2023.05.29

[CPS의 정의]

CPS는 모든 사물들이 서로 연결되어 정보를 교환하는 사물인터넷(Internet of Things)에서 컴퓨팅을 이용한 사이버 세계와 물리 세계가 발전된 IT기술을 통해 유기적으로 융합되어 사물들이 서로 소통하며 자동적, 지능적으로 제어되는 시스템입니다.

기존 임베디드 시스템의 미래지향적이고 발전적인 개념이며, 기존의 전통적인 산업에 ICT기술이 결합되어 기존 산업과 서비스에 새로운 부가가치를 부여하고자 융복합 산업을 구현하기 위한 핵심기술이라고 정의할 수 있습니다.

[CPS 산업의 특징]

사이버시스템과 물리시스템간의 정밀한 모델링 및 시뮬레이션 기술을 적용해 각종 산업 분야에서 새로운 서비스 및 가치 기회를 창출할 수 있습니다. 

인간과 기술적 시스템 사이의 협업은 숙련된 노동인력의 부족 문제와 점증하는 작업장내의 

다양성(연령, 성, 문화적배경 등)을 해결함으로서 지속적인 생산성을 유지할 수 있으며,

일반적인 한계점인 기술 지원 및 유지보수 문제를 해결함으로서 새로운 시장 개척 기회를 확보할 수 있습니다. 

이러한 기술을 바탕으로 무인자동차, 무인항공기 등 조립 산업이 CPS로 진화함에 따라 자율제어를 위한 

시스템, SW, 부품 수요가 폭발적으로 성장할 것으로 예상되는 상황에서 솔루션 공급산업을 주도할 수 있습니다.

국내원천기술을 확보하여 외산대비 저렴한 가격으로 고신뢰 OS를 제공함으로서 

국산화를 통한 가격경쟁력을 확보하며 CPS시스템의 기반 연동 미들웨어 플랫폼 확보를 통해 

전산업분야에서의 대규모 복합 CPS시스템에 대한 신속한 개발 및 각 산업의 스마트화를 조기 달성합니다. 

각 산업에서 가치사슬상에 존재하는 시스템들 간 연동을 통하여 가치사슬 통합을 조기에 달성하고 

이를 통해 다양한 새로운 비즈니스모델 및 산업 생태계를 창출할 수 있으며, 

소비시장의 글로벌화로 소비의 표준화가 촉진되는 동시에, 개인화에 따른 개인맞춤형 소비추세로 대량생산과 맞춤형 유연생산 또한 가능합니다. 

이러한 기술을 바탕으로 ZARA, UNIQLO 등의 SPA 패션 브랜드는 

1)현장수요파악 2)스피드와 타이밍, 3)생산의 효율화를 통해 좋은 제품을 대중적 가격에 파는 대량 맞춤 생산을 선도하고 있습니다. 

[이미지 출처: 기술과 혁신]

[CPS 산업의 운영시스템]

아래의 이미지와 같이 CPS 기반의 스마트팩토리에서는 제품, 공정, 다양한 설비들과 

ERP(Enterprise Resource Planning), MES(Manufacturing Execution System) 시스템 등 여러 관리 및 운영 시스템들이 상호 연계됩니다.

또한 클라우드를 기반으로 제조 빅데이터 관리와 분석이 수행되어 현장과 동기화된 사이버 모델 구성, 

운영과 가시화에 활용되며, 이를 바탕으로 지식 관리와 최적화가 달성됩니다.

이러한 기능들은 서비스 지향 & 개방형 네트워크와 표준 플랫폼, 엔지니어링을 지원하는 제품수명주기관리 시스템을 바탕으로, 

산업 사물인터넷(IIoT)과 산업 서비스 인터넷(IIoS) 기반 개방형 네트워크와 상호 운용 플랫폼(Interoperable Platform)을 통해 통합되고 상호 연계 가능하며,

스마트팩토리 사이버 모델(또는 디지털 트윈) 가상화를 위해서는 PLM에서 관리되고 있는 제품, 공정, 제조자원과 

공장에 대한 P3R(Product, process, resource and plant) 엔지니어링 정보와 디지털 모델이 기본이 되며,

엔지니어링 소프트웨어와 서비스 연결을 통해 제조 시스템의 4M, 엔지니어링 정보 기반의 제품, 공정, 설비, 공장의 실시간 가상화 또한 실현 가능합니다.

즉, PLM 기반 엔지니어링 정보와 IIoT 기반의 제조 빅데이터 활용으로, 제품 개발 및 생산의 

모든 단계에서 체계적이고 지속적인 CPS의 구성과 적용을 통해 자율 운영과 최적화가 수행되는 것입니다.

