미래형 공장

학생들이 실제 세계와 가상 세계에 모두 익숙해지도록 기술 전수에 주목하는 교육자들

Jacqui Griffiths
20 November 2016

1 min read

낭비를 없애고 생산성을 증대하고자 산업용 사물인터넷(IIoT, Industrial Internet of Things), 로봇, 적층가공 같은 신기술을 이용하는 제조업체가 갈수록 늘어나면서 교육자들은 이와 같은 신기술로 구현된 미래형 공장에서 제대로 업무를 수행하는데 필요한 기술을 키울 수 있도록 학생들을 교육하고 기존 인력들도 재교육해야 하는 과제를 떠안게 됐다.

스마트 팩토리(Smart Factory) 또는 인더스트리 4.0(Industry 4.0)으로도 일컬어지는 미래형 공장에서는 작 업 효율과 지속가능성을 개선할 목적으로 가상 세계와 실제 세계가 적절히 융합된 환 경에서 사람과 기술이 업무를 분담한다.

스위스의 국제기술 표준기관인 IEC(International Electrotechnical Commission)의 백서 '미래형 공장(Factory of the Future)'은 다음과 같이 기 술하고 있다. "전체 가치사슬을 가시적으로 이 해하기 위해 '가상'과 '실제' 세계가 융합된 형식 의 공장에서 더 적은 자원으로 더 빠르고 효율 적이면서도 우수한 결과를 얻어낼 수 있다."

미래형 공장은 미래를 염두에 둔 프로젝트지 만 세계에서 가장 진보한 제조업체들은 이미 그 효과를 누리고 있다. 미국품질학회 (American Society for Quality)가 실시한 '2014 년 제조 전망 설문조사(2014 Manufacturing Outlook Survey)'에 따르면, 스마트 팩토리를 구현한 기업 중 82%는 업무효율성이 향상됐 고, 49%는 하자 제품이 감소했으며, 45%는 고 객만족도가 향상됐다고 답했다.

그러나 제조업체가 미래형 공장 구현의 효 과를 거두려면 '고도로 숙련된 기술 전문가', 구체적으로 말해서 실제 환경에 구현된 가 상 모델을 이해하고 조작할 수 있는 인력이 필요하다고 IEC는 분석하고 있다. 이와 같은 실정으로 인해 새로운 과제가 대두되자 세 계 최고의 기술 교육기관들은 학생들에게 미래지향적 공장에 요구되는 기술을 효과적 으로 전수할 수 있는 새로운 교육 방식을 도 입하고 있다.

인더스트리 4.0을 위한 준비

스마트 팩토리, 즉 인더스트리 4.0(독일어 'Industrie 4.0'에서 유래)은 제조와 교육에 관 한 새로운 사고 방식을 요구한다.

독일 로이틀링겐대학교(Reutlingen University)에서 조달, 생산, 물류 운송, 산업 공학을 가르치는 페라 훔험멜(Vera Hummel) 교수는 이렇게 말했다. "업계가 생 산 공정 때문에 고민하듯 대학도 새로운 교 과 과정을 수립하느라 고충이 많다. 기술, 하 이브리드 작업 시스템용 로봇, 데이터를 수 집하는 센서가 부착된 최신 측위 시스템, 그 리고 그 데이터를 토대로 구현한 새로운 공정과 비즈니스 모델 등 시스템에 대한 전반 적 지식을 갖추도록 학생들을 교육하는 일 은 대학의 몫이기 때문이다."

82%

미국품질학회가 실시한 설문조사에서 스마트 팩토리를 구현한 기업 중 82%는 업무 효율성이 향상됐고, 49%는 하자 제품이 감소했다고 답했다.

결과적으로, 훔멜은 학생들이 다음과 같은 세 가지 신기술들을 배워야 한다고 강조했 다.

"학생들의 첫 번째 과제는 기술 지원 및 사 이버-물리 시스템과 결합되는 하이브리드 작업 시스템 사용법을 익히는 것이고, 두 번째는 완벽한 디지털 엔지니어링 환경을 익 히는 것이다. 과거에는 학생들이 CAD, 공정 설계, 또는 로봇 시뮬레이션을 이용한 작업 방법 중 하나만 익히면 됐지만 이제는 연속 개발 공정에서 이 세 가지를 모두 사용할 수 있어야 한다. 그리고 마지막으로 자동생산 시스템의 지능형 제품을 관리하는 방법을 익히는 것이다"라고 설명했다.

