5초 만에 이해하는 ‘2026년판’ 자동화 피라미드(ISA-95)

ISA-95는 DX(Digital Transformation)를 추진하고 제조 현장의 자동화와 효율화를 목표로 하는 기업에 중요한 지표이자 표준으로 자리 잡았습니다. 이와 관련해 현장과 사무 부문의 업무 혁신을 추진하는 과정에서 ‘자동화 피라미드(Automation Pyramid)’라는 개념을 들어본 분들도 많을 것입니다. 하지만 그 구조와 의미를 제대로 이해하고 있는 경우는 많지 않습니다. 이 글에서는 제조업에서 널리 활용되는 ‘자동화 피라미드’에 대해 자세히 설명합니다.

자동화 피라미드란 무엇인가

자동화 피라미드의 역사

자동화 피라미드는 1990년대 후반 ISA(International Society of Automation, 국제자동화학회)에 의해 제안되었으며, ISA-95와 밀접한 관련이 있습니다. 이 개념은 생산 현장과 기업 운영 간의 데이터 투명성과 통합성을 향상시키기 위해 개발되었습니다.

• 1970년대부터 1980년대에 걸쳐 컴퓨터 기술이 발전하면서 제조 기업들은 생산 관리와 자재 소요 계획을 전산화하기 시작했습니다. 호스트 컴퓨터를 통해 데이터를 중앙에서 관리하고 재고 관리와 공정 제어를 통합하는 CIM(Computer Integrated Manufacturing, 컴퓨터 통합 생산)이 점차 확산되었습니다. 그러나 완전히 통합된 CIM 모델을 구현하는 것은 쉽지 않았습니다.
• 자동화 피라미드의 전신은 퍼듀대학교가 북미 제조 기업들과 협력해 개발한 CIM용 엔터프라이즈 아키텍처 모델인 Purdue Reference Model입니다. 이 모델은 기업 정보 시스템과 제조 운영을 통합하기 위한 청사진을 제시했습니다.
• 이 시기 일본 기업들은 주로 기존 소프트웨어 패키지를 커스터마이징하는 방식으로 기업 정보 시스템을 구축했습니다. 새로운 문제나 기능이 발생할 때마다 추가 시스템을 도입하는 경우가 많았으며, 그 결과 데이터 사일로가 형성되었습니다.
• 1990년대에는 MRP-II(Manufacturing Resource Planning, 제조 자원 계획)에서 발전한 ERP(Enterprise Resource Planning, 전사적 자원 관리)가 영업, 마케팅, 조달, 물류, 생산을 포함한 폭넓은 업무를 지원하게 되었습니다. 그러나 기능별 모듈과 비즈니스 애플리케이션 간의 연결성 부족은 여전히 주요 과제로 남았습니다. 부서와 공장마다 서로 다른 독자적인 데이터와 소프트웨어를 사용하면서 제조 정보 시스템과 기업 경영 시스템 사이에 경계가 형성되었고, 이는 데이터 사일로 문제를 더욱 심화시켰습니다.
• 1990년대 중반 이후 ISA는 기업 시스템과 제조 시스템을 통합하고 조직 전반의 정보 교환을 개선하기 위한 표준으로 ISA-95 개발을 시작했습니다. ISA-95의 첫 번째 버전은 2000년에 발표되었습니다.

초기 자동화 피라미드의 구조

초기의 자동화 피라미드는 ‘자동화’라는 요소를 충분히 포함하지 않았으며 중앙 집중식 데이터 관리에 초점을 맞췄지만, 이후 발전하게 되는 ‘계층형 모델’의 기반을 마련했습니다. 이에 따라 피라미드는 다음과 같은 5개 레벨로 구성되었습니다.

