[REPORT] 뿌리산업과 제조업용 로봇 생산성 향상 및 경쟁력 강화 위해 로봇 도입 절실 한국공작기계산업협회가 지난 7월 18일 코엑스 세미나실에서 ‘2013 제조업용 로봇 기술세미나’를 개최했다. ‘끝없이 진화하는 제조업용 로봇기술’를 주제로 열린 이번 세미나에서 한국기계연구원 정광조 박사는 ‘뿌리산업 고도화를 위한 제조업용 로봇기술’이라는 발표를 통해 6대 뿌리산업의 특성 및 로봇 적용 가능성, 그리고 적용 시 검토해야 할 사항들에 대해 소개했다. 뿌리산업은 소재를 부품으로, 부품을 완제품으로 생산하는 기초 공정산업으로 주조, 금형, 용접, 소성가공, 열처리, 표면처리 및 기타 연계공정이 이에 해당한다. 현재 세계 뿌리산업은 2010년 기준 시장규모가 2,000조 원이고 2020년에는 2,500조 원에 이를 전망이며, 국내의 경우 2009년 기준 규모가 약 37조 원이며 2015년까지 꾸준한 성장이 예상된다. 뿌리산업의 ACE 산업으로의 변화 필요 국내 뿌리산업은 대기업의 종속화가 심하고 기술개발 투자가 매출액 대비 0.78%로 일반제조기업의 2.76%에 못 미칠 뿐 아니라 전문인력 감소, 에너지 다소비 등으로 인해 생산성이 낮은 편이다. 실제 1인당 생산성은 일본의 1/5, 미국의 1/2 수준에 불과하다. 인력문제도 심각한 편이다. 2012년 한국생산기술원의 조사자료에 따르면 현재 뿌리기업 종사자의 62.3%가 50~60대이고, 인력 부족률도 8.76%로 중소 제조업의 3.01%보다 훨씬 높은 수준이다. 이에 따라 3D산업으로 인식되던 뿌리산업을 ACE(Automatic, Clean, Easy)산업으로 변화시킨다는 것이 지난 2011년 ‘뿌리산업 진흥과 첨단화에 관한 법률’이 제정된 이후 정부가 지속해온 뿌리산업의 종합적인 정책 방안의 골자다. 여기에는 기술자립형 기술기업 육성, 저탄소 녹색산업 구조로의 전환, 연구개발 투자 확대, 청년인력의 종사율 제고 등이 포함돼 있다. 지난 7월 18일 열린 ‘2013 제조업용 로봇 기술세미나’에서 한국기계연구원의 정광조 박사는 ‘뿌리산업 고도화를 위한 제조업용 로봇 기술’이라는 주제를 통해 뿌리산업의 특성 및 로봇의 적용 가능성, 그리고 로봇을 적용할 경우 검토해야 할 사항들에 대해 설명했다. 뿌리산업별 로봇 도입의 선결과제들 ■ 표면처리 표면처리는 모재의 특성 변화없이 재료의 표면을 처리해 원하는 특성을 얻는 기술산업으로 내구성 향상, 기능성 부여, 미관 향상 등이 그 목적이다. 주요 적용 분야는 반도체, 디스플레이, 광학 및 필름, 자동차, 항공우주, 인체․의료 등이다. 국내 표면처리 산업은 최근 휴대폰, 자동차, 가전 등 상품의 교체주기가 점차 단축됨에 따라 시장 환경 변화가 아주 빠르게 진행되는 만큼 로봇의 도입으로 납기를 단축해야 할 필요성이 대두되고 있다. 또한 환경 문제의 대두로 습식에서 건식 방식으로 이동 중이고, 반도체/디스플레이 표면처리 분야는 세계적 수준이지만 자동차/기계 분야는 기술이 부족해 기술개발이라는 과제도 안고 있다. 표면처리 공정에는 다양한 로봇의 수요가 존재한다. 도금, 세정 등의 공정에서 공정 순차 이송 및 물류나 부분가공 및 연마 등 소재의 가공, 도장 및 코팅 공정 등으로 이같은 공정에서 로봇의 도입은 3D 작업환경의 개선과 생산성 향상에 도움을 줄 것이다. 