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국내 자동화 산업의 현황과 전망
 
●산업리포트
 
월간 기계기술기자 | 2004.10.01 | 2004년 10월호
 
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자동화기기산업은 기계기술과 전자기술 또는 정보처리기술을 응용하여 가공 조립 등 생산목적에 적합한 메카트로닉스 제품을 생산하는 산업이다.
  자동화산업은 고도의 지식 및 기술집약적 산업으로 산업의 경쟁력 강화 및 기술개발 등에 직간접적으로 영향이 큰 산업이다.
  최근 정보화의 진전에 따라 제품의 라이프사이클이 단축되고 있어, 다품종 소량 생산추세에 적합하며 고용, 노동의 질, 노동의 모랄(Moral), 가정, 의료분야 등 인간복지에도 파급효과가 크다.
 또 에너지절약 및 고부가가치산업으로 부존자원이 부족한 우리나라에 적합한 저자원 고부가가 치산업으로 기계기술에 전자, 정보기술을 복합하여 지금까지 없었던 신기술, 신상품을 창출하고있으며 생산자동화의 비약적 발전으로 제품생산 경쟁력과 제품성능 경쟁력을 좌우하는 핵심요소산업으로 대두되고 있다. 본지에서는 기계산업진흥회의 자료협조를 받아 국내 자동화산업의현황과 발전방안에 대해 기술한다.(편집자주)
1. 자동화산업의 분류
가. 자동화설비
 
 1) 로봇
  로봇자동화는 메카트로닉스를 기본으로 정보, 반도체, 인공지능, 생체공학, 신소재 등 첨단기술과 기계, 전자 등 전통기술이 융합된 고부가가치의 차세대 신기술 복합체이다.
 그 종류로는 개인용 로봇, 서비스로봇, 필드로 봇, 제조업용 로봇으로 구분되며 개인용 로봇은 가정 또는 사무실 등에서 한 개인의 보조적인 존재 (교육, 오락, 비서, 가사 등)로 사용된다. 서비스로 봇은 가정, 사무실 등에서 인간의 작업을 대신하거나 인간에게 필요한 서비스를 제공하는 로봇이며 필드로봇은 안전상의 문제 등으로 인간의 접근이 어려운 곳에서 인간을 위한 작업을 대신하거나, 공장 등에서 높은 생산력을 위해 투입된다. 제조업용 로봇은 공장안에서 직접 생산을 담당하거나 인간의 작업을 보조하는 로봇이다.
 
 2) NC공작기계
  공작기계는 기계공작의 기초가 되는 절삭·연삭 등과 같이 절삭 칩을 내면서 금속 등의 재료를 가공하여 필요한 모양을 만들어 내는 기계를 말하며, NC공작기계는 기능공이 하던 수작업을 CNC(수치를 제어하는 기기)에 의해 자동적으로 금속을 가공 하는 기계를 말한다.
 
 3) 반도체 제조장비
  반도체 제조장비는 반도체 회로설계, 실리콘 웨이퍼제조, 칩 제조(웨이퍼 가공), 조립, 검사에 필요한 기계장비를 말하며 그 종류는 전공정장비, 후공정장비, 검사장비, 기타장비로 구분할 수 있다.
  일반적으로 반도체 제조공정에서의 전공정장비는 Photo, Etch, 세정·건조, 열처리, 불순물주입, 박막형성공정 등의 공정에 사용되는 장비를 말하며 후공정(조립)장비는 Dicing, Bonding, Packing 등의 공정사용 된다.
 
 4) 자동반송장치
  자동반송장치는 자동화생산시스템의 일부로써, 생산시스템에서의 소재, 원료, 중간제품, 최종제품을 비롯하여 공구, 수리기구, 팔레트 등 생산에 사용되는 도구 등을 필요한 장소에 무인반송차(AGV: AutomatedGuidedVehicle) 및 콘베어 등을 이용 하여 반송시키는 장치이다.
 
 나. 자동화부품
 
 1) CNC(ComputerNumericalController)
  CNC부품은 컴퓨터의 제어장치를 이용해 기계를 자동 제어하는 장치로 공작기계의 경우 공작물에 대한 공구의 위치를 기억시켜 놓은 명령으로 공작 기계를 제어하거나 자동으로 조작하는데 이용한다. 부품의 종류로는 위치결정CNC, 직선절삭CNC, 연속절삭CNC등으로 구분된다.
 
