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4차 산업혁명과 함께 제조업이 다시 화두로 떠오르면서 세계 각국은 제조업을 부흥시키기 위한 국가적 전략을 추진 중이며, COVID-19 팬데믹의 영향으로 전 산업에서 디지털 대전환이 가속화되고 있다. 독일, 미국, 중국, 일본 등 전통적 제조 강국들은 자국이 확보하고 있는 글로벌 경쟁력을 기반으로 스마트제조혁신 정책을 수립하여 추진하고 있으며, 생산효율 증대와 친환경 고객 맞춤형 생산으로 제조업 경쟁력을 강화하고 있다. 또한 제조업과 ICT 융합을 통한 제조업의 디지털 전환 가속화 및 탄소중립에 대한 요구가 확대되고 있으며, 기술발전과 빠르게 변화하는 소비자 수요에 대응하기 위한 스마트팩토리 도입 및 활성화 필요성이 증대되었다.

디지털 트윈은 본래 제조업에 뿌리를 두고 있으나 최근에는 보건의료, 도시 및 국토 관리 등 다양한 분야로 폭발적으로 확산되고 있다. 복잡 다양해지는 사회구조에서 보다 정확하고 신속한 문제 해결 요구가 커짐에 따라 다양한 도시･사회문제에 대한 정확한 분석･예측 및 신속한 현실 적용의 필요성이 대두됨에 따라 미국, 유럽 등 선진국에서는 디지털 트윈과 같은 새로운 기술 개념을 도입하여 이와 같은 문제를 해결하고자 정부 주도의 프로젝트를 추진 중에 있다. 또한 디지털 트윈은 한국판 뉴딜의 10대 대표과제 및 한국판 뉴딜 2.0 ‘디지털 초혁신 프로젝트’ 과제에 포함되어 체계적 발전 계획이 필요하다.

이에, 본원 R&D정보센터에서는 점차 확대 추세에 있는 스마트팩토리 및 제조혁신, 디지털 트윈 기술의 중요성을 살펴보고 주요 제조 강국 현황과 국내 동향을 분석하여 글로벌 시장 선점을 위한 경쟁력 강화에 도움이 되고자, 관련 기관들의 분석 정보자료를 토대로 ｢스마트제조 정책/핵심기술 분석과 디지털트윈 사업화 활용 동향 분석｣을 발간하였다. 본서 제Ⅰ편에서는 주요국의 스마트제조혁신 정책 동향, 스마트팩토리 솔루션 주요 기업 분석, 스마트팩토리 고도화를 위한 기반기술의 활용 동향을 수록하였으며, 제Ⅱ편에서는 디지털 트윈 기술 전망과 산업 분야별 활용 현황을 수록하였다. 본서가 학계･연구기관 및 관련 산업분야 종사자 여러분들에게 다소나마 유익한 정보자료로 활용되기를 바라는 바입니다.

제 Ⅰ편 스마트제조혁신과 스마트팩토리 핵심기술 개발 동향

제 1장 스마트제조혁신 기술 전망과 정책 분석

1. 글로벌 제조환경의 변화와 스마트제조 기술 구성

1) 글로벌 제조환경 및 디지털 혁신에 따른 제조업의 변화

(1) 글로벌 제조환경의 변화

(2) 디지털 기술이 촉발하는 제조업의 변화

가. 생산방식의 혁신

나. 가치창출방식의 혁신

(3) 디지털 혁신이 가져올 기회와 위기

2) 스마트제조 개념 및 기술의 구성

(1) 스마트제조의 개념

(2) 스마트팩토리의 특징

(3) 스마트제조 기술의 구성

가. 공정 모델 기술

나. 데이터 기술

다. 상호운용성 기술

라. 제조 보안 기술

3) 스마트제조의 시스템 구성

(1) Smart Material

가. 개요

나. 원재료 관리

다. 공급기업 Alliance

라. 스마트 물류

마. 블록체인

바. 콜드체인

(2) Smart Factory

가. 스마트팩토리 3대 구성요소

나. 스마트팩토리 요소기술

다. 스마트팩토리 추진 단계

(3) Smart Product

가. 개요

나. 커스터마이징 제조

다. 스마트라벨

라. 스마트배송

(4) IoS(Internet of Services)

