공학 대학원 강좌용[스마트 제조_5]
The increase in customized products allows consumers to choose delivery companies that meet their specific needs, leading to safe delivery and specialized services. In logistics, integrated management of supply and sales is essential to reduce delivery times, and new models utilizing 3D printing are emerging. An integrated system is necessary to effectively manage the complex manufacturing and delivery routes, and it is important to manage transportation information for each product through IoT technology. Additionally, drones are gaining attention as a fast delivery method, although there are technological limitations and regulations in place.
Who: 맞춤형 제품은 맞춤형 운송으로
기존 로지스틱스 환경에서 제품을 운송하는 주체는 주로 제조기업이나 판매기업이었다. 제품 제조기업은 자신의 생산 일정에 맞게 원재료가 도착해 있기를 바라며, 생산된 제품을 다음 단계인 판매 장소로 전달하고자 한다. 판매기업 역시 자신이 가지고 있는 제품들이 다 팔리고 바닥나서 다음 소비자가 제품을 구입하지 못해 되돌아가지 않도록 빨리 제품을 받고 싶어 한다. 하지만 이런 상황은 비슷한 제품을 많이 생산하고 판매하는 대량생산(Mass production) 환경에서 주로 일어나는 일이다.
맞춤형 제품은 제품 각각이 다른 특성을 가지고 다른 생산 과정을 거쳐 소비자에게 도달하기 때문에 소비자가 확정된 후에야 소비자가 원하는 제품의 모습이 구체화된다. 이는 제조가 먼저 이루어지는 대량생산 환경에서 제품의 특성이 먼저 정해지고, 이 제품을 가져가는 소비자는 판매 후에 알 수 있는 것과 대조된다. 따라서 맞춤형 제품 제조가 보편화된 환경에서 가장 먼저 확정되는 것은 제품이 아닌 소비자이며, 맞춤형 제품과 마찬가지로 운송 역시 소비자가 직접 설계할 수 있다. 내가 가지고 싶은 제품을 잘 생산할 수 있는 제조기업을 고르는 것처럼, 만들어진 제품을 잘 운송해 줄 배송기업을 선택하는 것이다.
소비자가 맞춤형 제품을 설계하는 것 외에 맞춤형 운송을 선택해야 할 필요가 있을까? 종종 온라인에서 제품을 구매했는데 배송된 상자를 열어보니 제품이 파손되었거나 상태가 변질되어 사용할 수 없게 된 것을 발견하기도 한다. 현재 제품을 전달해 줄 배송기업은 소비자가 아닌 제조기업(혹은 판매기업)이 선택하기 때문에 그들의 편익에 맞는 기업이 운송을 맡게 되고, 대개 운송계약은 제품 단위로 이루어지지 않기 때문에 운송을 맡은 기업은 제품 종류에 상관없이 계약된 제조기업(혹은 판매기업)이 전달하고자 하는 모든 제품을 운송하게 된다. 그런데 만약 우리가 주문하는 제품의 종류에 맞게 특화된 배송기업을 선택할 수 있다면 주의가 필요한 제품은 해당 제품 전문 배송기업이 맡아 파손의 우려가 크게 줄어들 것이다.
그렇다면 내가 주문한 맞춤형 제품을 누가 가장 안전하고 빠르게 배송해 줄 수 있을까? 현재는 맞춤형 운송이 보편화되어 있지 않기 때문에 우리는 운송자 선택에 필요한 정보를 얻는 데 어려움을 겪고 있다. 여러분 대부분은 이사를 할 때 이삿짐 센터를 불러본 적이 있을 것이다. 이때 어떤 기준으로 옛 집에서 새 집까지 내 짐을 안전하게 옮겨 줄 이삿짐 센터를 선택했는가? 사실 우리가 얻을 수 있는 정보는 많지 않다. 우연히 현관문 구석에 붙어 있는 이삿짐 센터 광고 스티커를 발견했거나, 언제 받았는지 기억이 나지 않는 명함, 혹은 몇 년 전 내 이사를 도와줬던 이삿짐 센터 전화번호가 남아있었을 것이다. 물론 요즘은 인터넷으로 가까운 이삿짐 센터가 어디인지 검색해 볼 수도 있다. 하지만 이런 방법으로 우리가 이삿짐 센터 후보들에 대해 얻을 수 있는 정보는 무척 제한적이어서, 종종 이렇게 한정된 정보를 토대로 선택한 이삿짐 센터의 도움을 받아 이사를 마친 후 내가 아끼는 물건에 흠집이 난 것을 발견하거나 소중한 물건이 분실되는 일이 벌어지기도 한다.
