스마트공장개론

나형배 , 손환식 , 이원기 , 황인극 지음

청람 2025년 02월 25일 출간 국내도서 : 2025년 02월 25일 출간

작품소개

책소개

목차

제1장 4차 산업혁명
1.1 4차 산업혁명 개요
1.2 산업혁명 역사
1.3 4차 산업혁명의 특징과 정의
1.4 인더스트리 4.0의 장점과 문제점
1.5 4차 산업혁명 영향

제2장 스마트공장(Smart Factory)
2.1 스마트공장 등장배경
2.2 스마트공장 정의 및 특징
2.3 스마트제조
2.4 스마트공장 장점과 리스크
2.5 인더스트리 4.0 참조 아키텍처(RAMI 4.0, Reference Architecture Model Industrie 4.0)
2.6 스마트공장 수준 확인 및 평가
2.7 주요 기업과 국가의 스마트공장 대응전략
2.8 스마트공장 구축 사례

제3장 적용핵심기술
3.1 자동화기술(Automation Technology)
3.2 사물인터넷(Internet of Things)
3.3 클라우드(Cloud)
3.4 빅데이터(Big Data)
3.5 인공지능(Artificial Inteligence)
3.6 로봇(Robot)
3.7 가상현실(VR)·증강현실(AR)·혼합현실(MR)
3.8 블록체인(Blockchain)
3.9 3D 프린팅

제4장 적용솔루션
4.1 ERP(Enterprise Resource Planning)
4.2 MES(Manufacturing Execution System)
4.3 QMS(Quality Management System)
4.4 PLM(Product Life-cycle Management)
4.5 SCM(Supply Chain Management)
4.6 CMMS(Computerized Maintenance Management System)
4.7 WMS(Warehouse Management System)
4.8 FEMS(Factory Energy Management System)
4.9 디지털 트윈(Digital Twin)

제5장 스마트공장의 미래
5.1 Industry 5.0
5.2 Dark Factory

책 속으로

2판 저자 서문
책을 처음 집필할 2019년 당시에는 스마트공장에 대한 내용이 한참 회자되던 시기였고, 정부에서도 스마트공장 추진정책이 중소기업을 중심으로 기초수준 구축에 주력하여 2022년까지 상생형 스마트공장 3만 개 육성을 목표로 각종 지원사업 및 인프라 조성에 힘을 쓰던 시기였다.
지금은 스마트공장에 대하여 일반인들도 자연스럽게 어렴풋하나마 이해하는 환경이 만들어지고 있으며, 각 기업들은 필요성 인식 수준을 넘어서 어떻게 하면 고도화를 통하여 기업경쟁력을 확보할 것인가를 고민하는 환경으로 발전되었다. 또한 정부의 지원전략도 기초수준이 3만여 개 달성되었기에 중간수준 및 고도화수준 구축 지원에 초점을 두었으며, 공방(공방은 10인 미만 사업장) 규모의 소공인 대상 지원은 오히려 확대함으로써 이제 막 스마트공장의 필요성을 이해하기 시작한 공방 지원 사업을 활성화하는 투트랙 전략을 구사하고 있다. 2024년 정부는 관계장관회의에서 “신 디지털 제조혁신 ‘MIDAS 2027 전략‘을 통한 초일류 제조 강국 도약’이라는 비전을 제시하였으며, 2027년까지 디지털 제조혁신 고도화 기업 5,000개 육성, 민간/지역 주도 2만 개 중소기업 디지털 전환 유도라는 목표를 제시하였다. 이는 기존 정책이 정부 주도로 뿌려주기식 양적 확대였다면 향후로는 민간/지역 주도의 디지털 제조혁신 질적 고도화를 위하여 기업역량별 맞춤지원, 데이터 기반 협력강화, 공급기업 선별/육성하는 것을 방향으로 제시하고 있다.
이와 같이 초판 출판 당시의 상황이 스마트공장에 대한 기본 개념 이해와 기업별 스마트공장 추진이 혁신 기업 중심으로 구축 활동이 되었으나, 이제는 보편적 경영혁신의 방법론으로 인식되고 있다. 이와 더불어 스마트공장의 구축 대상 및 적용방법에 제한적이었던 것들이 4차 산업혁명 기술들의 급격한 발전과 어우러져서 보다 정교하고 구체적인 사례들이 발굴되고 있다. 특히 IoT 기술을 통하여 데이터를 확보하고, 클라우드를 통한 저장, 빅데이터분석 방법론의 다양화, 산업 각 부문에서 성공적인 인공지능 알고리즘 적용 등은 생산의 최적화에 보다 근본적인 데이터 경영으로 접근하는 기반을 다지게 되었다. 초창기 운영기술 또한 ERP와 MES 정도로 구축 모듈이 제한적이었으나, 네트워크 기반의 QMS, PLM, SCM, CMMS, WMS, FEMS 및 디지털 트윈 등 스마트공장 운영이 세부 부문별로 특화된 모듈이 개발되고 사례로 발굴되어 보다 실질적인 스마트공장 고도화를 위한 기반이 구축되고 있다.
이러한 상황에 부응하기 위하여 ‘스마트공장개론‘ 책도 개정의 필요성이 인식되었으며, 본 개정판에서는 최근의 각종 기술발전 내용과 운영기술의 다양한 적용 사례 제시를 통하여 이해도를 높이도록 노력하였다.

