인더스트리 5.0은 마이크로팩토리 혁명이 될까?

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장-자크 들릴(JJ Delisle), 마우저 일렉트로닉스

2024년 4월 12일

수십 년 동안 제조 분야는 효율 제고와 비용 절감을 위해서 소품종 대량 생산이 대세였다. 이에 따라 반세기 넘게 비용이 적게 드는 지역으로 제조 인프라를 이전하는 추세가 이어졌으며, 전세계가 대대적인 글로벌 공급망과 운송 시스템에 따른 부담을 감수해야 했다. 1990년대에 일본의 MEL(Mechanical Engineer Laboratory) 연구소는 ‘마이크로팩토리(Microfactory)’라는 개념을 도입했는데, 이러한 발상은 불과 얼마 전까지도 제조 분야 종사자들의 관심 밖으로 밀려나 있었다.

그러다 마이크로팩토리 개념은 최근 몇 년 사이 점점 주목을 받기 시작했으며, 마이크로팩토리 도입에 대한 목소리가 높아지고 있다. 기술, 인프라, 시장 차원에서 소규모에, 민첩한 마이크로팩토리의 필요성이 대두되고 있는 것이다. 마이크로팩토리는 고객의 필요와 주문에 따라 빠르게 대응할 수 있으며, (지속가능성 조치와 니어쇼어링(nearshoring, 기업의 생산이나 서비스 업무를 본국과 지리적으로 인접한 국가로 이전하는 전략)을 통해서) 비용, 풋프린트, 위험성을 낮출 수 있다.

이제 마이크로팩토리의 시대가 도래하는 것일까? 이 글에서는 마이크로팩토리 개념의 유래, 특징, 그리고 미래에 대해 알아본다.

마이크로팩토리의 유래

마이크로팩토리 개념의 유래는 비교적 간단하다. 일본의 MEL은 더 높은 효율과 모듈화를 달성하기 위해 전통적 제조 장비의 상대적 크기, 무게, 풋프린트, 비용을 낮추기 위한 노력에 들어갔다. 그 결과, 오늘날 신속한 시제품 개발 장비와 콤팩트한 제조 시스템에 흔히 사용되는 셀룰러 및 모듈러 제조 기계 형식을 개발하게 되었다. 셀룰러 접근법의 중요한 특징은, 예상되는 주문의 맞춤화 및 특성을 충족하기 위해 자동화 시스템을 통해 자재나 어셈블리를 스테이션들 사이에 자유롭게 이동할 수 있다는 것이다. 이 방식은 대부분의 대량 제조에 통상적으로 사용되는 고도의 선형적 생산 라인 접근법과 현격하게 다르다.

제조 장비의 물리적 성격 외에도, 마이크로팩토리 개념은 자기가 사는 지역에 고도로 맞춤화한 상품을 제공하던 예전 장인들의 다품종 소량 생산주의를 밑바탕에 깔고 있다. 많은 지역들에서 노동 규정 때문에 인력들을 지원하는 데 필요한 비용, 풋프린트, 인프라에 투입되는 비용이 막대하고 까다롭게 되었다. 그러므로 마이크로팩토리 개념의 성공과 수익성 달성은 자동화, 클라우드 인프라, 정보화, 커넥티비티를 집중적으로 사용하는 것에 달렸다.

수십 년 동안 마이크로팩토리 개념은 빠르게 시제품을 개발하기 위한 혁신적 기법으로, 또는 고도로 특수한 제품을 위해 좀더 콤팩트한 턴키 제조 노드를 필요로 하면서 전통적인 제조 시스템을 건설하기 위한 시간이나 자원은 없을 때 이용할 수 있는 기법으로 여겨졌다.

오늘날에는 전세계적으로 지속가능성을 높이기 위한 노력이 가속화함에 따라서, 기업과 소비자 모두가 운송과 다양한 산업 공정에 수반되는 탄소 배출 및 환경적 영향을 낮추는 것을 중요시하고 있다. 이러한 추세 속에서 인더스트리 5.0이 핵심 동력으로 부상하고 있다. 보다 친환경적이고 사회적으로 책임 있는 산업 운영을 위해서는 인간의 창의성과 자동화의 효율을 결합할 필요가 있다. 이 점에서 마이크로팩토리의 또 다른 중요한 목표는 전일적 관점에서 효율을 높임으로써 낭비를 줄이는 것이다. 수요가 발생하는 곳 가까이에 제조 역량을 분산함으로써 운송 부담을 줄이고 고객들에게 상품을 더 신속하게 인도할 수 있다. 이 접근법의 또 다른 이점은, 다양한 제품을 제조하는 데 필요한 원자재나 기초재가 공급되는 출처 인근에 마이크로팩토리를 구축함으로써 운송 비용을 더욱 절감할 수 있다는 것이다.

