정책과 동향
자동화, 그 필요성과 현황에 대한 고찰 및 방향과 플라스틱 금형 업계 적용 방안
작성자 : 취재부
2019-12-05 |
조회 : 3022
취재협조: ㈜ 휴먼텍 자료편집: 핸들러
산업자동화는 관련 산업 및 사용자에 따라 다양하게 정의되고 있으며, 공장 자동화, 생산 자동화 등의 개념과 함께 두루 사용되고 있다. 산업 자동화에 대한 정의는 산업의 특성 및 목적에 따라 상이하게 이해되고 있으나, 자동화 기술과 설비 기반이 기존에 인간이 수행하던 업무들을 대체하는 것을 공통적으로 강조하고 있다.
본지에서는 산업연구원의 ‘산업별 자동화 현황 및 과제(김영민∙김한흰)’에서 발췌한 내용과 ㈜휴먼텍의 취재 내용을 바탕으로 자동화에 대한 필요성과 최근 동향에 대해 짚어보고자 한다.
Ⅰ. 자동화의 개요
1. 자동화의 정의
‘산업 자동화(Industrial Automation)’는 관련 산업 및 사용자에 따라 다양하게 정의되고 있으며 공장 자동화, 생산 자동화 개념과 혼용되고 있다. 산업 자동화에 대한 정의 및 이해는 산업의 특성 및 목적에 따라 상이하게 이해되고 있으나, 자동화 기술 및 설비 기반이 기존에 인간이 수행하던 업무들을 대체하는 것을 공통적으로 강조한다.
일반적으로 산업 자동화는 통신 및 운반 장비와 생산 설비를 연결해 컴퓨터의 제어에 따라 다양한 종류 및 크기의 제품들의 생산∙조립∙검사∙포장이 동시에 수행 가능한 일괄 생산공정 체제를 의미한다.
산업 자동화는 기계화(Mechanization)의 단계에서 더 나아가 로보틱스, 지능형 시스템, 수치제어, 원격실험, 제품 모델 등의 기계/전기, 컴퓨터형 시스템을 기반으로 생산 관련 활동을 운영 및 관리하는 기술을 이르며, 제품의 계획과 설계, 생산 준비 단계에서부터 생산의 제어∙관리∙운용을 자동화하는 시스템으로 정의한다. 넓은 의미로는 생산 과정을 감시 및 제어하는 시스템과 제품의 수주, 설계, 품질 검사, 자재 관리, 창고 관리 등의 무인 공장의 개념을 포괄하고 있다.
2. 자동화의 분류 및 특징
(1) 자동화의 분류
산업 관련 자동화 기술은 크게 정보기술(Information Technology, IT), 운영기술(Operation Technology, OT), 통신 및 인프라 영역으로 분류가 가능하다.
- 정보기술: SCM, ERP, MES, PLM 등 전사 경영 시스템과 관련된 애플리케이션 및 솔루션
- 운영기술: 자동화 시스템을 중심으로 공장 운영의 핵심 요소인 PLC, 센서, 로봇 등의 하드웨어 부문과 제조 운영을 위한 엔지니어링, 운영 방식 등
- 통신 및 인프라 영역: 최근 기기 및 사람 간 연결성이 강화됨에 따라 중요성이 증대되고 있는 영역으로 통신과 네트워크 및 관련 통신 규약 등을 포함
위의 자동화 핵심기술 이외에 산업별, 작업 유형에 따라 사물인터넷, 빅데이터 임베디드 소프트웨어, 클라우드 컴퓨팅, 인공지능, 머신러닝, VR/IR 등의 첨단 기술들이 융합되어 자동화 수준이 더욱 고도화되고 있다.
(2) 자동화의 특징
산업부문 자동화는 기계 자동화(Machine automation)에서 더 진보한 빅데이터, 인공지능, 사물인터넷 등의 첨단 기술 기반의 기계 자치(Machine autonomy) 시대로 이행 중으로 판단된다. 산업 자동화는 꾸준한 발전을 이루어 왔으며, 특히 3차, 4차 산업혁명 시기에 IT 및 첨단 기술과의 융합을 통해 급속히 발전해왔다.
과거의 산업 자동화는 인터넷을 기반으로 로봇 또는 기계가 인간의 육체노동 대체 및 사람과 사람 간의 연결성 강화를 중점으로 추진되었으며, 3차 산업혁명 시기에는 IT 기술과의 융합을 통한 자동화가 추진되면서 제조 및 산업부문의 자동화가 크게 확산되었고, 공장 자동화 기반 유연생산 시스템을 구축하면서 비약적으로 발전했다. 4차 산업혁명 시대의 자동화는 사람-사물 간, 사물-사물 간 연결성이 극대화되어 인간의 지적능력까지 대체하고 실제 현상이 가상공간과 결합되는 형태로 변화했다.
제조 산업 자동화의 경우 혁신적 기술을 기반으로 추진된 제조업 디지털화의 일환으로 사물인터넷, 빅데이터 임베디드 소프트웨어, 클라우드 컴퓨팅이 주요 동인으로 작용했으며, 위의 핵심 자동화 동인의 가격 하락과 인공지능 및 5G 기술의 발전으로 상호연결성 및 로봇의 자가 학습 및 자동수정 등이 향상되어 향후 완전 자동화 수준을 달성 가능할 것으로 전망된다.
4차 산업혁명 시대의 산업 자동화는 CT 기술과의 융복합, 산업설비의 로봇화, 생산공정의 유연화, 센서기술과 고정밀화를 주요 특징으로 더욱 고도화되고 있다.
① 산업용 로봇을 활용한 자동화 확산
산업용 로봇은 자동화의 확산 및 발전에서 핵심 역할을 수행하였으며, 향후 변화를 주도할 핵심기술로 자리매김하고 있다. 로봇은 산업용 로봇과 서비스 로봇으로 분류 가능하며 로봇 기술은 자동화, 자율화, 지능화를 주요 핵심 요소로 발전해왔다. 산업용 로봇은 단순 반복 로봇에서 자율화 요소가 추가된 고속 로봇, 고밀도 로봇, 조립 로봇을 거쳐 지능화된 형태인 협동 로봇, 무인화 로봇 등의 형태로 발전 중이다.
