자동차, 3C 전자, 금속제조, 재료 등 다양한 산업에서 스마트공장 활용 확대
스마트공장, 중국 동부 연안도시 지역에 집중 분포
중국 인건비가 지속 증가함에 따라, 중국 내 많은 기업이 노동 집약적 산업의 생산 비용 증가와 노동력 부족 문제를 겪고 있다. 이러한 상황 속에서 빅데이터, 사물인터넷(IOT), 인공지능 등 차세대 정보 기술의 급속한 발전에 힘입어 ‘스마트공장*’이 등장했다. 스마트공장은 저비용으로 높은 생산효율을 자랑하고, 기업의 단기 이윤을 창출시켜 장기적인 경쟁력을 향상하며 제조업계의 주목을 받게 됐다. 또한, 스마트공장 건설에 대한 정부의 적극적인 지원으로 각 업계의 기업들이 스마트공장을 건설하기 시작하면서 중국 스마트공장 시장은 급속한 발전 단계에 진입했다.
* 스마트공장: 사물인터넷(IOT), 인공지능(AI), 빅데이터 기술 등을 활용해 공장의 자동화· 디지털화·지능화·네트워크화를 실현하고, 생산 효율성, 품질 및 유연성을 향상해 비용과 자원 소모를 줄이는 선진 제조 모델
중상산업연구원(中商產業研究院)이 발표한 '2024~2029 세계 및 중국 스마트공장 및 제조산업 발전 현황 조사 및 투자전망 분석 보고서(2024~2029全球及中國智能工廠和製造行業發展現狀調研及投資前景分析報告)'에 따르면, 2022년 중국 스마트공장 시장 규모는 1조566억 위안에 달했으며, 향후 몇 년간 연평균 10% 이상의 성장률을 유지해 2025년까지 중국 스마트공장 산업 시장 규모는 1조4000억 위안을 초과할 것으로 분석된다.
[자료: 중상산업연구원(中商產業研究院)]
또한, 현재 스마트공장의 하위 응용 분야는 주로 자동차, 3C 전자, 금속 제조, 재료 제조 등에 집중돼 있다. 그중 자동차와 3C 전자의 활용 비중은 각각 38%와 21%로 상대적으로 높으며, 추후 금속 제조 및 재료 제조 분야도 확대될 여지가 있다. 스마트공장은 환경에 대한 요구가 비교적 낮기 때문에, 향후 응용 범위가 갈수록 넓어질 것으로 예상된다.
[자료: 중상산업연구원(中商產業研究院)]
이처럼 중국 스마트공장 산업의 시장 규모가 점차 확대될 것을 대비해 중국 현지 기업들의 산업별 스마트공장 활용 사례를 면밀히 살펴보고, 한국기업이 중국에 진출할 만한 유망산업으로는 어떤 분야가 있는지 확인해보자.
1. 자동차 산업: 테슬라(Tesla) 스마트공장 (상하이시)
테슬라(Tesla) 상하이 공장은 약 86만㎡ 부지에 모델Y·모델3 기종을 생산하고 있다. 테슬라 상하이 공장은 5G·IoT·빅데이터·인공지능(AI) 등 차세대 기술을 융합해 디지털 신에너지 완성차 스마트공장을 만드는 데 주력하고 있다. 2023년 테슬라 상하이 공장의 자동차 생산량은 95만7000대이며, 이 중 모델3는 31만 대, 모델Y는 64만7000대로 테슬라 전 세계 생산량의 절반을 차지했다. 2023년 말 테슬라 스마트공장 자동화율은 95% 이상에 달하며, 약 30초 만에 완성차 한 대를 생산할 수 있다. 테슬라 작업장에서는 수백 대의 로봇 팔이 바쁘게 돌아가고 있으며, 과거에는 수천 명이 하던 작업을 이제는 수십 명만으로 완성할 수 있게 됐다.
담당자에 따르면, 테슬라가 자체 개발한 생산제조제어시스템(MOS)은 인간-기계 인터페이스, 스마트 식별 및 추적 기능이 탑재돼 있으며, 완성차 제조, 배터리 공정, 모터 공정 등에 활용돼 공정·엔지니어링·품질관리 등을 효과적으로 개선했다. 스탬핑공정(沖壓車間)과 도장공정(塗裝車間)의 자동화율은 100%에 달하며, 중국 전체 자동차 업계에서 선두를 달리고 있다.
[자료: 노동관찰망(勞動觀察網)]
생산제조제어시스템(MOS) 외에도 '디지털 신경망(數字神經網)'이 생산라인의 구석구석까지 퍼져 있다. 디지털 신경망은 제품 생산 공정의 표준화와 제품 품질을 보장할 뿐만 아니라 빅데이터를 활용해 각 차량과 부품별 생산 데이터의 오차를 역추적한다. 또한, 공장 네트워크와 차량제어 컴퓨터 간의 실시간 정보 교환을 통해 제조 과정에서 자동으로 자체 테스트 및 학습 교정 작업을 완성할 수 있다.
