT), 인공지능(AI), 로봇 기술 발전으로 '제조 혁신'이 가능하다고 내다봤다.

4차 산업혁명 시대 제조업에서 빠지지 않는 단어는 '사이버(가상) 물리 시스템'이다. 소프트웨어(SW), 네트워크를 중심으로 한 가상 세계와 우리가 살고 있는 현실 세계 융합을 의미한다. 제조업에 적용해 쉽게 풀이하자면, 로봇팔 등 각종 생산시설은 물리 세계에, 이를 제어하는 SW와 통신망은 가상 세계에 존재한다. 두 가지 영역이 융합해 유기적으로 움직여야 4차 산업혁명에 걸맞은 사이버 물리 시스템이 작동한다.

사이버 물리 시스템은 4차 산업혁명에 필요한 '스마트 팩토리(공장)' 핵심이다. 스마트 팩토리는 '기획·설계→생산→유통·판매' 전 과정을 자동화하고 디지털화한 공장을 의미한다. 사이버 물리 시스템은 이 과정을 실현시킬 IoT, AI, 로봇, 빅데이터 등 기술 집합체다.

기존 공장 설비와 자재는 일 대 일 제어 체계를 가지고 있다. 고압 프레스기를 작동하는데 한 가지 SW만 필요했다. 자동 절단기도 이 설비에 맞는 SW를 가진다. 용접 로봇도 마찬가지다.

하지만 독립된 생산 설비들은 자동으로 움직인다고 하더라도 진정한 자동화와 디지털화가 아니다. 4차 산업혁명에서 스마트공장은 기계가 센서와 연결돼 하나의 시스템으로 유기적으로 움직이는 공간이다. 각 기계는 IoT로 연결되고 이를 AI가 통합 제어한다. 각 기계에 부착한 센서가 지속적으로 데이터를 수집해 생산 현황뿐만 아니라 기계 설비 상태까지 확인한다. 사람이 신체 전반을 유기적으로 움직여 생활 하듯 모든 설비와 공장 자체가 연결된 사이버 물리 시스템을 확보한 것이다.

한국산업기술진흥협회가 7월 기업 연구소를 보유한 국내 기업 424개를 대상으로 '4차 산업혁명에 대한 기업 이해와 대응 현황'을 조사했다. 응답 기업 44.6%가 디지털 기반 시설을 활용한 제조업과 서비스업 혁신을 4차 산업혁명 성격으로 인식하는 것으로 나타났다. 바로 스마트팩토리다. 스마트팩토리는 단순 생산 영역만 국한되지 않는다. 제품 기획과 설계 등 연구개발(R&D)부터 제품 생산 후 판매·서비스까지 전 방위적 혁신이 필요하다.

스마트팩토리 구성 요소 가운데 컴퓨터지원설계(CAE)가 있다. 시제품 개발에 직접 사람이 참여해 재료를 가공하지 않고 컴퓨터로 미리 시뮬레이션 해보는 것이다. 온도나 습도 등 변수를 가상으로 설정한 뒤 재료 변화 등을 미리 파악할 수 있어 R&D 단계를 줄일 수 있다. 이미 많은 자동차 제조회사들이 CAE 솔루션을 활용하고 있다.

CAE 단계에서 생성된 수많은 데이터는 생산 과정에서 적용해 불량 최소화가 가능하다. 3차원(3D) 프린터로 시제품 금형을 만드는 것도 마찬가지다. 이런 과정은 제품 개발 속도를 앞당길 수 있어 소품종 대량생산에 적합하다.

생산 후 유통·서비스 단계에서도 스마트팩토리가 핵심이다. 기존에는 재고 관리나 제품 유통, 사후 서비스(AS)까지 모두 사람의 몫이었다. 스마트팩토리는 이 과정을 모두 자동화, 디지털화한다. 각 제품이나 포장에 센서를 부착해 재고를 파악하고 로봇을 이용해 소비자에게 도달하는 전 과정을 자동화할 수 있다.

가전업계 관계자는 “기존에는 공장에서 제품이 발송되면 끝이었지만 지금은 판매 후에도 지속적 관리가 필요하다”면서 “제품이 인터넷에 연결되는 등 IoT 기술이 적용되면서 제조사가 원격으로 제품 유지 보수가 가능해졌다”고 말했다.

기존 사람의 뇌를 담당했던 영역은 AI와 빅데이터가, 팔과 다리는 로봇이, 의사 소통은 IoT 기술이 대체할 수 있다. 이 같은 제조업 패러다임 전환은 4차 산업혁명의 핵심이다.

스마트 공장은 고용 패러다임을 전환할 실마리로 인식된다. 기계적 업무에서 벗어나 혁신적 생산 활동을 펼칠 기반을 마련한다. 전통적 제조업 노동 문제인 양극화, 수직 문화가 개방과 소통 중심으로 탈바꿈한다는 의미다.

특정 업무만 지속적으로 맡았던 기존 방식에서 벗어나 프로젝트별 고용 형태가 가속화될 전망이다. 주문형(온 디멘드) 거래가 확산되면서 생산자 역할도 시장 맞춤형으로 진화한다. 시장 변화를 빠르게 읽어내고 창의적 관점에서 접근할 수 있는 인재 중요성이 커진다.

제조업이 요구하는 전문가 스펙트럼도 넓어진다. 기존 제조업에서는 단순한 생산성만 강조했다면 4차 산업혁명 시대 제조업은 타 산업과 융합이 요구된다. 스마트 공장에서는 생산자뿐만 아니라 소프트웨어(SW)·하드웨어(HW) 전문가가 유기적으로 소통하는 환경이 필요하다. 스마트 공장이 협업을 가속화해 생산성을 높이고 불량률을 줄인다. 최종적으로 혁신 제품과 서비스를 시장에 선보일 수 있다. 이에 따라 개발자, 네트워크(클라우드)·마케팅 전문가 등이 제조업 영역에 참여하는 길이 넓어져 간접 고용 효과도 기대된다.

<스마트 공장 단계별 제조 변화 및 효과>

<스마트공장 구현 수준별 구분(자료 : 스마트공장추진단)>

<독일 인더스트리 4.0에 따른 2025년까지 일자리 증감>