[특집] 산업용, 협동로봇으로 제조업이 스마트해지다

  • 2018-06-12
  • 신윤오 기자, yoshin@elec4.co.kr

산업용 로봇 시장 급성장세, 한국은 글로벌경쟁력 미흡



세계 산업용 로봇 시장이 고공 성장하면서 국내 산업용 로봇 시장도 계속 증가 추세를 나타내고 있다.

세계 로봇 시장은 2016년을 기준으로 총 20.5B($) 규모로, 이중 산업용이 64%(13.1B), 전문 서비스 23%(4.7B), 개인 서비스가 13%(2.7B)를 차지한다. 이를 전년대비 성장률로 따지면 산업용 18%, 전문 서비스 2%, 개인 서비스 15%가 성장했다.

세계 산업용 로봇 공급 현황을 봐도 성장세가 확연하다. 2016년 사상 최대의 산업용 로봇 294천대가 공급되었다. 이는 전년 대비 18%가 성장한 수치로 금액기준으로는 2011년부터 2016년까지 연간 10%가 성장하였다.

중국, 한국, 일본, 미국, 독일 등 주요 5국이 전체 시장의 74%를 차지하고 있는데 중국시장이 전체의 30%를 차지하며, 중국은 2013년 이후 연속 1위를 기록하고 있다.

한국의 산업용 로봇 시장은 2015년 전년 대비 8%가 증가했으며, 이 배경에는 LCD, 메모리 반도체, 전기용품, 가전 등 전기전자산업과 자동차 산업(완성차, 기계부품, 배터리)이 성장을 주도했다. 국내 생산은 5% 감소했고 수입은 32% 증가하였다. 국내 판매 64%가 직교좌표형 로봇이었으며 이는 세계 시장 수요의 47%를 차지한다.




주요 국가 로봇 R&D 및 정책


이처럼 로봇 시장이 커지면서 세계 각국도 로봇 정책에 힘을 쏟고 있다. 세계 주요국의 로봇 R&D 투자 및 정책 현황은 이를 잘 반영하고 있다.

미국은 제조업 부품 목적의 ‘첨단제조 파트너십’ 일환으로 ‘국가 로봇 계획’을 추진하고 있으며 주로 협동로봇 개발을 지원하고 있다. 특히 미국은 DARPA(미 국방성 산하 방위고등연구계획국) 중심으로 우주, 국방, 의료 헬스케어 등 다양한 로봇 분야에 투자하고 있다.

일본은 범정부 차원의 ‘로봇 신전략’을 추진하고 있다. 로봇 보급 확산 활용 확대를 위한 실증사업을 추진하고 있으며 특히 고령화에 대응한 개호 복지 분야의 로봇 개발, 상용화에 힘쓰고 있다. 일본의 로봇혁명 실현위원회는 산업용 로봇 기술을 서비스 분야로 확대하여 2020년까지 로봇 시장을 2배로 확대할 계획이다. 2020년에 세계 로봇을 모두 모아 기술 경쟁을 벌이는 로봇 올림픽을 개최한다고 선언하기도 했다.

EU는 범국가적 로봇 연구 프로그램 ‘SPARC(세계최대 규모의 민간참여 로봇연구 프로그램)’를 추진하고 있다. EU 프레임워크 프로그램 중 고령자 보조를 위한 로봇사업 5개를 진행하고 있으며 특히 프랑스는 서비스 로봇분야에서 2020년 5대 강국 진입을 목표하고 있다.

중국은 ‘중국제조 2025’ 핵심 산업 분야에서 로봇을 선정하여 주요 공정의 스마트화, 로봇활용을 확대하고 있다. 중국의 로봇산업 발전 계획에는 10대 핵심로봇 육성과 핵심 기업 육성 등이 담겨 있다.

