산업공학 ()
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내용 요약
정의
산업 및 경제 시스템의 효율성을 극대화하기 위한 과학적 관리 방안을 다루는 학문.
산업공학의 핵심 개념
산업공학은 산업 · 경제 시스템을 효율적으로 관리하기 위한 체계적 관리 방안의 설계, 분석, 생성, 실행을 다루는 학문이다.
핵심 주제는 추가적인 자원 · 자본 투여 없이 운영 방식의 개선을 통해 생산성을 극대화하는 것이다. 이를 위해 일정 계획, 자원배분 계획, 공급망 설계, 품질 표준 설정, 인력 · 설비 배치 계획, 정보시스템 분석, 인간-기계 상호작용 설계 등 다양한 관리 방안을 연구하고 개발한다. 산업공학의 적용 범위는 생산, 경영, 교통, 물류, 의료, 금융 등 산업 전 분야를 포함한다.
산업공학 핵심 개념은 ‘시스템’, ‘과학적 관리’, ‘다학제’ 세 가지로 요약할 수 있다.
산업공학에서 다루는 시스템은 인간, 기계, 사물 등 물리적 구성 요소와 이들의 속성과 상호작용 관계를 나타내는 다양한 정보에 의해 정의되는 메타 구조로 표현된다. 시스템적 사고는 시스템 개별 구성 요소의 효율성 최적화보다는 이들로 구성된 시스템 전체의 효율성 극대화를 추구하는 관점을 의미한다. 따라서 시스템분석의 핵심은 상호작용 및 관계의 정밀한 분석 및 예측에 있다.
관리 측면에서 산업공학은 경영학과 여러 교차점을 가지나, 과학적 관리를 추구한다는 점에서 차별화된다. 직관과 경험에 의존하기보다는 시스템분석 방법론을 활용한 체계적, 과학적 분석이 관리의 중심에 있다.
산업공학은 과학적 관리를 위해서 수학, 통계학, 전산학, 정보학, 경영과학 등 자연과학적 지식과 해당 시스템 운영에 필요한 도메인 지식을 활용하는 다학제적 접근을 지향한다. 이런 점에서 산업공학 전공자의 역할은 구성 요소 간 조화를 이루어 시스템 전체의 성과를 극대화하는 지휘자 또는 축구 감독의 역할에 비유되기도 한다.
산업공학의 시작
전통적 관점에서 산업공학이 독립된 학문으로 발전하게 된 계기는 1900년대 초반 연구 저서 『과학적 관리의 원칙』을 통해 시스템적 사고를 도입한 프레더릭 테일러(Frederick Taylor)로부터 시작되었다고 보는 시각이 주류이다.
테일러는 효율적인 경영관리는 법칙과 규칙, 원리에 의존하는 과학의 영역에 해당한다고 주장하며, 생산성 향상은 소수의 우수한 작업자 선택에 의존하기보다는 작업 방식의 표준화와 인센티브 제도를 통해 일반 작업자를 체계적으로 훈련하고, 직관과 경험 방식이 아닌 체계적인 관리 방법론을 적용해야 달성할 수 있다고 강조하였다.
테일러의 연구는 이후 전통적 세부 연구 분야인 인간공학, 생산관리 및 통제, 그리고 시스템분석 분야로 세분되어 체계를 갖추어 나가게 된다.
산업공학과 경영과학
산업공학이 학문적 기초를 확립하는 데에는 ‘경영과학’의 역할이 크다. 경영과학은 시스템분석론에 입각한 체계적 의사결정을 다루는 독립된 실용 학문으로, 제2차 세계대전을 계기로 연합군의 군 작전 운영 효율성을 극대화하기 위한 노력 속에 탄생한다.
