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[박종권 박사가 이야기하는 생산 장비의 발전 방향②] 원천 기술 확보, 지금이 적기일 수 있다

급격한 산업 환경 변화에 따라 생산 시스템 진화의 시급성도 증가하고 있다고 설명하는 한국기계연구원 박종권 박사. 이미 산업 선도국을 중심으로 첨단 생산 시스템 개발 및 출시가 활발하게 이어지고 있는 상황이다. 이러한 상황 속에 관련 핵심 요소 원천 기술 확보를 위한 기술 개발 사업을 준비하고 있는 박 박사에게 국내외 기술 동향과 기술 개발 방향, 그 효과에 대한 이야기를 들어보았다. 

박종권 박사
박종권 박사

박종권 박사는 ‘국가 제조업 혁신을 위한 CP2S 기반 스마트 하이브리드 제조 플랫폼의 설계 및 원천기술 개발’ 사업 내에서 핵심 기술군을 네 가지로 분류했다. CPPS(Cyber Physical Production System), AI 기반 3차원 적층 가공 시스템 기술, ICT 융합 스마트 하이브리드 가공 시스템 기술, 디지털 제조 플랫폼 통합 운영 기술이 그 핵심 기술군으로, 독일과 일본 등 전통적 제조 강국을 중심으로 해당 기술에 대한 연구개발은 해외에서 이미 활발히 진행되고 있는 상황이다.

박종권 박사는 한국기계연구원 초정밀시스템연구실에 재직중이다. 한국생산제조학회 제 12, 13대 회장을 역임했다. 2011년 대한민국 과학기술 훈장을 수훈하고, 2015년 올해의 공작기계인으로 선정되는 등의 공로를 인정받았다. 해당 기사의 전편은 MFG 9월호에서 확인할 수 있다.

이미 앞서가고 있는 기술 강국들

CPPS의 경우, 전통적 ICT기술 강자인 미국의 기업 및 연구기관을 중심으로 기술 개발이 이루어지고 있는 상황이다. IBM, Cisco, RTI, PrismTech, OCI와 컬럼비아 대학 등이 자율제어, 통합 연동 미들웨어, 산업용 네트워크, 모델링 및 시뮬레이션, 임베디드 시스템, 설비 연결 표준화 통신, OS 및 플랫폼 등 관련 기술 개발 및 제품 출시를 활발히 진행하고 있다. 독일의 지멘스 역시 공장 자동화, 제품 설계, 데이터 관리 등 폭넓은 분야에 대한 하드웨어 및 소프트웨어 기술력을 바탕으로 CPS 환경 구축에 선도적으로 나서고 있다. 박 박사는 “국외에서는 CPS 관련 기술 개발이나 제품 출시는 물론, 제조 현장에서 해당 기술을 활용하여 생산 시스템을 효율화하는 경우도 많다”며 독일의 고급 키친 브랜드 노빌리아의 사례를 소개했다. 경쟁력 유지를 위한 생산 자동화에 CPS 기술을 활용한 노빌리아는 재료를 가공하는 ‘전 공정’과 가공된 부품을 완성품으로 조립하는 ‘후 공정’에 고도의 ICT를 접목했다. 이를 통해 고객이 주문한 제품이 언제 어디로 도착되어야 하는지 파악하고, 이에 기반하여 공정의 실시간 최적화나 문제 해결의 효율화를 달성했다.

3D 적층이나 하이브리드 가공 기술은 이미 전세계적으로 기술개발이나 제품 출시가 활발히 이루어지고 있는 분야다. 난삭재 및 초정밀·초미세 가공에 대한 필요성이 증가하면서 수요가 증가한 하이브리드 가공 시스템. 초음파+연삭, 랩핑 공정+연삭, 하드터닝+내면 연삭, 기어 가공+내면 연삭부터 초음파, 레이저, 에너지빔 등을 이용하는 이공정 하이브리드 가공 기술에 대한 연구들이 진행되고 있다.

