주간기술동향 2020. 7. 1.

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*

I. 4차 산업혁명이란

4차 산업혁명 시대가 도래하고 있다. 과거 산업혁명은 1차는 증기, 2차는 전력, 3차는 정보통신 등 새로운 동력원이 발명되면서 촉발되었다. 하지만 4차 산업혁명은 새로운 동력원의 발명에서 시작되지 않는다. 대신 동력원을 사용하는 주체가 사람에서 산업생태계

* 본 내용은 김영훈 수석연구원(☎ 02-3457-8060, golyong@posri.re.kr)에게 문의하시기 바랍니다.** 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다.

4차 산업혁명 시대를 맞이하여 개인맞춤 시장이 부상하고 있으며 생산 방식에도 근본적인 변화가 시작되고 있다. 개인맞춤 시장은 20% 이상의 가격 프리미엄을 지불할 의사가 있는 롱테일(Longtail) 고객의 확대와 디지털 트윈과 같은 제조혁신 기술이 확산되면서 성장 중이다. 시장의 변화로 생산 방식의 변화도 예상된다. B2C(Business to Customer) 분야에서는 컨베이어 벨트 중심의 생산은 줄어들고 맞춤제작에 적합한 셀 생산 방식(Cell Production)이 확산될 것이다. 이에 따라 모듈러 무빙(Modular Moving) 팩토리와 같은 새로운 개념의 생산 방식의 연구가 진행되고 있다. B2B(Business to Business), 특히 소재 분야에서도 B2C 고객의 다양하지만 소량 주문에 대응하고 있다. 다중소재(Multi Material) 및 디지털 고로(Digital Furnace) 전략이 대표적인 예이다. 개인맞춤 시장 및 생산 방식의 변화는 2025년부터 확산될 것으로 전망된다. FaaS(Factory as a Service) 등 기술개발 및 개념설계 등을 통해 시장을 선점하기 전략이 필요하다. 기술개발 전략은 제조 데이터를 중심으로 스타트업과 협력하는 오픈 생태계 모델이 중요하다.

chapter 1

4차 산업혁명 시대의 개인맞춤 시장과 제조 밸류체인의 변화

•••김영훈 ‖ 포스코 경영연구원 수석연구원

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를 구성하는 사물로 이동했고, 모든 사물들이 네트워크로 연결되고 소통함으로써 동력원의 생산성을 항상 극대화한다는 점에서 차별적이다.

4차 산업혁명의 핵심기술은 ‘디지털 트윈(Digital Twin)’이다. 디지털 트윈은 물리적

세계(Physical World)와 동일한 디지털 쌍둥이(Digital World)를 생성하는 기술이다.

디지털 트윈에 의해 센서에서 수집된 1개의 데이터가 다양한 환경변수와 결합해 n개의

솔루션을 만들고 센서가 부착된 물리적 자산에 실시간 피드백함으로써 자산의 생산성을

극대화한다. GE는 디지털 트윈 기술을 항공 및 발전 분야, 에너지 설비에 적용함으로써

연료 효율과 설비 가동시간을 1% 증가시켰고 연간 5~8조 원의 비용을 절감하였다. 디지

털 트윈 기술은 기업의 수익뿐만 아니라 도시의 가치를 향상시키는 데에도 적용된다. 싱가

포르는 디지털 트윈과 오픈 플랫폼 모델을 접목하여 교통·주택·환경 등 도시의 고질적인

사회문제를 저비용으로 해결하고 있다[6].

본 고에서는 4차 산업혁명의 핵심변화로 개인맞춤(Personalized Product) 시장의 부

상에 주목한다. 개인맞춤 시장이란 개별고객의 주문에 맞춰 One Batch 생산이 가능한

시장이다. 디지털 트윈 기술이 제조업에 적용되면서 고객 주문이 최적으로 예측되고 설비

의 생산성이 항상 극대화된다. 이로 인해 高원가 및 高가격 구조로 생산자 및 소비자로부

<자료> 김영훈, “전통 제조업 부활의 Key, 스마트 유연생산”, 포스코 경영연구원, 이슈리포트, 2016.