② 산업용 로봇 도입 시 로봇의 대체 가능성, 로봇 도입의 실효성, 생산시설 입지가 주요 결정 요인
생산 작업에 필요한 기술적 요구가 비교적 명확하며 자동화가 상대적으로 쉬운 산업의 경우 로봇 도입이 활발하며, 로봇 비용이 하락할 가능성이 큰 산업일수록 로봇을 적극적으로 도입해왔다. 로봇 도입의 실효성 관점에서는 생산원가에서 노동비용이 차지하는 비중이 높은 산업일수록 로봇 도입의 수요가 증대하고 있다.
생산시설의 입지 여건에 따라 로봇 도입이 상이하게 나타나며, 생산시설이 개도국에 위치한 산업은 상대적으로 노동비용이 저렴하여 로봇 및 자동화를 도입할 유인이 적다. 그러나 일부 개도국에서 선진국 주도로 추진되고 있는 로봇 분야 경쟁력 강화 및 노동비용의 급격한 상승의 대응을 목적으로 투자를 추진 중이다.
③ 스마트공장의 부상 및 지원 확산
스마트공장은 4차 산업혁명하에서 키워드로 자리잡았으며 기존의 공장 자동화(Factory Automation, FA) 개념을 넘어선 소비자 중심의 지능화된 공장을 의미한다. 스마트공장의 가장 큰 특징은 단일 생산라인에서 다양한 제품 생산이 가능하여 유연 생산체계로의 이행이 가능하다. 획기적인 생산성 향상, 인간 중심의 작업환경 조성, 에너지 절감에 있어 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
Ⅱ. 산업별 자동화 현황
1. 글로벌 동향
제조용 로봇을 통한 산업부문 자동화는 국내외에서 활발히 추진되고 있으며 이로 인해 글로벌 로봇 시장이 지속적으로 성장하고 있다.
- 산업 트렌드: 생산시설의 현대화 및 자동화, 라이프 사이클 단축, 신소재 활용, 에너지 효율화, 품질개선 노력 등으로 인해 글로벌 로봇수요 급증
- 로봇 기술 발전: 로봇 기술의 발전과 ICT 기술, 센서, 머신러닝 등의 융합으로 산업로봇이 활용되는 작업 부문 및 범위가 확대되는 추세
기존에 숙련공이 수행하던 스팟 용접, 드릴, 절단 등과 같은 반복적인 수작업에도 산업용 로봇 도입이 활발해지고 있다. 완전 무인화 로봇으로 전환하는 과정에서 인간지능과 결합한 지능형 로봇에 대한 수요는 지속적으로 증가할 것으로 전망된다.
IFR(2018)에 따르면, 2021년까지 로봇 판매가 계속해서 증가할 것으로 전망하고 있으며, 2018년부터 2021년까지 4년 동안 약 210만 대의 새로운 산업용 로봇이 설치될 것으로 기대되고 있다.
특히, 제조업을 선도하고 있는 대부분 국가에서 제조업 분야의 산업용 로봇 도입이 지속적으로 증가세를 보이고 있다. 기존 자동화의 경우 소품종 대량 생산에 초점을 두고 고정형 생산시설에서의 단순반복 업무 자동화를 중심으로 추진하고 있으며, 최근의 경우 소량 다품종 생산을 목적으로 하는 유연한 생산시스템을 기반으로 한 산업용 로봇 활용이 확대중이다. 제조 로봇 기술의 지속적인 발달로 기존 기술 수준으로는 수행하기 힘들었던 정밀조립, 인간과의 협업, 신속한 공정재배치, 고속이송 등이 가능해졌다.
이에 따라 제조용 로봇 도입이 가능한 분야 및 제조공정이 확대되고 활용 및 본격화되고 있다. 2007년도의 경우 일본을 제외한 다른 국가들의 로봇 활용 수준이 저조했으나 2017년 기준 중국, 일본, 한국, 미국, 독일순으로 제조 분야 내 가장 많은 산업용 로봇을 보유 및 활용 중이다.
특히 중국의 경우 2007년 가장 낮은 로봇 활용 수준을 보였으나, 2017년 이후로 압도적으로 높은 로봇 도입률을 보이고, 가장 급속한 성장세를 나타내고 있다. 중국과 더불어 한국 및 미국이 제조용 로봇을 대대적으로 도입하면서 로봇 활용을 통한 자동화를 가속화 중이다. 반면 독일의 경우 증가 추세가 상대적으로 미미하며, 일본은 2007년 대비 지속적으로 하락하는 추세를 보이고 있다.
업종별 자동화 현황을 살펴보면, 운송장비 제조업과 전기 및 전자기기 제조업에서 가장 많은 로봇을 도입 및 활용 중이다. 전기 및 전자기기 분야에서 로봇을 활용한 자동화 추세가 증대됨에 따라 특히 아시아를 중심으로한 관련 생산 허브 내 국가에서 로봇 설치가 증가할 것으로 전망된다.
국가별로 제조업 내 로봇 도입에서 업종별로 차이를 보이지만, 운송장비와 전기 및 전자기기 제조업의 비중이 상대적으로 높다. 독일과 미국의 경우 운송장비 제조업의 비중이 절반 이상을 차지하며 한국, 일본, 중국의 경우 전기 및 전자기기 분야에서의 로봇 비중이 운송장비 제조업 부문과 유사하거나 더 높게 나타났다.
미국의 경우 전기 및 전자기기 부문의 활용이 다른 국가 대비 상대적으로 낮고, 운송장비 제조업의 비중이 높다. 독일의 경우 전기 및 전자기기 분야와 관련된 중요한 생산 현장이 없어 해당 부문의 비중이 상대적으로 매우 낮은 것으로 보이지만, 다른 국가에 비해 다양한 산업에서 로봇 활용 중이다.
한국의 경우 5개국 중 유일하게 전기 및 전자기기 분야에서의 로봇 비중이 절반 이상을 차지하고 있지만, 상대적으로 제조업 내 다양한 산업에서의 로봇 활용은 저조한 편으로 나타났다.