한국기계연구원 정광조 박사는 “표면처리 공정에서 로봇을 도입할 경우 인화물질이 많은 작업환경을 고려해 내구성, 내식성, 내습식성을 갖춰야 하며, 방폭구조 및 성능은 물론 조작기능의 단순화도 필요하다”고 강조했다. ■ 금형금형은 재료의 소성, 유동성 등의 성질을 이용해 재료를 가공 성형해 제품을 생산하는 ‘틀’ 또는 ‘형’을 제작하는 기술산업으로 다양한 전후방산업과 연계돼 있어 요구되는 기술도 매우 다양한 만큼 공정의 고도화가 필수적으로 요구된다. 금형의 전방산업으로는 기계, 자동차, 전기/전자, 디스플레이, 가전, LED, 생활용품, 태양광, 풍력 등이 있고, 후방산업으로는 소재/부품, 공작기계, 공구, 열/표면처리, CAD/CAM/CAE, 디자인 등이 있다. 최근 금형은 초정밀화 및 대형화, 다양화, 다품종 소량 생산의 추세이고 짧은 납기에 부응해야 하는 요구에 직면해 있기 때문에 로봇의 역할이 점점 증대되고 있다. 이에 대해 정 박사는 “금형산업에서 로봇은 검사나 측정, 가공(샘플, 목형), 연마작업 등에 적용하면 좋기 때문에 특수작업 전용 로봇이 필요하다”며 “로봇 도입 시 DB관리나 캘리브레시션과 같은 성능유지 기술을 갖춰야 하고 컴퓨터, 제어, 프로그램 등이 가능한 전문인력 확보가 선행돼야 한다”고 설명했다. 물론 금형 업체 대부분이 중소기업임을 감안할 때 로봇시스템 전용 공간도 필요하다고 덧붙였다. ■ 용접용접은 물체나 재료의 접합 부분을 용융 또는 반용융 상태로 해 직접 또는 용접봉을 첨가해 간접적으로 접합시키는 산업으로 용융용접, 고상용접, 브레이징 및 솔더링 등이 이에 해당한다. 특히 용접은 퓸(Fume) 발생을 수반하는 전형적인 3D업종으로 조선의 35%, 자동차의 21%, 전자부품의 21%, 건설의 24%가 용접공정을 필요로 하는 만큼 수요산업의 집중도가 높고 로봇의 적용이 가장 많이 이뤄지고 있는 산업분야이기도 하다.정 박사는 “로봇을 용접공정에 도입할 경우 가장 큰 부가가치를 기대할 수 있다”고 밝혔다. 그 이유는 로봇은 반복작업 성능이 우수해 인력을 대체하고 연속작업이 가능하고, 고품질 및 제품 균일성을 확보할 수 있을 뿐 아니라 불량률을 줄여 정밀도를 높일 수 있기 때문이라고 분석했다.또한 열악한 환경에 적용돼 장시간 작업이 가능하고 작업노하우를 프로그램화해 다품종 생산도 할 수 있다는 점을 꼽았다. 용접 공정에 로봇을 도입할 경우 시스템 관리와 유지기술이 필요하다는 점, 컴퓨터, 제어, 프로그램 등 전문 기술인력이 확보돼야 한다는 점, 용접공정 기술 확보가 필요하다는 점은 검토돼야 할 사항들이다. ■ 주조주조는 목적하는 형상의 반대 형상 공간을 갖는 주형(틀)을 만들고 그 속에 고온의 액체 금속을 주입해 응고시키는 금속성형법의 대표적 기술로, 철/비철주물, 다이캐스팅/사형주조/특수주조 등이 이에 속한다. 자동차의 엔진블록과 트랜스미션이나 LED 백플레이트와 휴대폰 케이스, 선박, 기계/부품 등을 만들 때 사용된다. 2010년 기준 국내 주물생산량은 206만 톤(철계 및 비철 포함)으로 세계 8위 규모다. 수요 대기업의 2~4차 협력사가 90%에 이를 정도로 대기업에 대한 종속도가 높아 가격교섭 능력도 취약하다. 에너지를 많이 소요하고 온실가스 배출도 많아 친환경기술의 필요한 산업이자 전형적인 노동집약적인 3D 업종이다. 주조는 고온의 금속이 재료가 되므로 위험하다. 따라서 이를 공급하고 취출하는 공정작업용 로봇이나 부품의 인입과 인출과 같은 공정이송용 로봇이 필요하다. 주조 산업현장은 장비 중심으로 돼 있어 좁은 공간에 로봇이 배치될 가능성이 크므로 도입 시 설치공간이 고려돼야 하고 인적 병행작업이 가능한 구조도 필요로 한다. 