글 : 리 허버트 퍼블리텍 콘텐츠 계정 이사
자료 : 마우저일렉트로닉스
기술의 발전은 멈추는 법이 없다. 특히 최첨단 제조업에서 기술은 끊임없이 발전하기 마련이다. 인더스트리 4.0을 생각해보자. 센서, 데이터 처리, 연결, 클라우드 컴퓨팅 등의 기술을 결합해 수익을 창출하는 고도로 자동화된 공장 환경을 구축했다. 이처럼 인더스트리 5.0은 인류를 새로운 패러다임으로 안내한다. 인더스트리 5.0은 대량 맞춤화와 같이 한 때 불가능하다고 여겨졌던 로봇과 사람의 협업을 가능하게 하는 짜릿한 미래를 제시한다. 이 말의 의미는 무엇일까? 인더스트리 5.0이 미래의 더욱 스마트한 제품 설계와 구축 방식을 바꾸게 되는 것일까?
먼저, 인더스트리 4.0이 어떻게 제조업을 다부문에서 변화시켰는지 살펴보자. 센서 기술의 비약적인 발전으로 센서는 더 소형화되고, 더욱 저렴해지며, 더 나은 성능을 제공하게 됐다. 이를 토대로 사물 인터넷(IoT)이 등장하면서 변화가 시작됐다. 향상된 성능을 탑재한 센서들은 공장 전체에 배치되어 보다 다양한 산업 장비를 통해 데이터를 수집할 수 있게 됐다[그림 1].
유비쿼터스 연결성 덕에 이 데이터는 클라우드에 빠르게 전송돼 처리 및 분석된다. 머신러닝, 인공지능 등의 기술을 더 활용하며 실시간으로 통찰력을 제공한다. 자동화의 다양한 활용성과 데이터 수집이 실질적인 비즈니스 이점을 제공할 수 있는 인더스트리 4.0에서는 IoT를 활용한 프로세스가 핵심이다.
하지만 여기서 문제는 고도로 자동화된 환경의 기능을 제대로 활용하기에는 한계가 있다는 점이다. 예를 들면, 제조업에서 로봇은 사전 입력된 생산 과정을 통해 다양한 반복 기능을 수행하며 방대한 양의 같은 제품을 반복적으로 생산할 수 있다. 제품의 모양과 느낌을 거의 동일하게 맞추려면 상관없다. 하지만 제조품에 장식을 놓거나 맞춤형으로 제작하고 싶을 땐 어떨까? 소비자들의 수요가 더욱 다양화되고 있기 때문에 맞춤형 제품에 대한 요구는 높아질 것이다.
이 때 인더스트리 5.0이 등장한다. 이 새로운 패러다임 하에서 인간은 공장에서 지능형 기계들과 더욱 많이 협업하며 새로운 방식으로 현장에 투입될 것이다. 인더스트리 5.0은 비판적 사고와 같은 인간의 고급 인지 능력을 로봇의 장점과 결합해 두 가지 장점을 모두 제공할 수 있기 때문이다.
이렇게 다각적인 환경에서 생산 라인은 더욱 스마트해질 수 있다. 인간은 보다 높은 수준의 맞춤형 제작 업무를 볼 수 있다. 이를 통해 자동차, 가전제품, 보석 등 다양한 제품에도 기발한 아이디어를 적용할 수 있게된다. 심지어 수제 맥주 제작에 있어서도 라벨링을 조금만 손보면 소비자들에게 더욱 매력을 어필할 수 있을 것이다.
인더스트리 5.0의 실현 방법
지금까지의 내용이 개념에 대한 설명이었다면, 현실에서는 어떠할까? 인더스트리 5.0은 미래 공장의 효율과 다양성 개선을 어떻게 이루어낼 수 있을까? 가장 중요하게 여겨야 할 사항은 인간과 기계의 물리적 인터페이스다. 지금까지 로봇 암은 안전한 곳에 위치해 인간과 안전 거리를 유지해왔다. 하지만 다가오는 시대에서는 그 거리가 문자 그대로이든 의미상으로든 매우 가까워진다.
새로운 세대에서는 위치 센서 세트를 갖춘 경량 협업로봇(코봇)의 개발로 단 1초 만에 작업자의 존재에 반응하는 일이 가능해질 것이다. 보다 작고, 빠르며, 더욱 유연한 코봇의 도입은 인더스트리 5.0 발전의 핵심이다. 안전성의 향상으로 인간은 보다 다양한 생산 공정에서 자리를 잡게 될 것이다.
ABB, 화낙, 지멘스, 쿠카와 같은 세계적인 산업용 로봇 제조업체들이 보다 전문화된 장비를 제작하기 시작했다. 덴마크의 유니버설로봇 또한 새로운 종류의 코봇 제품을 설계 및 출시하면서 자동화 세계는 이미 현실로 다가오고 있다. 최근에 발표된 BIS리서치 연구에 따르면, 2018년 코봇의 세계 시장 규모는 5억8000만달러였다. 2024년에는 90억달러 규모로 성장할 것으로 예상하고 있다.
협동 로봇의 개발
로봇 시장 내 플레이어가 늘어나면서 코봇의 능력은 급속도로 발전하고 있다. 초기 모델은 크기가 작아 인간과 함께 가벼운 조립 작업을 수행하도록 설계됐다. 당시 선구적 제품이었던 테이블탑 로봇암은 일반적으로 무게가 10kg였으며 3kg의 하중을 견뎌냈다. 이러한 크기와 성능은 자동화 작업대 업무에 가장 적합했다.