2. 국내 동향
산업별 로봇 설치 및 활용 추이를 살펴보면, 전기 및 전자기기 제조업, 운송장비 제조업을 중심으로 급속하게 성장해왔다. 특히 전기 및 전자기기와 운송장비 제조업에서 로봇을 지속적으로 도입해 다른 업종 대비 상당히 높은 로봇 설치 및 보유율을 보이며, 이는 앞서 언급한 대로 다른 국가와 유사한 모습을 보이고 있다. 로봇이 특정 산업에 집중 분포되어있는 것은 대량생산 및 반복적인 업무를 수행하는데 특화되어 있기 때문으로 예상된다.
최근 국내 동향에 대해 ㈜휴먼텍에서는 “최근 인건비 상승과 주 52시간의 시행이 코앞으로 다가오는 상황에서 앞으로 공정별 자동화 설비 도입을 해야만 현상 유지와 품질 안정화에 따른 추가 물량 확보는 물론, 신규 아이템을 수주 받아 운영할 수 있다고 다수의 기업들이 인지하고 있다. 그에 따라 자동화 설비 구축에 대한 검토 의뢰 역시 증가하고 있는 추세다. 예전에는 주로 위험하고 작업환경에 미흡한 곳에서 자동화가 이루어졌으나, 현재에는 지속적인 원가 상승에 따른 자동화 설비 구축으로 원가 절감할 수 있는 방법을 요구하고 있는 실정이다”라고 전하고 있다.
전기 및 전자기기 제조업의 경우 2016년에 2만 9,300대, 2017년에는 2만 4,000여 대의 로봇을 구입하면서 전체 로봇 공급량의 60% 이상을 차지하고 있다. 이는 운송장비 제조업보다 상대적으로 빠른 제품의 라이프 사이클과 높은 품질개선에 대한 고객들의 요구 수준 및 이직률을 보이고 있는 산업적 특성이 산업용 로봇 도입의 촉진 요소로 작용한 것으로 판단된다.
또한, 전기 및 전자기기 분야는 운송장비 제조업 대비 소형 및 경량 제품생산을 위한 반도체, 배터리, 칩 등의 작은 부품을 다루기 때문에 이에 용이한 협동 로봇 및 소형 산업용 로봇 등 더욱 높은 수준의 첨단 기술과 융합된 형태의 로봇 활용이 필요하다.
운송장비 제조업의 경우 2016년도 8,500대의 로봇을 구입하였고, 2017년은 37% 증가한 1만 1,700대의 로봇이 도입되었으며, 이는 현대와 기아 자동차의 국내 생산현장 투자로부터 기인했다. 특히 전기 및 전자기기 제조업에서 약 57% 이상의 로봇이 사용되고 있으며, 운송장비 제조업에서 35%의 비중으로 로봇이 투입되고 있다.
전기 및 전자기기와 운송장비 제조업의 경우 대기업 및 협력사 간 연계도가 높아 상대적으로 자동화 수준 및 확산이 급속히 추진중이다. 해당 두 분야에서 우리나라 전체 로봇의 약 90% 이상 사용되고 있으며, 다른 국가들 또한 해당 부문이 높은 비중을 차지하고 있어 유사한 양상을 보인다. 석탄 및 석유제품 제조업과 금속제품 제조업, 기계 및 장비 제조업은 5% 미만의 로봇 도입률을 보이며 이 외의 업종은 로봇 사용이 전무한 상황이다.
자동화에 있어 기계 및 설비의 지능화에 중점을 두고 있는 스마트공장 구축 또한 정부의 적극적인 정책 추진하에 확대되고 있다.
스마트공장의 스마트화 수준은 ICT 활용 및 역량에 따라 5단계로 구분이 가능하며 자동화에 해당되는 단계는 분야별 관리 시스템 간 실시간 연동이 가능한 수준인 ‘중간2’와 ‘고도화’ 단계로 구분하고 있다.
2017년 기준 5,003개 기업에 대한 스마트공장 구축 지원이 이루어졌으며, 주요 성과로는 불량률 평균 45% 감소, 15%의 원가 절감, 16%의 납기 단축, 30%의 생산성 향상 달성 등이 해당된다. 민간 부문에서도 스마트공장에 대한 인식과 참여 의지가 점차 확대되고 있으며 경쟁력 측면에서도 필수 요소라는 인지가 증대되고 있다.
하지만, ㈜휴먼텍에서는 자동화를 검토하고 있는 기업이라면 적용하는 제품의 특성과 작업성에 대해 면밀히 검토해야 한다고 설명한다. 또한, “도입 기업과 공급처 양사 간에 세부미팅으로 검토되어야 하고, 협업으로 자동화를 성공시키는 방법 밖에 없다. 또한 사용할 담당자의 관심이 성공의 키를 가지고 있다고 판단된다. 그리고 저항감과 적응시간은 어쩔 수 없이 감당해야 하는 부분이며, 혹여 이 점으로 인해 도입을 거부할 경우에는 실패 사례가 될 가능성도 있다”고 강조하고 있다.
이어 “최근 기업들의 가장 큰 고민은 인건비 상승으로 판단된다. 특히, 주 52시간 실행에 따라 인원 충원 없이 생산물량을 맞추기 위해서는 절실히 자동화 도입이 필요한 실정이다. 이에 따라 일정하고 체계화된 생산으로 물량을 확보하고, 품질을 향상시키며, 안전사고 예방과 근무환경 개선을 통한 고급인력 유지를 원하고 있다. 그 외에도 지방으로 공장을 이전할 경우, 지역 특성으로 고급 인력이 함께 이동하지 못하는 경우와 현지 인원 채용에 난항을 겪는 상황이 종종 발생하고 있다. 이러한 부분에서도 자동화 도입이 대안이 되고 있다”고 전했다.
한편, 스마트공장의 양적인 성장은 정부의 다양한 지원정책으로 소기의 목적을 달성하고 있는 것으로 보이지만, 질적인 부문에서는 여전히 부족한 실정이다. 대기업을 중심으로 ICT를 활용한 제조현장의 혁신이 활발히 이루어지고 있으나, 대부분 해외 기업으로부터 솔루션을 구입하여 적용하는 실정이며, 스마트공장에 대한 민간 부문의 투자는 초기 단계로 판단된다. 투자비용에 대한 부담, 스마트공장 이해와 공감대 부족, 투자 대비 이익에 대한 불확실성, 전문인력의 한계 등이 스마트공장 도입 및 확산을 저해하는 주요 요인으로 나타나고 있다.