(5) IoT(Internet of Things)

2. 스마트제조 주요 공정 및 기업별 기술 동향

1) 국내외 주요 공정별 기술 분석

(1) 해외 기술 동향

가. 주요 기술

나. 주요 기술 동향

(2) 국내 기술 동향

2) 스마트제조 시스템 구성별 기업 기술 동향

(1) 해외 기술 동향

가. Smart Material

나. Smart Factory

다. Smart Product

(2) 국내 기술 동향

가. Smart Material

나. Smart Factory

다. Smart Product

3. 스마트제조 시장 전망과 주요 기업 동향

1) 글로벌 스마트제조 시장 전망과 기업 동향

(1) 글로벌 시장 현황 및 전망

가. 스마트제조 전체 시장 전망

나. 스마트제조 세부 시장 전망

다. 스마트제조 지역별 시장 전망

(2) 글로벌 주요 기업 동향    

가. 해외 주요기업 동향

나. 국내외 공급 선도기업 현황 비교

2) 국내 스마트제조 시장 전망과 기업 동향

(1) 국내 시장 현황 및 전망

(2) 국내 생태계 현황

(3) 국내 주요 기업 동향

가. 어플리케이션 및 플랫폼 분야 대기업 동향

나. 어플리케이션 및 플랫폼 분야 중소기업 동향

다. 장비･디바이스 대기업 동향

라. 장비･디바이스 중소기업 동향

4. 주요국 스마트제조혁신 분야 정책 현황 분석

1) 주요 제조 강국의 스마트제조혁신 정책 현황

(1) 독일

가. 첨단기술전략(Hightech-Strategie für Deutschland)

나. 인더스트리 4.0 (2011년, Industrie 4.0)

다. 플랫폼 인더스트리 4.0 (2015년, Plattform Industrie 4.0)

라. 기타 스마트제조혁신 관련 전략 및 프로그램

(2) 미국

가. 제조업 확장 파트너십(Manufacturing Extension Partnership, MEP

나. 주요 첨단제조정책(Advanced Manufacturing Policies)

(3) 일본

가. 국가성장전략

나. 로봇 정책

다. AI 정책

라. 디지털 전환(DX) 지원 정책

마. 중소기업 지원 정책

(4) 중국

가. 중국제조2025(中国制造2025)

나. 스마트제조 발전 13차 5개년 계획(2016-2020) (智能制造"十三五"发展规划)

다. 스마트제조 발전 14차 5개년 계획(2021-2025) ("十四五"智能制造发展规划)

라. 지방정부의 제조업 관련 "14차 5개년" 계획

마. 중소기업 디지털화 역량 강화를 위한 행동 방안 (中小企业数字化赋能专项行动方案)

바. 국가 스마트제조 표준체계 건설 지침(2021) (国家智能制造标准体系建设指南)

사. 인터넷+ (互联网+)

