미 제조업 부흥과 더욱 커진 스마트 팩토리의 역할

최근 수년간 미국 내 제조업 지원 정책이 크게 강화되면서 클린 에너지와 배터리, 반도체 같은 첨단 제조업 분야에 투자가 집중되고 있다. 컨설팅업체 딜로이트는 올해 초 발표한 ‘2024 제조업 전망’ 보고서에서 미 제조업ㅂ이 바이든 행정부의 인프라투자일자리법(IIJA), 반도체과학법(CHIPS and Science Act), 인플레이션감축법(IRA)으로 새로운 모멘텀을 맞았다며 제조업 분야의 금전적 지원과 세제혜택 제공으로 민간 투자가 이미 기록적 수준에 도달했다고 분석했다. IRA 통과 이후, 청정기술 관련 제조 시설 설립 발표는 약 200건에 달했으며 투자 규모는 880억 달러에 이른다. 또 이를 통해 창출될 일자리는 7만5000개로 추산된다.

IIJA, CHIPS and Science Act, IRA로 제조업 건설 부문 지출도 큰 폭으로 늘었다. 2023년 7월까지 제조업 분야 건설 관련 지출은 2010억 달러로 1년간 70% 증가했으며 2024년에는 이보다 증가 폭이 더욱 클 것으로 전망된다. 하지만 경제적 불확실성과 숙련공 부족현상, 지속적이고 표적화된 공급망 문제, 탄소배출 넷제로 목표 달성 등은 제조업계가 풀어야 할 숙제로 남아있다.

<미 제조업 분야의 연간 건설 관련 지출 규모>

[자료: US census bureau, Deloitte]

업계에서는 스마트 팩토리가 제조업이 직면한 문제들을 일정 부분 해결해줄 수 있을 것으로 기대하고 있다. 효율성을 높이고 조직 전반의 회복탄력성을 구축하기 위해 많은 제조업체들이 디지털 전환을 시도하고 있으며, 그중 스마트 팩토리 솔루션이 큰 축을 담당하고 있다. 딜로이트가 최근 제조업계 임원을 대상으로 실시한 설문조사에 따르면 설문 응답자의 86%가 스마트 팩토리 솔루션이 향후 5년간 제조업 경쟁력의 주요 동인이 될 것이라고 답했다. 또 향후 5년간 스마트 팩토리 솔루션이 제품 생산 방식을 전환할 것으로 내다보는 응답자는 83%에 달했다. 업계는 스마트 팩토리를 통해 안전하면서도 지속 가능한 제조 여건에서 자산 효율성과 노동 생산성 제고, 제품의 품질 향상, 비용 절감 등을 기대하고 있다. 팬데믹 이후 인건비가 크게 오르고 숙련공을 찾기 쉽지 않은 미 고용시장에서 디지털 기술의 적절한 활용을 통한 레버리지 전략의 중요성은 더욱 커지고 있는 실정이다.

<제조업계 종사자 대상 스마트 팩토리 이니셔티브 수행을 통한 혜택 설문 결과>

[자료: Deloitte]

미국 스마트 팩토리 시장 규모 및 전망

미국 스마트 팩토리 시장은 지난 2018~2021년까지 연평균 4.5%의 성장률을 기록, 2021년 158억6800만 달러 규모에 이르렀다. 시장조사기관인 마켓앤마켓에 따르면 미국은 북미 지역에서 최대 스마트 팩토리 시장으로, 기업들이 최적의 자원 사용으로 운영 효율성을 높이고 제품 품질을 향상하려는 요구를 충족시키기 위해 제조 공정 자동화 기술을 구현하고 있다. 마켓앤마켓은 미국 스마트 팩토리 시장이 2022년부터 오는 2027년까지 연평균 10.1% 성장해 그 규모가 2027년에는 276억 달러를 넘어설 것으로 전망했다. 보고서는 첨단 제조 분야에 미 정부의 적극적인 지원과 기업의 막대한 자본력이 동 시장의 성장 동력이라고 분석했다.