3. 우리나라 자동화 관련 정책 현황
산업별로 자동화를 도입, 보급 및 확산을 위한 정부의 직접적인 정책은 찾아보기 어렵지만, 자동화와 관련한 정책으로 「지능형 로봇 개발 및 보급 촉진법」, 산업통상자원부의 「제조업혁신 3.0」 및 「스마트제조혁신 2025」 등이 있다.
생산공정의 자동화에서 지능형 로봇은 매우 중요한 역할을 하고 있으며, 스마트공장에서도 네트워크, 빅데이터 등과 더불어 자동화는 핵심 요소이므로 이와 관련된 정책을 살펴보는 것이 필요하다. 「지능형 로봇 개발 및 보급 촉진법」은 우리나라 지능형 로봇산업을 육성 및 진흥하는 것이 주된 목적으로 자동화의 핵심인 로봇을 진흥 및 보급 촉진하는 것이 주된 목적이며, 산업통상자원부의 「제조업혁신 3.0」 및 「스마트제조혁신 2025」는 제조공정의 혁신 및 스마트공장과 관련이 있다. 특히 스마트공장은 산업통상자원부의 스마트공장 추진단 및 중소벤처기업부의 스마트공장 지원사업을 중심으로 살펴볼 수 있다.
Ⅲ. 자동화가 산업성과 및 생산성에 미치는 영향
1. 산업성과 및 생산성에 미치는 효과
자동화가 1인당 인건비에 미치는 효과를 추정한 결과를 살펴보면, 설명변수의 부호는 양(+)이지만, 통계적으로 유의하지 않은 것으로 나타났다. 이는 자동화가 진전되더라도, 산업 내 1인당 인건비에는 영향을 미치지 않는다는 것을 의미한다. 1인당 부가가치에 미치는 영향을 추정한 결과를 살펴보면, 설명변수의 부호는 양(+)이고 통계적으로 유의한 것으로 추정된다. 이는 자동화가 진전되면, 산업 내 1인당 부가가치가 증가한다는 것을 의미하며, 모형에 따르면 자동화(로봇밀집도)가 1단위 증가할 때 1인당 부가가치는 0.056% 증가하는 것으로 나타났다.
다음으로 자동화가 노동생산성과 총요소생산성에 미치는 영향을 분석한 결과를 살펴보면, 자동화가 노동생산성에 미치는 영향을 추정한 결과를 살펴보면, 설명 변수의 부호는 통계적으로 유의한 양(+)이다. 이는 자동화가 진전될수록 노동생산성이 향상된다는 것으로, 모형에 따르면 자동화(로봇밀집도)가 1단위 증가할 때 노동생산성이 약 0.059% 증가하는 것으로 나타났다.
또한, 자동화가 총요소생산성에 미치는 영향을 추정한 결과를 살펴보면, 설명변수 부호는 통계적으로 유의한 양(+)이다. 이는 자동화가 진전될수록 총요소생산성이 증가한다는 것을 의미하며, 모형에 따르면 자동화(로봇밀집도)가 1단위 증가할 때 총요소생산성은 약 0.058% 증가하는 것으로 나타났다.
자동화의 진전이 1인당 부가가치 및 생산성의 향상에 유의한 영향을 미치는 이유는 다음과 같이 예상할 수 있다. 먼저, 자동화를 통한 생산방식은 상대적으로 비효율적인 업무를 대체함으로 인해 산업성과 및 생산성에 긍정적인 영향을 미칠 가능성이 있다.
김영민∙김재덕(2018)의 연구에 따르면, 자동화를 통한 생산방식은 상대적으로 반복적이고 정형화된 업무를 대체하는 경향이 높다는 것이다. 자동화(특히 산업용 로봇)가 인공지능, 5G 및 센서 등과 융합을 통한 자동화의 진전으로 비효율적인 업무를 대체할 수 있는 업무의 범위가 확대되었을 수도 있다.
다음으로, 생산공정상에서 반복적이고 정형화된 업무를 자동화로 대체한 후, 상대적으로 부가가치가 높은 핵심 업무에 기업 역량을 집중할 수 있어서 산업성과 및 생산성이 향상될 가능성도 있다.
근로자 측면에서 생산공정상에서 근로자가 수행하는 다양한 업무 가운데 자동화로 특정 업무가 대체되면, 근로자는 상대적으로 부가가치가 높은 업무에 투입할 수 있는 시간이 늘어날 가능성이 있다. 기업 측면에서 가치사슬하에서 상대적으로 부가가치가 낮은 제조공정은 자동화로 대체하고, 상대적으로 부가가치가 높은 R&D, 마케팅 등의 업무에 역량을 집중할 여력이 생길 가능성도 있다.
2. 한계점
앞서 산업별 자동화 현황에서 살펴보았듯이 특정 산업(운송장비 및 전기 및 전자기기 제조업)에 집중되고, 또한 동 산업에 속한 특정 기업에 의해서 산업별 자동화 수준이 영향을 받을 가능성이 있다. 자동화의 효과를 정치하게 분석하기 위해서는 개별 기업(사업장) 단위에서 로봇 도입 수 및 활용도를 측정할 수 있는 데이터를 활용하는 것이 필요하지만 동 자료 접근에 제약이 있다. 그러므로 개별 기업(사업체) 단위에서 자동화 수준 및 활용도를 측정할 수 있는 자료 구축이 선행된 후 보다 정치한 분석이 가능할 것으로 보인다.
다음으로 1인당 부가가치 및 노동생산성 및 총요소생산성에 영향을 미치는 요인으로 R&D 집약도와 노동과 자본 비율, 무역개방도, 근로시간 등의 다양한 요인들을 고려하지 못해 종속변수와 잔차항 간 상관관계로 인한 내생성 문제가 나타날 가능성도 존재한다.
