[포커스] 글로벌 장비산업, 디지털 전환 대응과 함께 제조공정 혁신 가속화

정밀가공장비 산업은 일본의 수출제한 조치와 미-중 무역 분쟁, 코로나19로 촉발된 글로벌 공급망 위기 등의 이슈로 어려움을 겪고 있다. 이러한 이슈는 인프라적 취약성을 가진 국내 가공장비산업에 더욱 큰 위기로 다가왔으며, 튼튼한 정비 생태계 조성을 위한 정비차원의 지속적인 투자 필요성이 대두되고 있다.

이 글에서는 지난 7월 1일 KOTRA가 주관한 산업용 장비분야 해외 진출전략 웨비나에서 한국기술평가관리원 심창섭 참단장비 PD가 발표한 ‘글로벌 기계산업 동향 및 향후 전망’을 정리하고, 국내 장비 산업의 국산화 및 고도화 방안을 공유한다. ■ 이성숙 기자

장비산업의 개념 및 범위

장비는 소재·부품을 생산하거나 소재·부품을 사용하여 완제품을 생산하는 장치나 설비로, 제조장비는 제조업 생산 활동을 위해 동력원을 활용하여 움직이거나 일하는 장치 및 설비를 통칭한다. 정밀가공장비와 산업공정장비, 제조로봇과 자동화장비, 반도체·디스플레이 장비, 계측장비들이 주요 제조장비다.

제조 장비를 세부적으로 구분해 보면, 정밀가공장비에는 절삭가공기계, 프레스기계, 초소형 가공저립장비, 레이저가공기 등 공작기계 기반 가공제조업 분야에 쓰이는 장비들이 포함돼 있다. 또 산업공정장비로는 섬유기계, 일반가공기계 등에서부터 주조, 용접, 소성가공, 표면처리 등 뿌리산업 공정 수행을 위한 장비가 포함된다. 이밖에도 산업용 로봇 제조업으로 분류된 제조로봇·자동화 장비 분야에는 로봇비전과 생산자동화기술, 조립/정밀 이송기술을 구현하는 장비들이 포함된다.

장비산업의 특징

한국기계산업진흥회에 따르면 세계 장비시장은 2017년 4455억 달러에서 연평균 3.4% 성장하여 2024년에는 5640억 달러에이를 것으로 전망된다. 우리나라 장비시장은 지난 10년간 연 8.5% 성장해 2017년에 약 46조원 규모를 기록했으며, 이는 세계 6위 수준이다. 이중 정밀가공장비 시장은 2017년 기준으로 701억 달러를 기록했으며, 산업공정장비 시장은 1691억 달러, 제조로봇은 377억 달러, 반도체·디스플레이장비는 897억 달러를 각각 기록하였다.

장비산업은 제조업의 4대 요소 중 하나로, 제품의 생산성과 품질을 결정짓는 핵심 요소이다. 특히 고용창출 측면에서도 큰 효과를 내고 있다. 4455억 달러의 거대시장을 형성하고 있는 세계 장비 산업은 선진국의 전략적 핵심산업으로 부상하며 각국이 장비산업 경쟁력 강화를 위한 정책을 펴고 있다. 장비산업은 ‘제조업의 기반’, ‘유망한 차세대 성장산업’, ‘선진국의 전략산업’, ‘고용창출’ 이 4가지 측면에서 매우 중요한 역할을 하고 있다. 우선 ‘제조업의 기반’으로서 장비산업은 제조업 4대 요소로, 제품의 부가가치, 생산성 결정, 전체 산업 생태계의 핵심 공급자라는 측면에서 매우 중요한 역할을 한다.

‘유망한 차세대 성장산업’에 있어서 장비는 고부가가치 블루오션으로 주목받고 있다. 선진국은 기술과 노하우가 체화된 제조기술의 총집합체인 장비산업을 전략적으로 발전시키기 위해 노력하고 있으며, 특히 장비기술력을 바탕으로 중국 성장을 견제하고 있다. 실제 독일은 공작기계 기업에 대한 중국의 M&A를 불허하고 있으며, 미국은 중국 반도체 기업을 대상으로 장비 수출 시 특별심의를 진행하고 있다. 이밖에도 장비산업은 전후방산업과의 파급효과가 큰 고용친화적 산업으로, 최근 제조장비 산업 전반에서 불고 있는 스마트화를 통해 양질의 일자리를 창출하고 있다.