이와 함께 고열, 다습, 분진에 대한 대책과 주조기와의 동기화 제어도 필수적이다.정 박사는 “주조 공정 역시 용접과 마찬가지로 시스템 관리와 유지기술은 물론 전문인력이 확보가 필요하다”며 “비교적 저속으로 운전되지만 오동작․사고 시 파급효과가 크다는 점을 염두에 둬야 한다”고 강조했다. ■ 소성소성은 재료에 외력을 가해 재료 내 발생하는 응력이 외력과 평형이 될 때까지 변형해 외력이 제거돼도 원형으로 복원되지 않는 소성 변형 특성을 이용해 재료를 원하는 형태로 변형시켜 가공하는 기술이다. 소성산업은 초기 금형 및 설비 투자비가 높고 연구개발이 어렵고 기술․생산 경쟁이 치열해 차별성을 확보하는 것이 힘들 뿐 아니라 기술, 장비 집약적인 생산 기반의 뿌리산업이라는 특징을 갖는다. 최근에는 수송산업에서 연비 및 환경규제에 대응할 수 있는 경량화 부품을 생산하는 핵심기술로 관심이 집중되고 있기도 하다. 소성 공정에서 로봇은 고온의 열간 작업공정이나 프레스 같은 위험 공정에 적용할 수 있으나 아직까지 어려움 점이 많으며, 열간 작업용 툴, High Offset Tool 그리고 냉간 단조는 경량 툴로서의 역할을 한다. 소성가공 공정에서 로봇은 좁은 공간에 사람과 함께 작업할 목적으로 배치될 가능성이 큰 만큼 이를 고려한 구조가 필요하고 예열 및 안정화 시간을 최소로 줄일 수 있는 장시간 연속 가동 성능 확보도 필수다. 또한 소성 공정 작업 기계와의 동기화 및 고속화 제어도 수반돼야 한다. 소성가공 공정에서 로봇 도입 시 로봇 시스템의 동일 계열화와 시스템 유지관리 기술의 필요하며 마찬가지로 컴퓨터, 제어, 프로그램 등의 전문기술 인력이 확보돼야 한다. 열간 소성 로봇은 고온, 다습, 분진 대책이, 냉간 소성(다중 프레스 등) 로봇은 고속 흡착식 그리퍼 등의 성능과 기능이 검토돼야 한다. ■ 열처리 열처리는 가열, 냉각 사이클에 의한 조직 제어를 통해 강도, 내마모성, 내피로성 등의 물성과 정밀도 등을 결정하는 기술산업으로 가공 후 완제품 이전의 마지막 공정이라 볼 수 있다. 공구, 금형, 기어류, 기계부품 등에 적용된다. 역추적 및 단순 모방이 어려운 고부가가치 기술이며 대부분 임가공 형태이므로 독자적인 성장이 어렵고 대량 생산은 대기업이 점유하고 있는 실정이다. 최근에는 중국의 도전이 거세지고 있고 신소재가 속속 등장함에 따라 이에 따른 신기술 개발이 요구되고 있다. 열처리는 엔진부품 등 자동차 분야가 전체 수요의 70% 이상을 차지하고 있고 최근 경기 영향에도 불구하고 대체로 호황을 지속 중에 있다. 열처리 공정은 로봇의 적용이 결코 쉽지 않다. 벌크 열처리 분야가 공정 소요시간이 길고 자동화가 가능한 영역이 협소할 뿐 아니라 표면 경화 열처리도 소재에 따라 다양한 열처리 요구 특성이 필요해 공정기술의 데이터베이스화가 요구되기 때문이다. 레이저, 플라즈마 등 다양한 열처리 방식에 대해 대응이 가능해야 하고 크기, 무게, 물성 등 대상부품에 따라 다양한 공정이 필요한 것도 그 이유다. 정 박사는 “열처리 공정 로봇의 도입시 공정 데이터의 데이터베이스화가 필수조건이 된다”며 그 외 검토사항으로 시스템 관리 및 유지 기술과 전문 기술인력의 확보를 꼽았다. 뿌리산업내 제조업용 로봇의 확산 현재 제조업용 로봇 시장은 2005년 5,138억 원에서 2008년 7,565억 원으로 꾸준히 증가해 왔으며, 연평균 약 13%의 성장률을 기록하고 있다. 정 박사는 제조업용 로봇의 뿌리산업 보급, 확산의 문제를 SWOT 관점에서 분석했다. 