 2) 유공압기기
  유공압기기는 압축기나 송풍기 등을 이용하여 압축공기를 제어밸브 등으로 적당히 제어해서 액추에이터에 공급함으로써, 그 출력을 부하의 요구에 적합한 기계적 에너지로 쓰는 일련의 기기 및응용기기로 그 종류는 구동기기, 방향제어기기, 청정화기기, 압축기기 발생장치 등으로 구성되어 있다.
  일반적으로 구동기기는 직선이나 회전운동을 하는 기기(Cylinder 등)를, 방향제어기기는 공기압의 흐름을 제어하는 기기(Valve 등)를, 청정화기기는 압축공기에 포함되어 있는 수분이나 이물질을 제거하고 압력을 제어 하는 기기를, 압축기기 발생장 치는 공기를 압축하여 고압기체로 만들어 내는 장치를 말한다.
 
 3) PLC(ProgrammableLogicController)
  PLC부품은 제어반내의 릴레이타이머, 카운터 등의 기능을 LSI, 트랜스터 등의 반도체 소자로 대체시켜, 기본적인 시퀀스 기능에 수치연산기능을 추가하여 프로그램제어가 가능하도록 한 자율성이 높은 제어장치이다. 이 장치는 열악한 생산현장에 기계장치를 운전, 제어하기 위하여 온도, 습도, 전기적 노이즈에 강하고 취급이 용이한 구조로 되어 있으며, 블록타입(소형 PLC)과 모듈타입(대형 PLC)으로 분류할 수 있다.
 
 4) 센서
  센서는 물리, 화학적인 양의 변화, 정도 등을 전기 적인 신호로 변환하는 인간의 감지기능 역할을 수행하는 기기로 복합기술이 요구되고 사용범위가 매우 넓어 전후방산업, 첨단제품의 품질, 가격경쟁력에 파급효과가 크고, 다품종, 소량생산 특성으로 중소벤처기업에 적합하며, 고부가가치와 고용창출 효과도 크고 사용용도가 다양하다.
  센서는 로봇, 반도체제조장비, 자동차, 조선, 항공기, 첨단가전, 정보기기 등의 고성능화, FA, OA등 시설물의 인공지능화, 기상, 대기, 수질관리의 자동화, 핵발전소, 중계소등의 무인원격관리, 가스, 화재, 도난, 핵누출 사고예방 등에 사용한다.
 
 다. 자동화 Software
 
 1) SFC(ShopFloorControl) SFC는 제조업체 생산현장의 작업정보를 실시간으로 수집·분석해 정보의 통합 및 공유를 가능하게 하는 제조 실행 시스템이다.
 
 2) PIS(ProductionInformationSystem) PIS는 제조과정에서 생산계획, 지시, 진행정보를 각 공정에 제공함으로써, 작업 효율을 향상시키고 제품 정보의 일체화를 실현하는 유연 생산시스 템을 말한다.
 
 3) POP(PointOfProduction)
  POP는 생산현장의 효과적 운영과 통제를 통해 생산 및 출하계획 수립을 지원하고, 품질향상과 장비 가동률을 극대화 시키는 시스템이다.
 
 4) CMMS(ComputerizedMaintenanceManagement System)
  CMMS는 기업 내 설비와 관련된 모든 프로세스,즉 설비 그 자체와 각 설비의 기술 정보, 설비의 사용과 보전, 재고 및 구매, 진단 등을 총 망라한 설비자원 관리시스템이다.
 
 5) CAD(ComputerAidedDesign)
  CAD는 설계도면을 한 장씩 수작업으로 제도하지 않고 설계 데이터베이스의 정보를 CRT(Cathode Ray Tube)에서 화상을 보고 합성하면서 설계할 수있는 시스템이다.
 
 6) CAM(ComputerAidedManufacturing)
  CAM은 CAD로 설계된 형상을 NC공작기계 등에 정확한 작업동작지시를 하여, 생산, 가공, 조립, 검사 등의 제조과정을 컴퓨터로 관리하는 시스 템이다.
 7) CAE(ComputerAidedEngineering)
  CAE는 CAD로 작성한 모델의 성능을 컴퓨터 내에서 상세히 검토하여 그 자료를 토대로 모델을 수정하는 시스템이다.
 