이러한 CPS의 구성과 운영을 위해서는 다양한 기술들이 계층별로 융합되어야 하며, 주요한 핵심 요소 기술은 다음과 같습니다.

- 클라우드 기반 상호 운용 플랫폼

- 센서 네트워크를 통한 데이터 수집 및 처리

- 산업 데이터 애널리틱스를 통한 수집 데이터의 정제와 분석

- 실시간 가상화를 통한 사이버 모델(또는 디지털 트윈) 자동 구축

- 머신 러닝(Machine Learning) 등 여러 가지 인공지능 기법 기반 의사결정 최적화

사이버물리시스템(CPS)의 목표이자 핵심 기술은 아래와 같이 서술 할 수 있습니다.

(1) IIoT 기술을 적용해 생산의 전 과정에서 제품, 공정, 설비, 공장 등 모든 개체를 연결, 감시

(2) 모아진 제조 빅데이터의 관리, 정제, 분석

(3) 실시간 동기화를 통해 현장 상황과 일치하는 사이버모델을 수립, 지능적으로 활용

(4) 자율, 능동적으로 설계, 운영 최적화를 달성

[이미지 출처: 기술과 혁신]

[CPS의 장점과 단점]

CPS 기술의 핵심은 사람의 개입을 최소화하여 어떤 프로세스에서 벌어질 모든 상황을 기계장치가 유기적으로 판단하여 일의 효율을 극대화하는데 있습니다. 

그렇기 때문에 다품종 대량생산의 시대를 살아가는 우리들에게 있어 CPS 체계를 통해 제각기 다른 수요를 모두 충족할 수 있다는 장점이 있으며, 

이전에는 공급자의 의지에 따라 소비자가 받아들이는 구조였다면 이제는 소비자의 요구에 

공급자가 움직이는 방식으로 전환하여 소비자의 의사결정에 무게가 더해졌다는 것을 의미하기도 합니다.

기업에게 주어진 희소한 자원을 효율적으로 사용하여 기업의 시장 경쟁력이 상승하는 효과를 가져오며, 

공장의 가동문제뿐만 아니라 자율주행 시스템 구축을 위한 핵심기술로서 CPS가 가진 잠재성은 무시할 수 없습니다.

CPS 기술이 적용되기 위해서는 특정 공정 과정에서만이 아닌 원자재의 수입이나 협력업체로부터의 공급까지 고려를 

해야 하며 이로인해 장기적으로 대기업-중소기업 간 가치사슬이 결합하는 혁신적인 모델이 될 수 있다는 점도 주목해야 할 부분입니다. 

그 밖에도 CPS 기술이 가져오는 우호 요인이 많지만, 한계점 또한 분명히 존재합니다.

우선, 기술 개발의 수준이 아직 많이 향상되지 못한 것이 문제라고 할 수 있습니다. 

CPS는 다른 기업들의 진입장벽이 높기에 일부 선도 기업을 중심으로 기술 개발이 이루어지고 있습니다.

현재는 기업이 시장에 진출하는 초기이기 때문에 기술적 요인에 의한 것은 시간이 지난 후 어느 정도 해소될 문제이지만, 

우리나라 기업의 입장에서는 가야할 길이 멀다는 문제가 있습니다. 

앞서 독일이나 미국, 일본은 지난 3차 정보혁명의 수혜자이자 개척가로서 하드웨어 및 소프트웨어의 기초가 상대적으로 단단합니다.

우리나라는 후발주자로서 기술을 개량 발전시키고 있지만, 원천기술에 대한 힘이 부족하다는 문제로 연결될 수 있습니다. 

그렇기 때문에 이미 해외에서 개발한 기술에 대한 기준을 우리나라에 적용하는 것에 어려움을 겪는 경우도 있으며, 

초기 개발비용이나 구축비용이 많이 소요되는 문제도 있습니다. 

CPS 기술을 이용한 공장의 스마트 혁신은 대기업은 물론 중소기업에서도 관심을 가지는 주요 이슈입니다.

하지만, 초기비용이 매우 크기 때문에 대기업과 중소기업 간 진입장벽이 존재하고, 

해당 시스템의 구축 여부에 따라 생산성이 월등히 차이 나기 때문에 원청업체에 대한 하청업체의 예속화나, 

대기업-중소기업 간 양극화가 극심하게 일어날 우려가 있을 것으로 예상해볼 수 있습니다.

출처:

https://4ir.kisti.re.kr/ick/cmmn/viewPost/20180315000016

https://blog.naver.com/sc1615/222023050958