4차 산업혁명(4IR)은 물리적ㆍ생물학적 경계를 초월하는 디지털 변혁(Digital Transformation)에 의한 새로운 생산-소비 패러다임으로 IoT, 클라우드, 빅데이터 등의 IT 인프라와 MR, AI 등 IT 기술에 의하여 모든 사물이 초연결(Hyper-Connected)된 CPS(Cyber-Physical System)를 형성하고 있다. 제조업 측면에서는 CPS 등에 의해 현실과 가상시스템간의 경계가 사라지면서, 공장 내의 설계 및 생산 뿐 아니라, 외부 자원조달, 유통 및 서비스에 이르는 기업의 공급사슬 전체 과정의 변화가 예상된다.

<산업혁명의 단계별 진화 과정>

제조업에서의 4IR의 방향은 기존의 대량생산의 한계점을 극복하는 것으로, 1차 및 2차 산업혁명으로 생산품목에 대한 다양성을 희생하는 대가로 생산량의 극대화가 가능해졌으나, 1950년대 이후에는 다양성에 대한 수요와 함께 제조 방식 변화의 필요성이 제기되었다. 특히 1980년대 이후 IT 기술의 발전과 제품 아키텍처가 조합형으로 변화됨에 따라 대량 맞춤형 생산이 가능해졌다. 1~2차 산업혁명의 공급주도 생산체제가 대량생산을 견인하였다면 맞춤형 생산은 시장주도 생산체제로의 변화와 관련되며, 2000년대 이후에는 글로벌화로 제품 다변화 수요가 더욱 강해지게 됨에 따라 제품 아키텍처가 개방형으로 변화하고 개인화 및 국지화 추세에 대응하게 되는데, 4IR은 이와 같은 제조방식 변화와 밀접한 관련이 있다.

<제조 혁신과 관련한 산업혁명의 경로>

I4.0 관련 세계 특허 등록건수는 급속한 증가 추세에 있으며, 2010년 400여건에 불과한 특허등록수가 2015년에는 5,000건이 넘어 불과 5년만에 12배가 성장(IOT Analytics, 2015)하였다. 관련 유럽특허청(EPO) 출원건수 역시 지속적으로 증가 추세에 있으며, 절대적 규모뿐만이 아니라 전체 특허출원 수 대비 I4.0 관련 특허의 비중도 지속적으로 증가 추세로 그 성장세 역시 지속적으로 증가하고 있다. I4.0 7대 기술과 관련하여 국내 특허출원 수 역시 증가 추세이며 특히, 가상 및 증강현실, 자율주행차, 로보틱스와 3DP프린팅 등에서 최근 특허 출원수가 급속하게 증가하고 있다.

<I4.0 핵심기술별 국내출원 동향>

I4.0 관련 지식재산 경쟁력 확보를 위해서는 주요 세부 기술 분야별 지식재산 동향과 국내 경쟁력 파악이 절대적으로 필요하다. 사물인터넷, 빅데이터, 인공지능, 3D프린터 등 I4.0 기술 분야별 발전정도와 국가별 경쟁력은 상이하므로, I4.0 분야별 지식재산 경쟁력 분석을 통해 우리나라의 현재 수준을 파악하고, 연구개발 정책의 방향성을 제시해야 한다. I4.0 관련 기술들은 상호 연관성이 높고 다양한 응용기술이 융ㆍ복합되어 있기 때문에 특허분석을 위해 다양한 방법론이 시도되고 있다.

<사물인터넷, 빅데이터, 인공지능의 기술영역과 상관관계>

I4.0은 IT기술의 발전으로 촉발된 디지털 변혁(Digital Transformation)으로 이해될 수 있으나, IT가 적용되는 기존 생산기술(OT) 등의 혁신을 통한 IT-OT 공진화가 필수적이다. 독일 등 제조 중심 국가는 물론 다양한 국가에서 관련 IT 이외에도 OT 개발을 병행하고 있다. OT 분야는 IT 기술의 수용성 제고를 위한 기존 제조기술 등의 고도화 등이 필요한 반면, IT 분야는 다양한 지역 및 시장에 대응한 비즈니스 모델 창출이 필요한 시점이다.

따라서 자국의 과학기술혁신체계, 산업 특성과 글로벌 협력 타당성 등을 종합적으로 감안하여 I4.0 전략의 차별화가 필요하다. 미국, 독일 등 I4.0 선도국은 자국의 강점을 기반으로 다른 기술/산업/추진주체와의 연계를 강화하고 있으며, 경제규모가 크지 않은 대부분의 국가에서는 자국의 SWOT 분석을 면밀히 수행하여, 기존 기술의 경쟁력 제고에 집중하는 것이 일반적 상황이다. 한국의 경우 대기업을 중심으로 일부 기술 분야에서 국제적 경쟁력을 보유하고 있으나, 국제적 협력 수준은 상대적으로 미흡하며, 일부 중소기업의 성공 사례를 참고하여 중소ㆍ중견기업의 경우에도 글로벌 영역으로 시장을 확장하는 것이 필요한 시점이다.

한편, I4.0 관련 신기술의 본질적 특성으로 기존의 지식재산제도의 한계가 발생하고 있으며, 이를 극복하고 지식재산으로 강력하고 유연하게 보호할 수 있는 다양한 제도 검토가 필요하다. 이를 위해 과학기술정책을 포함하여 다양한 정책과 연계하여 지식재산 정책을 통합할 수 있는 컨트롤 기능이 필요하며, I4.0의 핵심 모멘텀인 데이터 활용을 촉진할 수 있는 환경 조성이 필수적이다. 이를 바탕으로 I4.0의 모든 분야별 지식재산 동향을 파악하여 우리나라 기술 경쟁력 확보를 위한 구체적이고 종합적인 연구개발/사업화 로드맵 제시가 필요하다.