정 박사는 강점으로 안정적인 생산 인프라 구축과 뛰어난 숙련기술을 꼽았으며 특히 뿌리산업의 숙련된 기술을 데이터베이스화해 로봇산업과 연계한다면 보다 안정적이고 효율 높은 생산이 가능할 것으로 내다봤다. 여기에 기회의 요인으로 3D 작업을 기피하고 생산 자동화의 추세에 맞출 수 있다는 점을 들었다. 자동차, 전자, IT 등 전방산업이 활기를 띠고 있고 정부의 적극적인 지원까지 더해져 로봇의 보급이 촉진하고 있고, 로봇산업의 발전에 따라 안정성에 대한 입증도 이뤄져 불안요인이 감소했다는 점도 기회 요인으로 작용하고 있다. 약점으로는 뿌리기업에서 로봇을 활용할 역량이 아직까지 부족하고 초기투자비가 많이 들어 부담이 된다는 점을 지적했다. 또한 로봇 판매나 A/S 경험이 많지 않고 수요 및 공급처가 모두 중소기업이다 보니 시장이 작다. 이에 따라 투자 기피와 자금난이 위협이 될 수 있다. 정 박사는 “수요기업에서 제조시스템을 바꾸며 발생하는 생산라인의 공백은 매출 신장과 무관하다는 인식이 대부분이라 투자를 기피하고 초기투자비가 많이 드는 것도 투자의욕을 저하시킨다”고 분석했다. 이어 정 박사는 제조업용 로봇이 뿌리산업으로 보급, 확산되는 데에는 여러 가지 문제점이 있음을 지적했다. 뿌리기업의 입장에서 볼 때 정보 및 관심 부족, 불투명한 경기 상황, 효과에 대한 불확신과 인력 대체에 대한 거부감을 갖고 있다는 것. 반대로 로봇기업에서는 뿌리기업과 접촉해 관련 공정의 전문성을 파악하는 것이 쉽지 않고 대부분의 기업이 10인 이하로 영세성을 면치 못해 관심과 투자에 인색하다는 점이다. 하지만 뿌리산업의 고도화 및 첨단화와 날로 변화하는 경제 환경에서 경쟁력을 갖추기 위해서는 로봇기술의 도입이나 나아가 다른 첨단기술과의 융합이 절대적이라 필요하다고 볼 수 있다. 중소제조업용 로봇시범사업 시행 한국로봇산업진흥원은 2011년부터 올해까지 총 예산 105억 원을 투자해 중소제조업용 로봇시범사업을 실시한다. 이 사업은 금형, 용접 등 뿌리산업 6대 분야 및 전후연계공정에 로봇을 현장적용하기 위한 것으로, 뿌리기업에 로봇도입을 통한 신시장 수요 창출, 로봇을 통한 중소제조업의 생산성 향상 및 작업환경 개선 등의 직간접적인 효과가 기대된다.특히 이 사업은 실수요자 환경에서 실제 제품을 운용함으로써 제품에 대한 수요자 인식을 긍정적으로 전환하고 로봇에 대한 홍보, 로봇기업의 시장 경험 축적, 제품 상용화 의지를 제고하는 것을 목적으로 한다. 이에 따라 도장, 단조, 용접, 주조, 주물, 소성가공, 연계공정 분야의 뿌리기업과 동부로봇, 로봇밸리, 유진엠에스, 로보스타 등의 로봇기업과 컨소시엄을 구성해, 도료공급장치 등 주변설비 국산화, 전용 그리퍼 및 공정 개발, 자동차용 주물부품 생산 및 연계공정의 로봇기반 자동화 모델 구축, C형 프레스 자동화 및 멀티 프레스 라인 자동화 모델 구축 등과 같은 성공적인 사례들을 만들어가고 있다. 이를 통해 수요처의 생산성 증대는 물론 불량률 감소, 매출 증대와 함께 나아가 중소기업의 제조경쟁력 향상이라는 효과를 거두고 있다.마지막으로 정 박사는 “6대 뿌리산업에서 제조업용 로봇의 도입은 생산성 및 수익성 증대와 함께 산업 환경 개선을 통해 3D산업에서 ACE산업으로 변화하는 밑거름이 될 것”이라며 “로봇기업에 있어서 뿌리산업의 제조업용 로봇 시장은 블루오션이 될 수 있으므로 전문성은 물론 고유기술을 확보하는데 주력해야 할 것”이라고 강조했다. 이어 “이와 함께 정부는 기술적, 정책적, 금융적 지원을 소홀히 해서는 안된다”고 덧붙였다.