<미국 스마트 팩토리 시장 규모>

(단위: US$ 백만)

주: 2022~2027년은 예상치

[자료: MarketsandMarkets]

한편, 미국을 포함한 북미 지역 스마트 팩토리 시장 규모는 2022년 254억3100만 달러에서 2027년 407억2900만 달러 규모까지 성장할 것으로 예상된다. 같은 기간 멕시코 연평균 성장률 전망치는 10.3%로 미국(10.1%)과 캐나다(9.0%)를 제치고 가장 높은 성장률을 기록할 것으로 예상됐다. 이는 미국의 대중 견제와 프렌드쇼어링 영향으로 멕시코가 미국 시장 진출을 위한 제조기지로 급부상한 데 따른 것으로 보인다.

같은 기간 북미 지역 스마트 팩토리 구성 요소별로는 산업용 3D 프린터가 연평균 성장률 25%를 기록해 가장 높은 성장률을 보일 것으로 예상되며 산업용 로봇(13.3%)과 센서(8.3%), 머신 비전 시스템(6.8%)이 그 뒤를 이었다.

<2022~2027년 북미 지역 스마트 팩토리 구성 요소별 시장 규모 및 연평균 성장률 전망>

(단위: US$ 백만, %)

[자료: MarketsandMarkets]

스마트 팩토리 기반 산업용 메타버스로 한계를 초월한 작업 환경 구축

제조업계의 스마트 팩토리 도입은 가상현실 공간을 활용해 업무 및 비즈니스 프로세스를 개선하는 산업용 메타버스(Industrial Metaverse) 구축의 발판이 되고 있다. 최근 수년간 데이터 분석과 클라우드 컴퓨팅 시스템, 사물인터넷(IoT: Internet of Things) 센서와 기기, 시스템 등을 채택해 온 제조업체들이 이를 기반으로 산업용 메타버스를 도입하거나 이를 검토하고 있다. 산업용 메타버스를 구성하는 실감형 3D 환경의 핵심인 디지털 트윈(digital twin: 현실의 물리적 대상을 디지털적으로 모델링해 가상의 복제물을 만드는 개념), 3D 모델링, 3D 스캐닝 분야에 막대한 투자가 집중되고 있는 점도 눈여겨봐야 할 지점이다. 업계 관계자들은 제조현장 곳곳에 도입된 스마트 팩토리 기술과 이를 토대로 축적된 데이터가 산업용 메타버스로 진화하며 효율성 제고와 비용 절감, 생산라인의 유연성 향상은 물론 시간과 장소에 제약이 없는 작업환경을 구현해가고 있다고 설명한다.

디지털 트윈은 산업용 메타버스에서 주목도가 높은 핵심 기술 중 하나다. 디지털 트윈을 통해 기업은 가상 공간에서 제조시설을 미리 모델링해보고 공장의 생산라인과 장비, 작업자 등을 구현해 미리 시현해볼 수 있다. 또 제품의 개발부터 완성에 이르는 과정에서 형태와 기능, 동작 등을 모델링할 수 있으며 제품 시뮬레이션 환경에서 다양한 시나리오 테스트가 가능하다. 현실세계의 장비나 시스템을 원격으로 제어하고, 실시간으로 상태를 모니터링할 수 있어 시공간의 제약 없이 관리를 할 수 있다. 이밖에 가상공간을 활용한 협업 작업 수행, 교육 및 훈련 등도 가능하다.