3. 자동화 도입과 관련된 주요 이슈
자동화가 산업성과 및 생산성에 유의미한 영향을 미침에도 불구하고, 운송장비와 전기 및 전자기기 제조업에 자동화가 집중되어있는 것을 볼 수 있다. 이는 앞서 언급한 것처럼, 현재의 자동화 기술 및 시스템은 정형화된 제품의 대량생산에 최적화 되어있기 때문일 수도 있다. 그러나 중장기적으로 자동화를 통한 생산방식의 전환은 지속적인 경쟁력 확보를 위해서 필수적이다.
산업 전반에 걸쳐 자동화 보급 및 확산과 관련된 주요한 이슈가 무엇인지에 대해서 간략하게 살펴보면 다음과 같다. 산업 자동화 및 지능화 도입과 관련된 다양한 연구를 살펴보면, 아래의 요인들이 자동화 보급 및 확산을 저해하는 주요 요인으로 나타나고 있다.
공통적으로 ‘설치 및 운영비용에 대한 부담’과 ‘미래 투자 후 기대수익에 대한 불확실성’, ‘유지보수 등 사후관리를 위한 인력수급 문제’를 지적하고 있다. 기업 및 전문가를 대상으로 한 스마트공장 도입 저해 요인에 대한 설문 조사에 따르면, 두 집단 모두 ‘투자비용 부담 및 투자의 불확실성’과 더불어 ‘저조한 이해 및 공감대’, ‘전문인력 한계’를 주요 요인으로 인식하고 있으며, 순위는 다소 상이하게 나타났다.
기업은 스마트공장 도입을 저해하는 1순위 요인으로 ‘투자비용에 대한 부담’과 ‘스마트공장에 대한 낮은 이해와 공감대’를 동일한 비중(각 32.7%)으로 응답했다. 반면, 전문가는 ‘투자 불확실성(40.7%)’을 가장 큰 장애물로 인식하고 있으며, 다음으로 ‘투자비용 부담(29.2%)’을 제기했다. 1~3순위로 응답한 요인들을 살펴보면, 기업과 전문가 모두 투자비용 및 불확실성에서 가장 높은 응답을 보인다.
다음으로 기업은 ‘스마트공장에 대한 낮은 이해와 공감대’를 제기한 반면, 전문가는 ‘전문인력의 한계’를 더욱 해결이 시급한 이슈로 응답했다. 상대적으로 저조한 도입 및 기술 수준을 보이는 중소기업 또한 비용 측면을 가장 큰 저해 요인으로 꼽았고, 다음으로 ‘업무에 적정한 로봇의 부재’를 지적하고 있다. 자동화 및 지능화 수준이 대기업과 중소기업 간 현격한 차이를 보이며 국내 중견∙중소기업의 66.7%가 ‘생산 현장에 ICT를 전혀 활용하지 않는다’고 응답했다.
반면 대기업과 1차 협력사는 분야별 관리, 시스템 간 부분적 연계, 설비정보 자동집계, 관리시스템을 통한 설비 자동제어/실시간 생산 최적화가 가능한 수준 이상에 도달했다고 판단했다.
또한, 중소기업을 대상으로 한 다른 설문조사에서도 설치 및 운영 비용문제(42.6%), 업무에 적정한 로봇의 부재(26.5%), 성과에 대한 불확신(11.9%) 등이 자동화 추진에 있어 주요 애로 요인으로 언급되었다.
이러한 애로 요인에도 자동화를 도입하면 강점이 있으므로 ㈜휴먼텍에서는 “제조업이라면 회사규모에 관계없이 고려를 하는 게 좋다고 판단된다. 예전에는 공책에 직접 계산을 하고, 이후 계산기 등을 사용하다 PC를 도입하고 나서 엑셀을 사용해 효율을 높였듯이 소기업들도 지금부터 발 빠르게 자동화 체제를 갖추지 않는다면 그만큼 경쟁력이 떨어질 수 밖에 없고, 자연스럽게 도태될 것으로 예상된다”며, 소형 기업에서도 자동화 도입에 대해 고려해야 한다고 전했다.
업종별로 살펴보면, 산업의 근간이 되는 뿌리산업은 산업 자동화 및 지능화에 대한 의지가 매우 낮은 것으로 나타나고 있다. 산업의 자동화 및 지능화 도입을 주저하게 만드는 요인으로 투자자금 및 불확실성, 유지보수 등 사후 관리 역량과 관련된 우려를 언급했다.
주조, 금형, 소성가공, 용접, 표면처리, 열처리 등 ‘제조 공정기술’을 활용하여 사업을 영위하는 6대 업종을 대상으로 한 ‘2017 뿌리산업 실태조사’에서 설문에 응답한 2만 5,787개사 중 94%가 스마트공장 추진 의사가 없음을 밝혔다. 스마트공장 구축의 주요 장벽으로는 ‘투자 자금 부담(52.7%)’, 유지보수 등 사후관리 부담(12.4%), 가시적 성과에 대한 확신 부족(8%)순으로 응답했다.
비용 측면 이외에도 자동화 혹은 스마트공장 도입 후 운영 및 관리를 위한 인력수급에 대한 우려 또한 큰 것으로 나타나고 있다. 위의 설문조사 결과에서도 알 수 있듯이 특히 중소기업의 근간이 되는 뿌리산업에서 상대적으로 높은 우려와 운영 및 관리의 어려움이 존재하고 있다.
스마트공장 보급 및 확산 효과를 극대화를 위한 정책 방향에 대한 설문 조사에서 전문가는 인력양성과 더불어 시범 및 성공사례 구축의 수용성을 강조했다. 제조업 혁신에 있어 현장에 대한 높은 이해와 진단 및 분석 역량을 갖춘 전문인력을 통한 자동화 설비 및 시스템 운용 및 관리가 지속가능성 제고와 안정적인 문제 해결에 있어 핵심적 요소로 인식되고 있다.
Ⅳ. 마무리
4차 산업혁명과 디지털 전환 시대가 도래하는 현시점에서 자동화는 매우 중요한 요소 가운데 하나이다. 특히 인공지능, 5G, 빅데이터 등의 기술과 융합하여 자동화가 수행할 수 있는 업무의 범위가 확대되는 추세이다.