[REPORT] 뿌리산업과 제조업용 로봇

생산성 향상 및 경쟁력 강화 위해 로봇 도입 절실

기사입력 2013-08-31 00:01:00

[산업일보]

한국공작기계산업협회가 지난 7월 18일 코엑스 세미나실에서 ‘2013 제조업용 로봇 기술세미나’를 개최했다. ‘끝없이 진화하는 제조업용 로봇기술’를 주제로 열린 이번 세미나에서 한국기계연구원 정광조 박사는 ‘뿌리산업 고도화를 위한 제조업용 로봇기술’이라는 발표를 통해 6대 뿌리산업의 특성 및 로봇 적용 가능성, 그리고 적용 시 검토해야 할 사항들에 대해 소개했다.

‘2013 제조업용 로봇 기술세미나’ 전경

뿌리산업은 소재를 부품으로, 부품을 완제품으로 생산하는 기초 공정산업으로 주조, 금형, 용접, 소성가공, 열처리, 표면처리 및 기타 연계공정이 이에 해당한다. 현재 세계 뿌리산업은 2010년 기준 시장규모가 2,000조 원이고 2020년에는 2,500조 원에 이를 전망이며, 국내의 경우 2009년 기준 규모가 약 37조 원이며 2015년까지 꾸준한 성장이 예상된다.

뿌리산업의 ACE 산업으로의 변화 필요

국내 뿌리산업은 대기업의 종속화가 심하고 기술개발 투자가 매출액 대비 0.78%로 일반제조기업의 2.76%에 못 미칠 뿐 아니라 전문인력 감소, 에너지 다소비 등으로 인해 생산성이 낮은 편이다. 실제 1인당 생산성은 일본의 1/5, 미국의 1/2 수준에 불과하다.

인력문제도 심각한 편이다. 2012년 한국생산기술원의 조사자료에 따르면 현재 뿌리기업 종사자의 62.3%가 50~60대이고, 인력 부족률도 8.76%로 중소 제조업의 3.01%보다 훨씬 높은 수준이다.

이에 따라 3D산업으로 인식되던 뿌리산업을 ACE(Automatic, Clean, Easy)산업으로 변화시킨다는 것이 지난 2011년 ‘뿌리산업 진흥과 첨단화에 관한 법률’이 제정된 이후 정부가 지속해온 뿌리산업의 종합적인 정책 방안의 골자다. 여기에는 기술자립형 기술기업 육성, 저탄소 녹색산업 구조로의 전환, 연구개발 투자 확대, 청년인력의 종사율 제고 등이 포함돼 있다.

지난 7월 18일 열린 ‘2013 제조업용 로봇 기술세미나’에서 한국기계연구원의 정광조 박사는 ‘뿌리산업 고도화를 위한 제조업용 로봇 기술’이라는 주제를 통해 뿌리산업의 특성 및 로봇의 적용 가능성, 그리고 로봇을 적용할 경우 검토해야 할 사항들에 대해 설명했다.

뿌리산업별 로봇 도입의 선결과제들

■ 표면처리
표면처리는 모재의 특성 변화없이 재료의 표면을 처리해 원하는 특성을 얻는 기술산업으로 내구성 향상, 기능성 부여, 미관 향상 등이 그 목적이다. 주요 적용 분야는 반도체, 디스플레이, 광학 및 필름, 자동차, 항공우주, 인체․의료 등이다.

국내 표면처리 산업은 최근 휴대폰, 자동차, 가전 등 상품의 교체주기가 점차 단축됨에 따라 시장 환경 변화가 아주 빠르게 진행되는 만큼 로봇의 도입으로 납기를 단축해야 할 필요성이 대두되고 있다. 또한 환경 문제의 대두로 습식에서 건식 방식으로 이동 중이고, 반도체/디스플레이 표면처리 분야는 세계적 수준이지만 자동차/기계 분야는 기술이 부족해 기술개발이라는 과제도 안고 있다.

표면처리 공정에는 다양한 로봇의 수요가 존재한다. 도금, 세정 등의 공정에서 공정 순차 이송 및 물류나 부분가공 및 연마 등 소재의 가공, 도장 및 코팅 공정 등으로 이같은 공정에서 로봇의 도입은 3D 작업환경의 개선과 생산성 향상에 도움을 줄 것이다.

한국기계연구원 정광조 박사는 “표면처리 공정에서 로봇을 도입할 경우 인화물질이 많은 작업환경을 고려해 내구성, 내식성, 내습식성을 갖춰야 하며, 방폭구조 및 성능은 물론 조작기능의 단순화도 필요하다”고 강조했다.

