4차 산업혁명 시대에 정보통신기술(Information and Communication Technology, ICT)의 발전과 확산은 전 산업분야에서 디지털 전환(digital transformation)이라는 새로운 패러다임을 제시하고 있다. 제조업에서는 이러한 디지털 전환을 통해 제조 데이터 가치 극대화, 공정 운영 최적화, 품질 관리를 통한 에너지 및 자원 저감이 가능한 지속가능한 발전을 목표로 하는 스마트 공장을 구현하기 위해 다양한 기술과 정책이 소개되고 있다. 이를 위한 스마트 제조 기술은 기업 내 공정 및 가치사슬 뿐만 아니라, 기업 간, 산업 간, 수요 및 공급 간의 다양한 연계를 아우르고 있으며, 경계를 뛰어넘는 융복합을 통해 새로운 비즈니스 모델을 추구하고 있다. 따라서, 스마트 제조 기술은 생산 시스템, 제품 생애 주기, 제조 비즈니스 측면에서 정보의 디지털화, 디지털 공간의 가상 시뮬레이션, 실시간 정보 공유를 통한 수평적 통합과 생산 현장에서부터 관리자의 의사결정까지 연결될 수 있는 수직적 결합이 가능한 인프라가 필수적이다. 그리고 최근의 사물인터넷(Internet of Things, IoT), 스마트 센서, 엣지 컴퓨팅, 딥러닝 등의 최근 신흥기술들의 비약적인 발전이 스마트 팩토리의 실현을 앞당기는데 주요한 역할을 하고 있다.



매년 독일 중북부에 위치한 공업도시인 하노버에서는 하노버 산업박람회(Hannover Messe, 이하 하노버메세)가 열린다. 코로나19 팬데믹으로 인해 지난 2020년 행사는 취소되었고, 2021년 행사는 온라인으로만 개최된 이력이 있다. 하지만, 75주년을 맞는 올 해 하노버메세 2022는 전시 일정을 변경(4월 → 6월​)하는 노력을 통해 지난 5월 30일부터 6월 3일까지 성황리에 개최되었다(Fig. 1).

여전히 코로나19 팬데믹으로부터 완전히 자유롭지 못한 상황에서 총 면적 10만 m² (고양시 KINTEX의 약 10배 규모) 중 약 55% 정도의 공간만을 사용하였지만, 전세계 2,500여 개 이상의 기계 및 제조, 디지털 플랫폼, 로봇 및 자동화 관련 기업과 연구소가 이번 전시에 참여하였고, 관련 산업 및 학계에 종사하는 9만여 명의 인원들이 전시회를 현장(7.5 만여 명)과 온라인(1.5만여 명)으로 참관하였다.



본 필자는 디지털 트윈, 스마트 제조 기술, 클라우드 플랫폼, 제조 인공지능 등 스마트 팩토리 구축을 위한 제조 디지털 전환에 관련한 기술 및 제품 분석과 연구개발 동향 조사를 위해 이번 하노버메세를 참관하였다. 이번 전시회는 ‘산업 전환(industrial transformation)’을 핵심 주제로, Automation, Motion & Drives, Digital Ecosystems, Engineered Parts & Solutions 등에 관한 최신 기술을 활용한 다양한 제품과 연구개발 결과들을 선보였으며(Fig. 2), 본 기고문에서는 필자가 살펴본 제조 디지털 전환의 구현 기술을 중심으로 하노버메세 2022에서 확인된 동향을 정리하고자 한다.



하노버메세를 주최하는 Deutsche Messe AG는 매년 주요 키워드를 통해 전시 동향을 시사한다. 이번 하노버메세에서의 주요 키워드로는 Industrie 4.0, Additive manufacturing, Machine learning 등이 제시되었고(Fig. 3), 이들 기술들을 접목한 전통 제조 기업, 디지털 플랫폼 기업, 네트워크 기업들이 각자의 특장점을 부각시키며 제조 디지털 전환을 방향을 제시하였다.



동시에, 설계 및 공정계획, 시뮬레이션, 적층 제조, 협동 로봇 등의 요소기술과 세계적인 연구소들의 R&D에 관한 다양한 사례들이 전시되었다.