한국도 지난 2008년 지능형 로봇 개발 및 보급 촉진법을 제정하여 지원하고 있다. 지능형 로봇 기본 계획에 따라 1차(2009~2013) 기본 계획은 국내 로봇시장 규모 확대를 위한 제조/청소로봇 등 시장 형성된 제품 개발 및 보급에 중점을 두고 기초 인프라, 로봇수요 공간 조성, 범국가적 협력체제 구축을 목표로 삼았다. 2차(2014~2018) 기본계획은 선택과 집중을 통한 로봇 R&D 종합 역량을 제고하고 로봇 수요의 전산업 확대, 개방형 로봇산업 생태계 조성, 범국가적 로봇융합 네트워크 구축에 중점을 두었다.




국내 로봇, 글로벌 경쟁력이 미흡


국내 제조경쟁력이 주로 전기전자 산업에 의존하고 있기 때문에 직교좌표 로봇의 수요가 매우 높다. 다시 말해, 로봇 밀도가 높다는 이야기인데 제조현장 근로자 10,000명 당 로봇 적용 수에서 한국은 2008년 이후 가파르게 상승하여 2011년 일본을 추월했다. 자동차 산업과 달리, 전자산업의 주요 경쟁국은 한국보다 인건비가 저렴한 편이다.

한국의 로봇 완제품 생산액은 일본의 1/12 수준이며, 염가/저난이도 직교로봇 위주 생산이라 글로벌 경쟁력이 미흡하다. 이에 따라 고부가가치의 수직다관절 로봇은 상당수를 수입하고 있는 실정이다.



제조용 로봇 현황


산업현장에서 사용하는 제조업용 로봇은 프로그래밍에 따른 작업 및 제어가 가능하며, 다기능 다목적으로 가변성 요소를 충족시키는 로봇으로 정의된다.

제조업용 로봇은 이적재용 로봇, 공작물 탈착용 로봇, 용접용 로봇, 조립 및 분해용 로봇, 가공용 및 표면처리 로봇, 바이오 공정용 로봇, 시험 검사용 로봇, 기타 제조업용 로봇이 있다. 이는 다시 기계 구조에 따라, 다관절 로봇, 직교형 로봇, 병렬형 로봇, 스카라 로봇 등으로 나눌 수 있다.



기술 수준도 각각이다. 로봇 제품과 시스템의 설계에 관한 기술은 독일과 일본이 최고 수준의 기술을 보유하고 있으며 국내기술은 선진국의 80% 수준(2016년 기준)이다. 설계된 로봇 기구 및 시스템의 구현에 관한 기술도 최고기술 보유국(독일, 일본)에 비해 90% 수준이며 구동부 핵심 부품의 설계 기술은 최고기술 보유국(독일, 일본)과 비교하여 75% 수준이다. 또한 제조업 적용을 위한 응용 기술 및 제어, 네트워크 기반 시스템 엔지니어링에 관한 기술은 최고기술 보유국(미국, 독일, 일본)에 비해 90% 수준이며 제조업용 로봇의 판단, 인식, 행동에 관한 기술(지능화기술)은 80% 수준이다.

이처럼 국내 기술 수준이 떨어지는 만큼 기술 취약 분야도 존재한다. 제조업용 로봇의 국내 취약 기술은 설계기술, 제조 생산기술, 구동부 기술, 자동화 기술, 지능화 기술 등에서 나타난다. 먼저 설계기술은 대형 기반가중(500kg 이상), 모듈화 컴팩트화 설계 기술 등이 취약하고 제조 생산기술은 부품의 정밀 가공/조립, 구동부 기술은 서보모터의 경량화 및 토크효율, 감속기의 효율성 등이 취약하다. 자동화 기술은 네트워크 및 MES 연계 적용기술, 자동차 조선 외 등이 취약하며 지능화 기술 분야는 AI 및 자율주행 기술이 부족한 실정이다.



