4차 산업혁명의 도래와 함께 제조업 현장은 빠르게 디지털화되고 있습니다. 그 중심에는 사이버 물리 시스템(CPS)과 사물인터넷(IoT)이 있습니다. 두 기술 모두 스마트공장 구현의 핵심 기반이지만, 개념과 역할, 구현 방식은 명확히 다릅니다. CPS는 실시간 자율 제어와 시스템 통합, IoT는 기기 간 연결성과 데이터 전송에 초점을 둡니다. 이 글에서는 CPS와 IoT의 기술적 차이와 각자의 역할, 그리고 두 기술이 어떻게 상호 보완되며 스마트 제조를 구현하는지 비교 분석합니다. 특히, 현장 자동화를 추진 중인 기업과 기술 담당자에게 개념 혼용 없이 전략을 수립할 수 있도록 실무 관점에서 설명합니다.
CPS란 무엇인가 – 실시간 판단과 자율 제어의 시스템
사이버 물리 시스템(Cyber-Physical System, CPS)은 물리적 시스템(공장, 장비, 설비 등)과 사이버 공간(소프트웨어, 알고리즘, 네트워크)이 실시간으로 상호작용하는 제어 시스템입니다. 단순히 데이터를 모으는 수준을 넘어서, CPS는 수집된 데이터를 분석하고, 그 결과를 바탕으로 스스로 의사결정을 내리며 물리 시스템을 제어합니다.
주요 특징:
- 자율적 피드백 루프: 센서 → 데이터 분석 → 의사결정 → 제어 → 재측정
- AI 및 알고리즘 기반 판단
- 디지털 트윈과 통합 가능
- 실시간성(Real-time) 필수
- 현장 제어와 중앙 통합 제어가 동시에 가능
예를 들어, 스마트팩토리에서 CPS는 설비의 진동 데이터를 수집하고, AI가 고장을 예측하여 미리 공정을 조정하거나 정비 요청을 자동 발행합니다. 이처럼 CPS는 지능적 제어를 통해 생산성, 안전성, 에너지 효율을 극대화합니다.
IoT란 무엇인가 – 모든 것을 연결하는 네트워크 기술
사물인터넷(Internet of Things, IoT)은 물리적 객체(센서, 기계, 사람 등)에 센서를 부착해 데이터를 수집하고 인터넷으로 전송하여 실시간 모니터링이나 제어를 가능하게 하는 기술입니다.
IoT는 자체적으로 의사결정을 하지 않으며, 데이터를 수집하고 전달하는 연결 기술에 초점이 있습니다. 이는 클라우드, 서버, 혹은 CPS 등 상위 시스템이 분석을 담당하고, IoT는 데이터 전달자(데이터 소스) 역할을 수행합니다.
주요 특징:
- 센서 및 디바이스 중심 구조
- 저전력, 저비용 네트워크 활용 (LPWAN, Zigbee 등)
- 클라우드 기반의 데이터 저장
- 실시간 상태 모니터링 가능
- 데이터 분석은 외부 시스템에 의존
예를 들어, 스마트공장에서 IoT는 생산 설비의 온도, 습도, 속도 등의 데이터를 클라우드로 전송합니다. 이 정보는 이후 다른 시스템(CPS, MES 등)이 분석하여 제어 결정을 내리게 됩니다.
CPS vs IoT – 기술 구조와 역할의 명확한 차이
두 기술은 모두 스마트공장의 핵심 구성 요소이지만, 역할과 기능은 다릅니다. IoT는 “연결(Connectivity)”, CPS는 “제어(Control)”에 중점을 둡니다. 다음은 주요 차이점입니다.
| 구분 | CPS (Cyber-Physical System) | IoT (Internet of Things) |
|---|---|---|
| 기술 목적 | 실시간 분석과 자율 제어 | 기기 간 데이터 전송 및 모니터링 |
| 핵심 구성 요소 | 센서, 제어기, AI, 디지털 트윈, 통신 | 센서, 네트워크, 데이터 플랫폼 |
| 의사결정 주체 | 시스템이 실시간 판단 | 외부 시스템 또는 사용자 |
| 실시간성 | 매우 중요 (ms 단위 제어) | 상대적으로 낮음 |
| 데이터 흐름 | 폐쇄 루프 (분석→제어→피드백) | 단방향 또는 클라우드 업로드 |
| 활용 분야 | 스마트팩토리, 자율주행, 로봇 제어 | 상태 모니터링, 환경 감시, 물류 추적 |
| 확장성 | AI 통합 시 복잡함 증가 | 디바이스 수 증가에 유리 |
핵심 요약:
- IoT는 CPS의 하위 요소로 존재할 수 있으며, CPS는 IoT 없이 완성될 수 없다.
- IoT는 데이터를 ‘보내는’ 기술, CPS는 데이터를 ‘이해하고 실행하는’ 시스템이다.
- CPS가 없으면 IoT는 “센서 네트워크”에 불과하고, IoT 없으면 CPS는 “눈과 귀 없는 뇌”와 같다.
스마트공장 사례에서의 CPS와 IoT 통합 방식
스마트공장 구축 시, 두 기술은 다음과 같은 방식으로 상호작용합니다.
1) 설비 모니터링
- IoT 역할: 설비 온도, 진동, 상태 등을 수집해 클라우드로 전송
- CPS 역할: 데이터를 실시간 분석하고 이상 감지 시 공정 자동 중단
2) 예지보전 시스템
- IoT: 수집된 설비 데이터 축적
- CPS: AI가 고장을 예측하고 정비 스케줄 자동 반영
3) 생산 최적화
- IoT: 작업자의 동선, 자재 흐름 데이터 수집
- CPS: 시뮬레이션을 통해 생산 스케줄 재구성
이처럼 IoT는 데이터 흐름의 촉매제, CPS는 의사결정의 핵심 엔진 역할을 수행합니다. 두 기술의 유기적 결합 없이는 진정한 스마트팩토리는 불가능합니다.
결론: IoT는 연결을, CPS는 지능을 만든다
CPS와 IoT는 경쟁 기술이 아니라 상호보완적 관계입니다. IoT는 스마트공장의 신경망, CPS는 두뇌 역할을 합니다.
기업은 단순히 IoT 디바이스만 도입한다고 해서 스마트공장이 되는 것이 아니라, IoT를 통해 수집된 데이터를 실시간 분석하고 실행으로 연결할 수 있는 CPS 체계를 병행 구축해야 합니다.
앞으로의 제조 경쟁력은 얼마나 많은 데이터를 수집했는가가 아니라, 그 데이터를 얼마나 빠르고 정확하게 분석하고 반영하는가에 달려 있습니다. 따라서 CPS와 IoT의 개념을 명확히 이해하고, 현장에 맞게 적절히 배치하는 것이 진정한 디지털 전환의 시작입니다.