Industry 4.0이 제시된 이후 제조 디지털 전환은 전통 제조 기업들이 주도해왔다고 과언이 아니다. 산업혁명 이후 쌓아 온 제조 분야 지식과 다양한 제조 요소기술들은 디지털 전환을 통해 그 부가가치가 극대화되기 알맞은 대상이었기 때문이다. 그 결과, 그동안의 기술 개발이 데이터의 취득과 분석에 대한 가능성을 보여주는데 초점을 두었다면, 이번 전시회에서는 IoT 기반의 연결과 수집된 데이터를 활용하여 실질적으로 IT와 OT를 통합하고 이를 통해 에너지 절감, 협업, 안전, 디지털 트윈 등 공정 전반에 걸쳐 생산성과 효율을 향상시킬 수 있는 방안들이 제시되었다.



Siemens는 이번 전시회에서 최대 규모의 부스를 마련하고, 디지털 트윈 기반의 전기차 개발 데모를 전시하였다(Fig. 4). 이를 통해, 설계 및 제조 전과정에서 실제와 동일한 가상환경을 활용함으로써, 제품 성능 향상, 소재 및 에너지 절감 등 지속 가능한 생산을 위한 디지털 플랫폼을 제시하였다(Fig. 5). 세계 최고 수준의 제어 및 자동화 기술을 보유한 Siemens의 이와 같은 전시 구성은 제조 현장의 가상화 및 이를 기반으로 한 제품 및 공정 최적화에 관한 상향식 접근 방법의 구체적인 사례를 잘 보여주었다.



Festo는 생산성 향상, 에너지 저감, 품질 모니터링 등이 가능한 실시간 인공지능 솔루션 Festo AX를 기반으로 한 자동차 용접 공정의 디지털 트윈 솔루션 데모와 세계 최초의 공압 구동 방식의 협동로봇인 Festo Cobot을 선보였다. 이를 통해, 실시간 공정 모니터링을 통한 품질 관리와 정밀한 공압 제어를 활용한 새로운 형태의 협동로봇을 제시하였다.



Bosch Rexroth는 자사의 제어 플랫폼 ctrlX 기반으로 작업 속도, 소음, 작업자 동선 최적화 등에 관한 디지털 트윈 데모와 최근 지분을 인수한 협동로봇 Kassow Robots의 협동로봇을 이용한 정밀 기계조립 작업 솔루션을 전시하였다.



또한, Omron은 모바일 로봇, 협동로봇, 비전 센서 등을 활용한 다품종 소량 생산이 가능한 스마트팩토리 솔루션을 출시했다.






참관 전 가장 관심이 있었던 부분은 Hall 4, 5에 걸쳐 전시된 글로벌 IT/클라우드 기업들이 제시하는 제조 디지털 전환의 모습이었다. ICT의 발달과 함께, 어느때보다 막강한 기술력을 보유하고 있는 디지털 플랫폼 기업들이지만, 제조업의 방대한 이기종 장비 구성과 보수적인 기술 도입 특성으로 인해 단순히 클라우드나 데이터베이스, 알고리즘과 같은 요소 기술만으로는 효과적인 제조 디지털 전환을 제시하기 어려울 것이기 때문이다. 그리고 이러한 궁금함은 현장 참관을 통해 디지털 플랫폼 기업들의 제조 디지털 전환이 다양한 HW 및 SW 파트너사와 협업을 통한 하양식으로 제시되고 있음을 확인하며 해결되었다. 



대표적인 IT 플랫폼 기업인 Microsoft는 자사의 클라우드 플랫폼을 기반으로 제조 클라우드 솔루션을 제안하고(Fig. 11), 머신러닝 데이터 분석부터 증강현실 글라스를 활용한 현장 적용까지 제조에 특화된 사례들을 전시하였다(Fig. 12).



온라인 클라우드 플랫폼 기업인 Google Cloud와 Amazon Web Services(AWS)는 제조에 특화된 IoT 및 인공지능 플랫폼을 전시하며, 한편으로는 파트너사들과 함께 다양한 현장 적용 사례들을 통해 제조업에서의 경쟁력을 선보였다.