아. 인공지능 표준화 지침

자. 인재 육성 정책

2) 국내 스마트제조혁신 정책 현황

(1) 제조업 혁신 3.0

(2) 스마트제조혁신 비전 2025

(3) 스마트공장 확산 및 고도화 전략

(4) 중소기업 스마트제조혁신 전략

(5) 스마트제조 R&D로드맵

(6) 5G기반 스마트공장 고도화 전략

(7) 중소기업스마트제조혁신기획단

(8) 2020년 스마트제조혁신 지원사업 지원계획

제 2장 스마트팩토리 글로벌 연구경쟁력 및 솔루션 기술 선도 주요 기업 현황

1. 스마트팩토리 도입 현황과 글로벌 연구경쟁력 분석

1) 스마트팩토리의 일반 현황

(1) 스마트팩토리 개념

(2) 스마트팩토리 구성

(3) 스마트팩토리 특성

(4) 스마트팩토리 차별성

(5) 스마트팩토리 수준

2) 국내 스마트팩토리 도입 현황

(1) 지역별 현황

(2) 연도별 현황

(3) 수준별 현황

(4) 솔루션별 현황

3) 국내외 스마트팩토리 시장 현황 및 전망

(1) 글로벌 시장 동향

(2) 국내 시장 동향

4) 스마트팩토리 글로벌 연구경쟁력 분석

2. 스마트팩토리 솔루션 특허 동향과 주요 기업 분석

1) 스마트팩토리 솔루션 개요

(1) 자율적응형 스마트팩토리 운영을 위한 빅데이터･인공지능 기술

(2) 스마트팩토리를 움직이는 로보틱스 기술

(3) 클라우드 및 엣지 컴퓨팅 기술을 이용한 스마트팩토리 관리

(4) 다품종 소량생산을 위한 3D 프린팅 기술

(5) 스마트팩토리를 보호하는 사이버 보안 기술

(6) 스마트팩토리의 핵심, 사이버물리시스템

2) 스마트팩토리 솔루션 기술 관련 특허동향    

3) 국내외 스마트팩토리 솔루션 기술 선도 기업 분석

(1) 해외 스마트팩토리 솔루션 기술 선도 기업

가. 지멘스

나. GE

다. 미쓰비시전기

(2) 국내 스마트팩토리 솔루션 기술 선도 기업

가. 삼성SDS

나. LS일렉트릭

제 3장 스마트팩토리 구현을 위한 핵심기술 활용 동향 분석

1. 스마트팩토리 고도화 기반 소프트웨어 기술

1) 클라우드(Cloud)

(1) 클라우드의 특징 및 글로벌 시장 동향

가. 클라우드의 특징

나. 글로벌 클라우드 시장 동향 및 트렌드

(2) 클라우드, 제조업 디지털 전환의 가속화

가. 디지털 전환과 클라우드

나. 제조업과 클라우드

(3) 클라우드를 활용한 제조기업 디지털 전환 전략

가. 기획･운영: Develop Data governance(데이터 거버넌스를 수립하라) 

나. R&D･제조: Augment Intelligence in Manufacturing (제조 공정을 지능화하라)

다. 판매･물류: Transform Channels for reaching Customers (고객에게 도달하는 채널을 혁신하라)

라. 사용･A/S: Analyze Customer experiences (고객의 경험을 분석하라)

(4) 국내 제조업의 디지털 전환 추진 현황 및 과제

가. 국내 제조업의 디지털 전환 추진 현황

나. 국내 제조업의 클라우드 기반 디지털 전환을 위한 과제

2) 빅데이터(Bigdata)

(1) 빅데이터의 개념 및 국내외 시장 동향

가. 빅데이터 정의

나. 국내외 빅데이터 시장 현황 및 전망

(2) 스마트공장 빅데이터 분석 플랫폼 기술 동향

가. 개요

나. 국내외 주요 기업의 제조 빅데이터 분석 기술 동향

다. 스마트공장 빅데이터 분석 플랫폼

라. 제조 빅데이터 기술 전망과 시장 예측

3) 인공지능(AI)

(1) 인공지능의 개념 및 국내외 시장 동향

가. 인공지능 정의

나. 국내외 인공지능 시장 현황 및 전망

(2) 제조업 영역별 인공지능 기술 동향

가. 제너레이티브 디자인 기술

나. 인간-로봇 협업 스마트 작업대 기술

다. 지능형 실감 인터랙션 가이드 기술

라. 자율 제조를 위한 지능형 설비기술

마. 공장이상 탐지 기술

2. 스마트팩토리 고도화 기반 하드웨어 기술    

1) 스마트센서

(1) 스마트센서 개념 및 국내외 시장/정책 동향

가. 스마트센서 정의

나. 국내외 스마트센서 시장 현황 및 전망

다. 국내외 스마트센서 정책 동향

(2) 산업용 스마트센서 시장 및 기술 동향

가. 산업용 스마트센서 가치사슬 및 분류

나. 산업용 스마트센서 산업 분석

다. 국내외 산업용 스마트센서 시장 동향

라. 산업용 스마트센서 기술개발 이슈

마. 국내외 주요 기업 기술개발 동향

2) 산업용 네트워크

(1) 산업용 사물인터넷(IIoT)