이와 같은 기술을 가르치려면 학생들이 기 계, 정보 처리, 자동화 공정 간의 상관관계와 의존성을 포괄적으로 이해해야 하므로 학문 분야에 따라 교육 주제가 명확히 구분되는 전통적인 교육 방식에서 탈피해야 한다.

따라서 대학생은 실제 생산용 인프라와 클 라우드 기반의 디지털 엔지니어링 도구의 접목으로 특별히 구현된 '체험학습 공장 (Learning Factory)'에서 일주일에 두 번씩 현장 실습을 수행해야 한다.

훔멜은 "학생들은 빅데이터, 디지털 프로세 스, 새로운 업무 방식, 부서 간의 새로운 협 업 방식을 배우고 있다. 학습 목표는 공장의 모든 장비, 운영, 제어 양상을 그대로 본뜬 가상 작업 환경을 구현하여 '인더스트리 4.0' 환경에서 사용되는 새로운 기술들을 직접 체험하는 것"이라고 덧붙였다.

글로벌 협력 프로젝트

프랑스의 ENIM(National Engineering School of Metz)은 로레인대학교(University of Lorraine) 산하의 기술학교 11개로 구성된 Lorraine-INP(National Polytechnic Institute of Lorraine) 협회의 회원이다. ENIM은 제품 을 설계, 시뮬레이션, 제조하는데 사용되는 클라우드 기반의 PLM(Product Lifecycle Management) 솔루션을 통해 전 세계 학생 들이 미래의 공장 환경을 체험해볼 기회를 제공하는 일종의 국제 협력 프로젝트인 팩 토리 퓨처스(Factory Futures) 프로그램을 출범했다.

ENIM의 PLM 프로젝트 책임자 겸 라틴 아메 리카 지역 코디네이터인 줄리앙 진(Julien Zins)은 이렇게 말했다. "프랑스와 해외의 기 술 학교에서는 학생들이 다국적으로 엔지니 어링 프로젝트를 진행하는데 전념할 수 있 도록 정규 교육 과정을 없앴다. 모바일 기술 은 ENIM 학생들에게 필수적이다. 전 세계 120개 이상의 교육기관과 이미 자매 결연도 맺은 상태다."

“ 인더스트리 4.0에서는 생산 효율성뿐 아니라, 새로운 기술 및 서비스 솔루션을 토대로 새로운 비즈니스 모델을 구축하는 방법도 중시된다. ”

페라 훔멜(Vera Hummel)
로이틀링겐대학교 조달, 생산, 물류 운송, 산업공학과 교수

2016년 9월에 시작된 미래형 공장 프로그램 외에도, 2012년에 출범한 글로벌 팩토리 (Global Factory) 프로젝트에서는 ENIM 학 생들이 자매 결연을 맺은 17개 대학과 공동 으로 엔지니어링 프로젝트를 진행하는데, 현 재 10개 국가의 학생과 교수 100명이 참여하고 있다. 프로젝트를 진행하는 또 다른 목적 은 ENIM 학생들이 PLM용 디지털 3D 솔루 션을 사용해본 경험을 자매 대학과 공유하 는 것이라고 진은 얘기했다.

플로리다 공과대학 학생인 그레이스 피터-슐츠(Grace Peters-Schulze)는 NASA가 개발 중인 ‘오리온 다목적 유인 우주선(Orion Crew Vehicle)’의 3D 프린트 모형을 갖고 있는데, 이것은 오리온 캡슐 (Orion capsule)의 레이저 스캔으로 제작되었다. (사진 제공 : 플로리다 공과대학)

"학제적 접근 방식은 메카트로닉스나 혁신 기술 관리 등 각기 다른 전문 기술을 보유한 전 세계 자매 대학들이 공동으로 문제를 해 결한다는 점에서 의미심장하다. 예를 들어, 올해 로레인대학교 산하 Lorraine-INP의 회 원인 ESSTIN(Graduate Schools of Science and Technology Engineering of Nancy)과 ENSGSI(National Graduate School in Innovation Systems Engineering)과 통합하면서 두 학교의 전문 기술 분야도 활용할 수 있게 되었다."

“ 공학도에게 제품 제조 분야 중 설계 부분만 교육하는 것으로는 부족하다는 사실을 대학이 직시해야 한다. 이제는 제조 지식도 가르쳐야 한다. ”

마이클 그리브스
플로리다공과대학교 CAMID 상임이사 겸 교수

학생들에게 필요한 기술을 가르치려면 교수 들도 돌아가는 상황을 꿰뚫고 있어야 한다. 일례로, 진과 동료 교수들은 기술 회사, 전문 직 협회, 교육기관이 동참하고 있는 '미래의 산업(Industry of the Future)'이라는 국가 사 업의 진행 상황과 프랑스 정부의 조치를 면 밀히 주시하는 동시에 프랑스 산업의 디지 털 혁신을 목표로 정부가 추진하는 프로그 램을 촉진하고 있다.