[그림 1] 4차 산업혁명과 개인맞춤 생산시대

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터 소외되었던 개인맞춤 시장이 2025년부터 확대될 전망이다([그림 1] 참조).

본 고에서는 4차 산업혁명 시대를 맞이하여 개인맞춤 시장의 부상을 고찰하고 제조 밸류체인은 어떻게 변하는지를 살펴볼 것이다. 밸류체인의 변화는 시장구조 및 생산 방식의 변화에 초점을 맞출 것이며 산업구조의 근본적 변화에 맞춰 우리는 어떻게 대응해야 하는지를 논의할 것이다.

II. 개인맞춤 시장과 제조 밸류체인 변화

1. 시장구조의 변화

4차 산업혁명 시대에는 파레토(Pareto) 법칙보다는 롱테일(Longtail) 법칙이 중요해진다. 파레토 법칙이란 상위 20%의 판매가 전체 매출의 80%를 차지한다는 마케팅 이론이다. 하지만 4차 산업혁명 시대에서는 하위 80%의 고객층이 중요해진다. 소량이지만 다양한 제품에 대한 수요가 합산될 때 거대한 수요를 형성하는 롱테일 법칙이 부상한다. 경제구조가 수요 곡선의 머리 부분에 위치한 주류상품 및 소수의 히트상품 중심에서 꼬리부분에 분포된 거대한 틈새시장으로 이동하고 있다.

예를 들면, 아마존의 도서매출 중에서 베스트셀러가 차지하는 비중은 1/3이 되지 않는

다. 대신 매출의 2/3는 대중적인 인지도가 없는 책들로 구성되어 있다. 세계 최대 IT업체

인 Google은 글로벌 패션업체인 H&M과 스마트폰 상에서 소비자의 라이프 스타일을

분석하여 개인 맞춤형 드레스를 제작하는 ‘Coded Couture’ 서비스를 개시하였다. 독일

의 제조혁신을 이끄는 Adidas도 ‘Speed Factory’를 통해서 맞춤 서비스를 강화하고 있

다. ‘Speed Factory’에서는 로봇, 3D 프린팅 등 첨단 시스템을 통해 소비자가 원하는

단 하나의 신발을 제작한다. 비록 2019년 독일과 미국의 테스트베드 공장을 폐쇄하였지

만 Adidas는 실증사업을 통해 확보된 제조혁신 기술을 중국과 베트남의 양산공장에 적용

할 것으로 예상된다. 2020년 세계 최대 가전박람 전시회인 CES에서 화장품 기업 로레알

은 개인이 직접 피부에 맞는 화장품을 제조할 수 있는 ‘페르소’라는 개인맞춤 화장품 기기

를 선보였다. 소비자가 아침에 스마트폰 앱을 통해 얼굴을 스캔하면 AI가 피부상태, 대기

질, 공해, 트렌드 등을 분석하여 최적화된 스킨로션을 제조하는 컨셉이다. 삼성전자는

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Bespoke 냉장고 브랜드를 통해 맞춤가전 생산을 본격화하였다. Bespoke 냉장고는 가족

수, 식습관, 라이프스타일, 주방 형태에 따른 나만의 제품 조합이 가능하고 색상, 재질

등 나만의 디자인을 선택할 수 있다. 미국의 로컬 모터스는 고객의 주문대로 차량을 디자

인하고 3D 프린팅 기술을 통해 개인 맞춤형 전기자동차를 제작하는 사업모델을 추진 중

이다. 제약업계에서는 인간 고유의 유전체 정보를 빅데이터 기법으로 해석하여 개인별로

맞춤형 건강관리 및 치료를 제공하고 있다.