“초정밀·초미세 가공을 위한 하이브리드 가공 시스템은 나노 정밀도를 갖는 운동 요소 개발이 필수적인 요소로, 이것이 성능지표를 결정하기도 한다. 때문에 초정밀 가공 시스템 개발이 먼저 시작된 일본과 독일, 미국 등에서는 일찍이 관련 요소 개발이 이루어졌고, 이를 실제로 하이브리드 가공 시스템에 활발히 적용하고 있다”고 박 박사는 설명했다. 이미 초정밀·초미세 하이브리드 가공 기술을 상용화한 일본이나 독일 등 선진국의 경우 하이브리드 가공 기술 및 시스템과 관련해 자국 기술의 유출을 철저히 방지하고 있으며, 경쟁력 우위를 유지하기 위해 경쟁국에 대한 판매조차 하지 않고 있는 상황이다.

4차 산업혁명 개념의 등장 이후 디지털 매뉴팩처링의 중심으로 떠오르고 있는 3D 적층 가공 기술과 기존 가공을 융합시킨 하이브리드 장비도 속속 출시되고 있다. 디엠지모리, 마작, 마츠우라와 같은 기업들이 수년 전부터 3D 적층과 절삭 가공이 모두 가능한 복합 장비를 시장에 선보이고 있다는 것은 잘 알려진 사실이다. 박 박사는 3D 적층과 기존 가공을 융합시키는 올인원 시스템 개발이 지속적으로 활성화되고 있고, Cold Spray와 같이 다양한 3D 적층 기술이 부상하고 있는 추세에 따라 더욱 폭넓은 형태의 3D 적층 하이브리드 장비들이 등장할 것이라고 설명했다.

스마트 제조플랫폼 분야는 전통적인 전문 분야에 대한 원천 기술을 기반으로 하드웨어는 상위 응용 영역까지, 소프트웨어는 IoT와 클라우드 등을 접목한 신규 비즈니스 영역으로 확장되고 있는 추세다. 지멘스, 로크웰오토메이션, 미쓰비시, 슈나이더일렉트릭 등 글로벌 자동화 기업을 필두로 SAP, 시스코, 다쏘시스템, 오라클 등 ICT 기업들이 그 지배력을 위시하여 시장을 점유하고 있다.1

마작과 디엠지모리가 생산 중인 절삭+적층 하이브리드 가공기
마작과 디엠지모리가 생산 중인 절삭+적층 하이브리드 가공기

국내, 원천 기술 확보 잠재력 충분해

그렇다면 국내 상황은 어떨까? 우리나라는 자동차, 전자 등의 대표적 기간 산업과 공작기계, 금형 등 후방 산업들이 규모나 기술적인 면에서 세계적으로 위상을 떨치고 있다. 그러나 최근 화두로 떠오르고 있는 ‘스마트화’ 기술 분야에 있어서는 원천 기술 부재로 우위 선점에 난항을 겪고 있다는 것이 박종권 박사의 설명이다. 앞서 언급된 네 가지의 기술의 상당 부분이 개발 초기 단계에 머물러 있거나, 개발을 했더라도 상용화까지 이루어진 경우가 드물다고. 하지만 박 박사는 반등의 기회가 충분히 있을 것이라고 전했다.

“3D 적층 분야의 경우, 수요 산업과 연계한 기술개발이 활발하게 이루어지면서 그 잠재력을 드러내고 있다. 스마트 제조 플랫폼의 경우에도 원천 기술 부재로 생태 기반이 전체적으로 취약한 편이지만, 다양한 시스템을 통합하는 ICT 융복합 경험은 상대적으로 풍부한 편이기 때문에 이를 기반으로 성장할 여지가 있다고 생각한다. CPPS나 하이브리드 가공 시스템에서도 어느 정도의 개발 성과는 나오고 있는 상황이다. 잠재적 성장 기반은 충분하다. 때문에 4차 산업혁명에 대한 국가적 관심이 어느 때보다 높은 지금 이 기회를 적극적으로 활용하여 원천 기술 확보에 주력해야 할 필요가 있다.”

박종권 박사가 준비중인 ‘국가 제조업 혁신을 위한CP2S기반 스마트 하이브리드 제조 플랫폼의 설계 및 원천기술 개발’ 사업 역시 4차 산업혁명의 핵심 원천 기술 확보를 위한 것으로, 박 박사는 해당 사업을 통해 All in One 생산 시스템 개발을 넘어선 기술적 파급 효과를 기대하고 있다.

About 김솔 기자

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