 8) PLM(ProductLifecycleManagement)
  PLM은 제품의 기획에서 설계·제조·인증·마 케팅 등 전 생명주기 동안의 제품에 관련된 모든 데이터를 통합적으로 관리하는 체계이다.
2. 시장동향
가. 세계시장동향
  자동화기술은 선진국에서도 성장단계에 있는 기술로써, 미국 35%, 일본 25%, 유럽 20% 등 선진국이 시장을 주도하고 있다. 특히 미국, 일본, 유럽을 비롯한 선진국들은 저임금을 무기로 한 아시아, 중남미와의 경쟁에서 이기기 위하여 생산시스템 향상에 대한 기술혁신을 추구해야 한다.
  자동화기기산업의 세계 시장규모(소프트웨어 제외)는 2001년 기준 약 1,270억불 이상의 시장규모 형성 되어 있으며 로봇자동화의 세계시장은 약120억불(2001년 기준)이며 세계1위 생산국인 동시에 사용국인 일본은 퍼스널 로봇 중심의 연구 개발이 활발하고, 세계2위 생산국인 미국은 국가안보에 중대한 영향을 주는 중요한 기술로 지정하여 기술개발을 추진하고 있다.
 또 반도체제조장비의 세계시장은 약 245억불 (2001년 기준)이며, 세계1위 생산기업은 Applied Materials(미국), 2위는 Tel(일본), 3위는 Asml홀딩스(미국), 4위는 Kla텐코(일본)로 상위 10개 기업중 미국이 50.7%, 일본이 37.5%를 차지하고 있다.
  CNC부품의 세계시장은 약 37억불(2000년 기준)이며, 아시아 CNC시장은 약 3억7천만불에 이르고 있고, 주요 업체별 시장점유율은 Siemens(독일) 27.8%, Fanuc(일본) 25.2%, Mitsubishi(일본) 10.2%, Heidenhain(독일) 7.1%를 점유하여 상위 4개사가 전세계 CNC시장의 70%를 차지하고 있다.
  이밖에도 Plc부품의 세계시장은 약 65억불 (2002년 기준)이며, 98년 생산기준으로 Simens(독일)가 30.4%로 1위, Rockwell Automation(미국)이 19.3%로 2위, Schneider Electric(프랑스)가 9.7%로 3위, Mitsubishi(일본)가 9.2%로 4위를 차지하고 있으며 센서의 세계 시장은 약 363억불(2000년 기준)이며, 이 가운데 Fa센서는 약 137억불로 센서시장 중 37.7%를 점유하고, 세계 3대 수요시장인 동시에 생산국인 미국이 약 40%, EU가 약 28%, 일본이 약 19% 생산하고 있다.
 
 나. 국내시장동향
 
 1) 일반현황
  국내 자동화기기산업은 핵심기술의 한계로 펀더 멘탈이 취약하고, 센서, 컨트롤러, 서브모터 등 핵심부품을 경쟁국에 의존하고 있어, 수입의존도가 높고 국내기업간의 경쟁이 치열하다. 특히 국제적인 A/S망 취약, 기술·기능인력의 부족이 국제경 쟁력 향상의 제약요인으로 작용하고 있어, 국내 대학교육, 산업인력의 재교육을 통하여 효과적인 인력양성을 위한 대책이 필요한 실정이다.
 