마이크로팩토리의 요소

마이크로팩토리의 다음과 같은 요소들이 이 개념을 현실적으로 가능하게 하고 상품 제조에 있어서 가치를 높이도록 한다.

• 소규모 풋프린트와 하이퍼로컬
• 자동화, 머신 러닝(ML), 인공 지능(AI)
• 연결성과 통신 인프라
• 정보화와 데이터
• 신속한 대응
• 낮은 자본 비용
• 규제 완화와 세금 감면

소규모 풋프린트와 하이퍼로컬

원칙적으로 마이크로팩토리는 소규모 풋프린트로 효율을 높이고 설비들 간의 원자재 및 상품 운송을 줄이도록 한다. 그러므로 마이크로팩토리는 전통적 제조 설비를 지을 수 없는 곳에다 자리를 잡을 수 있다. 이는 가용한 부동산이나 공장 규모에 따른 현지 규정에 따라서 달라질 수 있다.

소규모 풋프린트이기 때문에 가능한 또 다른 이점은, 주요 원자재/기초재의 공급처나 고객 수요가 발생하는 바로 그 지역에다 마이크로팩토리를 지을 수 있다는 것이다. 공장의 위치 선정에 있어서 더 높은 유연성이 가능하므로 전통적인 공장보다 훨씬 더 높은 수준으로 마이크로팩토리의 공급망이나 공급 역량을 최적화할 수 있다.

자동화, ML, AI

마이크로팩토리 개념의 핵심은 셀룰러 제조 스테이션을 다양한 제조 및 어셈블리 필요에 따라서 신속하게 재프로그램하거나 구성할 수 있다는 것이다. 산업용 로보틱스와 자동화는 예전부터 가격대가 매우 비쌌기 때문에, 대부분의 제조 시스템이 고도로 전문적인 선형적 대량생산 제조 장비를 기반으로 했다. 그런데 오늘날에는 고정형 로봇과 자율 모바일 로봇(AMR) 시스템을 좀더 쉽게 구매할 수 있게 됨에 따라, 이러한 시스템들을 다양한 필요에 따라서 빠르게 프로그램하거나 변경할 수 있다. 자동화된 툴 변경과 모듈형 툴 시스템을 통해서 기존에 다수의 전문적 제조 시스템이 하던 일을 새로운 자동화 시스템이 처리하도록 구성할 수 있다. ML/AI 비전 및 취급 시스템에 대한 접근성이 좋아지면서 이제는 ML/AI 로보틱스 컨트롤러를 사용해서 작업자가 시범을 보임으로써 로봇에게 일을 빠르게 학습시킬 수 있게 되었다. 마치 새로운 작업자에게 일을 가르칠 때와 마찬가지다. 하지만 들어가는 시간과 비용은 단지 몇 분의 일에 불과하다.

자동화 제조 스테이션은 전통적 제조 시스템보다 훨씬 더 콤팩트하게 만들 수 있다. 사람 작업자와 안전 거리를 위한 공간을 필요로 하지 않기 때문이다. 원격지 작업자에게 자동화 장비를 맡기면 특정 공장에 필요로 하는 공간과 인력을 추가로 줄일 수 있다. 네트워크로 연결되고 클라우드를 기반으로 하는 지원 인프라와 충분한 자동화를 활용함으로써 원격지 작업자가 여러 마이크로팩토리에 걸쳐서 많은 제조 스테이션을 동시에 프로그램하고 모니터링할 수 있다. 고도로 숙련된 작업자가 원격지에서 다수의 마이크로팩토리를 지원할 수 있다. 반면에 전통적 제조 방식에서는 각각의 장소마다 이 같은 숙련된 작업자가 필요할 것이다.

연결성과 통신 인프라

원격지 운영이나 장비와 작업자들 사이의 자동화된 협응을 위해서는 높은 수준의 통신 인프라가 갖춰져 있어야 한다. 이 인프라는 로컬과 원격지를 막론하고 모든 센서, 액추에이터, 컨트롤러, 로봇 시스템, 자동화 스테이션, 보안, 화재 및 안전 시스템, 사람 작업자 사이의 데이터 교환을 동시에 처리할 수 있어야 한다. 이는 결코 쉬운 일이 아니며, 상당한 통신 및 네트워킹 구축을 필요로 한다. 그런데 이 기술은 이전에 비해서 빠른 속도로 발전하고 있으며, 이제는 전적으로 제조 목적으로 개발된 유선 및 무선 통신 시스템을 이용할 수 있게 되었다. 많은 주요 무선 표준이 메시(Mesh) 네트워크와 호환 가능한 M2M(machine-to-machine) 통신 프로토콜을 포함함으로써, 산업용 IoT(IIoT)와 일반 IoT 애플리케이션을 더 잘 지원할 수 있게 되었다.