가. 개념    

나. 산업용 네트워크 주요 이슈

다. IoT 네트워크 기술개발 이슈

(2) 5G 통신

가. 개념

나. 5G 기술의 필요성

다. 국내외 5G 적용을 위한 기업 사례

3) 3D프린팅

(1) 3D프린팅 산업 생태계 분석

가. 정의

나. 가치사슬

(2) 3D프린팅 핵심기술 및 개발 트렌드

가. 핵심요소기술

나. 발전 방향 및 개발 트렌드

(3) 국내외 3D프린팅 시장 현황 및 전망

가. 세계 시장 동향

나. 국내 시장 동향

(4) 3D프린팅 기술수준

가. 3D프린팅 장비･소재 기술

나. 3D프린팅 SW･활용 기술

(5) 국내외 3D프린팅 산업 주요 트렌드

가. 글로벌 3D프린팅 산업 주요 트렌드

나. 국내 3D프린팅 산업 주요 트렌드

4) 산업용 로봇

(1) 제조용 로봇의 성장동인 및 전망

가. 제조 분야에서의 생산방식의 변화

나. 스마트팩토리 도입 확대

다. 제조업용 로봇의 적용 산업 분야의 확대

(2) 국내외 제조용 로봇 수급 동향 및 전

(3) 제조용 로봇산업의 가치사슬 구조 및 현황

(4) 협동로봇 시장 동향과 스마트제조 추진 사례

가. 협동로봇의 필요성

나. 협동로봇의 정의 및 기능

다. 협동로봇의 특징과 잠재 성장성    

라. 협동로봇을 활용한 스마트제조 추진 의의 및 사례

마. 글로벌 협동로봇 시장 동향

(5) 국내 산업용 로봇(협동로봇) 산업 경쟁력 진단

가. 공급 측면의 산업경쟁력

나. 수요 측면의 산업경쟁력

5) 머신비전시스템

(1) 머신버전 검사시스템의 정의 및 분류

가. 정의

나. 필요성

다. 가치사슬

라. 용도별 분류

(2) 머신비전 검사시스템의 산업 분석

가. 센서 산업

나. 머신비전 산업

다. 머신비전 기반 검사시스템

(3) 국내외 머신비전 검사시스템의 시장 동향

가. 글로벌 시장 현황 및 전망

나. 국내 시장 현황 및 전망

(4) 머신비전 검사시스템의 기술개발 이슈

가. 머신비전시스템 기술의 다양한 유형

나. 스마트제조에서의 머신비전 검사 기술

다. 스마트제조 외 머신비전 기술 활용

(5) 국내외 머신비전 검사시스템 관련 기업별 기술 동향

가. 해외 동향

나. 국내 동향

제 Ⅱ편 디지털 트윈 개발 동향과 산업별 활용 현황

제 1장 디지털 트윈 사업화 동향과 기술 전망

1. 디지털 트윈 성숙도 모델 및 사업화 동향    

1) 디지털 트윈(Digital Twins) 개요 및 기술요소

(1) 디지털 트윈의 개념

(2) 디지털 트윈의 중요성

가. 경제･안전성 향상 기능과 全산업으로의 확장성 보유

나. 한국판 뉴딜 2.0의 탄소중립 추진 기반 구축을 위한 핵심기술

(3) 디지털 트윈 종류 및 규모

(4) 디지털 트윈 구성 요소

(5) 디지털 트윈 도입 효과 및 보안 위협

가. 디지털 트윈 도입 효과와 고려사항

나. 디지털 트윈 환경의 보안 위협

(6) 디지털 트윈 적용 사례    

가. 제조 분야

나. 스마트시티 분야

다. 에너지 분야

라. 물류 분야

마. 건강관리 및 의료 분야

(7) 디지털 트윈 기술 요소    

가. 디지털 트윈의 경계 범위

