인더스트리 4.0 및 OT 트랜스포메이션: 기술, 장점 및 과제

디지털 트랜스포메이션은 금융 서비스, 통신, 유통 등 주로 정보와 데이터를 처리하는 조직에 영향을 미치는 것으로 널리 알려져 있지만, 제조 분야에서도 상당한 변화를 주도하고 있습니다. 제조 시스템의 컴퓨터화 및 혁신을 불러오는 이러한 진화를 "인더스트리 4.0"이라고 합니다.

그런데 인더스트리 4.0이란 정확히 무엇을 가리키며 이를 실현하는 기술은 무엇일까요? 운영 기술(OT) 환경의 변화에 따른 장점과 과제는 무엇일까요?

• 인더스트리 4.0이란?

• 운영 기술(OT)이란?

• 인더스트리 4.0의 배경

• 인더스트리 4.0 기술 및 OT 트랜스포메이션

• IT/OT 컨버전스

• OT 트랜스포메이션의 장점

• OT 트랜스포메이션의 과제

• 결론

Industry 4.0이란?

4차 산업혁명으로 알려진 인더스트리 4.0(Industry 4.0)은 새롭게 등장한 첨단 기술을 채택하면서 가능해졌습니다. 그러한 기술로 인해 정보 기술(IT)과 운영 기술(OT) 간 경계가 모호해지면서 디지털 트랜스포메이션이 작업 현장으로 확장된 것입니다.

이러한 첨단 기술로는 빅데이터, 빅애널리틱스, 로봇 공학, 엣지 컴퓨팅, 3D 프린팅, 인공 지능 및 머신 러닝(AI/ML), 하이브리드 클라우드 컴퓨팅 등이 있습니다.

운영 기술(OT)이란?

운영 기술에는 물리적 산업 생산 프로세스를 제어하는 하드웨어와 소프트웨어가 포함됩니다. 산업 제어 시스템(ICS), 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC), 감시 제어 및 데이터 수집 시스템(SCADA)이 OT의 예입니다.

전통적으로 이 기술은 매우 전문화된 별도의 기술로, 폐쇄된 독점 프로토콜을 사용하는 경우가 많았습니다. 그로 인해 OT가 데이터와 커뮤니케이션 사일로를 생성하여 비효율성을 초래하여, 사용 가능한 데이터를 효과적으로 공유하고 활용하기가 어려운 편이었습니다. 그러나 인더스트리 4.0에서는 이러한 제약이 사라지고 있습니다.

인더스트리 4.0의 배경

먼저 앞선 세 번의 산업 혁명을 잠시 살펴보고 현재의 역사적 맥락을 파악해 보도록 하겠습니다.

산업 혁명

제1차 산업 혁명(간단히 산업 혁명이라고도 함)은 모든 것이 대부분 수작업으로 이루어졌던 기존의 생산 방식이 새롭게 기계화된 제조 공정으로 대체되는 대대적인 변화의 시기였습니다.

이를 가능하게 한 기술에는 새로운 동력원(예: 증기 및 물), 철과 강철의 사용 증가, 내연 기관 및 역직기를 비롯한 다양한 새로운 발명품 등이 있습니다.

영국, 유럽, 미국에서는 18세기에 산업 혁명이 시작되었지만, 세계의 다른 지역에서는 발전이 더디게 진행되면서 산업 혁명이 그보다 늦게(때로는 매우 늦게) 이루어졌습니다.

제2차 산업 혁명

기술 혁명이라고도 불리는 제2차 산업 혁명은 19세기 후반부터 20세기 전반에 걸쳐 발생했습니다.

이 시기에 폭발적인 산업 성장이 가능했던 것은 더 많은 발명과 과학적인 발견이 이루어졌기 때문이었습니다. 훨씬 더 효율적으로 철강을 생산하고, 동력 공급과 조명에 전기를 사용하고, 기계 장비를 사용하고, 석유 생산과 정유가 이루어지고, 전신 및 전화가 도입되고, 자동차와 철도 등이 생활 속에 들어오기 시작했습니다.

제3차 산업 혁명

디지털 혁명이라고도 불리는 제3차 산업 혁명은 20세기 후반에 시작되어 현재까지 이어지고 있습니다.

디지털 혁명은 예상하다시피 디지털 컴퓨터가 신속하고 광범위하게 도입되면서 이루어진 것이 특징입니다. 수많은 기술 발전이 이러한 변화의 바탕이 되긴 했지만, 컴퓨터의 대량 생산 및 도입, 인터넷의 발달, 월드 와이드 웹(WWW)의 발명, 스마트폰의 개발 및 확산이 주된 역할을 했습니다.

제4차 산업 혁명

디지털 혁명을 직접적인 기반으로 4차 산업 혁명이 진행되는 인더스트리 4.0 시대에 오늘날 제조 공정은 중대한 변화를 겪고 있습니다.

물론, 변화와 기술 발전이 빨라지면서 이미 인더스트리 5.0 및 이와 유사한 차세대 진화에 대한 논의가 진행되고 있습니다. 예를 들어 일본에서는 수렵, 농업, 산업, 정보 등 4가지 초기 사회 단계를 기반으로 한 “소사이어티 5.0(Society 5.0)”이 있습니다. 하지만 지금은 인더스트리 4.0과 이를 통해 OT 트랜스포메이션을 실현하는 방법만 살펴보겠습니다.

인더스트리 4.0 기술 및 OT 트랜스포메이션

컴퓨터와 인터넷의 발전과 폭발적인 성장으로 디지털 혁명이 가능했던 반면, 인더스트리 4.0은 디지털 기반을 구축하고 확장하여 OT 트랜스포메이션을 실현하기 위한 여건을 조성합니다.