전쟁 종료와 더불어 민간 경영체제로 전환되면서 경영과학은 시스템분석을 위한 중요한 기초 이론 연구 분야로 산업공학 내에 자리를 잡는다. 경영과학은 수학과 통계학을 기반으로 ‘시스템 본질’에 대한 이해를 추구하며, 과학적 기초 분석모형과 효율적 설루션 개발을 주된 목표로, 관련된 경영 의사결정을 지원하는 역할을 담당한다. 경영과학의 적용 범위는 제조 및 생산 분야를 넘어 군사, 서비스, 의료 행정, 선거 등 다양한 현실 분야를 포함하고, ‘관리’ 이외에도 전략 개발, 마케팅, 기술 경영, 의사결정 등 다양한 경영 관련 주제를 포함한다.
경영과학은 현재 산업공학의 학문적 · 이론적 기초를 제공하는 중추적 역할을 담당하고 있다.
산업공학 이론 연구 분야
산업공학을 구성하는 두 가지 큰 연구 분야는 이론 연구와 도메인에 특화된 응용연구로 나뉜다. 이론 연구는 경영과학/최적화 이론, 데이터 분석, 그리고 인간행태 분석 등 세 가지 연구 분야로 세분된다.
경영과학/최적화 이론 연구는 주어진 자원을 효과적으로 활용하여 비용 최소화 또는 수익 극대화를 이루기 위한 다양한 수학적 기초 모형 개발과 모형의 해를 찾는 알고리즘 개발이 중요 연구 주제이다. 대표적 최적화 방법론으로 주1’이 있다.
데이터 분석 연구는 통계적 도구와 최적화 이론의 알고리즘을 기반으로 대규모 데이터 분석을 위한 도구를 개발하며, 주2 등 인공지능의 현실 적용을 위한 다양한 데이터 분석 방법론 연구를 포함한다.
인간행태 분석 연구는 작업자의 기본 작업 동작 분석 및 작업 표준화 연구, 사용자와 기기 간의 상호작용에 대한 실험 방법론과 분석 방법을 다룬다. 주로, 인체 구조 등 생리학적 지식과 행동 경제, 심리학 등 인문 사회적 지식을 사용한다.
관리학으로서의 산업공학
도메인에 특화된 산업공학 응용연구는 산업공학 이론 연구를 기반으로, 효율적 제품 생산과 품질 향상 방안, 그리고 시스템 내 인력 및 자원의 효율적 활용 방안을 다룬다. 시대적 요구에 따라 산업공학 응용연구는 작업관리로부터 시작하여 재고관리 · 공정관리, 생산관리, 품질관리, 물류관리, 정보시스템 관리, 금융 · 재무 관리, 공급망관리, 빅데이터 분석, 인공지능시스템 분석 · 개발 등 연구 개발 범위를 확장해 왔다.
1910년대 포드자동차의 컨베이어를 사용한 대량생산 시스템은 산업공학 관련 초기 연구가 활성화되는 촉매제 역할을 하였다. 새로운 제조 시스템에 맞추어 생산성 향상을 위한 다양한 관리 방안이 적용되기 시작하였고, 컴퓨터 개발 이전인 이 시기에는, 주로 도표와 그림 등 직관적 분석 방법 개발과 더불어 기초적 계산식과 수학모델을 통한 분석 방법 개발 연구 및 현실 적용 사례가 주를 이루었다.
1950년대 이래로, 경영과학 이론 연구 결과를 기반으로 다음과 같은 다양한 관리 방법론이 산업공학 응용연구의 주류로 자리 잡게 된다.
- 공장 내 적정 재고 수준과 주문량 및 부품 조달 시점을 수학적 모형으로 결정하는 재고관리
- 공정 간의 작업 순서를 수학적으로 모형화하고 최적화하여 생산성을 향상하는 공정관리
- 공장 설비를 비용 효율적으로 유지보수 하기 위해 계획하고 통제하는 설비관리
- 자재 부품 및 완제품에 대한 수요예측, 조달과 배분, 그리고 공장 내 기기와 재고의 효율적 운영 방안을 수학적 모형을 사용해 결정하는 생산 및 운영관리
- 제품의 품질 향상을 위한 불량률 제어, 이상 상황 탐지, 제품 개발과 기획 등을 포함하는 품질관리
- 적재, 적소, 적기에 최소 비용 수급을 위한 수배송 방식의 개선을 통해 제품의 부가가치를 높이는 공급망관리
이들 관리 방법론은 건설, 자동차, 조선, 철강, 석유화학, 반도체 산업 등 현실 시스템에 도입되며, 현실적이고 더 넓은 범위에서 실증적으로 그 효과성을 입증하였다.