Google Cloud는 데이터 엔진, 엣지 플랫폼 기반의 연결, 애널리틱스, 영상 검사 AI에 기반한 새로운 제조 솔루션(Fig. 13)과 파트너사를 통한 디지털 전환 사례들을 제시하였다(Fig. 14).



AWS도 그들의 Connected Factory Solution의 참조 아키텍처를 제시하며, 제조 디지털 전환의 방법을 제시하였다(Fig. 15).



그리고 HW 및 SW 파트너사들의 솔루션을 함께 전시하여 다양한 기술의 대응 가능성을 시사하고자 하였다(Fig. 16).



글로벌 ERP 및 MES 개발사인 SAP도 클라우드 플랫폼 상에서 데이터를 활용한 machine learning 및 advanced analytics를 소개하고, 파트너사들과 함께 최적화, 불량 탐지 등 데모 사례를 전시하였다(Fig. 17).






앞서 살펴 본 전통 제조 기업 및 IT/클라우드 기업의 제조 디지털 트윈 솔루션에 대한 전시와 함께, 이번 전시회 전반에서 눈에 띄었던 키워드는 단연 5G와 OPC UA(Open Platform Communications Unified Architecture)였다.

우선, IoT를 기반으로 하는 디지털화는 다수의 장치들 간의 통신이 요구된다. 이에 대한 방안으로 이번 전시회에서는 5G-ACIA 참여 기업들을 중심으로 여러 부스에서 디지털 트윈 구현에 5G 적용 사례들이 소개되었다. Fig. 18과 19는 각각 5G-ACIA에 참여하는 전시 부스와 전시 사례를 보여준다.




또한, 이러한 네트워크 상에서의 데이터 통신은 이기종 장비 간의 안정적이고 정확한 통신이 매우 중요하다. OPC UA는 이러한 스마트 팩토리 구성을 위한 국제 표준으로써, 이번 하노버메세 전시 부스 대부분에서 OPC UA를 표준 프로토콜로 하는 데모를 선보이고 있었다. Fig. 20은 OPC UA를 이용해 다양한 산업 분야의 표준과 연동할 수 있음을 보여준다.



그리고 OPC UA 부스에서는 OPC UA를 지원하는 다양한 장비 및 MQTT(Message Queuing Telemetry Transport)와 Cloud 연동에 대해 전시함으로써, 다양한 제조 장비 및 네트워크 상에서 데이터를 연결하기 위한 표준으로써의 가용성을 강조하고 있었다(Fig. 21).

로봇 기업들에서는 최근 작업자의 안전과 협업을 중요시하는 스마트 공장의 개발 흐름에 맞춰, 다수의 협동로봇과 관련 부품을 전시하였다.

기존에 널리 알려진 협동로봇 기업인 Franka Emika, Yaskawa, Aubo, Jaka 뿐만 아니라 국내 협동로봇 스타트업인 레인보우로보틱스도 유럽 시장 진출을 위해 이번 전시회에 참가하였다(Fig. 22).



또한, Dobot과 igus에서는 신규 협동로봇 라인업을 출시하였다(Fig. 23).



이러한 협동로봇 확산과 함께, 협동로봇 개발에 핵심 부품인 변형 파동 기어 및 조인트 모듈을 Sumitomo Drive Technology, Schaeffler, Hiwin에서 출시하였다(Fig. 24).



특히, Sumitomo Drive Technology가 그들의 신규 조인트 모듈로 하노버메세의 기술혁신상인 HERMES AWARD를 수상함으로써 소형로봇의 확산에 대한 시장의 관심이 재차 확인되었다.



주요 설계 및 제조 소프트웨어 기업인 Autodesk와 Dassault Systems에서는 제조 현장과 연결된 지속 가능한 혁신에 대해 강조하며 그들의 CAx(Computer-Aided Design/Manufacturing, Engineering) 플랫폼을 전시하였다(Fig. 25). 그리고 눈에 띄었던 점은 중국 기업인 ZWSoft에서 CAx 프레임워크 구성을 제시하며 주요 CAx 제조사와 경쟁하고 있었다.



또한, Hexagon, Mitutoyo 등은 측정 기반의 제조 디지털화를, Visual Components 등은 디지털 트윈을 위한 3차원 시뮬레이션 기술을 제시하여 디지털 전환을 위한 기반 기술을 제시하고 있었다(Fig. 26).