우리나라는 산업용 로봇을 활용한 자동화 수준은 전 세계적으로 가장 높은 국가 가운데 하나로, 자동화를 생산공정으로의 전환은 산업성과 및 생산성에 유의미한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 그러나, 자동화가 특정 산업에 집중되어있고, 산업 전반적으로 자동화의 보급 및 확산이 되지 않는 다양한 이슈를 바탕으로 다음과 같은 시사점이 있다.
1. 자동화 도입에 따른 초기 투자비용 경감을 위해 수요기업이 체감할 수 있는 다양한 형태의 지원 방안 고려
- 금융지원: 구체적으로는 수요기업이 체감할 수 있도록 자동화 투자에 필요한 하드웨어, 소프트웨어 구입 및 유지∙보수를 위한 운영자금 등의 금융지원 방안을 마련
- 세제 감면: 자동화 투자의 성과가 창출되는 데 시차가 존재할 가능성이 크므로, 자동화 관련 투자를 한 기업을 대상으로 일정 기간 법인세 유예 및 감면을 고려
2. 개별기업이 자동화 구축으로 인한 이점을 체감하고 불확실성을 완화할 수 있는 렌탈/리스 서비스 또는 표준공장 구축 등의 노력 필요
- 렌탈/리스 서비스: 수요기업이 자동화 도입의 가능성 및 자동화 구축에 따른 성과를 저렴한 비용으로 체험할 수 있도록 렌탈/리스 서비스를 활성화할 방안 강구
- 체험 자동화공장 구축: 지자체 혹은 산업단지를 중심으로 표준화된 자동화공장을 구축하여, 기업이 일정 기간 운영을 통해 생산성 및 자동화를 통한 공정 향상을 체험할 기회를 제공
- 협동 로봇 활성화: 수요기업의 특성(특히 영세기업)에 따라서는 고도의 자동화 기술보다는 웨어러블 로봇과 같은 협동 로봇이 더 적합한 자동화 형태일 수도 있으므로, 이를 적극적으로 홍보
3. 자동화와 관련된 다양한 정책의 성과를 양적인 성장에서 중장기적으로 질적인 성장을 위한 지원정책
우리나라의 근로자 1만 명당 로봇 수는 전 세계 1등 수준으로 양적인 성장은 이루었지만, 여전히 자동화(특히 로봇)에 필요한 핵심기술 및 부품은 외부에 의존하는 실정이다. 특히 지능형 로봇 및 스마트공장 등의 각각의 사업이 단기적으로 양적인 성과에만 집중하고 있다.
그러므로 자동화 도입 및 확산 등의 양적인 성과에서 벗어나 중장기적으로 핵심기술 및 부품개발 등의 질적인 성장을 위한 정책도 함께 고려해야 할 것으로 사료된다.
4. 최근의 자동화 수준 및 도입의 필요성을 적극적으로 홍보
최근의 자동화 기술은 과거보다 더 복잡하고, 다양한 업무를 수행할 수 있고, 또한 개별기업의 특성에 맞게 시스템화하는 것이 가능해지고 있다. 그러나 관련된 최근의 기술 수준과 동향 등의 관련된 정보를 개별기업, 특히 영세한 기업이 습득하는 것에 한계가 있다. 그러므로 자동화 관련 기술 및 동향에 대한 정보를 접할 수 있도록 수요기업(특히 영세기업 및 뿌리산업에 속한 기업)을 대상으로 한 지속적인 홍보가 필요하다.
5. 자동화 수요기업과 공급기업의 매칭 및 정부의 역할도 논의할 수 있는 플랫폼 구축 및 활성화
독일의 경우 정부 정책과 더불어 수요기업과 공급기업 간의 협력 플랫폼을 통해 첨단기술 발전 및 자동화 동향을 선도하고 있다. 특히 독일의 인더스트리4.0 추진에 있어 민-관의 협력 성공사례로 꼽히는 스마트공장 KL을 살펴볼 필요가 있다. FESTO, Rexroth, HARTING, SIEMENS, CISCO 등 독일을 대표하는 장비 공급 기업 및 솔루션 기업들이 협업해 하나의 제조라인을 구축하였으며 해당 프로젝트를 기반으로 기술 경쟁력 구축 및 표준화를 선도할 수 있는 역량을 강화했다.
또한 국내에서 추진되던 프로젝트를 글로벌 선도 기업인 IBM, 화웨이 등과의 협업을 통해 글로벌 시장에서의 입지 강화에도 힘쓰고 있다는 점에서 국내 기업에게도 글로벌 기업과 협력 및 최신 기술 동향 파악을 위한 기회 마련이 필요하다.
6. 생산공정의 자동화 및 스마트화로 나타날 수 있는 부정적인 영향에 대해서 논쟁하기보다는, 이를 기반으로 산업경쟁력 및 양질의 일자리 창출을 도모할 수 있는 방안을 토론하는 건설적인 방향으로 사고의 전환
자동화는 기업 및 산업의 고용감소(특히 자동화로 대체가 가능한 업무를 수행하는 근로자)를 수반할 가능성이 크지만, 작업환경의 개선 및 임금 수준의 향상으로 일자리의 질이 향상될 가능성도 있다. 글로벌 경쟁 시대에서 자동화 및 스마트화 도입이 부진하여, 기업 및 산업경쟁력의 하락은 중장기적으로 국가 경제에 더 큰 위험을 초래할 수 있기 때문이다.
자동화 솔루션 도입, 어떻게 하는 것이 좋은가?
(미니인터뷰 (주)휴먼텍 자동화 사업부)
Q. 주로 어떤 기업에서 자동화를 도입하는가?
A. 최근 인건비 상승과 주 52시간의 시행이 코앞으로 다가오는 상황에서 앞으로 공정별 자동화 설비 도입을 해야만 현상 유지와 품질 안정화에 따른 추가 물량 확보는 물론, 신규 아이템을 수주 받아 운영할 수 있다고 다수의 기업들이 인지하고 있다. 그에 따라 자동화 설비 구축에 대한 검토 의뢰 역시 증가하고 있는 추세다.
예전에는 주로 위험하고 작업환경에 미흡한 곳에서 자동화가 이루어졌으나, 현재에는 지속적인 원가 상승에 따른 자동화 설비 구축으로 원가 절감할 수 있는 방법을 요구하고 있는 실정이다.