나. 디지털 트윈 모델링

다. 디지털 트윈 모델링 차원

라. 디지털 트윈 충실도

마. 디지털 트윈 연합

바. 디지털 트윈 각성과 멀티 페르소나 트윈    

2) 디지털 트윈 발전 5단계 모델

(1) 배경

(2) 디지털 트윈 기술 발전 5단계    

3) 국내외 디지털 트윈 기술의 사업화 동향

(1) 해외 사업화 동향

가. 미국

나. 중국

다. 일본

라. 유럽    

(2) 국내 사업화 동향

가. KT

나. KAIST

다. ETRI

4) 국내외 디지털 트윈 추진 사례

(1) 해외 디지털 트윈 추진 사례

가. Virtual Singapore

나. 영국 국가 디지털 트윈

다. 미국

라. 독일

마. 기타 민간분야 사례

(2) 국내 디지털 트윈 추진 현황

가. 디지털 트윈 기반 데이터 구축

나. 디지털 트윈 적용 시범사업

2. 디지털 트윈 개발 동향과 주요 기업 분석    

1) 국내외 디지털 트윈 기술 동향

(1) 디지털 트윈 연구개발 동향

가. 디지털 트윈(또는 디지털 트랜스포메이션) 연도별 논문 동향

나. 국가별 논문발표 동향

다. 국가별 연구개발 지원현황

(2) 국내외 주요 업체별 기술개발 동향

가. 해외 업체 동향

나. 국내 업체 동향

2) 국내외 주요 기업의 디지털 트윈 관련 솔루션 현황

(1) 해외 기업

가. GE

나. Siemens

다. Microsoft

라. IBM

마. ANSYS

바. SAP

사. Dassault Systems

아. PTC

자. Altair

(2) 국내 기업

가. KT    

나. 포스코건설

다. LG CNS

3. 디지털 트윈 관련 시장 및 정책 동향

1) 국내외 디지털 트윈 시장 동향

(1) 글로벌 시장 동향

(2) 국내 시장 동향

2) 국내외 디지털 트윈 산업 동향

(1) 글로벌 산업 동향

(2) 국내 산업 동향

3) 국내외 디지털 트윈 정책 동향

(1) 해외 정책 동향

가. 미국    

나. 독일    

다. 일본    

라. 중국

(2) 국내 정책 동향

가. 한국판 뉴딜 대표과제 선정

나. 5G기반 디지털 트윈 기술로 혁신성장 추진

제 2장 디지털 트윈 산업분야별 활용 현황과 건물의 3차원 공간정보 구현 기술

1. 디지털 트윈 산업분야별 활용 현황

1) 제조 분야

(1) 제조공정의 디지털 트윈 활용 동향

(2) 디지털 트윈 생산시스템 기술 동향

가. 정의 및 분류

나. 기술개발 이슈

다. 국내외 주요 업체별 기술 동향

(3) 국내외 디지털 트윈 활용 사례

가. 해외 사례

나. 국내 사례

2) 물류 분야

(1) 스마트 물류의 D.N.A 활용 동향

가. 개요

나. 스마트 물류에서의 DATA 기술 활용 동향

다. 스마트 물류에서의 NETWORK 기술 활용 동향

라. 스마트 물류에서의 AI 기술 활용 동향

(2) 물류산업 내 디지털 트윈 기술 활용 영역

가. 패키징(Packaging) 분야

나. 선적 분야

다. 창고 및 물류센터 분야

라. 물류 인프라 분야

(3) 물류산업의 디지털 트윈 적용 사례

가. DHL    

나. 녹원정보기술    

