경제성공학
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1. 개요
경제성공학은 공학적 의사결정에 경제적 판단 기준을 적용하는 학문이다. 기술적 측면과 경제적 측면을 동시에 고려하여 신규 설비 투자, 설비 교체, 제조 방법 개선, 생산 여부, 신제품 개발, 제조 방법 선택 등 다양한 문제에 대한 경제적 타당성을 평가한다. 화폐의 시간 가치, 비용-편익 분석, 불확실성 및 위험 분석 등을 포함하며, 가치 분석, 선형 계획법, 자본 예산, 감가상각, 최소 비용 분석 등 다양한 분야를 다룬다. 한국 경제에서 대규모 국책 사업, 기업 투자, 공공 정책 수립 등에도 활용되며, 데이터 신뢰성 문제, 사회적·윤리적 가치 반영의 어려움 등 과제를 안고 있다.
공학은 기계의 성능, 자재의 질과 같은 기술적인 측면뿐만 아니라 경제적인 측면도 함께 고려해야 한다. 기술적 측면만 강조하면 순수과학에 가깝기 때문이다. 따라서 경제성 공학은 공학적 의사결정에 경제적 판단 기준을 부여하는 중요한 역할을 한다.
경제성 공학은 기술적인 문제뿐만 아니라 경제적인 측면까지 고려하여 의사결정을 내리는 분야이다. 이는 공학이 순수과학과 달리 경제 원칙을 따르는 실용적인 학문임을 의미한다. 경제성 공학은 다음과 같은 다양한 분야에서 활용된다.
2. 경제성 공학의 기본 원리
경제성 공학은 다음과 같은 다양한 문제에 적용될 수 있다.
이 외에도 경제성을 고려해야 하는 모든 공학적 및 기술적 의사결정에서 경제성 공학은 중요한 개념으로 활용된다. 경제적 판단 기준은 자금의 유입과 유출에 따른 손익을 판단하고, 자금의 시간 가치도 함께 고려해야 한다.[1]
2. 1. 화폐의 시간 가치
자본은 특정 기간 동안 대여되어 투자자에게 반환될 것이라는 이해를 바탕으로 한다. 자금-시간 관계는 이러한 유형의 행동과 관련된 비용을 분석한다. 자본 자체는 '자기자본'과 '부채자본'의 두 가지 범주로 나눌 수 있다. 자기자본은 이미 기업이 사용할 수 있는 자금으로, 주로 이익에서 파생되므로 이자를 붙여 반환을 요구하는 소유주가 없으므로 큰 문제가 되지 않는다. 부채 자본에는 소유주가 있으며, 그들은 사용된 자금의 "이익", 즉 이자와 함께 반환될 것을 요구한다. 기업이 지급해야 할 이자는 비용이 되고, 자본 대여자는 이자를 이익으로 간주하여 상황을 혼란스럽게 할 수 있다. 게다가 각자는 참여자의 소득세 상황을 변경할 것이다.
프로젝트를 완료하는 데 필요한 자본을 빌리거나 준비금에서 조달해야 할 때 이자와 자금 시간 관계가 작용한다. 자금을 빌리는 것은 이자 문제와 프로젝트 완료로 창출되는 가치를 야기한다. 반면, 준비금에서 자본을 가져가는 것은 더 많은 결과를 낼 수 있는 다른 프로젝트에 자본을 사용하지 못하게 한다. 이자는 가장 단순한 용어로 원금, 시간 단위, 그리고 이자율의 곱으로 정의된다. 그러나 이자 계산의 복잡성은 복리 이자 또는 연금과 같은 요소가 작용함에 따라 훨씬 더 높아진다.