Q. 자동화 솔루션을 도입할 때, 고려해야 하는 점이 있다면?
A. 자동화를 검토하고 있는 기업이라면 주로 안전사고 예방 및 근무환경 개선, 품질확보로 고객 신뢰도 향상, 일률적인 생산 CAPA 확보를 목적으로 할 것이다. 그에 따라 적용하는 제품의 특성과 작업성을 면밀히 검토해야 한다.
자동화 솔루션으로 첫째, 인서트 작업이 있고, 둘째, Gate Cutting, 셋째, 검사 및 포장작업, 마지막으로는 스마트공장 실현이 있다. 이를 위해 설비 배치 작업공간이 필요하고, 인서트 작업으로는 금형 형개거리 확보 및 삽입 고정방식을 협의해야 한다. 특히, Gate Cutting은 수지 재질과 Gate 위치가 육안으로 부각되는 관리포인트인 경우는 어려움이 있으며, Rear면에 있는 경우에는 가능하다.
검사에는 미성형을 VISION CAMEARA로 검사할 수 있지만, 전체 면에 대한 검사는 불가한 실정이다. 또한, 수지색상과 발생되는 위치에 따라 볼 수 없는 곳도 있으며, 설비구축 비용(Cost)만 상승하는 요인이 된다. 발생빈도를 보고 특정된 포인트만 검사하여 효율을 높이는 것이 좋다. 포장은 어떤 Box에 어떻게 적재할지, 포장 Box의 재질까지도 고려되어야 한다.
이외 도입 기업과 공급처 양사 간에 세부미팅으로 검토되어야 하고, 협업으로 자동화를 성공시키는 방법 밖에 없다. 또한 사용할 담당자의 관심이 성공의 키를 가지고 있다고 판단된다. 그리고 저항감과 적응시간은 어쩔 수 없이 감당해야 하는 부분이며, 혹여 이 점으로 인해 도입을 거부할 경우에는 실패 사례가 될 가능성도 있다.
Q. 플라스틱 성형공정에서 자동화할 수 있는 공정들은 어떤 것이 있는가?
A. 취출부터 인서트, 조립, 게이트 컷팅, 후가공, 검사 및 포장 외에도 기타 여러 공정까지 다양하게 자동화할 수 있다. 자동화를 도입하고자 하는 기업에서 검토하는 내용을 의뢰한다면 상담이 가능하다.
Q. 자동화 도입 기업들의 특징이 있다면?
A. 안전사고 예방 및 근무환경 개선, 품질확보로 고객 신뢰도 향상, 일률적인 생산 CAPA 확보 등에 대한 절실함을 가지고 있는 기업에서 주로 도입하고 있다.
Q. 자동화 도입 기업들이 원하는 방향은?
A. 최근 기업들의 가장 큰 고민은 인건비 상승으로 판단된다. 특히, 주 52시간 실행에 따라 인원 충원 없이 생산물량을 맞추기 위해서는 절실히 자동화 도입이 필요한 실정이다. 이에 따라 일정하고 체계화된 생산으로 물량을 확보하고, 품질을 향상시키며, 안전사고 예방과 근무환경 개선을 통한 고급인력 유지를 원하고 있다.
그 외에도 지방으로 공장을 이전할 경우, 지역 특성으로 고급 인력이 함께 이동하지 못하는 경우와 현지 인원 채용에 난항을 겪는 상황이 종종 발생하고 있다. 이러한 부분에서도 자동화 도입이 대안이 되고 있다.
한편, 자동화 도입시 수작업의 생산속도를 넘어설 수 있다. 수작업은 작업자의 휴식시간을 통한 설비 비가동으로 생산수량 저하 외에도 재가동을 위한 준비시간과 탄화된 사출원재료 손실이 발생할 수 있다. 하지만 자동화는 지속적이고 일정한 Cycle로 가동함에 따른 생산수량이 상승한다.
단, 까다로운 공정에서는 자동화보다 수작업이 빠를 수 있다. 자동화는 단순 반복적인 작업만 하므로, 잦은 제품 조건의 변화로 작업공정이 자주 변경이 된다면, 작업자는 직접 보면서 필요한 부분만 작업하기 때문에 수작업이 빠른 공정도 있을 수 있다. 이럴 경우 자동화 설비를 투입할 공정과 수작업으로 할 공정을 나눠 설비 도입을 하는 게 좋다.
Q. 소형 성형 기업들 경우의 자동화 도입에 대한 이점이 없는가?
A. 제조업이라면 회사규모에 관계없이 고려를 하는 게 좋다고 판단된다. 예전에는 공책에 직접 계산을 하고, 이후 계산기 등을 사용하다 PC를 도입하고 나서 엑셀을 사용해 효율을 높였듯이 소기업들도 지금부터 발 빠르게 자동화 체제를 갖추지 않는다면 그만큼 경쟁력이 떨어질 수 밖에 없고, 자연스럽게 도태될 것으로 예상된다.
Q. 자동화 도입을 고려하는 기업에게 자동화 도입시 장점에 대해 언급한다면?
A. 자동화 도입은 사람을 중요시하기 위한 근무환경 개선과 안전사고 예방이라고 할 수 있다. 이에 따라 고급인력 이탈을 막을 수 있다고 사료된다. 그 외에도 생산품질과 물량확보는 자동화 도입의 당연시 되는 장점이다.
Q. ㈜휴먼텍은 자동화 솔루션 도입 기업들에게 어떠한 제안을 하고 있는가?
A. 당사는 사출 자동화에 취출 및 후공정 자동화까지 대응가능하며 오랜 노하우를 보유하고 있다. 특히, 사출성형 공장 자동화 분야에 특화된 기업인 만큼 여러 기업에 제안이 가능하다.
올해에도 로봇활용 제조혁신 지원사업 검토의뢰가 많았으며, 사업에 선정되어 설비 공급도 열심히 하고 있다. 또한, 2020년 지원사업에 대해 벌써 검토의뢰를 받고 있다. ㈜휴먼텍에서는 노하우가 쌓인 잘할 수 있는 부분을 강점으로 내세우며, 실수 없이 고객의 욕구를 충족시키기 위해 최선의 노력을 다하고 있다.