적층 제조 기업은 Formlabs, Markforged, Sinterit, Meltio 등이 참가하였으며, 폴리머 적층 장비 기업은 다양한 소재를 제시하며 다양한 기능성 부품의 제작을 강조하고 있었다(Fig. 28).



한편, 금속 적층 장비 기업 중 Meltio는 공작기계 및 로봇과 통합 가능한 확장 솔루션을 제시하였다(Fig. 29).








산업 표준 및 오픈소스 기반의 플랫폼을 활용함으로써 저렴한 비용으로 빠르게 스마트 서비스 및 어플리케이션의 출시가 가능하도록 해주는 여러 오픈소스 플랫폼이 전시되었다.

FabOS는 독일연방경제부 지원의 생산용 개방형 운영체제로, 데이터 기반 서비스 및 인공지능 솔루션의 기반으로 개발되어 다양한 Industry 4.0 연구에 활용하는 사례가 전시되었으며, FIWARE는 스마트 솔루션 개발을 위한 오픈소스 플랫폼 요소기술 개발 프로젝트로써 산업 표준 및 오픈소스 기반의 데이터 통합 및 활용에 관한 특징이 소개되었다.

또한, 라즈베리파이 Compute Module 3 기반의 오픈소스 게이트웨이인 Revolution PI는 산업용 인증(EN 61131-2)을 통해 MQTT/OPC UA를 포함한 다양한 통신 기능을 지원하며 다른 산업용 제어기기와 유사하게 모듈 조합형 시스템 구성이 가능하다고 소개되었다(Fig. 30).



그리고 독일에서 개최되는 전시회로써 주요 독일 정부출연 연구기관들의 전시가 눈에 띄었다. 이러한 연구소들의 연구 성과들이 앞서 다루어진 기업들의 플랫폼 기술과 함께 제조 현장에 직접 적용될 수 있는 실질적인 기술 형태로 개발되고 있는 점이 주목할 만한 특징이었다.

우선, 독일 내 76개 연구소에 3만여 명의 연구원들로 구성된 유럽 최대의 연구 조직인 Fraunhofer의 부스가 여러 Hall에 걸쳐 위치하고 있었다. 유럽 최대 연구 조직인 만큼 센서, 인공지능, 디지털 트윈, 로봇 등 다양한 분야의 R&D 성과를 소개하였다(Fig. 31).




또한, 7개 분소에 850여 명의 연구원이 근무하는 세계 최대 AI 연구소인 DFKI(독일 인공지능 연구소)에서도 로봇, 인공지능, 센서 등을 활용한 기술들을 전시하였다(Fig. 32).



본 기고문에서는 하노버 메세 2022에서 전시된 제조 디지털 전환과 관련된 다양한 연구개발 사례와 제품 전시에 대해서 살펴보았다. 4차 산업혁명이 각광을 받기 시작한 역사적 이벤트들을 따라가보면 2011년 하노버메세에서 IoT 기반 기반의 가상물리시스템(Cyber-Physical System)을 기반으로 한 Industry 4.0이 제시된 사실을 확인할 수 있다. 이후 지난 10년 간 여러 기업과 연구소, 학계에서 스마트 팩토리 구현을 위한 다양한 방법들이 제시되었다. 그리고 이번 하노버메세는 연결과 데이터를 핵심으로 하는 디지털 트윈 구현을 통한 제조 디지털 전환의 방향이 구체적으로 제시된 전시회라 판단이 된다. 이를 통해 제조업 사이클 전반의 디지털 전환에 대한 방향이 제시되었으며, 특히 제조 프로세스의 디지털화를 위한 연결과 데이터의 활용에 관한 다양한 기술들을 통해 앞으로 스마트 팩토리가 구축되고 활용될 방향을 확인할 수 있었다.

마지막으로, 이러한 최신 기술의 변화에 발맞추어, 정부 부처 및 유관기관에서도 제조 디지털 전환을 통한 제조업 경쟁력 제고 및 지속 가능한 발전에 관한 다양한 기술 개발과 정책이 제시되기를 기대해 본다.