[자료: 노동관찰망(勞動觀察網)]
2. 3C 전자 산업: OPPO (광동성 둥관시)
OPPO 둥관(東莞) 스마트공장에는 7000여 대의 생산 설비가 있으며, 각 모델의 휴대전화 생산과 조립을 24시간 진행한다. OPPO의 SMT(표면조립기술: Surface Mounted Technology) 자동화율은 85%, 자동화 테스트는 90%에 도달했다. 2022년 9월 말 OPPO의 SMT(표면실장기술) 전자동 생산라인과 전체 조립 생산 효율성도 업계 선두를 달리고 있다. 각 생산설비는 평균 10초마다 1대의 휴대전화를 생산하며, UPH(Unit Per Hour, 시간당 생산량) 및 UPPH (Unit Per Person Hour, 1인당 시산산량)도 업계 선두를 달리고 있다. 2020년 대비 휴대전화 한 대의 제조 원가는 약 40% 감소했으며, 집중 원격감시 제어시스템(SCADA)을 채택한 후 장비 문제로 인한 생산성 손실이 15% 감소했다.
[자료: CCTV(央視)]
OPPO는 2020년부터 '피닉스 프로젝트(鳳凰計劃·Phoenix Project)*'를 진행하면서 전통적인 자체 제조에서 스마트 제조로 전환하고 있다. 그중 스마트화와 디지털 전환이 핵심이다. 스마트화는 인간의 판단 논리와 아이디어를 알고리즘으로 만든 후 시스템이 자율적으로 판단할 수 있도록 하는 것이다. 예를 들어, 집중 원격감시 제어시스템(SCADA)은 사물인터넷(IOT) 기술을 통해 생산 장비를 연결하고, 실시간 생산 데이터 수집, 생산 장비 실시간 모니터링·관리, 장비 이상 시 조기경보·분석을 수행한다. OPPO 제조품질 사업부 궈샤오충(郭小聰) 회장은 "OPPO의 스마트 업그레이드가 초기 성과를 거뒀고, 생산량 100만 대당 필요 인력이 약 40% 절약됐다"고 말했다.
* 피닉스 프로젝트(鳳凰計劃·Phoenix Project): 분산형(탈중앙화) AI 인프라를 구축하는 프로젝트로, 차세대 AI를 활용한 상품 개발·배포·확장하는 프로젝트
[자료: 신화망(新华网)]
3. 금속 제조 산업: 중톈강철 ZENITH (장쑤성 쑤저우시)
중톈강철(中天鋼鐵)은 6개의 성급 스마트 시범 작업장을 보유하고 있으며, 제3제강소는 중톈강철(中天鋼鐵)의 가장 큰 특수강 생산기지로, 연간 특수강 생산량이 520만 톤에 달한다. 2021년 8월, 약 2억 위안을 투자해 1년에 걸쳐 건설한 중국 최초의 5G 시범 디지털 공장이 제3제강소에서 가동됐다. 이는 장쑤성의 최초의 '5G+ 디지털 제강소(5G+數字鋼廠)'이기도 하며, 제3제강소의 스마트설비 비중은 거의 100%에 달한다.
압연 공장의 생산 현장에서는 ‘가열로 연소 제어 시스템(加熱爐燃燒控製系統)’ 및 ‘강철괴 입로 식별 시스템(鋼坯入爐識別系統)’과 같은 스마트 응용 프로그램이 제어실 작업자에게 생산 공정을 상세히 보여주고, 작업자는 제어실에서 키보드로 조작만 하면 초기 압연(初軋), 미세 압연(精軋), 포장 등 원스톱으로 압연이 완료된다.
<중톈강철 제3제강소 제어실>
[자료: 중톈강철(中天鋼鐵)]
또한, 제3제강소에서는 5G 기술을 통해 생산을 더욱 안전하고 고효율화했다. VR 안경을 통해 1:1 비율로 만들어진 3D 전경으로 실시간 생산 현장과 모든 생산 데이터를 한눈에 볼 수 있다. 용광로의 전자동 초고속 분석 시스템은 기존 20명이 투입되던 작업량을 대체해 검사 시간을 이전의 5분에서 1분 50초로 단축했으며, 고철 5G 주행 원격 제어 시스템으로 로강(爐鋼)당 평균 제련 시간을 30초 단축해 에너지 소모량도 감소했다. 제3제강소 장리핑(蔣鯉平) 부공장장은 "5G+공업 인터넷을 기반으로 인력, 생산, 장비, 물류, 환경 에너지, 안전 등 핵심 요소의 실시간 모니터링 및 실시간 관리를 실현했다"라고 강조했다.