• Level 0: 물리적 프로세스 자체를 실시간으로 관리합니다.
• Level 1: 초/밀리초 단위로 물리적 프로세스의 감지 및 작동과 관련된 활동을 관리합니다.
• Level 2: 분/초/1초 미만 단위로 물리적 프로세스를 모니터링하고 제어하는 활동을 관리합니다.
• Level 3: 일/교대/시간/분/초 단위로 요청된 제품을 생산하기 위한 워크플로와 관련된 활동을 관리합니다.
• Level 4: 월/주/일 단위로 제조 부문을 관리하기 위해 필요한 경영 관련 활동을 관리합니다.

현재의 자동화 피라미드는 AI와 IoT와 같은 첨단 기술을 포함하며, 각 부문의 데이터를 중앙에서 통합 관리하는 것뿐만 아니라 제조 운영의 자동화와 효율성 향상에도 기여합니다. 이어지는 두 섹션에서는 현재 활용되고 있는 자동화 피라미드의 각 레벨을 자세히 설명합니다.

ISA-95 기반 자동화 피라미드의 계층 구조

ISA-95는 제조 기업을 위한 모델을 정의하며, 경영 기능과 생산 기능을 담당하는 소프트웨어 시스템과 이들 시스템 간에 교환되는 데이터를 구분합니다. 이 표준은 ‘자동화 피라미드(Automation Pyramid)’뿐만 아니라 생산 라인과 각 레벨 간 통신을 모델링하기 위한 프레임워크도 제공합니다. Level 0~2에서는 안전성이 우선시되며 일반적으로 로컬 산업용 네트워크와 필드버스 프로토콜이 사용되는 반면, Level 3~4에서는 인터넷 기반 통신과 전통적인 IT 시스템이 보다 폭넓게 활용됩니다.

• Level 0: ‘생산 공정(Production Process)’ – 물리적인 생산 공정을 통해 원자재가 제품으로 가공되며, 밀리초 또는 마이크로초 단위로 데이터가 생성되고 수집됩니다.
• Level 1: ‘감지 및 조작(Sensing and Manipulation)’ – 센서와 액추에이터가 PLC(Programmable Logic Controller)에 연결되며, PLC는 센서 신호를 지속적으로 읽고 액추에이터를 제어합니다.
• Level 2: ‘모니터링 및 감독(Monitoring and Supervision)’ – SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition) 시스템과 HMI 인터페이스를 통해 작업자는 여러 설비를 모니터링하고 감독하며 원격으로 제어할 수 있습니다.
• Level 3: ‘제조 운영 관리(Manufacturing Operations Management, MOM)’ – 이 레벨은 생산 현장과 기업 시스템 사이의 운영을 관리합니다. MES(Manufacturing Execution System, 제조 실행 시스템)는 원자재 투입부터 완제품 생산까지의 과정을 관리하고, 문서를 디지털화하며, 생산 데이터를 추적해 데이터에 기반한 의사결정을 지원합니다.
• Level 4: ‘비즈니스 계획 및 물류(Business Planning & Logistics)’ – 이 레벨은 ERP(Enterprise Resource Planning, 전사적 자원 관리) 및 PLM(Product Lifecycle Management, 제품 수명주기 관리)과 같은 시스템을 통해 기업 운영을 관리합니다. 공유된 데이터를 활용함으로써 R&D를 비롯한 여러 부서는 제품 개선 및 개발을 위해 정보를 분석할 수 있습니다.

이 다섯 개 레벨 외에도 일부 자동화 피라미드 모델에서는 인터넷, 공급업체, 협력사, 고객과 같은 외부 주체를 포함하는 ‘외부 레벨(External Level, Level E)’을 추가하기도 합니다. Manufacturing 4.0 환경에서는 이러한 요소를 연결함으로써 데이터 공유 범위를 기업 외부까지 확장하고 보다 폭넓은 데이터 생태계 구축을 지원할 수 있습니다.