이러한 시장의 변화가 가능한 이유는 롱테일 고객들이 끊임없이 새로운 스타일을 요구하고 개인화 제품에 평균 20% 이상의 가격 프리미엄을 지불할 의사가 있기 때문이다[1]. 최근 전세계적으로 도시화가 빠르게 진행되고 개성을 중시하는 도시민들이 많아지면서 개인화 제품을 선호하는 롱테일 고객층은 더욱 증가할 것이다.

롱테일 고객의 증가로 생산자들도 생산 모드의 잦은 변경에 따라 발생되는 원가 상승 부담을 극복할 수 있다. 여기에 디지털 트윈, 3D 프린팅, 스마트 센서 등 맞춤생산을 위한 HW 가격이 하락하고 있기 때문에 롱테일 시장 및 이에 대응하는 제조 시스템 공급산업은 계속 확대될 것이다.

2. 생산 방식의 변화

생산시스템은 고객유형에 따라서 B2C(Business to Customer)와 B2B(Business to Business)로 구분된다. 시장에서 개인맞춤 주문이 증가하면서 B2C와 B2B 분야의 생산 방식도 순차적인 변화가 예상된다.

B2C 분야에서는 컨베이어 벨트 방식의 생산이 줄어들고 셀 생산(Cell Production) 방식이 점차 확대될 것이다. 셀 생산이란 대량분업 생산에서 필수적이었던 컨베이어 벨트 없이 생산 공정의 처음부터 끝까지 숙련 작업자가 책임을 지고 조립하는 자기 완결형 생산 방식이다. 4차 산업혁명 시대에 숙련공들은 협동로봇(Collaborate Robot) 또는 무인 운반차(Autonomous Ground Vehicle: AGV) 등의 도움을 받기 때문에 노동 생산성이 향상된다. 미래의 셀 생산 방식은 기계와 인간의 효율적인 협업체계를 근간으로 하며 이로 인해 노동의 가치는 상승하고 노동 생산성은 극대화된다.

이러한 변화는 컨베이어 생산이 보편화된 자동차 산업에서도 도입되고 있다([그림 2]

참조). BMW는 2013년 미국의 스파턴버그(Spartanburg) 공장 조립라인에 미스 샬롯

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(Miss Charlotte)이라는 협업로봇을 투입했다. 초기 로봇은 차량 문에 방음 장치를 설치

하는 역할만 수행했지만 차축 트랜스미션 어셈블리 라인까지 점차 응용범위가 확대되고

있다. 혼다자동차는 세계 최초로 자동차 셀 생산 방식인 ARC(Assembly Revolution

Cell)를 태국 공장에 도입하였다. 컨베이어처럼 움직이는 유닛에 자동차 한 대를 위한

부품을 적재하고 4명의 작업자가 한 팀이 되어 탑승하면 차체와 함께 이동하면서 조립하

는 방식이다. 한 라인에서 다수 모델 생산이 가능하기 때문에 생산성이 기존 컨베이어

밸트 방식보다 10% 이상 개선된다. 다임러 그룹은 ARENA 2036 프로젝트를 통해 컨베이

어 생산 방식을 완전히 대체하는 적응형 자동차 생산 방식을 연구하고 있다. 독일 자동차

산업 150주년이 되는 2036년까지 임무를 완수하는 초대형 프로젝트로, 보쉬, 프라운호퍼

연구소, 독일우주항공센터 등 다양한 사업자가 참여하여 새로운 개념의 부품소재 및 생산

방식 개발을 추진하고 있다[6].