스마트 로지스틱스 환경의 초연결적인 특성은 모든 제조기업, 판매기업, 소비자와 더불어 배송기업까지 자유롭게 연결할 수 있게 도와준다. 정보 공유를 바탕으로 하는 초연결 환경은 맞춤형 제품과 비슷한 유형의 제품을 많이 운송해 본 경험이 있거나, 각 생산 단계와 거리가 가깝거나, 내 주문을 많이 운송해 준 배송기업을 선택할 수 있도록 관련된 정보를 제공해줄 것이다. 이는 맞춤형 제품 생산에 관여할 제조기업을 선정하는 것과 마찬가지로 맞춤형 주문에서 중요한 단계를 차지할 것이다.
When: 생산, 스마트 로지스틱스의 품으로
로지스틱스 산업에서의 주요한 질문 중 두 번째는 시간에 관한 것이다. 로지스틱스 산업에서는 빠른 배송을 원하는 소비자들을 위해 어떻게 하면 제품을 운송하는 데 걸리는 시간을 줄일 수 있을지 늘 고민하고 있다. 물론 운송 시간을 줄이는 것은 나머지 다섯 가지 질문을 함께 생각해야 하지만 여기서는 공급사슬 측면에서 로지스틱스 산업의 영역을 바탕으로 이야기를 전개해 나가려고 한다.
현재 로지스틱스 산업은 제품의 전달만을 목적으로 운영되기보다 공급, 판매와 같이 공급사슬의 다른 단계를 통합적으로 다룸으로써 시간을 효율적으로 관리하고자 한다.
먼저 로지스틱스 산업에 공급 과정이 통합되는 예를 생각해 보자. 한 배송기업은 제조기업과 계약을 맺고 공급기업으로부터 원재료를 전달받아 제조기업에게 전달하고 있다. 이때 만약 원재료 공급기업과 제조기업 간의 거리가 너무 멀어서 원재료를 가져오는 데 매우 오랜 시간이 걸린다고 생각해보자. 더욱이 제조기업의 생산 일정에 변동이 심해서 매번 생산 일정에 맞춰 원재료를 전달하기가 더 어렵다고 가정한다면, 이런 상황에서의 한 해결책으로서 배송기업은 공급기업으로부터 원재료를 받아 자신이 보유한 중간 거점에서 원재료를 보관하고 있다가 제조기업의 일정에 맞게 안정적으로 원재료를 전달해 줄 수 있을 것이다. 이 경우 배송기업은 전달과 공급의 역할을 함께하고 있다고 말할 수 있다.
로지스틱스 산업에 판매 과정이 통합된 사례는 주변에서 쉽게 찾아볼 수 있다. 어느 동네에서건 흔히 접할 수 있는 편의점은 소비자가 24시간 접근할 수 있고 여러 제품들을 살 수 있도록 진열해 놓고 판매한다. 편의점은 제품이 판매되는 장소임과 동시에 여러 제조기업으로부터 제품을 공급받는 장소이기도 하다.
따라서 로지스틱스 산업에서는 기본 목표인 '전달'을 바탕으로 시간을 효율적으로 관리하기 위해 '판매'와 '공급'을 동시에 담당하므로 종종 산업 영역의 경계가 다소 모호해지기도 한다. 그런데 맞춤형 제품 제조가 활성화되면서 제품의 생산과 전달을 동시에 진행하여 시간을 단축하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 이로써 스마트 로지스틱스 산업은 판매와 공급에 이어 '생산'까지 산업의 영역으로 확장될 가능성을 보이기 시작했다.