신기술은 전통적인 자동화 피라미드를 어떻게 변화시키고 있는가

전통적인 자동화 피라미드는 생산 현장의 물리적 장치와 설비에서 생성된 데이터가 제어 시스템, 제조 관리 시스템, 그리고 기업 수준의 시스템으로 단계적으로 상향 전달되는 명확한 계층 구조를 기반으로 설계되었습니다. 그러나 AI, IoT, 컴퓨터 비전, 클라우드 컴퓨팅, 고도화된 데이터 분석과 같은 기술이 등장하면서 각 레벨이 상호작용하는 방식도 변화하고 있습니다. 현대의 제조 환경에서는 각 계층이 비교적 독립적으로 운영되는 방식에서 벗어나, 피라미드 전반에 걸쳐 데이터와 시스템, 의사결정이 점점 더 긴밀하게 연결되고 있습니다.

더욱 지능화되는 생산 현장 자동화

과거에는 입고와 제조부터 포장, 검사에 이르기까지 많은 작업이 수작업에 의존하는 경우가 많았습니다. 오늘날 자동화 피라미드를 기반으로 한 생산 현장 모델에서는 카메라, 센서, 로봇 팔, 컴퓨터 비전 등을 활용해 이러한 작업을 자동화하고 최적화합니다. 예를 들어 컴퓨터 비전은 QR 코드를 인식할 수 있으며, RFID 리더기는 RFID 태그의 데이터를 읽어 보관 위치, 공급업체, 유통기한과 같은 제품 정보를 수집할 수 있습니다. 이를 바탕으로 자동화 로봇이나 드론이 재고를 보충할 수 있습니다. 또한 컴퓨터 비전이 적용된 카메라는 품질 관리와 출입 관리에도 활용됩니다.

Level 0~2의 장치 역시 새로운 역할을 담당하고 있습니다. 이제 이러한 장치는 생산 현장 운영을 지원하는 데 그치지 않고 제품 데이터를 실시간으로 수집함으로써 상위 레벨의 관리자가 문제를 신속하게 파악할 수 있도록 합니다. 데이터를 지속적으로 수집하고 AI를 활용해 분석 및 예측하면 제조 기업은 수요와 잠재적인 위험을 사전에 예측할 수 있으며, 이를 통해 예지보전을 지원할 수 있습니다. McKinsey에 따르면, Industry 4.0 애플리케이션은 도입 이전과 비교해 설비 가동 중단 시간을 30~50% 줄이고 처리량을 10~30% 증가시키며, 노동 생산성을 15~30% 향상시키고 예측 정확도를 최대 85%까지 높이는 등 운영 성과 개선 효과를 보인 바 있습니다. 따라서 하위 레벨에서 AI, 센서, 연결형 설비의 활용이 확대될수록 제조 기업은 생산 데이터를 예측 기반 인사이트 도출과 운영 개선에 활용할 수 있습니다.

생산 현장을 넘어선 운영의 디지털화

생산 현장 외에도 많은 업무가 다른 부서에서 처리됩니다. 사무실이나 회계 부서를 떠올리면 서류가 산더미처럼 쌓여 있는 모습이 생각날 수도 있습니다.

기술이 발전하기 전에는 직원들이 데이터를 직접 입력하고 종이 문서를 해마다 보관해야 했으며, 방대한 문서량으로 인해 실수가 발생하기 쉬웠습니다. 이러한 실수는 심지어 고객 이탈로 이어질 수도 있었습니다. 그러나 이제 상황은 달라졌습니다. Level 3과 Level 4에 스마트 시스템을 도입하면서, 특히 대량의 문서를 다루는 업무를 중심으로 대부분의 운영이 디지털화되고 있습니다. 예를 들어 OCR(Optical Character Recognition, 광학 문자 인식)을 활용하면 문서를 스캔하고 디지털 형태로 변환한 뒤 클라우드에 자동으로 업로드할 수 있어 수동 입력을 대체할 수 있습니다. 이후 필요한 데이터를 찾는 작업도 클릭 한 번으로 가능해집니다. 그 결과 직원들은 반복적이고 단순한 업무에 많은 시간을 들이지 않고, 사람만이 수행할 수 있는 업무에 더욱 집중할 수 있습니다.

