4차 산업혁명

왜 배우는가: 4차 산업혁명은 인공지능·사물인터넷·빅데이터 등 지능정보기술이 산업 전반을 바꾸는 현상이며, 정보관리기술사 시험에서 정의, 연혁, 특징, 국내 문제점과 해결 방안을 묻는 논술형 문항으로 반복 출제되었다. 기술 용어와 정책 흐름을 함께 이해해야 답안이 완성된다.

출제 이력: 제116회 2교시 3번, 제110회 2교시 1번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

답안 첫 줄에 쓸 정의는 다음과 같다.

4차 산업혁명은 인공지능(AI)·사물인터넷(IoT)·빅데이터 등 지능정보기술이 기존 산업과 융합하여 산업·사회 구조를 바꾸는 혁신의 흐름이다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 지능정보기술
• 초연결성
• 초지능화
• 융합화
• 사이버물리시스템(CPS)
• 디지털 전환
• 데이터 과학
• 플랫폼 경제

2. 개념 풀이

쉽게 말하면 모든 기기와 사람이 네트워크로 연결되고, 그 데이터를 인공지능이 분석해 스스로 판단하는 사회로 바뀌는 것이다. 3차 산업혁명이 컴퓨터와 인터넷으로 정보를 디지털화했다면, 4차 산업혁명은 디지털 정보를 현실 세계의 기계와 결합해 자동으로 움직이게 한다.

정식 정의는 다음과 같다. 4차 산업혁명은 지능정보기술을 기존 산업과 서비스에 융합하거나 3D 프린팅, 생명공학, 로봇공학, 나노기술 같은 신기술과 결합하여 일어나는 혁신적 변화를 말한다. 세계경제포럼(WEF) 연차총회에서 클라우스 슈밥이 이 용어를 제시했다.

핵심 용어 풀이는 다음과 같다.

• 사이버물리시스템(CPS): 현실의 물리 세계를 센서로 읽어 가상의 디지털 모델과 연결하고, 분석 결과를 다시 물리 세계의 장치로 되돌리는 구조다.
• 초연결성: 사람, 사물, 데이터가 네트워크로 끊김 없이 이어지는 성질이다.
• 초지능화: 인공지능이 대량의 데이터로 학습해 판단과 예측을 수행하는 성질이다.
• 융합화: 정보통신과 생명공학, 로봇, 소재 등 서로 다른 기술의 경계가 무너지는 현상이다.

특징은 세 가지로 요약된다. 첫째, 변화 속도(Velocity)가 지수적이다. 둘째, 영향 범위(Scope)가 여러 산업과 기업 전체에 미친다. 셋째, 기술 정책의 패러다임이 바뀐다. 싱가포르가 혁신 정책에 산업 4.0을 공식 반영한 것이 한 예다.

3. 등장 배경과 필요성

산업혁명은 핵심 기술이 생산 방식을 바꾸는 시점을 기준으로 나뉜다. 1차 산업혁명은 18세기 후반 영국에서 증기기관과 기계화로 시작되었다. 2차 산업혁명은 19세기 전기와 대량 생산 체계, 3차 산업혁명은 20세기 후반 컴퓨터와 인터넷으로 진행되었다. 4차 산업혁명은 이 디지털 기반 위에 인공지능, 빅데이터, 사물인터넷이 결합하면서 나타났다.

등장 배경은 세 가지다. 첫째, 디지털 전환이 심화되면서 정보가 생산 요소가 되었다. 둘째, 클라우드 컴퓨팅과 5세대 이동통신(5G)으로 데이터 처리와 전송 비용이 낮아졌다. 셋째, 딥러닝 같은 알고리즘과 연산 능력이 크게 향상되었다.

필요성도 분명하다. 기업은 제조와 서비스의 생산성을 높여야 경쟁에서 살아남는다. 국가는 신산업을 키워 국가경쟁력을 확보해야 한다. 독일의 인더스트리 4.0, 중국의 제조 강국 전략, 한국의 4차산업혁명위원회 설립(대통령 직속)은 이런 필요에 따른 대응이다. 여기서 한국의 위원회 설립 근거는 관련 규정이다.