■ 금형
금형은 재료의 소성, 유동성 등의 성질을 이용해 재료를 가공 성형해 제품을 생산하는 ‘틀’ 또는 ‘형’을 제작하는 기술산업으로 다양한 전후방산업과 연계돼 있어 요구되는 기술도 매우 다양한 만큼 공정의 고도화가 필수적으로 요구된다. 금형의 전방산업으로는 기계, 자동차, 전기/전자, 디스플레이, 가전, LED, 생활용품, 태양광, 풍력 등이 있고, 후방산업으로는 소재/부품, 공작기계, 공구, 열/표면처리, CAD/CAM/CAE, 디자인 등이 있다.

최근 금형은 초정밀화 및 대형화, 다양화, 다품종 소량 생산의 추세이고 짧은 납기에 부응해야 하는 요구에 직면해 있기 때문에 로봇의 역할이 점점 증대되고 있다.

이에 대해 정 박사는 “금형산업에서 로봇은 검사나 측정, 가공(샘플, 목형), 연마작업 등에 적용하면 좋기 때문에 특수작업 전용 로봇이 필요하다”며 “로봇 도입 시 DB관리나 캘리브레시션과 같은 성능유지 기술을 갖춰야 하고 컴퓨터, 제어, 프로그램 등이 가능한 전문인력 확보가 선행돼야 한다”고 설명했다.

물론 금형 업체 대부분이 중소기업임을 감안할 때 로봇시스템 전용 공간도 필요하다고 덧붙였다.

■ 용접
용접은 물체나 재료의 접합 부분을 용융 또는 반용융 상태로 해 직접 또는 용접봉을 첨가해 간접적으로 접합시키는 산업으로 용융용접, 고상용접, 브레이징 및 솔더링 등이 이에 해당한다.

특히 용접은 퓸(Fume) 발생을 수반하는 전형적인 3D업종으로 조선의 35%, 자동차의 21%, 전자부품의 21%, 건설의 24%가 용접공정을 필요로 하는 만큼 수요산업의 집중도가 높고 로봇의 적용이 가장 많이 이뤄지고 있는 산업분야이기도 하다.

정 박사는 “로봇을 용접공정에 도입할 경우 가장 큰 부가가치를 기대할 수 있다”고 밝혔다. 그 이유는 로봇은 반복작업 성능이 우수해 인력을 대체하고 연속작업이 가능하고, 고품질 및 제품 균일성을 확보할 수 있을 뿐 아니라 불량률을 줄여 정밀도를 높일 수 있기 때문이라고 분석했다.

또한 열악한 환경에 적용돼 장시간 작업이 가능하고 작업노하우를 프로그램화해 다품종 생산도 할 수 있다는 점을 꼽았다.

용접 공정에 로봇을 도입할 경우 시스템 관리와 유지기술이 필요하다는 점, 컴퓨터, 제어, 프로그램 등 전문 기술인력이 확보돼야 한다는 점, 용접공정 기술 확보가 필요하다는 점은 검토돼야 할 사항들이다.

한국기계연구원의 정광조 박사는 ‘뿌리산업 고도화를 위한 제조업용 로봇 기술’에 대한 발표를 진행했다.

■ 주조
주조는 목적하는 형상의 반대 형상 공간을 갖는 주형(틀)을 만들고 그 속에 고온의 액체 금속을 주입해 응고시키는 금속성형법의 대표적 기술로, 철/비철주물, 다이캐스팅/사형주조/특수주조 등이 이에 속한다. 자동차의 엔진블록과 트랜스미션이나 LED 백플레이트와 휴대폰 케이스, 선박, 기계/부품 등을 만들 때 사용된다.

2010년 기준 국내 주물생산량은 206만 톤(철계 및 비철 포함)으로 세계 8위 규모다. 수요 대기업의 2~4차 협력사가 90%에 이를 정도로 대기업에 대한 종속도가 높아 가격교섭 능력도 취약하다. 에너지를 많이 소요하고 온실가스 배출도 많아 친환경기술의 필요한 산업이자 전형적인 노동집약적인 3D 업종이다.

주조는 고온의 금속이 재료가 되므로 위험하다. 따라서 이를 공급하고 취출하는 공정작업용 로봇이나 부품의 인입과 인출과 같은 공정이송용 로봇이 필요하다. 주조 산업현장은 장비 중심으로 돼 있어 좁은 공간에 로봇이 배치될 가능성이 크므로 도입 시 설치공간이 고려돼야 하고 인적 병행작업이 가능한 구조도 필요로 한다. 이와 함께 고열, 다습, 분진에 대한 대책과 주조기와의 동기화 제어도 필수적이다.