엔지니어는 종종 복리 이자 표를 사용하여 자본의 미래 가치 또는 현재 가치를 결정한다. 이러한 표는 연금이 대출, 운영 또는 기타 상황에 미치는 영향을 결정하는 데에도 사용할 수 있다. 복리 이자 표를 활용하는 데 필요한 것은 세 가지이다. 분석 기간, 최소 매력 수익률(MARR), 그리고 자본 가치 자체이다. 이 표는 자본 가치와 함께 사용할 승수 요소를 제공하며, 이를 통해 사용자에게 적절한 미래 가치 또는 현재 가치를 제공한다. 위에 언급된 복리 이자표를 사용하여 엔지니어 또는 관리자는 특정 기간 동안 자본의 가치를 빠르게 결정할 수 있다. 예를 들어, 한 회사가 신규 기계 자금 조달을 위해 5000USD를 빌리고자 하며, 5년 후 7%의 이자로 대출금을 상환해야 한다. 표를 사용하면 5년과 7%에서 1.403의 계수가 나오며, 여기에 5000USD를 곱한다. 그러면 7015USD가 된다. 이는 물론 회사가 5년이 끝날 때 일시불로 지불하고 그 전에 어떠한 지급도 하지 않는다는 가정을 전제로 한다.
훨씬 더 적용 가능한 예시는 특정 기간 동안 제조 작업에 이점을 제공하는 특정 장비와 관련된 것이다. 예를 들어, 이 기계는 매년 회사에 2500USD의 이점을 제공하며, 내용 연수는 8년이다. 최소 허용 수익률(MARR)은 대략 5%로 결정된다. 이 시나리오에서 복리 이자표는 다른 유형의 분석에 대해 다른 계수를 제공한다. 회사가 이러한 이점의 순현재가치(NPB)를 알고 싶어한다면, 계수는 8년, 5%의 P/A이다. 이 값은 6.463이다. 회사가 이러한 이점의 미래 가치를 알고 싶어한다면, 계수는 8년, 5%의 F/A이며, 이는 9.549이다. 전자는 16157.5달러의 NPB를 제공하고, 후자는 23872.5달러의 미래 가치를 제공한다.
이러한 시나리오는 본질적으로 매우 단순하며, 대부분의 산업 상황의 현실을 반영하지 않는다. 따라서 엔지니어는 비용과 편익을 고려하기 시작하여 제안된 기계, 확장 또는 시설의 가치를 찾아야 한다.
2. 2. 비용-편익 분석
공학적인 문제에서는 주로 기계의 성능, 자재의 질과 같은 기술적인 측면을 다루는 것으로 여겨져 왔다. 그러나 이러한 문제에서 경제적인 측면을 완전히 무시하면 공학보다는 순수과학에 가깝다고 할 수 있다. 따라서 공학은 기술적 및 경제적인 면을 동시에 고려하여 경제 원칙을 수행하는 것을 의미한다. 경제성 공학은 이러한 공학적 의사결정 문제에 경제적 판단 기준을 부여하는 것이며, 구체적인 예시는 다음과 같다.
이 외에도 경제성을 무시할 수 없는 공학적 및 기술적 의사결정에서 경제성 공학은 중요한 개념이다. 공학적 문제에서 경제적 판단 기준을 부여한다는 것은 자금의 유입 또는 유출의 손익에 대한 판단이며, 자금의 시간성도 고려해야 한다.
복리 이자표를 사용하여 엔지니어나 관리자는 특정 기간 동안 자본의 가치를 빠르게 결정할 수 있다. 예를 들어, 한 회사가 신규 기계 자금 조달을 위해 5000USD를 빌리고 5년 후 7%의 이자로 대출금을 상환해야 하는 경우를 생각해 보자. 복리 이자표에서 5년과 7%에 해당하는 계수는 1.403이며, 여기에 5000USD를 곱하면 7015USD가 된다. 이는 회사가 5년이 끝날 때 일시불로 지불하고 그 전에 어떠한 지급도 하지 않는다는 가정을 전제로 한다.
더 적용 가능한 예시는 특정 기간 동안 제조 작업에 이점을 제공하는 특정 장비와 관련된 것이다. 예를 들어, 어떤 기계가 매년 회사에 2500USD의 이점을 제공하고 내용 연수가 8년이며, 최소 허용 수익률(MARR)이 약 5%라고 가정하자. 회사가 이러한 이점의 순현재가치(NPB)를 알고 싶어한다면, 복리 이자표에서 8년, 5%의 P/A 계수인 6.463을 사용한다. 회사가 이러한 이점의 미래 가치를 알고 싶어한다면, 8년, 5%의 F/A 계수인 9.549를 사용한다. 전자는 16157.5달러의 NPB를, 후자는 23872.5달러의 미래 가치를 제공한다.