협동로봇의 효과


이에 최근 협동로봇 시장이 크게 성장하고 있다. 협동로봇은 인간의 노동을 대체하는 로봇이 아닌 인간의 활동을 보조하고 인간과 협업하는 로봇으로서 높은 안전성, 적용 편이성 등이 장점이다. 유망시장으로 부각되는 협동로봇은 2015년 1.1억 달러에서 2022년 32.7억 달러로 연평균 60% 이상 성장할 전망이다.

협동로봇은 가공, 식료품 등 다양한 분야에 Assembly, Handling, 포장, 물류 등 자동화 수요가 증대되고 있는 공정에 활용이 가능하다.
고난도의 수작업이 요구되는 다품종 소량 생산에 사용할 수 있어 중소기업의 로봇 활용 촉진이 가능하며 인간과 로봇의 분업이 단순 반복 작업 등 저부가가치 작업 20~30% 자동화를 가능하게 하여 기업의 제조 경쟁력을 확보할 수 있다. 공정 재배치가 쉬워 생산 유연성이 크며 애플리케이션에 따라 축의 수를 유연하게 구성할 수 있다.



별도의 펜스 없이 인간과 작업공간을 공유할 수 있는 안전한 로봇이며 작업환경 개선과 공간 절약이 가능하다. 대당 단가가 3~4천만 원 수준으로 기존 제조업용 로봇(1억 원 이상) 대비 낮은 수준이다.

이미 세계적인 기업들은 협동로봇을 도입하여 상용화하고 있다. BMW는 문짝 Bonding 작업에 유니버설로봇(UR)의 UR10을 도입하여 안전 펜스 없이 작업자와 협업, 향후 품질검사용 공정에도 확대 적용할 예정이다.

GE는 LED Lighting 조립 공정에 RR사의 Saywer를 도입하여 기본 공정 변경 없이 설치운영 중이며 계절별 생산물량 변동이 큰 Plant 대상으로 도입확대 예정이다. P&G(화장품 분야)는 향수 샘플 제품 포장공정에 협동로봇 UR5를 도입하여 컨베이어 Pick & Place 작업에 투입했으며 Job Change가 많은 다품종 소량 생산 공정에 확대 적용 예정이다.

국내 협동로봇 상용화도 한창이다. 한화테크윈은 항공방상 및 산업용 장비 사업을 해오며 축적해왔던 로봇, 정밀/다축 모션제어, 소프트웨어 기술을 활용하여 지난 2017년 3월 협동로봇 HCR-5를 자체 개발해 출시했다. 뉴로메카는 협동로봇 원천기술을 보유한 기업으로 국내 유일의 천만 원대 협동로봇을 만들었으며 최근 협동로봇에 IoT를 연계하는 연구를 진행하고 있다.

이에 정부는 2022년까지 협동로봇을 개발, 단계적 보급 확대를 계획하고 있다. 올해까지 중소제조업종을 중심으로 50개의 로봇을 시범 보급할 예정이다.

협동로봇 개발을 위해 로봇기업, 부품기업, 서비스 기업, 수요처 등 25개 기관이 참여하여 협동로봇산업 발전을 위한 업무 협약을 체결했다. 업종별 특성에 맞춘 협동로봇도 개발한다. 고중량 물체(15kg) 취급용 협동로봇 개발에 2019년까지 35억 원이 투입된다. 협동로봇 부품, 소프트웨어 국산화를 위해 충돌 방지를 위한 피부형 센서 개발에 2020년까지 20억 원이 지원된다.

지난 2월 열린 ‘지능형 로봇산업 발전전략 간담회’에서 문승욱 산업통상자원부 산업기반실장은 “우리 로봇산업이 세계적인 경쟁력을 갖추고 나아가, 청년 일자리 창출에도 기여할 수 있도록 산?학?연이 함께 노력해 줄 것”을 강조하며, “정부도 협동로봇?서비스로봇 선도 프로젝트 추진, 혁신역량 강화, 신시장 창출 등 ‘지능형 로봇산업 발전전략’의 속도감 있는 추진을 통하여 가시적 성과 창출에 노력할 것”이라고 밝혔다.
 

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