이러한 변화는 이미 광범위하게 이루어지고 있습니다.Deloitte의 2025 Smart Manufacturing Survey에 따르면 제조 기업의 57%가 클라우드 컴퓨팅을 활용하고 있었으며, 또 다른 57%는 개별 사업장 또는 네트워크 수준에서 데이터 분석을 활용하고 있었습니다. 또한 46%는 산업용 IoT(IIoT) 솔루션을 사용하고 있는 것으로 나타났습니다.

자동화 레벨 전반의 데이터 연결

중앙 집중식 데이터 관리는 기존 자동화 피라미드에서도 이미 강조되어 왔으며, 새로운 기술은 이를 훨씬 더 효과적으로 구현할 수 있도록 합니다. 각 레벨에 고도화된 관리 시스템을 활용하면 데이터는 실시간으로 수집될 뿐만 아니라 처리, 분석, 저장됩니다. 상위 레벨인 Level 3과 Level 4의 ERP와 같은 시스템은 Level 0~2의 장치에서 수집된 데이터를 분석해 유용한 인사이트를 도출합니다. 또한 중앙 집중식 데이터 관리는 장기간에 걸친 데이터 유실을 방지하고, R&D, 마케팅, 경영 등 데이터를 분석하고 활용하는 부서를 지원하는 데도 도움이 됩니다.

보다 효과적인 데이터 통합의 중요성도 점점 커지고 있습니다. Deloitte의 조사에 따르면 제조 기업의 54%가 통합 데이터 모델을 기반으로 한 데이터 표준을 사용하고 있었으며, 45%는 대규모 구축과 거버넌스를 지원하기 위해 아키텍처 표준을 활용하고 있었습니다. 그러나 데이터 사일로는 여전히 과제로 남아 있습니다. 2024년 Manufacturing Leadership Council 조사에 따르면 전체 기능 부문에서 데이터를 일상적으로 공유하고 있다고 답한 응답자는 41%에 불과했습니다.

비즈니스 성과까지 확장되는 자동화

이러한 변화는 종합적으로 측정 가능한 비즈니스 성과로 이어집니다. AI가 적용된 시스템은 각 부서의 운영을 최적화하고 간소화하며, 중앙 집중식 데이터 관리는 운영 비용을 절감하는 동시에 매출 증대에도 도움을 줍니다. AI 통합 시스템을 통해 운영 효율성을 높이고 이를 중앙 집중식 데이터 관리와 결합하면, 운영 비용을 절감하고 매출 성장을 촉진할 수 있는 잠재력을 확보할 수 있습니다.

자동화 피라미드에서 MES의 역할

자동화 피라미드의 다섯 개 레벨 가운데 Level 3는 가장 많은 궁금증을 불러일으키는 단계입니다. 이는 주로 Level 3를 대표하는 소프트웨어인 MES가 자주 언급되는 반면, 그 개념이 명확하게 설명되는 경우는 많지 않기 때문입니다.

MES는 물리적인 생산 현장(Level 0~2)과 ERP가 담당하는 비즈니스 계획 영역(Level 4) 사이에 위치하는 시스템입니다. PLC나 SCADA 시스템처럼 설비를 직접 감지하거나 제어하지 않으며, ERP처럼 재무, 영업 또는 장기 계획을 담당하지도 않습니다. 대신 그 중간에서 실시간으로 발생하는 원시 신호를 체계적이고 활용 가능한 생산 데이터로 변환하는 역할을 합니다.

MES와 AI 기반 품질 관리

동일한 설비, 제품 구성, 품질 관리 프로세스로 운영되는 공장은 사실상 존재하지 않기 때문에 범용 MES가 별도의 조정 없이 모든 공장 환경에 그대로 적용되는 경우는 드뭅니다. 이러한 이유로 많은 제조 기업은 정형화된 패키지에 맞춰 운영 방식을 변경하기보다,제조 소프트웨어 개발 서비스를 활용해 자사의 고유한 워크플로에 맞도록 MES를 구성하거나 구축합니다.

