사물인터넷(IoT) 환경 하에서 급격한 시장 기대
산업시장분석실 책임연구원 나도백(Tel: 02-3299-6111 e-mail: nahdb@kisti.re.kr)
| [ 요약 ] 1. 인간-기계 인터페이스(Human-Machine Interface, HMI)는 작업 공정에 연관된 데이터를 인간이 인지할 수 있는 형태로 나타내고, 이를 통해 해당 공정을 제어할 수 있도록 돕는 도구를 말한다. |
1) HMI 기술과 발전동향
인간-기계 인터페이스(Human-Machine Interface, HMI)는 작업 공정에 연관된 데이터를 인간이 인지할 수 있는 형태로 나타내고, 이를 통해 해당 공정을 제어할 수 있도록 돕는 도구를 말한다. HMI는 보통 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 시스템의 소프트웨어 및 데이터베이스와 연결되어 있으며, 공정에서 발생하는 각종 데이터와 이를 이용한 추이 분석 기능 등을 제공한다.
이밖에 해당 공정이나 설비에 대한 관리 정보도 제공한다. 이러한 정보는 해당 공정을 단순화시킨 다이어그램 형태로 운영자에게 제공되므로, 운영자는 전체 공정이 어떤 방식으로 동작하고 제어되는지를 간단히 알 수 있게 된다. 또한 사진, 그림, 애니메이션이 HMI에서 많이 쓰이기 때문에, HMI 프로그램은 대개 그래픽 관련 작업을 담당하는 프로그램을 포함하고 있으며, 운영자나 시스템 유지보수 담당자가 각 공정과 장비가 어떤 방식으로 HMI 프로그램에 표시할 것인가를 직접 바꾸고 결정할 수 있다.
최근 산업자동화 시스템은 유무선 통신망, 모바일 기기 등의 IT 기술이 생산설비와 융합되면서 요소부품의 통합적 관리가 가능해지고 있다. 그리고 모바일 인터페이스 및 산업 공정에 대한 지원 응용프로그램을 구성하는 요소는 향후 HMI 시장의 핵심 성장동력이 될 것이다.
특히 모바일 네트워크 인프라가 빠르게 확산되면서 이동기기에 대한 통합 제어 부문이 급속도로 발전하고 있다. 최근 HMI는 단순히 제어기의 내부 정보를 보여주는 역할을 넘어 정보수집 및 저장관리 등의 부가기능을 확장하고 있다. 차세대 HMI는 현재의 데이터 제어와 관리에서 사용자를 생각하고, 사용자 중심으로 제품을 구현하는 방향으로 발전하면서 산업용 제품에서 사물인터넷 환경에 적용되는 모든 분야로 적용의 확대될 것으로 예상되며, 사용자 인터페이스도 단순 숫자나 텍스트 기반에서 UI/UX 개념으로 고도화 되고 있다.
Frost&Sullivan 보고서에 따르면, 세계 HMI 시장은 2013년에 20.98억 달러에서 2019년에 35.93억 달러에 도달하여 9.5%의 연간성장률(CAGR)을 보일 것으로 전망된다. 어려운 경제 여건으로 투자가 지연되고 있음에도 불구하고, HMI 시장은 중간 정도의 성장률을 전망한 것이다.
전기 송배전, 상하수도 시설과 같은 공공산업분야에서 HMI 제품의 성장 가능성이 높게 예상되나, 반복되는 전세계 경제침체는 각 제조산업에서 HMI 시장의 성장을 저해하고 있다. 그럼에도 불구하고 식음료 산업은 2019년 4.67억 달러로 매우 높은 시장 성장률과 가장 큰 시장 규모를 형성할 것으로 예상된다.
그리고 상·하수·가스 및 전력 생산과 같은 공공산업에서 HMI 솔루션의 고성장을 나타내어 전기·수도·가스(Utilities)의 시장은 2013~2019년에 10.2%로 가장 높은 성장률을 보일 것으로 예상된다.