<중톈강철 제3제강소 작업실>
[자료: 중톈강철(中天鋼鐵)]
4. 재료 제조 산업: 쥐스(JUSHI) (저장성)
세계 최대의 유리 섬유 생산업체인 중국 쥐스그룹(巨石集團)은 현재 20개 이상의 대규모 유리 섬유 필라멘트(池窯拉絲) 생산라인을 보유했다. 연간 3000개 이상의 품목 260만 톤 이상을 생산하며, 세계 100개국 이상에 수출돼 전 세계 4분의 1의 시장을 점유하고 있다. 2022년 중국 쥐스그룹(巨石集團)은 스마트 제조기지를 완공했으며, '중국 스마트 제조 시범 공장'과 저장성의 첫 번째 '미래 공장'으로 선정됐다.
<쥐스그룹 유리 섬유 무인 작업장>
[자료: 과학기술일보(科技日報)]
주식회사디에이치은 데이터 수집 서비스(DIS·Data Ingestion Service), 통합ERP(전사적 자원관리), 생산관리프로그램(MES) 등의 시스템을 사용해 ‘자동화 섬(Islands of Automation)*’ 현상을 해결하고, 세관·은행·보험·세무·물류 등 외부 플랫폼을 연결해 운영·제조·제어의 삼위일체를 실현했다. 쥐스그룹(巨石集團) 위야둥(於亞東) 정보기술센터장에 따르면, "10년 전만 해도 연간 15만t의 유리 섬유를 생산하는 생산라인에 750명의 작업자가 필요했으나, 현재 '미래 공장'에 필요한 인원은 300명에 불과하다"라고 한다.
* 자동화 섬(Islands of Automation): 데이터의 일부만 자동화돼 오히려 데이터가 고립되는 현상
5. 산업용 로봇 산업: 아이쓰둔(ESTUN) (장쑤성 난징시)
난징 아이쓰둔(埃斯頓)은 9000개의 로봇 본체 및 6000개의 엔지니어링 설비를 갖추었다. 생산 효율 57.5% 증가, 총운영비용 21.7% 절감, 제품 업그레이드 주기 35.8% 단축, 제품 불량률 35.2% 감소, 단위 생산량당 에너지 소비 11.4% 감소 등의 성과를 이루었다.
아이쓰둔 산업용 로봇 스마트 시범 공장은 생산 주문이 발생하면 시스템이 자동으로 AGV에 자재를 순서대로 배치한 후, AGV에서 각 위치로 운송하고, 로봇 팔이 조립하게 된다. 아이쓰둔은 로봇이 로봇을 조립하는 형식을 채택해 조립 무인화를 실현했다.
[자료: 난징발포(위쳇 공식계정)]
기존 로봇 제품 및 핵심 부품의 스마트화 정도 개선 및 생산 효율이 낮다는 문제 해결을 위해 아이쓰둔은 ▲로봇 및 핵심 부품 제조·생산 작업장 신규 건설, ▲기존 작업장의 핵심 공정 장비 및 생산라인 스마트화를 통한 공업 생산 네트워크 구축, ▲생산자동화설비제작▲스마트 물류 시스템 구축, ▲로봇 조립 온라인 품질 검사 시스템 구축, ▲3D 시스템 제품의 통합 응용을 연구했다.
시사점
현재 중국의 스마트공장 분포는 전반적으로 '동강서약(東強西弱)'의 발전 추세를 보인다. 광둥성, 산둥성, 장쑤성, 저장성 등으로 대표되는 동부 연안 도시는 경제력, 풍부한 과학 기술 자원 등을 통해 비교적 빠른 스마트 제조를 실현하고 있다. 하지만 쓰촨성, 산시성(陜西省), 간쑤성 등으로 대표되는 중서부 지역의 산업화 수준은 상대적으로 낮고, 전반적으로 기계화에서 자동화로 업그레이드하는 단계에 있어 스마트 제조의 개발 및 대중화 수준이 동부 연안 도시보다 낮다.
현재 광둥성은 1135개의 스마트 공장 관련 기업을 보유해 중국 1위를 차지하고 있으며, 장쑤성과 안후이성이 스마트공장 관련 기업 수 각각 580개 사, 257개 사로 2위와 3위를 차지했다. 이어 산둥성, 산시성, 후난성, 저장성, 허난성, 후베이성, 허베이성이 10위권에 진입했다. 전반적으로 스마트공장 산업은 주로 광둥성과 장쑤성 지역에 집중돼 있다고 할 수 있다.
[자료: 중상산업연구원(中商產業研究院)]
난징의 한 제조업체 책임자는 KOTRA 난징 무역관과의 인터뷰에서 "신흥 기술과 실물 산업의 융합을 위한 새로운 모델로서 스마트 제조가 신형 공업화와 산업 디지털화에 적응하고 현재와 미래의 변덕스러운 시장 환경에 적응하기 위한 불가피한 요구사항이 됐다"라고 언급했다.
자료: CCTV(央視), 과학기술일보(科技日報), 난징발포(위쳇 공식계정), 난징시 공신국(南京工信局), 노동관찰망(勞動觀察網), 시나(新浪), 신화망(新華網), 인민망(人民網), 중상산업연구원(中商產業研究院), 중톈강철(中天鋼鐵), KOTRA 난징 무역관 자료 종합
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