최근 세계적인 배송기업 UPS는 미리 만들어진(Pre-manufactured) 반제품을 운송하는 중에 3D 프린터를 통해 나머지 부분을 생산하고 제품을 완성하는 새로운 모델을 구축하고 있다고 한다. 맞춤형 제품에 대한 소비자의 수요는 늘어나고 있는 반면, 자유자재로 제품을 만들 수 있는 3D 프린터의 보급 속도는 아직 느리다는 점에 착안한 것이다. 따라서 UPS의 대형 물류센터에 다수의 3D 프린터를 두고, 소비자 니즈가 반영되기 이전 단계까지 진행된 반제품을 두어 맞춤형 제품 생산 시대로 이끌어 나가고 있다.
3D 프린터 기술의 발달은 맞춤형 제품 생산에 매우 큰 기여를 할 것이다. 3D 프린터는 제조기업이 가지고 있을 때보다 소비자가 가지고 있을 때 가장 자유롭게 자신이 원하는 바를 구현할 수 있겠으나, 소비자가 직접 제품 생산에 필요한 원재료를 구매하고 전달받아야 하며 제품 전체를 설계하고 만들기에는 아직 한계가 있다. 또한 개인의 공간적 제약으로 인해 커다란 크기의 3D 프린터는 보유하는 데 어려움이 있어 스마트 제품 생산 환경에서 소비자가 직접 만들 수 있는 제품의 크기는 다소 작을 것이다.
반면 제조기업이 3D 프린터를 가지고 맞춤형 제품을 생산할 경우 소비자의 설계 정보를 받아 제조를 시작하고 완성된 제품을 소비자에게 전달하기까지 걸리는 시간은 이미 만들어진 것을 바로 판매하는 대량생산 제품의 전달 시간에 비해 다소 길어질 우려가 있다. 따라서 생산자와 소비자의 중간 지점을 연결해 주는 로지스틱스 산업에서는 일부 부품을 미리 가진 채로 소비자의 맞춤형 제품 주문이 들어오면 배송을 시작함과 동시에 3D 프린터를 통해 제품의 나머지 부분을 생산하고, 목적지에 도착하기까지 제품을 완성하여 소비자에게 전달하는 방법으로 맞춤형 제품의 주문으로부터 제품 수령까지 걸리는 시간을 줄일 수 있을 것이다.
Where: 복잡하지만 유연해진 경로
맞춤형 제품은 제조 프로세스를 복잡하게 만드는 동시에 전달 과정 또한 복잡하게 만든다. 이전 로지스틱스 산업의 주요 질문 중 위치에 관한 것은 '이것들은 어디로부터 어디를 거쳐 어디로 가는가'였으며, 몇 가지 제품 종류에 따라 경로의 수는 한정적이었다(물론 한정적이라 해도 결코 적은 수를 의미하는 것은 아니다). 하지만 맞춤형 제품은 투입되는 원재료의 종류와 공급기업, 제조기업에 따라 제품별로 달라진다. 또한 이 사이를 연결할 로지스틱스 주체 역시 소비자가 선택할 수 있다. 따라서 맞춤형 제품별로 이동할 수 있는 경로가 각각 존재하며, 이 모든 경로를 생각해보면 스마트 로지스틱스에서 다루게 될 경로는 대량생산 환경의 배송 경로보다 훨씬 많은 수, 가히 무한대로 늘어날 것이다.
그렇다면 이렇게 셀 수 없이 많고 다양한 경로를 가진 제품들을 어떻게 관리해야 할까? 아무리 개별 제품의 경로가 모두 다르다고 해도 그 경로 중 일부는 조금씩 겹칠 것이기 때문에, 제품들의 다양하고 복잡한 경로를 모두 이해하고 세부 단계로 구체화한 후 통합하여 관리할 수 있는 시스템이 필수적이다.