| <표 > HMI 세계 시장 규모 전망(2013~2019) (단위 : 억 달러, %) | |||||||
| 세계 시장 | 2013 | 2014 | 2015 | 2016 | 2017 | 2018 | 2019 |
| 계 | 20.98 | 23.05 | 25.30 | 27.67 | 30.18 | 33.02 | 35.93 |
| 성장률 | 9.8 | 9.9 | 9.8 | 9.4 | 9.1 | 9.4 | 8.9 |
| 전기·수도·가스(Utilities) | 2.29 | 2.54 | 2.78 | 3.07 | 3.38 | 3.70 | 4.06 |
| 제약 | 1.83 | 2.01 | 2.20 | 2.41 | 2.66 | 2.91 | 3.16 |
| 식음료 | 2.64 | 2.90 | 3.21 | 3.54 | 3.86 | 4.26 | 4.67 |
| 포장 | 2.37 | 2.60 | 2.86 | 3.13 | 3.41 | 3.70 | 4.03 |
| 금속제조 | 1.18 | 1.27 | 1.37 | 1.47 | 1.57 | 1.72 | 1.87 |
| 자동차 | 2.64 | 2.95 | 3.24 | 3.54 | 3.80 | 4.19 | 4.56 |
| 기타 | 8.03 | 8.78 | 9.64 | 10.51 | 11.50 | 12.54 | 13.58 |
2012년 국내 HMI 시장 규모는 8.2% 성장한 1,764억 원으로 조사되었다. 국내 HMI 시장은 제조업 경기에 민감한 기술로 FPD(flat panel display), 휴대폰, OLED, 터치 제품군의 시장상황이 좋아 기대보다 높은 성장률을 기록했다.
최근 HMI 기술은 유무선 네트워크 기반의 Small Device의 감시 및 제어 기술, 대량의 정보를 보관하는 클라우드 기능을 통한 태블릿이나 스마트폰의 제어정보를 확인하는 방향으로 움직이면서 소형화 제품기술의 개발이 활발해지고 있다.
국내 HMI 제품은 글로벌과 비교해 우수한 스펙을 가진 제품군이지만, 대다수가 모니터링에 제한적으로 활용하고 있다. 스마트폰, 태블릿 PC 등 모바일기기의 성장에 따라 HMI 하드웨어 성장은 정체를 보이는 반면에 소프트웨어는 호기를 갖고 있다. 이러한 흐름에 따라 HMI와 PLC 프로그램을 통합하려는 움직임이 활발하다.
그리고 유무선 혹은 이종 통신망을 자동으로 연결하는 등 사용자 편의성에 조건을 맞추어가고 있다. 글로벌 시장은 식음료와 같은 제조 산업에서 높은 성장률로 인해 2019년에 35.94억 달러의 시장 규모를 형성할 것으로 예측되며, 국내 시장은 글로벌 시장과 맞물려 2019년에 3,079억 원에 이를 것으로 예상된다.
| <표 > HMI 국내 시장 규모 전망(2013~2019) (단위 : 억 원) | ||||||||
| 구 분 | 2013(E) | 2014(E) | 2015(E) | 2016(E) | 2017(E) | 2018(E) | 2019(E) | CAGR(‘13–’19) |
| 국내시장 | 1,786 | 1,956 | 2,141 | 2,345 | 2,568 | 2,812 | 3,079 | 9.5% |
3) 글로벌 HMI 경쟁상황
HMI 시장의 촉진 요인을 살펴보면, 모바일 및 웹 기반의 제어 필요성, 유무선 통신기술의 발달, 오픈 HMI 솔루션의 채택, 그리고 저가 HMI 솔루션 사용 등이다. 반면에 HMI 시장의 저해요인으로는 전반적인 공급 가격이 저하, 시장 성숙단계로 HMI 솔루션 수요 감소, 최근의 전세계적인 경기 침체 등을 들 수 있다.
<표 3> HMI 시장 촉진요인과 저해요인
| 구분 | 항목 | 1–2 Years | 3–4 Years | 5–7 Years |
| 시장 촉진 요인 | 모바일 및 웹 기반의 원격 모니터링 및 유지 보수에 대한 필요성이 증가 | ● | ● | ◉ |
| 무선 및 기타 네트워킹 기술의 채택 증가 | ◉ | ◉ | ○ | |
| 기업 데이터를 협력과 시각화의 필요성에 따른 오픈 HMI 솔루션의 채택 | ◉ | ◉ | ◉ | |
| 저가 HMI 솔루션으로 HMI 사용의 활성화 | ◉ | ◉ | ◉ | |
| 시장 저해 요인 | 공급 가격이 낮아지면서 매출 성장을 방해 | ◉ | ◉ | ○ |
| 최종 사용자 세그먼트의 성숙 단계로 HMI 솔루션에 대한 수요 감소 | ◉ | ◉ | ◉ | |
| 최근 경제적인 여건이 HMI 수요 억제 | ● | ◉ | ◉ |
영향력 : ●(높음), ◉(중간), ○(낮음)
자료 : Semiconductor Opportunities in the Global HMI Market, Frost &Sullivan(2013)
전세계 HMI 참여기업은 150~200개로 추정된다. 2012년에 4개의 참여기업이 전 세계 시장의 약 63.0%의 점유하고 있다. 선두 주자의 Siemens는 2012년에 글로벌 HMI 시장의 19.6%를 점유, 종합적인 자동화 솔루션을 제공할 수 있는 경쟁력과 구형장치의 대규모 개조를 통해서 전체 글로벌 HMI 시장의 선두를 유지하고 있다. 이어서 Schneider Electric이 2012년에 18.4%, Rockwell과 General Electric은 각각 15.2%, 9.8%의 시장점유율을 보였다.