<엔비디아의 메타버스 솔루션인 옴니버스(Omniverse)를 활용한 지멘스의 산업용 메타버스>

[자료: NVIDIA]

디지털 트윈은 제조공장의 모습을 어떻게 바꿀까

산업용 메타버스에서 디지털 트윈은 디지털 트윈 기술 자체 혹은 증강현실(AR: Augmented Reality), 가상현실(VR: Virtual Reality), IoT, 디지털휴먼 등 여러 기술과 접목해 제조 과정에서 다양한 작업을 수행할 수 있다. 자동차를 제조하는 업체가 디지털 트윈을 도입한다고 가정해보자. 디지털 트윈을 통해 자동차에 들어가는 부품을 생성하고 메타버스 상에서 이를 검증해 최적의 설계조건을 파악할 수 있다. 이후 완성품이 나오면 이 역시 메타버스를 통해 운행, 충돌 테스트 등을 실행함으로써 시간과 비용 절감 효과를 기대할 수 있다. 또 생산공정 최적화 역시 메타버스를 통해 보다 쉽게 진행할 수 있다. 다쏘시스템코리아의 양경란 대표는 산업기술진흥협회의 유튜브채널인 산기협TV와의 인터뷰에서 “디지털트윈과 시뮬레이션 기술을 통해 메타버스에서 생산성을 높일 수 있는 공정 레이아웃을 찾아내고 신규 장비나 로봇의 작업을 정확하게 예측할 수 있으며, 공장 내 물류 이동도 최적화할 수 있다”라고 설명했다. 그뿐만이 아니다. 공장 내 생산공정 디지털 트윈에 생산관리시스템으로부터 수집된 정보들을 연결해 생산과정의 원격 모니터링과 제어, 문제 인식 등이 가능하며 나아가 향후 발생할 문제까지 미리 예측해볼 수 있다.

디지털 트윈을 생성하고 VR 기술과 디지털 휴먼 기술을 접목해 생산 현장에 있는 직원을 효율적으로 트레이닝하고 이를 통해 생산성은 물론 작업자의 안전 문제도 개선할 수 있다. 제조 현장을 디지털 트윈으로 구현하고 디지털 휴먼 기술을 통해 시뮬레이션하는 방식으로 작업성과 안전성을 확인하는 것이 가능해지기 때문이다.

<산업용 메타버스 빌딩블록>

[자료: Forrester]

전망 및 시사점

지난 2월 미 상무부는 자국 반도체 기업인 글로벌파운드리스에 신규 반도체 투자 증설을 위해 15억 달러를 지원한다고 밝혔다. 미 언론들은 이 발표를 기점으로 인텔과 TSMC, 삼성전자 등 외국계 기업을 대상으로 한 추가적인 보조금 발표가 예상된다고 전망한 바 있다. 이처럼 첨단산업을 중심으로 한 미국의 제조업 지원 정책에 따른 제조업 부흥은 올해도 지속될 전망이다.

제조업 전반에 걸친 막대한 규모의 첨단 기술 투자와 스마트 팩토리 도입에 따른 제조 생태계 변화는 이미 예고됐다. 바이든 행정부는 지난해 3월 5000만 달러를 소기업과 중견 제조기업(SMMs: small- and medium-sized manufacturers)의 스마트 제조시설 구축에 투입할 것임을 발표했다. 재정적 여력이 상대적으로 낮은 SMMs의 스마트 팩토리 구축을 정부가 나서서 지원해 미 제조업이 안고 있는 한계를 극복하고 글로벌 시장에서 첨단 제조 분야의 주도권을 확보하려는 전략이 엿보인다.

미 제조업계는 스마트 팩토리 구축작업이 한창이다. 이와 동시에 엔비디아, 마이크로소프트, 아마존 등 미국의 테크 공룡들은 스마트 팩토리에서 한 발짝 더 나아가 이를 기반으로 한 산업용 메타버스 플랫폼과 솔루션 개발에 박차를 가하고 있다. 한편 A 컨설팅사 관계자는 “제조업은 빈번하게 사이버 범죄의 표적이 되고 있다”며 “스마트 팩토리 도입과 산업용 메타버스 시스템 구축 시 사이버 범죄 피해 리스크와 보안에 대한 대책도 함께 마련할 수 있어야 한다”라고 조언했다.

자료: Deloitte, Advancedtech.com, Forbes, Forrester, Nvidia, Siemens, 산기협TV 및 KOTRA 뉴욕 무역관 자료 종합