1990년대까지 택시 기사는 손님을 태우고 가다가 비슷한 방향으로 가는 다른 손님을 함께 태우는 합승을 하기도 했다. 현재는 택시 요금 정산의 복잡함, 예상치 못한 위험 등 여러 문제로 합승이 불법이 되었지만 로지스틱스 입장만 놓고 보자면 이미 운송하는 중에 비슷한 목적지로 가는 제품을 발견해 더 싣고 가는 것은 충분히 합리적인 결정일 수 있다. 예를 들어, 차량 공유 서비스인 우버(Uber)는 요금 분담이 가능한 우버풀(UberPOOL)을 도입함으로써 합승 서비스를 제공하고 있다.
What: 운송 중인 제품과의 정보 교류
스마트 로지스틱스 환경에서는 한 묶음을 기준으로 운송 정보를 가지는 것이 아니라, 그 속에 담긴 제품 하나마다 운송 정보를 가지고 있어야 한다. 예를 들자면 한 트럭 안에 담겨 있는 제품들 중에서 제품 1은 거점 A에서 거점 B를 지나 거점 C로 가지만, 제품 2는 거점 A'에서 거점 B로 와서 내려진 뒤 다시 거점 C로 가기 위해 이 트럭에 담긴 것일 수 있다. 따라서 이 두 제품을 운송하는 트럭 자체의 배송 정보는 단지 거점 B에서 C로 가는 것뿐이며, 실질적으로 이 모든 제품들의 효율적인 경로를 파악하기 위해서는 개별 제품마다 운송 정보를 지니고, 거점마다 정보 교류를 통해 다른 트럭에 옮겨 싣고 제품별로 다음 목적지로 보내야 한다.
이렇게 제품 자체가 운송 정보를 가지도록 변화시키는 데에는 맞춤형 제품 제조 환경 외에 또 다른 것, 바로 역-로지스틱스(Reverse logistics)의 영향도 존재한다. 역-로지스틱스는 로지스틱스에서 공급 기업으로부터 제조 기업을 거쳐 소비자에게 이르는 제품의 전달 방향이 바뀌어서, 소비자에서부터 제조 기업으로, 다시 공급 기업으로 전달되는 것을 의미한다. 이러한 역-로지스틱스에는 소비자가 사용을 마친 제품을 회수해 가는 것도 있지만, 소비자가 제조 기업으로부터 제품을 수령한 후 여러 이유로 인해 맞지 않는 규격, 제품의 결손, 또는 소비자의 단순 변심 등으로 인해 제품을 사용하지 않고 환불하거나 다른 제품으로 교체하고자 제조 기업에게 되돌려 보내는 것을 의미한다.
대표적인 예로, 11월부터 12월까지 여러 온라인 쇼핑몰에서 연말 할인을 시행하며 제품 판매가 급속히 늘어난 뒤, 이듬해 1월이 되면 판매된 제품 중 상당량은 다시 제조 기업으로 반송되는데, 이러한 요인에 의해 배송 기업들은 1월까지 복잡하고 바쁜 일정을 보내야 한다. 만약 맞춤형 제품 판매가 활성화된다면, 소비자 니즈는 갈수록 정교해지고 이를 잘 구현하지 못한 결품의 발생량도 함께 증가하게 될 것이다. 따라서 맞춤형 제품의 정방향 운송이 늘어남과 동시에 역방향 운송량도 증가하여 스마트 배송 기업은 훨씬 더 복잡한 경로들을 관리해야 한다.
복잡한 제품 경로로 대표되는 스마트 로지스틱스 환경에서는 이동 단계마다 함께 이동한 제품에 대한 정보를 빠르게 파악할 필요가 있다. 이를 실현시켜 줄 기술이 사물인터넷이다. 지금까지 로지스틱스 환경에서는 주로 바코드나 RFID를 이용해 단순히 제품의 종류와 개수를 파악하는 정도였다면, 앞으로는 사물인터넷을 통해 스마트 로지스틱스에서 이동하는 모든 제품의 위치 정보를 얻거나 무선으로 새로운 정보를 입력할 수 있게 될 것이다.