이러한 시나리오는 본질적으로 매우 단순하며, 대부분의 산업 상황을 반영하지 않는다. 따라서 엔지니어는 비용과 편익을 고려하여 제안된 기계, 확장 또는 시설의 가치를 찾아야 한다.
3. 경제성 공학의 주요 분야 및 활용
이 외에도 경제성을 고려해야 하는 다양한 공학적, 기술적 의사결정에서 경제성 공학은 중요한 개념으로 활용된다. 이는 자금의 유입과 유출, 즉 손익에 대한 판단이며, 자금의 시간 가치 또한 고려해야 함을 의미한다.
경제성공학은 다음과 같은 주요 분야들을 포함한다.
경제성공학의 각 분야는 상황, 규모, 프로젝트 목표에 따라 중요도가 달라진다. 예를 들어, 핵심 경로 경제학은 자원 흐름을 조정하고 계획하므로 대부분의 상황에서 필요하다. 가장 중요한 경로는 시간과 비용 모두에 영향을 미치므로, 엔지니어와 관리자는 핵심 경로를 면밀히 모니터링해야 한다. 간트 차트와 활동-사건 네트워크는 시간과 자원을 효율적으로 사용하도록 돕는다.
3. 1. 가치 분석 (Value Analysis)
가치 분석은 산업 공학자들과 관리자들이 공정과 시스템을 단순화하고 개선하며, 해당 제품 및 시스템의 설계를 논리적으로 단순화해야 할 필요성에서 비롯되었다. 공학 경제/기술 경제와 직접적인 관련은 없지만, 가치 분석은 엔지니어들이 새롭고 기존의 시스템/공정을 적절하게 관리하여 더 단순하게 만들고 돈과 시간을 절약할 수 있게 해준다. 또한 가치 분석은 관리자나 엔지니어를 방해할 수 있는 일반적인 "장애물 변명"에 대처하는 데 도움이 된다.[1]
예를 들어 "고객이 이렇게 원한다"와 같은 말은 고객에게 더 저렴한 대안이나 방법을 알려줬는지 질문함으로써 반박할 수 있다. "제품이 변경되면 기계가 일이 없어 가동 중단될 것이다"는 관리자가 이러한 기계에 대한 새롭고 수익성 있는 용도를 찾을 수 없는지 질문함으로써 대처할 수 있다. 이러한 질문은 공학 경제/기술 경제의 일부이며, 모든 실제 연구 또는 분석에 앞서 언급된다.[1]
3. 2. 선형 계획법 (Linear Programming)
선형 계획법은 수학적 방법을 사용하여 최적의 해를 찾는 방법으로, 최소화 또는 최대화 문제를 해결하는 데 사용된다. 이 방법은 일련의 선을 사용하여 다각형을 만들고, 해당 도형에서 가장 크거나 작은 점을 결정한다. 제조 공정에서는 종종 선형 계획법을 사용하여 비용을 절감하고 이윤 또는 생산량을 극대화한다.[7]
3. 3. 자본 예산 (Capital Budgeting)
자본 예산은 엔지니어링 경제학에서 프로젝트 목표를 달성하기 위해 자본을 적절하게 사용하고 활용하는 것을 의미한다. 이는 "개인과 기업이 미래 목표를 달성하기 위해 얼마나 많은 자원을 어디에서 얻고 지출할 것인지에 대한 일련의 결정"으로 정의될 수 있다.[7] 자본 조달 방법에는 지분, 채권, 유보 이익 등 다양한 경로가 있으며, 각각 소득세와 관련하여 고유한 강점과 약점을 가지고 있다. 자본 예산 책정 시에는 자본 손실 위험과 예상 수익 같은 요소도 고려해야 한다.
