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[박종권 박사가 말하는 생산 장비 발전 방향①] 4차 산업혁명의 시대, All in One 장비의 탄생이 필요한 이유

시장의 요구는 갈수록 복잡해지고, 요구가 많아질수록 공정도 점점 복잡해진다. 4차 산업혁명이니 스마트화니 하는 이야기들도 결국은 이러한 산업 환경 변화에 대응하기 위한 것이다. 한국기계연구원의 박종권 박사는 전체 생산 시스템의 근본 기술인 생산 장비가 첨단 기술과의 융합을 통해 얼마나 유연화 및 지능화 되느냐 하는 문제가 4차 산업혁명이라는 국가적 과제의 달성에 큰 비중을 차지할 것이라고 설명한다. 항공 및 의료산업 발전에 따라 고부가가치 제품 생산에 대한 수요도 늘어나고 있는 만큼 생산 시스템의 진화는 더욱 시급해졌다고도 말한다. 이것이 박 박사가 ‘국가 제조업 혁신을 위한 ICT 융합 3차원 디지털 하이브리드 제조 플랫폼 기술 개발’을 통해 All in One 장비를 탄생시키고자 하는 이유다.

 

park1우리는 언제나 최신 기술에 열광한다. 최근의 제조업계는 4차 산업혁명이라는 새로운 화두의 등장 이후 부상한 수많은 첨단 기술에 관심을 쏟고 있다. 더 정확히는 전통적 생산 시스템과 첨단 기술간의 융합을 통한 공정 스마트화가 이슈다. 공작기계의 스마트화에 대해 다방면의 연구를 진행하고 있는 한국기계연구원 초정밀시스템연구실 책임연구원인 박종권 박사는 생산 장비 기술의 혁신이 4차 산업혁명의 성패를 가르는 핵심적 역할을 할 것이라고 설명했다.

“최근 제조업 양상은 양방향 통신(IoT)과 빅데이터(Big Data)의 적용을 통한 지능형 제조업(Smart Manufacturing System, Smart Factory) 형태로 발전되는 패러다임을 가지고 있다. 생산장비 기술은 전체 생산 시스템의 근본 기술로, 이러한 생산 장비가 첨단 기술과의 융합을 통해 유연화 및 지능화 되어야만 4차 산업혁명 시대를 효율적으로 대비할 수 있다.”

박종권 박사는 한국기계연구원 초정밀시스템연구실에 재직중이다. 한국생산제조학회 제 12, 13대 회장을 역임했다. 2011년 대한민국 과학기술 훈장을 수훈하고, 2015년 올해의 공작기계인으로 선정되는 등의 공로를 인정받았다.

혁신을 위한 새로운 생산 시스템

이에 박 박사는 한국산업기술평가관리원이 지원하는 산업선도원천기술개발사업의 일환으로 ‘국가 제조업 혁신을 위한 ICT 융합 3차원 디지털 하이브리드 제조 플랫폼(Samrt Factory) 기술 개발’을 준비하고 있다.

“생산 장비 기술은 제품의 디자인에서부터 생산까지 필요한 빅데이터를 구축하여 스마트한 가상 생산 및 공정 데이터를 생성해내는 CPS(Cyber Physical System)와 어떤 디자인도 높은 품질과 생산성으로 제조할 수 있는 3D 적층 기술 및 난삭재 하이브리드 가공 기술을 융합한 All in One 장비 시스템으로 진화하고 있다. 현재 기획 중인 ‘ICT 융합 3차원 디지털 하이브리드 제조 플랫폼’도 이 같은 All in One 시스템으로 기술을 구축·개발하는 것을 골자로 하고 있다.”

이 기술 개발 사업의 핵심 기술군은 CPPS(Cyber Physical Production System) 기술, AI 기반 3차원 적층 가공 시스템 기술, ICT 융합 스마트 하이브리드 가공 시스템 기술, 디지털 제조 플랫폼 통합 운영 기술의 4가지로 구분된다. 박 박사는 이 네 가지 기술에 대한 원천 기술 확보를 통해 스마트 산업 생태계를 조성함으로써 국가 제조업 혁신과 경제 활성화 실현의 발판을 마련할 수 있을 것이라고 설명했다.park2

핵심 요소에 대한 원천 기술 확보해야

그렇다면 박 박사가 원천기술 확보의 필요성을 주장하는 네 가지 기술은 정확히 어떤 기술일까? CPPS는 사이버상에서 적층 및 가공 공정을 시뮬레이션하여 최적의 상태를 예측하고 그에 부합하는 공정 조건을 찾아 하이브리드 제조 공정에 반영해주는 역할을 하며, AI 기반 3D 적층 가공 시스템은 높은 자유도를 기반으로 복잡한 구조물 생산에 대한 기존 가공의 한계를 극복한다.

적층 가공은 Thermal Spray 모듈과 Cold Spray 모듈로 나뉘어 연구되는데, Thermal Spray는 익히 알다시피 레이저를 활용하여 금속을 용융시키는 방식으로 이루어지는 공정이다. 최근에 주목받고 있는 Cold Spray 방식은 조금 더 진화된 적층 가공 기술로, 융점 이하의 고온 금속 분말을 음속의 약 3배인 1,000m/s 수준으로 초고속 분사하여 큰 운동 에너지를 갖는 금속 분말이 기판에 충돌하는 순간 융착되며 적층하는 소성가공 메커니즘의 기술이다. 기존 방식에 비해 생산성 이나 물성 면에서 뛰어나다는 평가를 받고 있다.

ICT 융합 3차원 디지털 하이브리드 제조 플랫폼 및 통합 운영 기술은 기존의 절삭, 연삭, 레이저 가공과 같은 단일 공정에서 가공하기 어려웠던 고경도 소재, PCD, 유리, 세라믹 등의 난삭재를 다중물리(Multi Physics) 개념으로 다수의 공정 및 시스템을 융합하여 정밀하게 가공할 수 있게 해주는 기술이다.

특히 하이브리드 가공 기술은 선진국 중심의 블루오션 기술 분야로, 수요 산업의 제품 기능 및 생산성 한계 극복과 제조 패러다임 혁신이 가능할 것으로 기대를 모으며 국내외적으로 많은 관심 속에 연구가 진행되는 기술이다. 이미 독일, 일본, 미국 등 글로벌 장비 업체들은 하이브리드 가공 솔루션을 활발히 출시하고 있는 상황이다. >> 다음 호에 계속

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10월호에 게재될 ‘박종권 박사가 이야기하는 생산 장비의 발전 방향②’에서는 새로운 제조 플랫폼의 핵심 기술에 대한 국내외 기술 동향에 대해 살펴 볼 예정이다.

 

About 김솔 기자

다양한 취재 경험을 살려 여러분께 읽고 싶은 기사, 재미있는 기사 보여 드리겠습니다:)