Q. ㈜휴먼텍의 자동화 솔루션은 어떤 비즈니스와 솔루션이 있는가?
A. ㈜휴먼텍은 취출로봇, 공장자동화 분야의 축적된 기술을 통해 플라스틱 산업부문에서 사출 전∙후 공정을 개발하여 공급하는 전문기업으로, 고객사의 현장 환경 개선 및 다양한 생산성 향상을 위한 기술 지원을 하고 있다.
- 자동차 분야: 자동차부품 취출 및 인서트, 전∙후 공정 자동화에 힘쓰고 있다. 자동차 관련산업에 있어 범퍼, IP 취출 자동화는 물론, 헤드램프, 캐리어 자동화, 그리고 필름, 내장시트 인서트 등에서도 다양한 기술과 제품을 공급하고 있다. 고도의 정확성과 안정성을 요하는 분야인 만큼 당사의 다양한 기술이 적용되고 있다. 휴먼텍의 ONE-STEP 공정을 도입하면 생산성, 품질 향상 등으로 제품경쟁력을 확보할 수 있다.
- 취출로봇: 휴봇은 당사가 만드는 모든 취출로봇의 브랜드명으로, HUBOT 시리즈는 2차 자동화에 최적화한 고속 서보형 횡주행로봇으로 고속 동작과 정밀한 동작을 위한 탁월한 제진 제어 기본내장, 간편한 위치설정 등의 사용자 편리성은 물론, 안전보호기능으로 안정성까지 고려했다. HBC 시리즈는 1축 서보형 횡주행 취출로봇으로 컴팩트한 경량화 구조에 내구성을 위한 신뢰성 있는 일류 요소부품의 적용과 동급최초로 시인성과 조작이 편리한 7인치 터치형 팬단트를 적용했다. HUPET 시리즈는 PET 프리폼 취출 전용로봇으로 생산성 향상을 위한 고속 안정성, 정밀성을 바탕으로 최적의 취출 사이클타임을 실현했다.
- IML 인서트 시스템: IML(In-Mold Labeling)은 블로우 성형, 사출 성형 또는 열 성형 공정을 통해 용기를 제조하면서 사전에 인쇄된 각종 라벨을 부착하고 취출, 검사공정까지 ONE-STOP 생산하는 것이다. 당사에서는 이러한 공정을 자동화함으로써 고객사의 생산성 향상과 공정단축을 통한 원가절감 등으로 제품경쟁력을 확보하고 있다.
- 가전분야: 소비자들과 가까운 가전제품 제조공정에 있어서도 하우징, 부품, 필름 인서트 같은 많은 자동화가 이루어지고 있으며, 당사의 기술과 제품이 고객사의 생산현장에서 큰 비중을 차지하고 있다.
- 기타: 정확성과 정밀성 등을 요구하는 생산현장에서 많은 부분들이 자동화되고 있으며, 대표적으로 비전검사, 게이트 커팅, 조립 자동화 등의 분야에서도 당사가 함께 하고 있다.
Q. 최근 자동화 솔루션 트렌드나 방향에 대한 여부와 지역에 따른 특징이 있는지? 또한 해외 비즈니스 대응에 대한 플랜은?
A. 아직까지는 사람에게는 단순한 작업일지라도 기계한테는 어려운 것이 많은 실정이다.
기존에는 피더를 통해 선별이 어려운 제품 및 Tray에 담아 공급하기 어려운 제품들은 수작업으로 생산이 이루어져야 했으나, 최근 로봇과 Vision을 발전으로 3D비젼을 활용한 빈피킹(Bin-picking) 시스템에 관심이 높아지고 있다.
빈피킹은 무작위로 흩어진 제품을 픽 앤 플레이스(Pick and Place) 하는 기술로, 랜덤으로 쌓인 여러 물체를 순차적으로 인식하여 정확히 필요한 것을 파지하는 응용기술을 말한다. 기존 자동화 시스템은 정해진 영역 속에서 정렬된 제품을 파지하게 하는 공정이 반드시 필요했으나, 빈피킹 시스템은 이 공정을 없앰으로써 생산성을 높이고, 정렬이 어려워 자동화 도입이 되지 않던 제품의 영역까지 자동화가 가능하다는 희망의 시작을 보이고 있다. 이에 따른 모델 Change kit시 비용 절감도 할 수 있게 되었다.
㈜휴먼텍 역시 이 시스템에 대해 여러 경험과 노하우를 쌓고 있는 중이다. 물론, 아직 넘어야 할 기술적 어려움이 있는 건 사실이지만 순차적으로 응용기술를 축적하고 있으며, 동남아시아지역권에서도 자동화 구축을 위한 문의를 받고 있다.
최근 축구화의 인서트 자동화가 진행되고 있으며, 여러 자동화에 대한 검토들이 많아지고 있다.
Q. 자동화 솔루션을 구축할 때, 로봇은 어떤 역할은 하는가?
A. ㈜휴먼텍은 사출성형공장에서 제품을 취출하는데 필요한 직교형 테이크 아웃 로봇을 직접 자체 개발하여 양산화 했다. 설계단계에서부터 SI업체로써 로봇을 활용한 자동화 솔루션에 활용하고자 고속이송 정밀 인서트 등에 특화해 개발하였고, 빠르고 정밀한 작업이 필요한 공정 등에 활용하면서 처음 접하는 유저들도 쉽게 다룰 수 있는 직관적인 인터페이스를 적용하였다. 아울러 자체 개발제품이라 고장 시에도 신속한 대응이 가능하다는 장점을 가지고 있다.
Q. ㈜휴먼텍의 향후 비즈니스 방향과 솔루션에 대해 소개한다면.
A. 당사에서 직접 설계해 접목한 솔루션 성공사례를 중심으로 비슷한 업종의 주변 고객들과 성공사례를 공유하여 솔루션 도입을 통해 얻을 수 있는 가치를 고객에게 알리고 고객이 이윤을 내게 하는 윈윈(Win-win)전략으로 꾸준하게 전진하며 탄탄한 기술력을 통해 고객만족을 이루는 회사로 성장하도록 노력할 것이다.