사물인터넷의 대표적인 차세대 무선 네트워크 기술로는 비콘(Beacon)과 NFC를 꼽는다. 블루투스 저전력 기술을 바탕으로 개발된 비콘은 통신 범위가 최대 50m로 NFC에 비해 상대적으로 넓으며, 제품과 단말기 사이에 직접적인 접촉이 필요하지 않아서 관리자가 추가적으로 행동을 하지 않아도 된다. 비콘은 통신 범위가 넓기 때문에 주로 일대다, 다대다 서비스가 필요한 곳에 적용되기 시작했다. 예를 들어, 뉴욕 메츠 구장에서 시행하는 iBeacon 서비스는 스마트폰 사용자가 메이저리그 앱을 설치하고 구장을 방문했을 때 이를 자동으로 인식하여 앱을 통해 오늘의 경기와 구장 내 각종 정보를 제공한다.
반면 NFC는 RFID 기반 기술이며 적용 범위는 20cm로 비콘에 비해 훨씬 짧은 거리에서만 정보 전달이 가능하다. 또한 NFC는 제품과 단말기 사이에 직접적인 접촉이 있어야 하기 때문에 물류 관리자의 추가적인 행위가 필요하다. 비콘에서는 정보의 읽기만 가능하지만 NFC는 양방향 통신으로 정보를 읽고 쓰는 것 모두 가능하므로 정보 교환 시에 제품에 로지스틱스와 관련된 정보를 새로 입력할 수 있다. 따라서 제품의 배송 경로와 시간에 대한 정보가 제품 자체에 누적되어 있기 때문에 맞춤형 생산으로 인해 제품별로 이동 경로가 다양해질 경우 복잡하게 이동하는 제품들을 더욱 효과적으로 관리할 수 있을 것이다.
현재 비콘과 NFC 두 기술 모두 상용화되기 시작했지만, 로지스틱스 산업에서는 시스템 구축에 필요한 비용, 표준화 문제 등으로 널리 사용되지 않고 있다. 또한 아직까지 주로 운송되는 제품들은 종류별로 이동 경로가 비슷하기 때문에 개별 제품의 복잡한 정보를 파악할 필요가 없는 이유도 있다. 하지만 맞춤형 제품 제조가 보편화되고 그에 따라 로지스틱스 산업도 스마트 로지스틱스로 진화하게 되면 무선 네트워크를 이용한 개별 제품과의 정보 공유는 불가피할 것이다.
How: 또 다른 운송 수단
로지스틱스 산업에서 제품을 운송하는 수단을 결정하는 것은 상당히 복잡한 양상을 띤다. 먼저 운송 주체가 누구냐에 따라 배송 수단은 그가 다룰 수 있는 범위로 제한된다. 로지스틱스 분야를 전문으로 하는 기업일지라도 기업의 규모, 위치에 따라 배송 수단은 육상, 해상, 항공 중에서 몇 가지에만 집중하고 있다. 일부 범세계적인 배송 기업들은 다양한 운송 수단을 모두 활용할 수 있도록 시스템이 구축되어 있지만, 규모가 작은 지역적인 기업들은 일반적으로 하나의 운송 수단에만 특화되어 있기도 하다. 제품의 출발지와 도착지가 가까운 거리를 이동할 때는 주로 육상 이동을, 먼 거리를 이동할 때는 해상 또는 항공으로 제품을 운송한다.
그리고 여기에 추가로 이동 시간을 고려해야 하기 때문에 이동 거리가 멀더라도 빠른 시일 내에 운송이 이루어져야 할 때는 해상보다 항공 수단을 선택한다. 반면 거리가 가까울지라도 이동 시간이 중요하지 않을 때는 (유행에 민감하지 않은 제품일 때) 선박으로 운반하기도 하는데, 이는 제품이 가진 특성에 따라 이동 시간이 달라지고, 그 결과 배송 수단이 결정되는 것을 알 수 있다. 그 외에도 배송 수단은 운송에 드는 비용이나 계약 관계, 혹은 관습적인 요인에 의해 달리 결정되고 있으며, 최근에는 에너지 소비 및 온실가스 배출과 같은 환경적 요인까지 고려되기 시작했다.