진은 이렇게 말했다. "교수들이 새로운 도구 와 관련된 강좌 내용을 더 자주 업그레이드 해야 하고 최신 소프트웨어 사용법을 숙지 해야 한다는 조건이 전제되긴 하지만, 프랑 스 대학들은 하드웨어 때문에 고민할 필요 는 없을 것으로 보인다. 중요한 것은 교수와 기술직 직원이 관련 솔루션에 반드시 정통 해야 한다는 것인데, 다행히 프랑스에서는 교수들이 AIP-PRIMECA 네트워크를 통해 ENIM에서 사용하고 있는 3D 솔루션 사용법 을 익힐 수 있다. AIP-PRIMECA 네트워크는 특수 분야를 가르쳐야 하는 교수들을 대상 으로 연중 내내 교육을 실시하고 있다.”

혁신적인 교수법

미국 교수들에게 미래형 공장이란 미국 생 산직 노동자의 일자리가 늘어난다는 뜻으로 해석될 수 있다.

플로리다공과대학교(Florida Institute of Technology)의 CAMID(Center for Advanced Manufacturing and Innovative Design) 상임이사 겸 교수인 마이클 그리브 스(Michael Grieves)는 이렇게 말했다. "지금 까지 미국 대학이 크게 관심을 기울이지 않 았던 제조에 관한 교육을 실시하라는 압력 이 거세다. 미국의 생산직 일자리 증가 외에 도, 제조 환경의 변화와 생산 비용 절감 효 과를 창출하는 첨단 기술의 보편화로 인해 야기된 결과라고 할 수 있다."

미국 제조업체가 산업용 사물인터넷과 적층가공 같은 기술을 이용하여 저임금 국가와 유사한 수준의 비용으로 제품을 생산하더라 도 "문제는 운송비다. 따라서 제조업체의 입 장에서는 고객과 최대한 가까운 곳에서 제 조하는 전략이 바람직할 것이다."

그러나 미래지향적 제조업체에 필요한 기술 을 갖춘 인재를 양성하려면 교육기관 특유 의 고질적인 폐쇄성을 타파해야 한다고 그 리브스는 주장했다.

그리브스는 이렇게 말했다. "미국 일류대학 이 배출하는 공학도들은 제조 분야에 대한 지식을 제대로 갖추고 있지 않다. 생산 현장 에서 사용되는 각종 자재에 대해 대학에서 배우지 못한 학생들은 생산 현장에 투입되 고 나서야 관련 기술을 배우게 된다. 공학도 에게 제품 제조 분야 중 설계 부분만 교육하 는 것으로는 부족하다는 사실을 대학은 직 시해야 한다. 또한 졸업 후 제조 분야에 진 출한 학생들에게는 가상 설계 단계에서 경 제적이고 효율적인 실제 생산 단계로 원활 하게 전환하는데 필요한 제조 지식도 가르 쳐야 한다."

“ 학생들이 교육 과정에서 직장을 체험할 수 있도록 대학은 생산 환경이 그대로 재현된 학습 환경을 조성해야 한다. ”

A아속 셰타르(Ashok Shettar)
인도 KLE 기술대학교 부총장

그리브스는 이 분야를 선도하는 미국 최고 의 교육기관으로 플로리다공과대학교, 퍼듀 대학교(Purdue University), 조지아공과대학 교(Georgia Institute of Technology)를 손꼽 으면서도 이 세 대학 역시 학제적 접근 방식 이 미흡하다고 지적했다.

그리브스는 또 이렇게 말했다. "미국 대학의 대부분에는 공학과만 있고 제조공학과는 없 다. 제품만 설계하고 나머지는 제조 공장에 떠넘기는 방식이 통용되던 시대는 끝났다. 오늘날에는 제품 생산에 설계와 제조에 대 한 총체적 접근 방식이 요구된다. 따라서 발 빠르게 움직이는 업계의 상황에 발맞추려면 교수법도 총체적 접근 방식 위주로 바뀌어 야 한다."