개인맞춤 생산 방식의 대표적인 예는 레고블록을 쌓듯이 생산라인을 조합하는 모듈러

무빙 팩토리(Modular and Moving Factory)이다([그림 3] 참조). 독일 인공지능연구소

(DFKI)를 중심으로 2010년 이후부터 연구되고 있는 개념으로 고객주문에 따라 실시간으

로 설비를 대체(Hot Swap)하고 실시간으로 업무를 변경(Plug and Produce)할 수 있는

새로운 개념의 마이크로 팩토리이다. 유럽 화학업계에서는 F3(Fast, Flexible and Future)

Factory 및 ENPRO(Energy Efficiency and Process Intensification) 프로젝트를 통

해 고가제품(연간 생산 0.1~1천 톤 규모, 10~20단계 멀티공정, 평균 판매가격이 kg당

U$100천 이상)에 한정하여 모듈러 무빙 팩토리의 컨셉을 실증하고 있다. 제약업계에서는

<자료> 이상현, “4차 산업혁명이 유발한 新 Biz 양상”, 포스코 경영연구원, 이슈리포트, 2017.

[그림 2] 혼다의 자동차 셀 생산 방식

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개인맞춤 의료시장의 확대에 맞춰 실제 사업화 사례도 등장하고 있다. GE 헬스케어의

Flex Factory-KUBio 사업이 대표적이다. 중소 제약업체를 대상으로 상공정(세포 배양)

에서 하공정(단백질 정제)까지 맞춤 디자인하고 생산라인을 컨테이너 사이즈로 제작하여

이동 및 설치까지 제공하는 것이 핵심 사업모델이다[4].

모듈러 무빙 팩토리가 확산될 경우 고부가가치 틈새시장 개척을 목표로 하는 혁신 제조

벤처들의 수혜가 예상된다. 특히, [그림 4]와 같이 디지털 트윈 기술이 접목된다면 맞춤공

정 디자인, 신제품 시장 출시, 에너지 소비 측면에서 25~50% 상당의 비용 절감이 예상된

다[2],[4]. 설비를 직접 구매하지 않고 필요할 때마다 단기임대도 가능하기 때문에 자금여

력이 부족한 바이오테크 회사들은 초기 고정비 부담이 줄어 시장 진입이 용이해진다.

<자료> 김영훈, “디지털트윈 어떻게 전개될 것인가?”, 포스코 경영연구원, 이슈리포트, 2018.

[그림 4] 모듈러 무빙 팩토리 도입에 따른 효과

<자료> 김영훈, “디지털트윈 어떻게 전개될 것인가?”, 포스코 경영연구원, 이슈리포트, 2018.

[그림 3] 독일 DFKI의 모듈러 무빙 팩토리 및 GE의 KUBio 사업

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개인맞춤 시장의 확대는 B2C 업체를 고객으로 두고 있는 B2B 산업에도 영향을 미칠

것이다. B2C의 생산 방식이 셀 방식으로 전환된다는 것은 B2B 입장에서는 다품종 소량

주문이 증가하고 원가 상승 압력이 가중된다는 의미이다. 이러한 변화에 대응하기 위해서

플라스틱, 철강, 알루미늄 등 B2B 소재기업들은 다중소재(Multi Material), 디지털 고로

(Digital Furnace) 등 다양한 원가절감 및 가치창출 전략을 검토해야 한다.

다중소재 전략이란 자동차 등 소재 사용업체가 철강과 같은 특정소재에 전적으로 의존

하는 것이 아니라 철강, 알루미늄, 플라스틱 등 다양한 소재를 조합하여 최적의 기술적,

경제적인 성능을 제품에 구현하는 것이다. 이러한 환경에서 철강업체는 철강재 판매 외에

철강과 이종소재 간 결합 및 시너지를 위한 최적의 솔루션을 제공하고 있다. 예를 들면,

자동차의 구조재 및 외판재는 AHSS(Advanced High Strength Steel) 철강이 주로 쓰였

지만 최근에는 연비규제 대응 및 자동차 경량화를 위해 6,000 계열의 알루미늄 채용도

증가되고 있다. 이에 철강 및 알루미늄 생산업체들은 자신의 소재가 시장을 주도하기 위한

기술개발 전략 외에 경쟁소재와의 상호 결합을 용이하게 하는 접합 및 체결 기술 등을

개발하여 자동차 고객사의 니즈를 충족시키고 있다[7].