새로운 위성 연결 옵션과 인터넷 서비스를 이용할 수 있게 됨으로써, 예전 같으면 인터넷 연결을 이용할 수 없던 오지 지역에 상당한 양의 데이터 쓰루풋을 요구하는 마이크로팩토리를 구축하는 것도 가능해졌다. 위성 및 셀룰러 모듈이 비교적 높은 데이터 레이트임에도 크기가 충분히 작고 가격대도 적당해 AMR 및 로봇 시스템 자체에 통합할 수 있게 되었다. 이로써 셀룰러 차원에서 마이크로팩토리 커넥티비티를 가능하게 한다.

정보화와 데이터

마이크로팩토리에 높은 수준의 자동화를 구현한다는 것은 마이크로팩토리에서 다량의 데이터가 발생한다는 뜻이기도 하다. 품질 관리와 추적을 위해서는 이 데이터를 적절히 취급하고 저장해야 한다. 이 데이터로부터 귀중한 통찰을 이끌어냄으로써 다양한 제조 프로세스의 효율을 추가로 향상할 수 있고, 이 데이터를 패키지화해서 정보 제품으로 판매할 수도 있다.

신속한 대응

모듈러 생산 및 제조 시스템, 셀룰러 제조 프로세스, 자동화는 마이크로팩토리 시스템을 고객의 요구에 맞춰 신속하게 재구성할 수 있도록 한다. 예를 들면 잘 팔리는 상품이나 제품군을 꾸준히 생산하거나 아니면 고객이 주문한 상품의 생산을 즉시 시작할 수도 있다. 시장 기회가 발생하는 것에 따라서 새로운 상품을 생산하도록 전면적으로 재구성하거나, 단일 주문 건에 대해 제품 수량을 한 개에서부터 수천 개에 이르기까지 다양하게 생산할 수 있다. 마이크로팩토리는 고객의 주문에 대한 이 같은 민첩성과 유연성에다 하이퍼로컬 설비 배치에 따른 빠른 인도와 공급 조달을 더함으로써, 전통적 공장의 불과 몇 분의 1에 불과한 짧은 시간에 시장의 필요나 고객 주문에 빠르게 대응할 수 있다.

낮은 자본 비용

자동화와 효율에 중점을 두다 보면 마이크로팩토리 제조 스테이션이 각각의 기능을 전담하는 고가의 장비들로 채워질 수 있다. 하지만 이들 시스템은 다수의 전통적 제조 시스템이 하던 일을 처리할 수 있어야 한다. 더욱이 마이크로팩토리 개념은 소규모의 민첩한 설치에 초점이 맞춰져 있으므로, 전통적 공장보다 자본 비용이 훨씬 낮을 수밖에 없다. 마이크로팩토리 개념을 활용함으로써 소기업이나 스타트업들은 한정된 자본 비용으로 자연스럽게 성장하고 확장할 수 있다. 사업의 성장에 따라서 고객의 소재지나 원자재 공급처 가까운 곳에 마이크로팩토리를 건설함으로써 흔히 높은 이율의 대출과 신용 대출을 필요로 하는 높은 초기 자본 투자 부담을 피할 수 있다. 만약 대규모 공장을 건축하려 한다면 설비 건설, 장비 구매, 제조 라인 구축에 훨씬 앞서서 필요한 부동산을 구입하고 현지 규정을 통과하기 위해서 대대적인 대출이 필요할 수 있다. 하지만 마이크로팩토리에 기반한 사업은 가용 자본만큼 확장하여 마이크로팩토리를 지음으로써 이러한 자본 조달 문제를 피할 수 있다. 따라서 이 접근법은, 시장은 언제든 변화할 수 있음에도 불구하고 전용 제조 설비에 자본을 투자해야 하는 위험성을 최소화할 수 있다.

규제 완화와 세금 감면

전통적 공장과 비교해서 필요한 풋프린트, 장비 수, 전력, 인프라를 줄일 수 있다는 점에서 마이크로팩토리는 지역에 따라서 특정한 규제나 세금을 피할 수 있다. 산업 지구에서 많은 법규나 규정은 특정한 규모의 제조 설비를 대상으로 하는 것이기 때문에 일정 규모 이하의 마이크로팩토리는 동일한 법규, 규정, 세금이 적용되지 않을 수 있다.

마이크로팩토리의 미래

제조와 국제 무역의 많은 추세들이 제조 믹스에 마이크로팩토리를 추가해야 할 필요성을 높이고 있다. 마이크로팩토리가 단기간에 전통적 대규모 공장을 대체하지는 않을 것이다. 아직까지는 규모의 경제 효과가 마이크로팩토리 자동화에 따른 효율 향상을 훨씬 능가하기 때문이다. 하지만 마이크로팩토리는 특정한 다품종 상품 생산에 있어서 중요한 역할을 하거나 또는 특정 지역의 제조 역량에 있어서 절실히 필요로 하는 틈새를 메우는 역할을 할 것이다.