다. LG CNS

3) 헬스케어 분야

(1) 헬스케어 디지털 트윈 정의 및 범위

가. 정의 및 필요성

나. 적용 범위

(2) 헬스케어 디지털 트윈 시장 현황 및 전망

(3) 국내외 헬스케어 디지털 트윈의 기회와 위협

가. 글로벌 헬스케어 디지털 트윈의 기회와 위협

나. 국내 헬스케어 디지털 트윈의 기회와 위협

(4) 국내외 헬스케어 디지털 트윈 활용 동향

가. 해외 동향

나. 국내 동향

(5) 의료 분야의 디지털 트윈 활용 방안

가. 중증환자 실시간 모니터링

나. 진료방법의 시뮬레이션

다. 의료인 훈련

라. 병원운영 최적화

마. 장기 질병환자의 주치의 보조

4) 원자력발전 분야

(1) 원자력발전소에서의 디지털 트윈

(2) 원전 디지털 트윈 개발 현황

가. 지능형 원전 진단 기술

나. 지능형 원전 제어 기술

다. 국내 원전 디지털 트윈 개발 전망

5) 자원공학 분야 

(1) 자원공학 분야에서의 디지털 트윈 적용 사례

가. 미국, Haile Gold Mine

나. 라오스, Ban Houayxai Gold-Silver Mine

다. 노르웨이, Imsa Well

(2) 전망 및 과제

2. 디지털 트윈 국토･도시 현황과 건물의 3차원 공간정보 구현 기술

1) 디지털 트윈 국토 관련 현황과 추진원칙

(1) 디지털 트윈 국토의 개념과 기치 

가. 디지털 트윈 국토의 개념과 특징

나. 디지털 트윈 국토의 구성요소

다. 디지털 트윈 국토의 가치와 생태계로의 발전

라. 초연결 지능사회를 향한 디지털 트윈 국토 구현 의의

(2) 디지털 트윈 국토 관련 국내외 동향

가. 해외 동향과 시사점

나. 국내 현황과 문제점

(3) 디지털 트윈 국토의 발전단계와 장애요소

가. 디지털 트윈 국토의 발전단계

나. 디지털 트윈 국토 추진 장애 요소

(4) 디지털 트윈 국토 생태계 조성을 위한 추진원칙

가. 초연결 지능정보사회 구현을 위한 디지털 트윈 국토의 역할

나. 디지털 트윈 국토 생태계 조성과 가치구현을 위한 원칙

다. 디지털 트윈 국토 추진원칙 활용 방안

2) 디지털 트윈 기반 스마트시티 도시행정 구현 사례

(1) 스마트시티 분야 디지털 트윈 적용 시 도입효과 및 고려사항

가. 스마트시티 분야에서 디지털 트윈의 역할

나. 디지털 트윈 도입효과

다. 디지털 트윈 적용 시 고려사항

(2) 디지털 트윈 기술의 도시행정 사례

가. 버추얼 싱가포르(Virtual Singapore) 프로젝트

나. 중국 항저우 시티 브레인(City Brain) 프로젝트

다. 세종시 도시행정 디지털 트윈 프로젝트

3) 건물의 3차원 디지털 트윈 구현 기술 사례

(1) 스마트 건설기술 이해와 설계 BIM 적용분야

가. 스마트 건설기술의 개념

나. 스마트 건설기술의 발전 방향

다. 스마트 건설기술의 단계별 발전 목표

라. BIM 기본 개념

마. 설계단계 시 BIM 적용 분야

(2) 건물의 3차원 디지털 트윈 구현 기술 현황과 적용사례

가. 건물의 디지털 트윈 구현을 위한 데이터 획득 도구

나. 영상을 이용한 건물의 3차원 디지털 트윈 구현 기술

다. 적용사례

도표/그림 목차