 2) 생산현황
  국내 자동화기기는 자동차, IT, 발전, 정유산업 등에 투입되는 기계들의 정밀성, 고기능성, 자동화가 요구됨에 따라 생산규모가 점차 확대되어 1995년 3조원을 생산한 이후 연평균 9.2% 성장하여 2003년에는 6조원(48.6억불) 이상을 생산하고 있다.
  산업용 위주의 성장에서 가정용 위주의 성장으로 전환되고 있는 로봇은 2002년 약 2,674억원(2.1억불) 생산하였으며, 향후 컴퓨터나 휴대전화기처럼 보급되는 시대가 도래 할 것으로 보여 2010년에는 약 10조원 이상으로 생산규모가 확대될 것으로 전망하고 있다. 이 분야는 산업용 로봇은 Imf이후 대부분 퇴조하였으며, 대기업들이 자사 수요 중심으로 생산하여 사용하고 있으나 가정용 로봇은 삼성전자, LG전자 등 대기업에서 차세대 수종산업 (樹種産業)으로 선정하여 본격적인 개발 추진하고 있다.
  반도체제조장비는 국내 반도체제조장비의 시장 규모는 약 29.4억불(2002년 기준)이며, 생산 17,662억원(14.1억불), 수출 2.5억불, 수입 17.7억 불로 수입장비가 차지하는 비중이 약 60%에 이르고 있다.
  아직까지 대부분의 국내 장비업체는 기술적 접근이 용이한 조립 및 기타 주변기기(설비)의 개발에 치중하여, 이에 대한 국산화는 상당히 높은 편이나, 전공정 및 검사장비의 국내공급 비중은 매우 저조한 실정이다.
  국내 반도체제조장비업체의 매출액 기준 순위 (2002년 기준)는 WetStation, GasCabinetSystem을 생산하는 케이씨텍이 1위이며, Fab제조장비, 검사장비, 조립장비를 생산하는 디아이가 2위, 반도체검사장비(Test Handler), 표면실장장비(Chip Mounter)를 생산하는 미래산업이 3위를 차지했다.
  CNC부품의 국내 시장규모는 약 2,700억원규모 (2002년 기준)이나 대부분 외국업체에 잠식되고 있는 상황이다. 주요 NC공작기계업체의 제품은 대부분 Fanuc과 Siemens를 중심으로 한 외국제품 탑재(약 98.5%)하고 있다. 국내업체가 생산하는 CNC는 중소공작기계 업체의 제품이나 전용장비에 대부분 적용할 수 있다.
  PLC부품의 국내 생산규모는 약 1,559억원(1.2억불)에 이르고 있고 국내시장의 약 35%는 LG산 전, 21%는 Mitsubishi, 14%는 Rockwell Automation이 공급하고 있다.
  센서의 국내 시장규모는 7.2억불 수준(2002년 기준)이며, 생산은 3,866억원(3.1억불), 수출은 0.6억불, 수입은 4.7억불규모이다.
  Fa산업의 발전, 반도체시장의 활성화 및 나노기 술의 발전으로 센서시장이 꾸준히 발전될 것으로 보이나, 비교적 중저급 센서의 생산에 그치고 있어, 고부가가치 창출이 가능한 고급센서의 경우 거의 대부분 수입에 의존하고 있다.
3. 기술동향 및 경쟁력
가. 세계 기술동향
  세계 자동화기기산업의 기술동향 특징은 신기술 과의 접목을 통해 개방화, 네트워크화, 초정밀화, 복합화, 미세화, 지능화 등의 세부 기술개발이 진행되고 있다.
  세부적인 사항을 보면 로봇의 기술동향은 산업용 로봇에서 가정용 로봇으로 발전하면서 Mechatronics기술 중심에서 IT기술 중심으로 전환, 인간과의 Interaction 중시, 가정이라는 새로운 환경에 적응하기 위한 기술개발이 진행되고 있으며, CNC부품은 고속 연산칩을 채용한 H/W의 적용, 고속 알고리즘의 발전, 고속 주축의 실용화에 따른 고속화, Open Architecture의 적극 적인 적용이 이루어지고 있다.
 또 PLC부품은 전용 OS, 고속·고기능화 H/W 중심, 전용 LAN사용에서 Embeded Controller, Remote I/O, Network 현상이 두드러지게 나타나고 있으며 센서는 기계식에서 전자식으로 전환되고 있고, 형태적으로는 경박단소화, 기능면에서는 복합화, 고성능화추세이며, 이에 따른 저전력화, 집적화, 지능화되는 실리콘 센서가 주류로 부각되고 있으며, 특히 나노, 바이오기술을 응용한 상품화도 가속화되는 추세이다.
 
 나. 국내 기술수준 및 경쟁력
  국내 자동화기기산업의 기술동향도 세계기술동 향과 비슷한 양상을 나타내고 있으나, 원천기술, 핵심기술의 부재로 경쟁력에 있어 열위를 나타내고 있다.
 
 1) 로봇
  로봇기술은 선진국과 비교하여 정밀 메커니즘과 감각기술이 비교적 열세를 보이고 있고 핵심부품의 자립도가 낮고 기반기술, 정밀 가공기술, 핵심 요소기술의 부재로 펀더멘탈이 취약하여 기술진 보의 한계성을 보이고 있다. 또 구동용 모터, 감속 기, 베어링, 센서, 컨트롤러, 전원공급장치 등 핵심 부품에 대한 기술자립도가 이루어지지 않아 수입 의존도가 높고 부품 선택의 다양성이 부족하다.
  반면 제어기술과 응용기술면에서는 동등하거나 강점을 가지고 있으며 대학 및 연구소 등을 중심으로 제어기술과 응용기술면에서 강점을 지니고 있고 통신기능 및 엔터테인먼트용 컨텐츠개발 능력이 뛰어나다. 지능로봇에 대한 연구는 선진국도 시작단계에 있어 기술우위의 확보 가능성이 있다.
 