다품종 소량 주문에 대비하기 위해 AI 기반의 새로운 최적생산 모델도 연구 중에 있다.

[그림 5]와 같이 철강 분야에서는 최종 코일에 고객이 주문한 제품 정보 이외에 납기 등

유통과 관련된 정보, 코일 가공에 필요한 솔루션 정보 등을 정보로 집약하여 고객에게

제공하는 모델을 시도하고 있다. 뿐만 아니라 디지털 트윈 기술을 활용하여 블랙박스

(Blackbox) 영역이었던 상공정 고로(Furnace)의 상태변화를 실시간으로 분석하고 생산

<자료> 김영훈, "디지털트윈 어떻게 전개될 것인가?”, 포스코 경영연구원, 이슈리포트, 2018.

[그림 5] 철강산업의 다중소재 솔루션 및 디지털 고로 전략

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성을 극대화하는 스마트 고로 연구 또한 진행 중이다. 포스코는 포항 제2 용광로에 AI를

접목하였고 아르셀로미탈은 체코 Ostrava 제3 용광로에 디지털 트윈 투자를 통해 용광로

내부의 쇳물온도 및 연소상태를 IoT 센서로 수집하고 AI 분석 등을 통해 최적의 제선

(Iron Making) 솔루션을 개발하고 있다[4].

III. 어떻게 대응할 것인가?

과거 산업혁명의 전개 과정을 분석했을 때 4차 산업혁명에 따른 개인맞춤 시장은 2025

년부터 가속화될 것으로 예상된다. 역사적으로 산업혁명을 촉발시킨 동력원이 발명되고

생산구조 및 일하는 방식이 근본적으로 변화하기까지는 약 20년이 소요되었다. 개인맞춤

생산을 가능하게 하는 대표기술인 디지털 트윈이 2010년경에 부상했음을 감안한다면 개

인맞춤 시대는 2030년에 본격화될 것이며 시장은 2025년부터 확대될 것이다. 남아있는

기간 동안 우리는 어떤 준비를 해야 할까?

<자료> 김은, "스마트 제조혁신 전략”, 한국 ICT 융합 네트워크, 중소기업기술정보진흥원 용역과제, 2019.

[그림 6] ETRI의 개인맞춤 스마트팩토리 사업 개요

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첫째, 맞춤생산을 위한 스마트팩토리와 서비스 플랫폼은 아직 시장 주도자가 없기 때문

에 개념설계 및 기술 개발에 집중할 필요가 있다. [그림 6]과 같이 한국전자통신연구원

(ETRI), 한국생산기술연구원(KITECH) 등 국내 대표적 연구기관에서 수행 중인 개방형

개인화 제조 서비스 연구(Factory As A Service: FaaS)를 실증 및 사업화 단계로 확대해

야 하며 이를 위한 다양한 기술을 개발해야 한다. ETRI에 따르면 개인맞춤 생산 방식이

확산되기 위해서는 3개의 계층별로 다른 기술이 요구된다. 우선 고객이 자신이 원하는

제품을 정확하게 요구하기 위해 개방성을 제공하는 FaaS 클라우드 계층이 있어야 하며

여기에는 개인맞춤 팩토리 및 팩토리들을 인터넷으로 연결하고, 고객주문, 온디멘드 엔지

니어링, 부품조달, 완제품 유통에 이르는 제조 프로세스 기술이 필요하다. 그리고 다양한

고객주문에 맞춰 생산되는 이종제품들을 최적의 방식으로 혼류생산을 하도록 하는 FaaS

제조운영 계층이 있어야 한다. 여기에는 다양한 개인맞춤 제품에 대한 생산, 공정 및 품질

현황을 실시간으로 분석 및 예측하고, 최적으로 대응 및 운영을 지원하는 기술이 필요하

다. 마지막으로 혁신형 제조설비 및 정보통신 기술을 기반으로 개인맞춤제품을 고도의

생산성으로 제작하는 FaaS 실행제어 계층이 필요하다. 여기에서는 사물인터넷(IoT)을 기

반으로 3D 프린터, 로봇 등 개인화 제조에 필요한 스마트 장비와 공장 내 이종설비를

유기적으로 연결하고, 지능화된 제어를 실시간으로 지원하는 기술이 필요하다[5].