컴퓨터는 제3차 산업 혁명 중 공장에 도입되어 확산되었지만 일반적으로 데이터가 보이지 않거나, 액세스 또는 공유가 불가능한 독립된 섬처럼 사일로에서 작동했습니다. 제4차 산업 혁명에서는 이러한 사일로가 허물어지면서, 데이터의 가시성과 접근성이 점차 높아지고 있습니다. 이를 통해 과거에는 불가능했던 심층 분석과 효율성 향상 및 글로벌 최적화 수준을 달성할 수 있게 되었습니다.

OT 트랜스포메이션은 다음과 같은 다양한 기술로 실현됩니다.

• 엣지 컴퓨팅

• 로봇 공학

• 디지털 트윈

• 사이버 물리 시스템

• 사물 인터넷(IoT)

• 하이브리드 클라우드 컴퓨팅

• 빅데이터, 빅애널리틱스 및 데이터 시각화

• 모바일 장치

• 증강 현실 및 웨어러블

• 사이버 보안 개선

• 제4세대 및 제5세대 무선(4G 및 5G)

• 하이터치 고객 상호 작용 및 상세한 고객 프로파일링

대표적인 기술 몇 가지만 나열했으나, 거의 어디서나 데이터를 생성, 캡처, 처리 및 활용하도록 지원하는 기술을 대략적으로 알 수 있습니다. 이를 첨단 운영 기술(OT)과 결합하면 현대적인 산업 운영에 근본적인 변화가 일어나면서 OT 트랜스포메이션으로 이어지게 됩니다.

IT/OT 컨버전스

IT/OT 컨버전스는 조직이 정보 기술과 운영 기술 시스템을 연결하고, 소프트웨어 정의 접근 방식과 기성 IT 하드웨어를 사용하여 전문화된 맞춤형 OT 시스템을 교체할 때 일어납니다.

이러한 컨버전스를 통해 조직은 보유 중인 데이터를 더욱 효과적으로 활용할 수 있습니다. 제조 현장의 시스템을 제어하는 OT에서 생성된 데이터는 처리 및 분석을 위해 IT 부서로 전달한 후 제조 공정을 변경하거나 최적화하는 데 사용할 수 있습니다.

또한 IT/OT 컨버전스를 통해 사전에 문제를 해결할 수 있으므로 설계 및 개발 프로세스 초기에 잠재적인 문제를 식별하고 해결하여 시간과 비용을 모두 절약하게 됩니다.

물론 IT도 보안, 신뢰성, 짧은 대기 시간 등 OT 환경의 요구 사항에 따라 형성되는 이러한 컨버전스의 영향을 받습니다.

OT 트랜스포메이션의 장점

이처럼 새로운 기술과 IT/OT 컨버전스를 통해 실현되는 OT 트랜스포메이션은 다음과 같이 제조 분야에 여러 가지 중요한 혜택을 가져다 줍니다.

• 전반적인 설비 효율성 향상, 제조 공정의 가용성과 성능 및 생산 품질 개선

• AI/ML 기반의 예측 유지 관리를 통해 설비 장애로 인한 생산 다운타임 감소

• 의사 결정에 필요한 정확한 정보를 적시에 제공하여 작업자의 효율성 증대

• 인적 개입을 최소화하여 생산을 관리하고 최적화할 수 있도록 자율성이 강화된 "스마트 팩토리” 구축

• 소비자의 기대 수준과 요구 사항 증가에 따른 “대량 개인화”(맞춤형/개인화된 품목의 대량 생산) 지원

• AI/ML을 활용하여 잠재적 문제를 예측하고 문제 발생 시 수정 사항을 제공하여 인벤토리, 장비 및 프로세스 최적화

OT 트랜스포메이션과 인더스트리 4.0의 장점을 모두 다룬 것은 아니지만, 정보 기술과 운영 기술의 통합으로 얻을 수 있는 몇 가지 개선 사항과 효율성을 보여줍니다.

OT 트랜스포메이션의 과제

보안, 인재 격차 등 여러 가지 어려움으로 인해 OT 트랜스포메이션을 배포하고 채택하는 데 제약이 되는 것이 사실입니다.

• 사이버 보안 취약점은 항상 우려 사항으로 꼽히는데, IT/OT 컨버전스로 인해 공격 표면이 확대되면서 그러한 우려는 더욱 커지고 있습니다.

• 기술 및 인재 격차는 이미 디지털 트랜스포메이션 작업의 주요 위험으로 확인되었으며, 인더스트리 4.0에서는 OT 전문가의 은퇴로 인해 고유한 기술과 경험이 단절되면서 그러한 위험이 더욱 커지고 있습니다.

• 기존 자산 통합. 특히 OT 장비의 긴 라이프사이클(보통 10년 이상)과 관련하여 광범위한 프로토콜, 인터페이스, 개방형에 가까운 표준이 있습니다.

• 데이터 생성량의 급격한 증가로 인해 스토리지 및 처리 능력을 향상시켜야 할 필요성이 높아지고 있으며, 고유한 기술을 갖춘 숙련된 데이터 전문가가 요구되는 상황입니다.

조직이 직면하게 될 OT 트랜스포메이션 및 인더스트리 4.0의 과제는 이 밖에도 다양하지만, 관리가 까다로울 뿐 극복 불가능한 것은 아닙니다.

결론

Industry 4.0으로 인해 각 업계는 수많은 디지털 트랜스포메이션 과제를 안고 있지만, 그 장점과 효율성은 상당합니다. 정보 기술과 운영 기술을 결합(IT/OT 컨버전스)하면 업계 전반의 효율성과 탄력성이 높아져 보다 신속히 대응할 수 있으므로 고객, 직원, 조직 전체에 혜택이 돌아갑니다.

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