글로벌 장비산업 동향

정밀가공장비

최근 정밀가공장비 분야는 스마트 기술을 접목한 고부가가치 가공장비의 개발이 빠르게 진행되고 있으며, 이와 함께 유연자동화 시스템의 패키지 공급이 확대되고 있다. 정밀가공장비의 공급 산업적 측면에서는 패키지형 시스템을 중심으로 빠른 성장이 일어나고 있으며, 이를 통해 스마트 기반 플랫폼화가 추진되고 있다.

대표적인 예로 글로벌 공작기계 제조사 마작(Mazak)은 IIoT 기반 플랫폼 서비스인 ‘SmartBox’를 개발 공급하고 있으며, 디엠지-모리(DMG-Mori)는 센서 60개를 활용해 Machine 4.0, 로봇융합 모바일 가공기 개발을 추진하고 있다. 또 글로벌 컨트롤러 제조사 화낙(Fanuc)은 IIoT 기반 통합 플랫폼 FIELD 시스템을 개발했으며, 자동화설비 제조사 파스템스(FASTEMS)는 로봇-장비 최적화 솔루션을 전문화해 공급하고 있다.

수요 측면에서는 전방산업인 자동차 산업이 전기차로 패러다임 전환을 꾀하면서 이에 대응하기 위한 솔루션과 경량화 요구가 증가하고 있다. 또 항공산업에서는 다양한 대형 부품가공을 위한 이동형 생산시스템 수요가 늘어나고 있다. 이러한 니즈에 대응하기 위해 장비 업계 역시 분주하다. 우선 디엠지-모리는 에너지 초음파 레이저 응용 하이브리드 장비를 공급 중이며, 마작은 열변형 예측/보정을 위한 ‘Smooth Ai 기술’을 공급하고 있다.

산업공정장비

산업공정장비의 최근 트렌드를 보면, 기계구조의 단순화 및 전자동화, 초고속화, 에너지 절감에 대한 니즈가 커지면서 이들 기술 개발이 활발하게 진행 중이다. 특히 비의료용 섬유 제조장비에 대한 선진기업의 투자가 확대되고 있다. 공급 산업적 측면에서는 생산현장에서 친환경·스마트·첨단화로 생산성 향상, 제품 고급화하려는 니즈가 커지면서 이를 대응하기 위한 솔루션들이 공급되고 있다. 예를 들어 고객 주문부터 제품 출고까지 전공정을 스마트화하거나, 제품의 생산이력 및 생산조건을 추적할 수 있는 플랫폼을 제공하는 것이 대표적인 사례이다.

또 수요 측면에서는 전방산업인 조선산업의 경우 숙련인력 부족이슈를 디지털 전환으로 해결하길 기대하고 있으며, 전기전자 분야에서는 기존 제조공정을 혁신시켜 미래 산업에 대응할 첨단 제품을 생산하길 원하고 있다. 이러한 니즈에 대응하기 위해 고벨스틸은 주판, 부분품, 대조립에 대한 공정자동화 설비를 모듈 단위로 공급하고 있으며, 반도체·디스플레이 장비 제조사 카티바(Kateeva)는 OLDE 증착 장비를 잉크젯 프린팅 방식으로 혁신적으로 대체하였다.

제조로봇

제조로봇은 생산성 향상, 작업환경 개선을 위해 작업자와 협력하는 ‘인간공존형 공정자동화’와 ‘고정밀 조립자동화’ 수요에 대응하고 있다. 특히 일본과 유럽 기업 주도하에 협동로봇 신시장이 빠르게 확산되고 있다. 화낙은 로봇생산 공정 무인화용 자체 생산솔루션을 확보하고 있으며, ABB는 인력대체/헙업이 가능한 14축 양팔 로봇을 출시할 예정이다. 또 중국은 독일 쿠카로봇(KUKA)을 인수하는 등 적극적인 M&A로 경쟁력을 확보하고 있다.