<그림 2> 기업별 세계 시장 점유율(2012)
자료 : Semiconductor Opportunities in the Global HMI Market, Frost&Sullivan(2013)
일반적으로 최종 사용자에게는 기존 공장의 인프라를 원활하게 전환하는 솔루션 제공을 선호하는 경향을 보인다. 그리고 브랜드는 최고의 HMI 공급자를 선택하는 하나의 기준이면서, 구매자에게 상당한 영향을 미친다.
4) HMI와 자동차, 그리고 미래 전망
HMI 주요 최종 사용자 그룹은 식음료, 포장, 그리고 자동차 산업이다. 북미와 아시아-태평양 지역은 전기·수도·가스(Utilities) 분야에서 각각 20.1%로 가장 높은 점유를 보이고 있는 반면에 유럽은 식음료 분야가 가장 높은 18%를 차지하고 있다. 반면에, 북미와 아시아-태평양 지역은 식음료 분야가 18.2%와 15.4%로 2위를 점유하고 있다. 그리고 최근에 구글을 중심으로 많이 연구되고 있는 자동차 산업에서 HMI는 북미, 아시아-태평양, 유럽이 각각 10.3%, 14.8%, 12.1%로 아시아-태평양 지역에서 상대적으로 많이 활용되고 있다.
<그림 3> 세계 지역별 HMI 응용분야별 점유율(2012)
자료 : Semiconductor Opportunities in the Global HMI Market, Frost&Sullivan.(2013)
자동차 산업은 운전부주의를 해결하기 위해 모든 인터페이스가 동일한 역할을 수행하는 멀티모달(Multi-modal) HMI 방식으로 눈을 돌리고 있다. 다양한 정보들의 우선순위에 따라, 운전자 작업량을 줄이는 것을 목적으로 채용하고 있다. Frost&Sullivan의 발표 자료에 따르면 ‘유럽 및 북미’ 자동차 HMI 시장은 2017년까지 유럽지역 내 1,600만 대의 차량이 기본 음성 인터페이스를, 690만 대의 차량은 고급 음성 인터페이스를, 그리고 120만 대 차량이 다기능 노브가 장착될 것으로 전망하고 있다. 반면 북미에서는 2017년까지 1,360만 대의 차량이 기본 음성 인터페이스를, 680만 대 차량이 고급 음성 인터페이스를, 그리고 90만 대 차량이 다기능 노브가 장착될 것으로 전망하고 있다.
자동차 산업의 HMI 채용방식과 같이 다른 산업간의 융합화, 기능의 고급화, 고객들에 대한 커스터마이징 전략 확대, High-end 시장에 대한 수요 증가 등이 최근 HMI 소프트웨어 분야의 주요 이슈 로 등장하고 있다. 또한, HMI의 개념도 차츰 발전하여 기존의 의미인 Human-Machine Interface라기 보다 Human-Machine Interaction으로 개념의 변화가 일어나고 있다. 즉, Human Machine Interaction의 개념은 인간과 시스템과의 주고받는 교감이 아닌, 인간의 상태를 시스템이 알고 상태에 맞게 대응(적응)하며, 시스템 작동 상황을 인간이 인지하여, 필요에 따라 인간이 최종 결정을 하게 된다. 이러한 Interaction 개념은 인공지능 기술과 결합하여 전세계 경제에 엄청난 영향을 끼칠 것으로 예측되며, 향후 전세계 경제에 미칠 파급효과는 5조2000억∼6조7000억 달러에 이를 것으로 전망하고 있다.
본격적인 사물인터넷 산업이 개화하기 시작하면서 HMI 기술도 지속적으로 진화하여 인간의 두뇌 활동 결과를 자연스럽게 기계에 전달함으로써 인간의 육체적인 노동시간을 줄여 갈 것으로 생각된다. 그리고 최근 거론되고 있는 소프트웨어, 그 중심이 되는 HMI 기술분야에 대한 국내의 대응과 투자가 그 어느 때보다 중요한 시점임을 시사해 주고 있다.