로지스틱스 산업에서 '어떤 방법으로 제품을 운송할 것인가'는 중요한 질문이지만, 질문의 무게에 비해 답할 수 있는 후보, 배송 수단의 종류는 크게 다양하지 않다. 배송 수단은 크게 육상, 해상, 항공으로 구분할 수 있으며, 그중 육상 운송은 다시 철도 운송과 도로 운송으로 나뉜다.
해상 이동은 국가 간 이동과 같이 아주 먼 장거리 이동에 대해 효율적인 수단이다. 한 번에 운송할 수 있는 양이 아주 많다는 장점이 있지만, 운송 시간이 길고 해상 상황에 따라 운송 시간의 변동이 다소 존재한다. 항공 이동은 해상 이동과 마찬가지로 장거리 이동이 가능한데다가 운송 시간이 짧다는 큰 장점이 있으나, 비용이 매우 비싸서 항공 운송이 포함될 경우 운임 비용이 크게 증가한다. 일반적으로 가장 많이 사용하는 것은 육상 이동이며, 합리적인 비용과 시간으로 단거리 이동을 할 수 있다.
우리나라는 2011년 이후 도로를 이용한 운송이 급격히 늘어난 것을 알 수 있다. 그렇다면 앞으로 변화할 스마트 로지스틱스 환경은 배송 수단을 선택하는 데 어떻게 영향을 미칠까? 앞서 스마트 제조를 이야기하며 언급했듯이 새로운 3D 프린터를 통한 맞춤형 제품이 생산되는 위치는 소비자에게 가까운 곳으로 이동할 것이다. 따라서 생산에 필요한 초기 원재료는 여전히 몇 군데의 공급지로부터 시장까지 멀리 이동하는 데 적합한 배송 수단이 사용될 것이다. 하지만 본격적으로 제조가 이루어지고 소비자에게 전달되기까지의 운송들은 원재료 공급과 비교해 봤을 때 매우 가까운 거리만 이동하면 될 것이고, 따라서 철도보다는 트럭이나 오토바이와 같은 차량을 사용한 운송 방법이 대두될 것이다.
최근 로지스틱스 산업에는 '드론'을 새로운 운송 수단으로 사용하기 위한 기술 개발이 활발히 이루어지고 있다. 드론은 군사적인 목적으로 개발되었지만 시장에서 상용화되면서 다양한 목적으로 활용되기 시작하였다. 로지스틱스 산업에서 드론이 운송 수단의 역할을 수행하게 된다면 현재까지의 운송 수단 중에서 가장 빠르게 제품을 수송할 수 있으며, 다른 방법으로 접근하기 어려운 곳까지 자유롭게 날아갈 수 있다는 가능성을 가지고 있다. 아직 드론을 조정하는 것에는 여러 규제가 얽혀 있고, 배송 수단으로서 드론에 물건을 안전히 싣는 것, 목적지까지 안전히 이동하는 것은 더 많이 향상된 기술을 필요로 한다. 하지만 분명히 드론이 가진 장점들은 스마트 로지스틱스 환경에서 새로운 배송 수단의 하나로 자리매김할 것이다.
그 외에 또 다른 운송 수단은 없을까? 어쩌면 개인이 3D 프린터를 사용해 직접 생산하는 것처럼 로지스틱스 산업도 '개인화되어 작은 단위의 제품들을 운송할지도 모른다. 앞서 택시 합승 사례와 같이, 내가 마침 다른 지역에 있는 친척 집까지 가게 되었을 때 집 앞 편의점에 나와 도착 목표 지점이 비슷한 제품이 있다는 정보를 얻고, 운송 요청자에게 나의 이동 수단과 목적지, 그리고 내 운송 이력(경력이라고 해야 할까)에 대한 정보를 공유함으로써 개인이 스마트 로지스틱스의 역할을 수행할 수 있는 시대가 올지도 모르겠다.
스마트팩토리(Smart Factory)에 대해서_2022 산업 공학 대학원 강좌 정리
강좌 자료(책) : 스마트 제조
지은이 : 신동민외 3인