예를 들어, 한 회사가 고위험, 중위험, 저위험 프로젝트에 투자할 2000만달러를 가지고 있다면, 회사가 얼마나 많은 위험을 감수할 의향이 있는지, 그리고 각 범주가 제공하는 수익이 이러한 위험을 상쇄하는지에 따라 결정이 달라진다. 만약 고위험이 20%의 수익만을 제공하고 중위험이 19%의 수익을 제공한다면, 엔지니어와 관리자는 중위험 프로젝트를 선택할 가능성이 높다. 이는 중위험 수익이 해당 범주에 훨씬 더 유리하기 때문이다. 고위험 프로젝트는 위험 상태를 정당화할 적절한 수익을 제공하지 못한다. 더 어려운 결정은 15%의 수익을 제공하는 중위험과 11%의 수익을 제공하는 저위험 사이에서 내려야 할 수 있다. 이 경우의 결정은 회사 정책, 추가 자본 가용성, 잠재적 투자자와 같은 요인의 영향을 더 많이 받을 것이다.
일반적으로 기업은 다음 기간 동안 사용할 수 있을 것으로 예상되는 각 프로젝트에 대한 투자 요구 사항과 예상 수익률을 포함하여 프로젝트 기회를 추정해야 한다. 그런 다음 가용 자본을 가장 유리한 프로젝트에 잠정적으로 할당해야 한다. 가용 자본 내에서 가장 낮은 예상 수익률은 해당 기간 동안의 모든 프로젝트 분석에 대한 최소 허용 수익률이 된다.[8]
3. 4. 감가상각 (Depreciation)
자산과 현실 세계의 물질은 결국 마모되어 고장나는 현상이 발생하므로 이를 고려해야 한다. 감가상각은 어떤 자산의 가치 감소로 정의되지만, 몇 가지 예외가 존재한다. 가치 평가는 기본적인 의미에서 감가상각의 기초로 간주될 수 있는데, 왜냐하면 ''가치''의 감소는 ''원가''에 기반하기 때문이다. 감가상각의 개념과 존재는 엔지니어링과 프로젝트 관리에 특히 관련이 있는데, 이는 운영에 사용되는 자본 설비와 자산의 가치가 서서히 감소하고, 이와 동시에 기계 고장의 가능성이 증가하기 때문이다. 따라서 감가상각의 기록과 계산은 다음과 같은 두 가지 주요 이유로 중요하다.[7]
# 부동산에 투입된 "자본 회수"에 대한 추정치를 제공하기 위해.
# 다른 비용과 마찬가지로 소득세 목적으로 사용될 수 있는 이익에서 감가상각을 공제하기 위해.
그러나 이 두 가지 이유 모두 감가상각의 "덧없는" 성격을 완전히 설명하지 못하며, 이는 직접적인 분석을 다소 어렵게 만든다. 감가상각과 관련된 문제에 더하여, 복잡한 계산과 의미를 갖는 세 가지 유형으로 세분화해야 한다.
감가상각의 계산은 여러 형태로 이루어진다. ''정액법, 정률법, 연수합계법,'' 및 ''생산량 비례법''이 있다. 첫 번째 방법은 계산하기가 가장 쉬운 방법일 수 있으며, 나머지 방법은 다양한 수준의 난이도와 유용성을 갖는다. 감가상각과 관련하여 관리자가 직면하는 대부분의 상황은 이러한 공식 중 하나를 사용하여 해결할 수 있지만, 회사의 정책이나 개인의 선호도에 따라 모델의 선택이 달라질 수 있다.[7]
미국에서 사용되는 감가상각의 주요 형태는 수정 가속 자본 회수 시스템(MACRS)이며, 자산의 종류와 수명을 제공하는 여러 표를 기반으로 한다. 특정 자산에는 특정 수명이 부여되며, 이는 매년 감가상각될 수 있는 자산의 가치에 영향을 미친다. 이것이 반드시 자산이 MACRS 수명이 다한 후에 폐기되어야 한다는 의미는 아니며, 단지 더 이상 세금 공제에 사용할 수 없다는 의미이다.
3. 5. 최소 비용 분석 (Minimum Cost Analysis)
경제성공학에서 가장 중요하고 필수적인 운영 중 하나는 시스템 및 프로세스에서 비용을 최소화하는 것이다. 수익, 제품, 이윤을 극대화하려면 모든 시스템에 투입되는 시간, 자원, 노동력, 자본을 모두 최소화해야 한다. 일반적인 방정식은 다음과 같다.