 2) NC공작기계
  국내 NC공작기계은 선진국에 비해 기술은 부족하나, 가격은 비교적 우위에 있다. 가공기술은 선진국에 근접하고 있으나 설계, 조립부문은 1~3년 격차가 있으며, 소재, 열처리기술은 3~5년이상의 격차를 보인다.
 
 3) 반도체 제조장비
  반도체 제조장비는 국내기술 Infrastructure가 취약하고, 다양한 첨단구성품의 생산확보를 위한 기반이 취약하여, 국내업체는 기술적 접근이 용이한 조립 및 기타 주변기기(설비)의 개발에 치중함 으로써 이에 대한 기술은 높은 편이나, 전공정 및검사장비의 기술은 매우 저조한 실정이다.
  반도체 소자업체가 가격경쟁력 강화를 도모하기 위하여 반도체 제조장비 개조를 통한 공정개선과 생산성향상 추진(신규설비투자 최소화)을 하고 있는 것이 취약요인이나, 세계최고의 경쟁력을 갖춘 반도 체소자업체가 국내에 있고 신개념의 반도체 장비산 업의 출현 등이 기회요인으로 작용하고 있다.
 
 4) CNC
  CNC개발은 90년대 중반까지 국내 공작기계업체 들이 매우 높은 관심을 보였으나, 점차 포기하여 중소형 전문업체 중심으로 개발이 진행되고 있으며, 대부분 범용공작기계, 저가의 이송장비에 적용할 수있는 수준으로 고속·고응답성과 나노제어가 가능한 제품은 개발되지 않은 실정이다.
 
 5) 유공압기기
  유공압기기는 컴팩트화, 다양화, 간편화, 고기능 화, 집중화 추세에 있으며, Casting은 소형 경량화목적으로 엔플라 계통의 사출성형품으로 전환되고, 전자, 반도체환경에 맞는 제품위주로 출시하고 있다.
  짧은 역사, 전문연구기관 부족으로 기본기술이 부족 하며, SEAL류, 자성재료 등 핵심부품의 제조기술 부족으로 수입의존도가 높다.
 
 6) 센서
  국내 센서산업은 소재기술이 취약하고 핵심소재는 수입에 의존하고 있으며, 연구인력의 부족과 열약한 장비로 중저급의 설계, 생산기술을 보유하고 있는 실정이다.
 또 반도체, 광·정보산업 관련 국내 기술 및 시장 여건은 이미 세계적인 수준이므로 장비·공정기술을 유기적으로 개발한 경우 세계시장을 선도할 잠재 력이 있을 것으로 추정하고 있다.
 
 다. 국내 자동화기기산업의 SWOT분석
  국내 자동화기기산업은 원천기술·요소부품기 술의 취약, 인프라 부족, 기술인력 부족 등의 약점과 시장 미성숙, 기술적 장애요인, 선진기술 및 자본 진입 등의 위협요인에도 불구하고, 우리나라 IT 산업의 발달 및 기술우위, 빠른 추진력의 문화, 선진국대비 우월한 가격경쟁력의 강점과 더불어 산업적 파급효과, 노동력 대체산업, 거대한 세계시장이 산업 성장의 기회로 작용하고 있다.
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4. 발전방안
1) 원천기술의 확보 및 전문인력 양성
  국내 자동화기기산업은 규모에 비해 원천기술및 전문 인력의 부족으로 인해 기술개발에 한계가 있다. 이공계 기피로 인해 수요에 미치지 못하는 인력공급 부족현상이 나타나고 있어 이를 해결하기 위한 정부정책 및 제도의 시행이 절실히 필요한실정이다.
 
 2) 핵심 기술 및 부품의 국산화 확보
  핵심기술의 미비 및 핵심부품의 수입으로 인한 무역불균형이 심각하며, 특히 공작기계의 핵심부 품인 CNC는 98.5%가 외국산이며, PLC 등의 제어 장치도 국산화가 매우 낮은 실정이다. 따라서, 핵심기술 확보와 핵심부품의 국산화가 선행되지 않을 경우 자동화기기산업의 발전을 기대하기 어렵다.
 
 3) IT/ NT/ BT/ ET등의 신기술·신산업과 융합
  세계 자동화기기산업 기술동향은 신기술·신산 업과 접목된 기술발전이 뚜렷이 나타나고 있다. 특히, IT, NT와 접목된 기술은 전 분야에 걸쳐 두드 러지게 나타나고 있는 현상으로써 시급히 연구· 개발되어야 할 복합신기술이다.

 
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