의견 일치

세계은행(World Bank)에 따르면 2014년 인 도 GDP 중 제조업이 차지하는 비중은 16% 에 불과했다. 같은 해 인도의 나렌드라 모디 (Narendra Modi) 총리는 해외 투자자를 유 치하고 인도를 글로벌 제조 허브로 탈바꿈 시키겠다는 목표 아래 'Make in India' 프로 젝트를 출범했다.

독일 로이틀링겐대학교(Reutlingen University) 학생들이 다음 작업자에게 작업 결과물을 전송하는 소프트웨어 시스템을 체험해 보고 있다. 이 시스템은 학생들에게 졸업 후 미래형 공장을 자동화하고 관리하는 일을 해보고 싶다는 동기를 부여한다는 점에서 대단히 중요한 역할을 하고 있다. (사진 제공 : ESB Business School Logistics Learning Factory)

인도 KLE 기술대학교(KLE Technological University) 부총장인 아속 셰타르(Ashok Shettar)는 이렇게 말했다. "국제 시장에서 경쟁하려면 여러 분야의 기술을 겸비한 공학도가 필요한데, 그러기 위해서는 공학 교 육 체제를 쇄신해야 한다. 현재 KLE 기술대 학교는 빅데이터, 클라우드, 분석, 내장 시스 템, 로봇, 자동화 등 미래형 공장과 관련된 여러 가지 기술을 가르치고 있지만 이런 기 술을 통합해서 가르치고 있지는 못하고 있 는 형편이다."

"미래형 공장은 여러 공정이 각기 다른 장소 에서 진행되기도 하고 문화의 차이로 인해 문제가 발생할 수도 있는 협업 공간이다. 따 라서 학생들이 교육 과정에서 직장을 체험 하고 배운 지식을 실전에 바로 응용할 수 있 도록 대학은 생산 환경이 그대로 재현된 학 습 환경을 조성해야 한다."

그래서 KLE 기술대학교의 공학교육 과정은 체험 학습에 초점이 맞춰져 있다. 구체적으 로 말해서, 1학년 강좌에는 소셜 미디어/네 트워크와 관련된 설계 아이디어를 개발할 수 있는 소셜 이노베이션(Social Innovation) 강좌와 여러 공학 분야를 취합하여 생산에 관한 폭넓은 사고를 유도하는 기술 탐구 강 좌를 신설했고, 다른 학년의 강좌에서는 학 내에 건설된 6,000평방피트(557평방미터) 크 기의 체험학습 공장을 이용하여 전공이 각 기 다른 학생들이 공동으로 제품을 개발하 도록 장려하고 있다.

셰타르는 이렇게 말했다. "전기공학 전공 학 생과 기계공학 전공 학생이 팀을 이뤄서 공 동으로 프로젝트를 진행한다. 이와 같은 교육 방식은 전문 분야가 각기 다른 팀원들이 공동 목표를 지향하면서 작업하는 방식을 이해하는데 도움이 된다."

이와 같은 기술을 학생들에게 가르치기 위 해서는 KLE 기술대학교 교수진도 각자의 전 문 분야 이외에도 다른 분야에 대한 지식을 갖춰야 한다.

셰타르는 "KLE 기술대학교는 기존의 교육 과정에 괴리가 있음을 인지하고 제조 산업 과 협력해서 이와 같은 문제를 해소하는 한 편, 교육 능력을 강화하는데 힘쓰고 있다. 전 공이 각기 다른 학생들이 팀을 이뤄 작업하 기를 기대한다면 교수진이 솔선수범해야 한 다고 판단했다. 그래서 교육을 시작하기에

앞서 교수들이 먼저 그와 같은 협업 체제를 직접 체험했다"라고 말했다.

업계와 학계의 새로운 협력 체제

전 세계 교육기관은 미래형 공장에 필요한 기술을 학생들에게 함양할 때 다양한 분야 의 전문가들이 협력하는 새로운 제조 환경 을 반영해야 한다. 여러 학과 간의 협력 및 학계와 업계 간의 협력 강화가 무엇보다 시 급하다. 그와 같은 협력 관계가 교수법과 제 조법에 관한 새로운 사고 방식에 지대한 영 향을 미치는 것으로 입증됐기 때문이다.

"협력에 대한 강한 의지를 보이고 업계와 학 계 간의 협업 문화를 조성하는 것이 앞으로 남은 과제"라고 셰타르는 의견을 피력했다.
“We need to demonstrate a strong intention to collaborate,” Shettar said, “and to develop a culture of collaboration between industry and academia.”

For more information: http://3ds.one/FactoryFutures

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