:
여기서 ''C''는 총 비용, ''a'', ''b'', ''k''는 상수이고, ''x''는 생산된 가변 단위 수이다.
수많은 비용 분석 공식이 있으며, 각 공식은 특정 상황에 맞게 적용되고 해당 회사의 정책이나 담당 엔지니어의 선호도에 따라 정당화된다.
3. 6. 공공 및 민간 부문의 경제성 연구
경제성 연구는 공학 경제학 외 분야에서 훨씬 더 흔하게 사용되며, 특정 프로젝트의 타당성과 유용성을 판단하기 위해 때때로 사용된다. 그러나 이러한 연구는 거시 경제학에 고정되어 있으며, 엔지니어는 이 분야와 거의 관련이 없는 "일반적인 개념"의 경제성 연구를 진정으로 반영하지 않는다.[7] 따라서 공학 경제학에서 수행되는 연구는 특정 회사와 해당 회사 내의 제한된 프로젝트를 위한 것이다. 기껏해야 민간 기업이 정부나 다른 사업체를 위해 수행한 타당성 연구를 찾을 수 있지만, 이러한 연구 또한 진정한 경제성 연구의 포괄적인 특성과는 뚜렷한 대조를 이룬다.[7] 연구에는 거의 모든 유형의 상황에 적용할 수 있는 여러 주요 단계가 있으며, 다음과 같다.
4. 한국 경제에서의 경제성 공학
경제성 공학은 한국 경제에서 기업의 투자 결정, 공공 정책 수립 및 평가 등 다양한 분야에 활용된다.
기업은 자본 예산을 통해 미래 목표 달성을 위한 자원 확보 및 사용 방안을 결정하며, 이 과정에서 자본 조달 방법, 위험과 수익, 투자 결정 요인 등을 고려한다.[7] 일반적으로 예상 수익률이 높은 프로젝트부터 우선적으로 투자한다.[8]
공공 정책 분야에서 경제성 연구는 특정 프로젝트의 타당성과 유용성을 판단하는 데 사용된다. 그러나 이러한 연구는 거시 경제학에 기반을 두고 있어, 기업 내 제한된 프로젝트를 위한 공학 경제학 연구와는 차이가 있다.[7] 경제성 연구는 계획 및 검토, 표준 경제성 연구 참조, 추정, 신뢰성, 실제 성과와 예상 성과 비교, 분석가의 객관성 확보 등의 단계를 거친다.[7]
4. 1. 기업의 투자 의사 결정
자본 예산은 기업이 미래 목표를 달성하기 위해 자원을 어떻게 확보하고 사용할지에 대한 의사 결정 과정이다.[7] 기업은 투자를 결정할 때 다음의 여러 요소를 고려해야 한다.- 자본 조달 방법: 기업은 지분, 채권, 유보 이익 등 다양한 방법으로 자본을 조달할 수 있으며, 각 방법은 소득세와 관련하여 장단점을 가진다.
- 위험과 수익: 기업은 투자할 때 자본 손실 위험과 예상 수익을 함께 고려해야 한다. 일반적으로 고위험 프로젝트는 더 높은 수익을 기대할 수 있지만, 위험을 감수할 가치가 있는지 신중하게 판단해야 한다. 예를 들어, 한 회사가 2,000만 달러의 투자 자금을 가지고 고위험, 중위험, 저위험 프로젝트에 투자할 경우, 각 프로젝트의 예상 수익과 위험 수준을 비교하여 투자 결정을 내린다.
- 투자 결정 요인: 투자 결정은 회사의 정책, 추가 자본 가용성, 잠재적 투자자 등 다양한 요인의 영향을 받는다.