정 박사는 “주조 공정 역시 용접과 마찬가지로 시스템 관리와 유지기술은 물론 전문인력이 확보가 필요하다”며 “비교적 저속으로 운전되지만 오동작․사고 시 파급효과가 크다는 점을 염두에 둬야 한다”고 강조했다.

■ 소성
소성은 재료에 외력을 가해 재료 내 발생하는 응력이 외력과 평형이 될 때까지 변형해 외력이 제거돼도 원형으로 복원되지 않는 소성 변형 특성을 이용해 재료를 원하는 형태로 변형시켜 가공하는 기술이다.

소성산업은 초기 금형 및 설비 투자비가 높고 연구개발이 어렵고 기술․생산 경쟁이 치열해 차별성을 확보하는 것이 힘들 뿐 아니라 기술, 장비 집약적인 생산 기반의 뿌리산업이라는 특징을 갖는다. 최근에는 수송산업에서 연비 및 환경규제에 대응할 수 있는 경량화 부품을 생산하는 핵심기술로 관심이 집중되고 있기도 하다.

소성 공정에서 로봇은 고온의 열간 작업공정이나 프레스 같은 위험 공정에 적용할 수 있으나 아직까지 어려움 점이 많으며, 열간 작업용 툴, High Offset Tool 그리고 냉간 단조는 경량 툴로서의 역할을 한다.

소성가공 공정에서 로봇은 좁은 공간에 사람과 함께 작업할 목적으로 배치될 가능성이 큰 만큼 이를 고려한 구조가 필요하고 예열 및 안정화 시간을 최소로 줄일 수 있는 장시간 연속 가동 성능 확보도 필수다. 또한 소성 공정 작업 기계와의 동기화 및 고속화 제어도 수반돼야 한다.

소성가공 공정에서 로봇 도입 시 로봇 시스템의 동일 계열화와 시스템 유지관리 기술의 필요하며 마찬가지로 컴퓨터, 제어, 프로그램 등의 전문기술 인력이 확보돼야 한다. 열간 소성 로봇은 고온, 다습, 분진 대책이, 냉간 소성(다중 프레스 등) 로봇은 고속 흡착식 그리퍼 등의 성능과 기능이 검토돼야 한다.

■ 열처리
열처리는 가열, 냉각 사이클에 의한 조직 제어를 통해 강도, 내마모성, 내피로성 등의 물성과 정밀도 등을 결정하는 기술산업으로 가공 후 완제품 이전의 마지막 공정이라 볼 수 있다. 공구, 금형, 기어류, 기계부품 등에 적용된다.

역추적 및 단순 모방이 어려운 고부가가치 기술이며 대부분 임가공 형태이므로 독자적인 성장이 어렵고 대량 생산은 대기업이 점유하고 있는 실정이다. 최근에는 중국의 도전이 거세지고 있고 신소재가 속속 등장함에 따라 이에 따른 신기술 개발이 요구되고 있다.

열처리는 엔진부품 등 자동차 분야가 전체 수요의 70% 이상을 차지하고 있고 최근 경기 영향에도 불구하고 대체로 호황을 지속 중에 있다.

열처리 공정은 로봇의 적용이 결코 쉽지 않다. 벌크 열처리 분야가 공정 소요시간이 길고 자동화가 가능한 영역이 협소할 뿐 아니라 표면 경화 열처리도 소재에 따라 다양한 열처리 요구 특성이 필요해 공정기술의 데이터베이스화가 요구되기 때문이다. 레이저, 플라즈마 등 다양한 열처리 방식에 대해 대응이 가능해야 하고 크기, 무게, 물성 등 대상부품에 따라 다양한 공정이 필요한 것도 그 이유다.

정 박사는 “열처리 공정 로봇의 도입시 공정 데이터의 데이터베이스화가 필수조건이 된다”며 그 외 검토사항으로 시스템 관리 및 유지 기술과 전문 기술인력의 확보를 꼽았다.

뿌리산업내 제조업용 로봇의 확산

현재 제조업용 로봇 시장은 2005년 5,138억 원에서 2008년 7,565억 원으로 꾸준히 증가해 왔으며, 연평균 약 13%의 성장률을 기록하고 있다.