1판 저자 서문
우리나라는 최근까지 제조업의 비중이 30% 수준으로 OECD 국가 중 단연 제조업 비중이 가장 높은 나라로 제조업을 통해 수출과 내수산업이 증진되는 산업구조를 갖고 있다. 이러한 구조는 산업혁명의 발전에 빠르게 대응하고, 많은 분야에서는 글로벌 리딩하는 위치에까지 이르렀다.
산업혁명은 18세기 말 영국을 거점으로 방적기, 증기기관, 그리고 제련기술이 등장해 발생한 1차 산업혁명으로부터 컨베이어벨트 방식으로 자동차 등 대량생산을 통해 소비자들이 산업의 혜택을 누리는 시작점이 된 2차 산업혁명을 거쳤으며, 컴퓨터와 디지털의 정보산업사회 진입으로 자동화 생산체계를 통하여 풍요로운 생산으로 공급이 수요를 앞지르게 되는 3차 산업혁명의 시기를 거쳐 왔다.
최근 4차 산업혁명은 다보스포럼(WEF: World Economic Forum, 2016)을 통해 전 세계적 화두로 등장한 이래 IoT, 빅데이터, 인공지능, 로봇 등과 같은 첨단 기반시설을 바탕으로 사회는 초연결, 초지능, 융합화의 특징을 갖게 되었고 산업은 고객의 다양한 요구에 대응하기 위하여 소비자맞춤형 대량생산체계(Mass Customization)가 필요하게 되었다. 이와 같은 산업구조의 급격한 변화, 고령화와 저출산이라는 노동력 부족현상과 급격한 노동환경 변화 및 원가상승 등으로 성장동력이 약해지고 있으며, 개도국의 추격이 가속화되어 이러한 문제를 극복하기 위해 스마트한 대응력 확보방안으로 스마트공장 구축은 중소·중견기업의 선택이 아닌 생존의 문제로 등장하게 되었다.
스마트공장은 ‘생산전략에 기반을 둔 제조여건 변화에 유연하게 대응하고, 공급망관리(SCM: Supply Chain Management) 통합 관점의 QCD(Quality, Cost, Delivery) 및 제약관리로 생산운영을 신뢰성 있게 수행하는 공장’으로 생산공정, 조달물류, 서비스까지 통합을 의미하며 생산성 향상, 에너지 절감, 안전한 생산환경을 구현하여, 다품종 복합생산이 가능한 유연한 생산체계 구축을 가능하게 하기 위하여 제품의 기획, 설계, 생산, 유통, 판매 등 전 과정을 ICT 기술로 융합하여 최소 비용 및 시간으로 고객맞춤형 제품을 생산하는 공장을 의미한다. 정부에서는 스마트공장을 통한 제조경쟁력을 확보하기 위하여 2022년까지 상생형 스마트공장 육성 3만 개 만들기를 목표로 하여 각종 지원사업 및 인프라 조성에 힘을 쏟고 있다.
이와 같은 급변하는 환경하에 4차 산업혁명을 이해하고 산업의 변화에 따른 각종 선진기술 및 스마트공장의 개념과 추진방법들을 습득하기에는 너무 내용이 방대하고 어려운 것이 현실이다. 각종 지면이나 책들은 대부분 특정 분야에 집중하여 기술한 것들로 학생들이나 스마트공장에 대해 전반적인 이해를 얻고자 할 때 도움을 얻을만한 마땅한 책을 찾을 수가 없었다. 특히, 하룻밤만 자고나면 신기술과 방법론이 제시되어 많은 기술과 방법론들이 고전이 되어버리는 상황이기 때문에 더더욱 이와 관련한 책이나 참고자료를 얻기가 어려운 상황이 되고는 있으나, 용기를 내어 4차 산업혁명 개념과 스마트공장 개론에 대한 책을 내어 이 분야에 관심이 있는 분들과 산업공학 등 관련 학업을 하는 학생들에게 이해를 돕고자 한다.