일반적으로 기업은 예상 수익률이 높은 프로젝트부터 우선적으로 투자하며, 가용 자본 내에서 가장 낮은 예상 수익률이 해당 기간 동안 모든 프로젝트 분석에 대한 최소 허용 수익률이 된다.[8]
4. 2. 공공 정책 수립 및 평가
경제성 연구는 특정 프로젝트의 타당성과 유용성을 판단하기 위해 공학 경제학 외 분야에서 더 흔하게 사용된다. 그러나 이러한 연구는 거시 경제학에 기반을 두고 있으며, 엔지니어가 거의 관련되지 않는 "일반적인 개념"의 경제성 연구를 반영하지 않는다. 따라서 공학 경제학에서 수행되는 연구는 특정 회사와 해당 회사 내의 제한된 프로젝트를 위한 것이다. 민간 기업이 정부나 다른 사업체를 위해 수행한 타당성 연구도 진정한 경제성 연구의 포괄적인 특성과는 다르다.[7]경제성 연구에는 거의 모든 유형의 상황에 적용할 수 있는 여러 주요 단계가 있다.[7]
5. 경제성 공학의 과제와 미래 전망
경제성 공학은 지속적인 발전을 통해 여러 분야에서 그 중요성이 커지고 있지만, 여전히 해결해야 할 과제들이 남아있다.
- 데이터 신뢰성 확보: 경제성 공학의 분석은 데이터에 기반하므로, 신뢰할 수 있는 데이터를 확보하고 관리하는 것이 중요하다. 특히, 빅데이터 시대에 방대한 데이터 속에서 유의미한 정보를 추출하고, 데이터의 편향성(bias)을 최소화하는 기술 개발이 필요하다.
- 윤리적 문제: 경제성 공학의 발전은 개인 정보 침해, 알고리즘의 불공정성 등 윤리적 문제를 야기할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 투명하고 책임감 있는 기술 개발과 사회적 논의가 필요하다.
- 융합 학문과의 협력: 경제성 공학은 경제학, 통계학, 컴퓨터 과학 등 다양한 학문 분야와 융합하여 발전해야 한다. 학문 간의 경계를 넘어선 협력을 통해 새로운 분석 방법론을 개발하고, 현실 문제에 대한 더 나은 해결책을 제시할 수 있을 것이다.
미래에는 인공지능, 머신러닝 등 첨단 기술과의 융합을 통해 경제성 공학이 더욱 발전할 것으로 예상된다. 특히, 다음과 같은 분야에서 경제성 공학의 역할이 더욱 중요해질 것이다.
- 자동화된 의사 결정: 경제성 공학은 복잡한 경제 시스템에서 최적의 의사 결정을 내릴 수 있도록 돕는다. 인공지능과 결합하여 자동화된 의사 결정 시스템을 구축하고, 기업 경영, 금융 투자, 정책 결정 등 다양한 분야에 활용할 수 있을 것이다.
- 예측 모델 고도화: 머신러닝 기술을 활용하여 경제 현상을 예측하는 모델을 더욱 고도화할 수 있다. 경제 성장률, 물가 상승률, 주가 변동 등 다양한 경제 지표를 예측하고, 불확실성에 대비하는 데 기여할 수 있을 것이다.
- 맞춤형 서비스 제공: 개인의 경제적 상황과 선호도를 분석하여 맞춤형 금융 상품, 투자 전략, 소비 계획 등을 제안하는 서비스를 제공할 수 있다. 이를 통해 개인의 경제적 복지를 증진하고, 합리적인 의사 결정을 지원할 수 있을 것이다.
경제성 공학은 앞으로도 지속적인 발전을 통해 우리 사회의 경제 시스템을 효율적으로 관리하고, 더 나은 미래를 만들어가는 데 중요한 역할을 할 것이다.
참조
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서적
Engineering Economics
Himalaya Publishing House
[2]
서적
Engineering economy: the analysis of management decisions
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[3]
웹사이트
Optimal Switching Times for Season and Single Tickets
http://ocw.metu.edu.[...]
[4]
웹사이트
Undergraduate Programs Civil, Construction, and Environmental Engineering
https://www.uab.edu/[...]
2015-04-06
[5]
서적
Engineering Economy
Prentice-Hall
[6]
서적
Engineering Firms: A Survey Of Factors Affecting Their Growth & Performance
https://books.google[...]
Industrial Systems Research Publications
[7]
서적
Engineering Economy
[8]
서적
Engineering Economy
Macmillan Publishing Co., Inc.
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