이후 21세기 들어서는 빅데이터 분석과 인공신경망을 기반으로 한 다양한 접근법이 기존에 다루어 왔던 전통적 관리 분야에서 새롭게 개발되고 적용되고 있다. 이들 새로운 접근법은 기존 최적화와 함께 정보시스템 분석, 금융시스템 분석, 기술경영 시스템 분석, 대규모 공급망 분석, 빅데이터 분석, 스마트 시스템 분석, 보건 의료 시스템 응용 등, 그 적용 범위를 확장해 나가고 있다.
교육 및 학술 기구
산업공학은 1908년 미국 펜실베이니아주립대학에서 최초로 학위 수여 프로그램으로 개설되었고, 현재는 전 세계 대다수 종합대학에서 학위 프로그램을 운영하고 있다. 관련 학회로는 1948년 설립된 미국 산업공학회가 있으며, 이 학회는 2016년에 시스템의 중요성을 반영하여 산업시스템공학회[Institute of Industrial and Systems Engineers]로 개칭되어 현재에 이르고 있다.
국내에서는 1950년대 말 공업경영학과, 1960년대 중반 산업공학과가 국내 대학에 신설되며 시작되었다. 이후 1974년 대한산업공학회가 발족하고 국내 여러 대학에서 해당 학과가 다양한 이름으로 개설되고 있다. 2021년 기준으로 국내에 산업공학 개설 대학은 50여 곳이 넘으며, 산업경영공학, 산업시스템공학 등 다양한 명칭이 사용되고 있다.
최신 경향 및 전망
산업공학은 태생적으로 문과와 이과를 포괄하는 다학제적 성격이 강한 학문으로서 융복합적 사고가 필요한 4차 산업혁명 시대에 더 큰 역할이 기대되는 학문이다.
최근 산업공학은 하위 시스템들을 통합한 거대 시스템의 분석과 고도의 전문 지식이 요구되는 혁신 기술 시스템의 기술적 분석에 산업공학적 분석 방법을 적용하는 연구 경향을 보인다.
반도체 공급망관리와 같이 기업 내 전사적 주3, 초대규모 에너지 시스템 관리, 대규모 기업 집단의 자본구조 유지 전략 관리 등 거대 규모 시스템분석과 더불어, 단백질 합성, 양자 회로 설계, 신소재 물성 분석을 위한 이미지 자동 획득 등 혁신 기술 시스템분석 등이 이에 해당한다. 이는 산업공학의 역할이 지역적 시스템으로부터 도메인에 특화된 거시 및 미시 운용 시스템의 관리 및 통제 영역으로 큰 전환이 진행 중임을 의미한다.
대규모 데이터와 정보처리가 있어야 하는 이러한 거대 시스템분석을 위해서는 새로운 산업공학 이론 모형 개발 방법론이 필요하며, 이를 뒷받침할 계산 수행 속도의 획기적 향상이 필수적이다. 이 시각에서, 양자 컴퓨팅을 비롯한 혁신적 계산 방식의 발전은 향후 새로운 산업공학 방법론 개발에 중요한 촉매 역할을 할 것으로 기대된다.
참고문헌
단행본
대한산업공학회, 『스마트 세상을 여는 산업공학』(교문사, 2016)
타하, H. A., 『경영과학』(최인찬, 문일경, 류춘호, 김재희 옮김, 교보문고, 2012)
터너, Y. C., 『산업공학개론』(김성인, 박흥선 옮김, 청문각, 1987)
Salvendy, G.,Handbook of Industrial Engineering: Technology and Operations Management(John Wiley & Sons, 3rd ed, 2001)
Taylor, F. W., Principles of Scientific Management(Harper & Brothers, 1911)
인터넷 자료
주석
집필자