수요 측면에서는 디지털 전환에 대응하기 위한 장비-로봇의 협업이 증가하면서 자동화산업에서 시장이 커지고 있으며, 의약품 생산자동화에 로봇 적용이 커지면서 바이오산업에서의 수요도 확대되고 있다. 디엠지-모리는 로봇과 협업을 고려한 장비 설계 응용프로그램을 제공하고 있으며, 멀티플라이 랩스(Multiply Labs)에서는 캡슐형 의약품 생산에 클라우드 제어로봇 시스템을 활용하고 있다.

▲ 글로벌 장비산업 SWOT 분석

글로벌 장비산업 전망

스마트 공통 기술

글로벌 장비산업이 지속적으로 성장하기 위해서는 차세대 제어기, 제조장비 및 로봇 지능화기술, 제조시스템 솔루션 기술 등 스마트 제조 혁신 구현을 위한 기반 기술이 필요하다.

보다 상세한 스마트 공통 기술 항목은 다음과 같다.

스마트 차세대 제어기
- 개방형 제어기
- 차세대 HMI(Human Machine Interface)
- 멀티공정용 구동기
센서 융합 제조장비 지능화 기술
- 센서 내장형 구동 유닛
- 자가보정 및 적용제어
- 가상 시뮬레이션
- DB 기반 공구성능 최적화 솔루션
고난도 공정 자동화를 위한 로봇 지능화 기술
- 스마트 티칭
- 인식기반 로봇작업
- 제조로봇 소프트웨어 플랫폼
- 인공지능(AI) 기반 인간-로봇 안전/협업
스마트 제조셀 통합 운영 솔루션 기술
- AI 응용 제조셀 최적 운영
- 이기종 시스템 통합 인터페이스
- 고장/이상 예지보전 시스템
- 생산성 시뮬레이션/최적화

고부가화·고효율화

현재 경쟁력을 갖춘 정밀가공분야 범용장비에서 고생산, 융합공정, 유연가공 등을 실현하기에 한계가 있다. 이러한 이유에서 고생산 장비, 융합공정장비, 유연가공시스템 등 고부가 고급장비 시장으로 확장하기 위한 기술이 필요하다. 여기에 더해 기계·공장간 토털 솔루션, 친환경 융합 공정장비, 하이브리드 소재 제조시스템 등 소요 에너지와 작업공간을 줄이고 기계·공정간 연계로 생산성을 높이는 친환경·고효율 장비 기술도 필요하다. 특히 조립공정, 포장/물류공정, 뿌리산업 등 작업자 의존도가 높고 작업환경이 열악한 공정에서는 ‘고난도 공정 자동화 기술’ 개발이 시급하다.

국내 업계에 대한 시사점

우리나라 정밀가공장비 산업은 생산 세계 6위, 수출 세계 7위, 국산화율 65% 수준으로 높은 편이나 하이엔드급 고부가가치 정밀가공장비의 경우 상당수를 독일, 일본으로부터 수입에 의존하고 있다. 정밀가공장비 산업의 선진국인 독일, 일본은 장기간 축적한 기술력을 바탕으로 글로벌 리더십을 보유하고 있으며, 중국은 대규모 내수를 기반으로 규모를 확장하고 있다.

이러한 상황에서 국내 정밀가공장비 산업계가 취약한 인프라를 개선하고 튼튼한 경쟁기반을 갖추기 위해서는 우선적으로 정밀가공장비 산업 생태계의 전반적인 실태 파악을 통해 중장기 발전계획이 수립되어야 한다. 이를 통해 정밀가공장비 산업 각 분야의 글로벌 가치사슬 구조, 주요 제품 및 부품별 상세 기술 수준, 가격 및 품질 수준, 거래기업과의 관계, 애로사항, 정책 수요 등을 종합적으로 분석하고 실정에 맞는 정책을 수립, 일관성 있게 추진해야 한다.

이와 함께 정밀가공장비의 고부가가치화도 적극적으로 추진해야 한다. 글로벌 정밀가공장비 선진국들은 수요산업이 요구하는 기술 고도화에 맞는 정밀가공장비 기술을 지속적으로 고도화하고 있다. 우리 역시 이익률이 낮은 단품 단위의 범용 장비를 스마트화 하고, 패키지 공급이 가능하도록 하여 고부가가치 산업으로 육성해야 한다.

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