본서를 구성하기 위해서 각종 문헌 및 논문들과 시사적인 자료를 참고로 하였다.
본서에서는 크게 4개의 부분으로 나누어 구성하였다. 먼저 제1장에서는 4차 산업 혁명에 대하여 다루었다. 4차 산업혁명의 개념과 산업혁명의 역사를 다루었으며, 4차 산업혁명에 대한 특징과 장·단점 및 4차 산업혁명을 이끌어가는 11가지 주요 기술을 간략히 소개하였다. 주요 국가들의 4차 산업혁명에 대한 대응전략 및 4차 산업 혁명이 사회 및 산업에 미치는 영향들도 다루었다. 제2장에서는 스마트공장에 대한 개념과 특징을 다루었다. 특히, 스마트공장의 핵심기술 및 스마트공장 구축을 위한 단계와 도입접근법을 수준별로 기술하였으며, 주요 국가 및 기업들의 스마트공장 대응전략과 사례들을 기술하였다. 제3장에서는 스마트공장을 구축하기 위해서 필요한 각종 핵심기술을 소개하였다. 사물인터넷, 클라우드, 빅데이터, 인공지능, 로봇, 가상현실·증강현실, 블록체인, 3D 프린팅기술 등을 다루었다. 각각의 단원에서 기술적 용어 정의, 역사 및 발전과정, 기술적 특성 및 시장전망, 적용사례 등을 통하여 4차 산업혁명과 스마트공장에 적용되는 각종 기술에 대하여 기본적인 이해가 되도록 하였다. 제4장에서는 스마트공장을 구축하기 위한 적용솔루션을 7개 분야로 나누어 구성하였다. ERP, MES, 사이버물리시스템(CPS/DT), 데이터수집자동화(DCS), 기준정보관리, Lean, SCM 등이다. 각각에서는 개요 정리와 운용 목적 등을 기술하고, 각 분야별로 구조적 특징과 적용방법론을 사례제시와 함께 프로세스적 순서로 정리·구성하였다.
본서는 학생들이 스마트개론을 학습하기 적절한 순서와 내용으로 구성하였으며, 각 단원마다 연습문제를 통해 앞서 학습한 내용을 복습하고, 요약정리가 가능하도록 구성하였다.

작가정보

저자(글) 나형배

[e-mail]
산업시스템공학박사
품질관리/공장관리기술사, MBB,
LG전자 품질/혁신실장, 요소기술지원팀장
(현) (주)엠아이지 대표, 대한설비관리학회 총무이사

저자(글) 손환식

[e-mail]
산업시스템공학박사
ENA 제조혁신팀장
(현) WINHITECH 상무, 대한설비관리학회, 한국산학기술학회 정회원

저자(글) 이원기

[e-mail]
산업시스템공학박사
공장관리기술사
(현) 충남테크노파크 미래자동차센터 차장

저자(글) 황인극

[e-mail]
Texas A&M University 산업공학박사
한국프로젝트경영학회 회장, 대한설비관리학회 회장
(현) 공주대학교 공과대학 산업시스템공학과 교수