그러나 4차 산업혁명을 3차 산업혁명의 단순 연장으로 볼 수 없다는 주장이 있다. 변화 속도와 영향 범위가 질적으로 다르기 때문이다.

4. 구성요소·원리·절차

4차 산업혁명의 기술은 연결, 저장·처리, 지능, 실행의 네 구성요소로 나눠 보면 답안 구성이 쉽다. 연결 요소는 사물인터넷(IoT)과 5세대 이동통신(5G)이 맡는다. 저장·처리 요소는 클라우드 컴퓨팅과 빅데이터가 맡는다. 지능 요소는 인공지능(AI)과 머신러닝, 딥러닝이 맡는다. 실행 요소는 로봇, 3D 프린팅, 자율주행처럼 판단 결과를 현실 세계에 옮기는 기술이다.

위 표의 네 요소가 서로 맞물려 하나의 사이버물리 체계를 이룬다. 현실의 데이터가 디지털 공간에서 분석되고, 그 결과가 다시 현실의 설비를 움직이는 구조다. 이 구조가 4차 산업혁명을 앞선 산업혁명과 구분하는 기준이다.

이 구조의 원리는 세 가지로 요약된다. 첫째는 초연결성으로, 사람과 사물과 설비가 네트워크로 묶인다. 둘째는 초지능화로, 쌓인 데이터를 학습해 판단 수준을 높인다. 셋째는 융합화로, 기존 산업과 생명공학, 나노기술 같은 분야의 경계가 허물어진다. 세계경제포럼은 이 융합을 디지털 혁명 위에 놓인 새로운 혁명으로 정의했다.

초연결·초지능·융합 세 가지가 4차 산업혁명 기술의 공통 원리다.

처리 절차는 다음 다섯 단계다.

• 센서와 설비에서 데이터를 수집한다(IoT).
• 5G 등 네트워크로 데이터를 클라우드에 전송하고 저장한다.
• 빅데이터 분석으로 의미 있는 정보를 추출한다.
• AI 학습 모델로 예측과 최적화를 수행한다.
• 결과를 제어 명령으로 되돌려 설비와 서비스를 갱신한다.

다섯 번째 단계의 결과가 첫 단계의 수집 방식을 바꾸므로 절차는 순환 구조다. 공공 SOC 분야에서는 이 순환을 설비 운영과 정비에 적용해 생산성과 업무 효율을 높이고 있다. 답안에는 절차를 순환 흐름도로 그려 되먹임을 표시한다.

5. 관련 법령·기준·표준

4차 산업혁명은 법으로 정의된 용어가 아니고 국가 정책의 개념이다. 따라서 추진 근거는 정책 조직을 정한 규정과 지능정보기술을 다루는 법으로 나뉜다. 국내 추진체계의 출발점은 대통령 직속 위원회 규정이다.

• 4차산업혁명위원회: 관련 규정에 따라 대통령 직속으로 설립되었다.
• 관련 법령: 인공지능 등 지능정보기술의 진흥과 사회 확산의 근거 법이다.
• 디지털 뉴딜: 정부가 디지털 전환 정책으로 발표했고, 관련 추진 과제로 구성되었다.

아래 표는 본문에서 쓴 기준값과 전망치를 출처와 함께 모은 것이다. 전망치는 실제 값이 아니므로 시점을 함께 써야 한다.

국내 대응 시점은 주요국보다 늦었다는 평가가 많다. 독일과 일본, 중국은 2016년 이전부터 준비했다. 한국도 추진체계를 세웠다. 2017년 발표된 I-Korea 전략은 인공지능, 드론, 자율주행차를 새 성장 동력으로 꼽았다. 정책 방향은 혁신 주도 경제였다.

6. 유형과 비교

4차 산업혁명은 하나의 기술이 아니라 여러 기술이 융합해 나타나는 변화다. 따라서 유형은 기술 군(群)을 기준으로 나누는 것이 답안에 유리하다. 아래 표는 핵심 기술 세 묶음을 비교한다.