정 박사는 제조업용 로봇의 뿌리산업 보급, 확산의 문제를 SWOT 관점에서 분석했다. 정 박사는 강점으로 안정적인 생산 인프라 구축과 뛰어난 숙련기술을 꼽았으며 특히 뿌리산업의 숙련된 기술을 데이터베이스화해 로봇산업과 연계한다면 보다 안정적이고 효율 높은 생산이 가능할 것으로 내다봤다.

여기에 기회의 요인으로 3D 작업을 기피하고 생산 자동화의 추세에 맞출 수 있다는 점을 들었다. 자동차, 전자, IT 등 전방산업이 활기를 띠고 있고 정부의 적극적인 지원까지 더해져 로봇의 보급이 촉진하고 있고, 로봇산업의 발전에 따라 안정성에 대한 입증도 이뤄져 불안요인이 감소했다는 점도 기회 요인으로 작용하고 있다.

약점으로는 뿌리기업에서 로봇을 활용할 역량이 아직까지 부족하고 초기투자비가 많이 들어 부담이 된다는 점을 지적했다. 또한 로봇 판매나 A/S 경험이 많지 않고 수요 및 공급처가 모두 중소기업이다 보니 시장이 작다.

이에 따라 투자 기피와 자금난이 위협이 될 수 있다. 정 박사는 “수요기업에서 제조시스템을 바꾸며 발생하는 생산라인의 공백은 매출 신장과 무관하다는 인식이 대부분이라 투자를 기피하고 초기투자비가 많이 드는 것도 투자의욕을 저하시킨다”고 분석했다.

이어 정 박사는 제조업용 로봇이 뿌리산업으로 보급, 확산되는 데에는 여러 가지 문제점이 있음을 지적했다. 뿌리기업의 입장에서 볼 때 정보 및 관심 부족, 불투명한 경기 상황, 효과에 대한 불확신과 인력 대체에 대한 거부감을 갖고 있다는 것. 반대로 로봇기업에서는 뿌리기업과 접촉해 관련 공정의 전문성을 파악하는 것이 쉽지 않고 대부분의 기업이 10인 이하로 영세성을 면치 못해 관심과 투자에 인색하다는 점이다.

하지만 뿌리산업의 고도화 및 첨단화와 날로 변화하는 경제 환경에서 경쟁력을 갖추기 위해서는 로봇기술의 도입이나 나아가 다른 첨단기술과의 융합이 절대적이라 필요하다고 볼 수 있다.

중소제조업용 로봇시범사업 시행

한국로봇산업진흥원은 2011년부터 올해까지 총 예산 105억 원을 투자해 중소제조업용 로봇시범사업을 실시한다. 이 사업은 금형, 용접 등 뿌리산업 6대 분야 및 전후연계공정에 로봇을 현장적용하기 위한 것으로, 뿌리기업에 로봇도입을 통한 신시장 수요 창출, 로봇을 통한 중소제조업의 생산성 향상 및 작업환경 개선 등의 직간접적인 효과가 기대된다.

특히 이 사업은 실수요자 환경에서 실제 제품을 운용함으로써 제품에 대한 수요자 인식을 긍정적으로 전환하고 로봇에 대한 홍보, 로봇기업의 시장 경험 축적, 제품 상용화 의지를 제고하는 것을 목적으로 한다.

이에 따라 도장, 단조, 용접, 주조, 주물, 소성가공, 연계공정 분야의 뿌리기업과 동부로봇, 로봇밸리, 유진엠에스, 로보스타 등의 로봇기업과 컨소시엄을 구성해, 도료공급장치 등 주변설비 국산화, 전용 그리퍼 및 공정 개발, 자동차용 주물부품 생산 및 연계공정의 로봇기반 자동화 모델 구축, C형 프레스 자동화 및 멀티 프레스 라인 자동화 모델 구축 등과 같은 성공적인 사례들을 만들어가고 있다.

이를 통해 수요처의 생산성 증대는 물론 불량률 감소, 매출 증대와 함께 나아가 중소기업의 제조경쟁력 향상이라는 효과를 거두고 있다.

마지막으로 정 박사는 “6대 뿌리산업에서 제조업용 로봇의 도입은 생산성 및 수익성 증대와 함께 산업 환경 개선을 통해 3D산업에서 ACE산업으로 변화하는 밑거름이 될 것”이라며 “로봇기업에 있어서 뿌리산업의 제조업용 로봇 시장은 블루오션이 될 수 있으므로 전문성은 물론 고유기술을 확보하는데 주력해야 할 것”이라고 강조했다. 이어 “이와 함께 정부는 기술적, 정책적, 금융적 지원을 소홀히 해서는 안된다”고 덧붙였다.