이러한 맞춤화의 효과가 특히 두드러지는 분야 중 하나가 품질 관리입니다. 일부 MES 구축 환경에서는 전적으로 작업자의 육안 검사에 의존하는 대신, 컴퓨터 비전을 활용해 부품을 자동으로 분류하고 육안으로 놓치기 쉬운 결함을 식별하는 AI 기반 검사 모듈을 통합하고 있습니다. 이를 통해 검사 시간을 단축하는 동시에 품질 검사의 일관성을 향상시킬 수 있습니다.

VTI Group

VTI는 AI와 같은 첨단 기술과 제조 분야의 전문성을 바탕으로 디지털 전환과 비즈니스 성장을 위한 소프트웨어 개발 원스톱 솔루션을 제공합니다. 또한 핵심 생산 관리 시스템인 MES-X와 연계하여 활용할 수 있는 제품 생태계를 구축하고 이를 통합된 원스톱 솔루션으로 제공하고 있습니다.

제조 운영을 더욱 스마트하게 만들 준비가 되셨나요?

VTI MES-X는 AI와 IoT를 기반으로 생산, 창고, 품질, 유지보수 운영을 연결하는 제조 실행 시스템입니다. 통합 제조 플랫폼을 통해 실시간 가시성을 확보하고, 프로세스를 간소화하며, 공장 운영 효율성을 향상시킬 수 있습니다.

문의하기

MES-X 통합 생산 관리 시스템은 MEScore(Manufacturing Execution System), WMS-X(Warehouse Management System), QMS-X(Quality Management System), MMS-X(Equipment Management, Maintenance, and Inspection System), TMS-X(Traceability System), PMS-X(Procurement Management System)의 6개 주요 모듈로 구성됩니다. 이를 통해 생산성을 향상시키고 생산 프로세스에 관여하는 생산 프로세스 전반의 관련 요소를 동기화하는 것을 목표로 합니다.

VTI는 MES-X 시스템과 함께 BusEye, ParkingX, FaceX, LogX, Smart ENE, Smart Monitoring System 등 자체 개발한 AI 및 IoT 제품도 제공하며, 고객사의 공장 DX 가속화에 기여하고자 합니다.

• MEScore, 제조 실행 시스템(Manufacturing Execution System): 생산 계획부터 실시간 모니터링과 보고까지 전체 생산 프로세스를 종합적으로 관리합니다.
• WMS-X, 창고 관리 시스템(Warehouse Management System): QR 코드를 활용해 원자재, 제품 및 재고를 실시간으로 관리하여 수작업을 줄입니다.
• QMS-X, 품질 관리 시스템(Quality Management System): 원자재 입고부터 제조, 제품 출하까지 전 과정의 품질을 관리하여 생산 공정을 개선하고 불량을 줄입니다.
• MMS-X, 설비 관리·유지보수·점검 시스템(Equipment Management, Maintenance, and Inspection System): 기계 및 설비의 관리와 유지보수 계획을 수립하고, 고장을 예측하여 경고하며, 투자 수익률을 분석합니다.
• TMS-X, 추적 관리 시스템(Traceability System): 제조부터 판매까지 제품의 상태를 실시간으로 추적합니다.
• PMS-X, 조달 관리 시스템(Procurement Management System): 원자재 및 기타 품목의 조달을 정확하게 관리합니다.

MES-X 시스템과 VTI의 자체 AI 및 IoT 제품에 대해 더 자세히 알아보고 싶으시다면 언제든지 문의해 주시기 바랍니다.

요약

지금까지 자동화 피라미드에 대해 살펴보았습니다. AI와 관련하여 궁금한 사항이 있으시면 언제든지 문의해 주시기 바랍니다.

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