둘째, 개인맞춤이라는 생산 방식의 근본적인 변화에 대응하기 위해서는 혁신적인 스타

트업과의 협력체계가 필요하다. 기존 대기업 내부의 혁신만으로는 원가절감에 집중한 혁

신만이 반복되며 생산 방식의 근본적 변화는 기대하기 어려운 실정이다. 생산과 관련된

데이터를 혁신적인 스타트업과 공유하고 완전히 새로운 관점에서 데이터를 분석하고 해석

해야 하며 이를 통해 생산성을 최대로 끌어올려야 한다. 이미 많은 대기업들이 스타트업과

의 협력을 추진하고 있는데 2017년 삼성전자가 국내 AI 벤처를 처음으로 인수한 사례가

대표적이다. 현대기아차 그룹은 2018년부터 전세계 5곳에 벤처투자 거점을 구축하고 신

성장동력 발굴의 허브로 운영하고 있다. 발굴된 스타트업과는 개인맞춤 생산과 관련된

실증사업을 구상하고 공동으로 운영해야 한다. 이러한 협력을 통해 Quick Win 성과를

확보하고 변화관리를 유도하며 사실상의 표준(De Facto Standard)을 선점하는 전략을

추진해야 한다.

셋째, 개인맞춤 시대에는 데이터 기반의 비즈니스 모델을 구축해야 확실한 경쟁우위를

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차지할 수 있다. 과거 제조 데이터는 단지 생산 공정의 결과로 생산성 분석에 제한적으로

만 활용(Data as Process Enabler)되었다. 하지만 최근 데이터는 제품 개선을 위한 핵심

자산(Data as Product Enabler)으로 인식되고 있으며 향후에는 데이터가 상품 자체

(Data as Product)로 인식되어 유통되고 재생산되게 될 것이다[4]. 개인맞춤 제품을 위해

개별 소비자의 다방면의 데이터가 하나의 상품이 되어 유통되고 이러한 데이터가 전문

가공업체에 의해 분석되면서 새로운 제품으로 재개발되어 다시 소비자에게 추천되는 시장

이 형성될 것이다. 개인맞춤 시대의 핵심자산인 데이터를 확보하고 적합한 비즈니스 모델

을 설계하는 것이 중요하며 데이터 분석 및 가공을 위한 외부 전문가, 혁신적인 벤처들과

협업하기 위한 데이터 유통 및 기술개발 오픈 플랫폼 모델을 준비할 필요가 있다.

[ 참고문헌 ]

[1] Nigel Wixcey, “Made-to-order: The rise of mass personalization,” Deloitte, The Deloitte Consumer Review, 2015.

[2] Thomas Weber, “Modular Plants: Flexible chemical production by modularization and standardization-status quo and future trends,” DECHEMA, Issue Report, 2016.

[3] 김영훈, “전통 제조업 부활의 Key, 스마트 유연생산”, 포스코 경영연구원, 이슈리포트, 2016.[4] 김영훈, “디지털트윈 어떻게 전개될 것인가?”, 포스코 경영연구원, 이슈리포트, 2018.[5] 김은, “스마트 제조혁신 전략”, 한국 ICT융합 네트워크, 중소기업기술정보진흥원 용역과제, 2019.[6] 이상현, “4차 산업혁명이 유발한 新 Biz 양상”, 포스코 경영연구원, 이슈리포트, 2017.[7] 박수항, “다중소재 전략의 시대가 온다”, 포스코 경영연구원, 이슈리포트, 2018.