하지만 시간이 지남에 따라 최신 로봇 암은 동시대 제품보다 최대 5배 더 많은 하중을 견딜 수 있을 만큼 코봇은 더욱 커지고 강력해졌다. 크기가 커지고, 보다 광범위한 그리퍼와 툴이 제공된다. 보다 직관적인 프로그래밍이 구현됨에 따라 헤비머신 텐딩, 자재 취급, 포장 , 간단한 작업대 업무를 포함해 응용 분야가 광범위해졌다. 근접, 거리 및 위치 센서가 장착된 이 암은 생산 라인 직원 근처에서도 사용 가능하다[그림 2].
인더스트리 5.0 사용 사례
코봇의 성능이 향상되면서 다양한 산업 환경에서 코봇 암이 사용되기 시작했다. 그 중에서도 특히 자동차 부문이 코봇 암을 빠르게 도입했다. 푸조, 시트로엔, 오펠, 볼스홀 등의 브랜드를 포함한 PSA그룹에서는 차체 조립 라인의 나사 작업을 코봇이 한다.
한 가지 예로, 작업자가 차량의 양쪽 나사를 고정하기 위해 코봇을 차체 양쪽에 위치시킨 후 생산라인을 따라 함께 내려가는 경우를 들 수 있다. 작업이 완료되면 코봇은 다음 차량 작업에 사용될 때까지 원위치로 회전하며 돌아가 대기한다. PSA는 코봇 활용으로 인해 비용을 절감하고 기하공차를 개선할 수 있었다고 밝혔다.
다른 자동차 제조사들도 제조 공장 내에서의 코봇 사용에 대해 똑같이 적극적이다. BMW는 과거 수작업으로 수행되었던 '충돌 캔(crash-can)' 조립의 리벳 공정 일부에 코봇을 사용하기 시작했다. 리벳을 제자리에 고정하는 작업에 코봇을 사용하면서 직원들이 다른 조립작업을 수행하게 됐다. 이로써 택 타임(제품 하나당 소요되는 평균 생산 시간)이 64초에서 52초로 줄어드는 등 주기 시간 또한 많은 영향을 받았다.
자동차 제조사들이 이 같은 조치를 취하자 부품업체들도 중요한 검사 업무를 수행하기 위해 조립라인에 코봇을 사용하기 시작했다. 케네스리서치가 최근 발표한 보고서에 따르면, 2022년까지 코봇 사용으로 인한 자동차 출하량 및 판매 수익이 연간 43% 가량 증가할 것으로 전망된다. 자동차 산업에서는 거의 매일 새로운 애플리케이션이 개발되고 있다.
코봇은 다른 부문에서도 매우 다양하게 사용되고 있다. 금속 산업을 예로 들면, 기존에는 노동 집약적이었던 광택 및 제본 작업에 코봇이 사용되고 있다.
자동화 전문가 와이어드워커스의 보고서에 따르면, 코봇은 힘 조절에 있어서 프로그래밍이 쉬우며 신제품의 설정을 신속하게 변경할 수 있다. 이런 특징으로 고른 면과 고르지 않은 면을 모두 일관되게 반복적으로 광택을 낼 수 있다. 또한 코봇은 컴퓨터 수치제어(CNC) 기계의 로딩 및 언로딩에 더 많이 사용되면서 금속 분야의 근로자들이 육체적으로 고되거나 때로는 위험한 업무를 수행해야 하는 경우를 줄여준다.
메이커 시장에서도 코봇은 새로운 역할을 수행하고 있다. 더 많은 제조 스타트업들이 코봇을 이용해 3D 프린팅 부품을 맞춤 제작한다[그림 3]. 소비자 전자 장치용 맞춤형 액세서리 제작 등에 있어서 코봇은 인기 있을 법한 다양한 마감과 각인을 만드는데 사용될 수 있다. 보석 부문에 있어서도 보석 장인들은 보석돌을 고르고, 고정하고, 다듬기까지 코봇을 사용하는 방법을 연구하고 있다.
자동화에 대한 인식의 변화
코봇은 광범위한 산업에 있어서 잠재력을 갖추고 있다. 코봇의 사용 범위나 활용도는 분야에 따라 크게 다르지만, 자동화에 대한 인식 제고의 필요성은 늘 간과해서는 안 된다. 지금까지 자동화는 대부분 로봇이 차단된 구역에서 그 역할을 수행하는 방향으로 흘러왔다. 하지만 인더스트리 5.0의 세계에서 인간은 로봇을 경쟁자가 아닌, 협력자라는 전체적인 인식 변화를 토대로 일해야만 할 것이다.
이는 자동화와 인간 개입의 필요성 간의 충돌로 인식되어 온 것에 대한 광범위한 논쟁으로 이어진다. 지금까지는 기계 사용의 증가가 산업 부문 전반에 걸친 광범위한 일자리 감소로 이어질 것이라는 사고가 늘 지배적이었다. 인더스트리 5.0은 인간을 더욱 부가가치가 높은 역할을 수행하도록 바꾸며 이런 사고방식에 변화를 줄 것이다.
세계경제포럼 보고서에서도 2022년까지 글로벌 기술 요구 사항의 변화를 평가하는 등 이러한 변화에 대해 다루고 있다. 자동화가 더욱 정교해지고 주요 부문에 걸쳐 더욱 널리 사용되면서 사라지게 되는 기존의 직책도 분명 있을 것이다. 하지만 이러한 직책은 빅 데이터 분석, 인공지능, 소프트웨어, 디지털 전환 등에 초점을 맞춘 새로운 분야로 불가피하게 대체될 수밖에 없다. 새롭게 생길 모든 직책들은 인간과 기계의 협력 관계를 강화하는 등 인더스트리 5.0의 세계와 매우 잘 맞아떨어질 것이다. 이 보고서에서는 이러한 변화로 1억3300만개의 새로운 직책이 창출되는 한편 약 7500만 개의 일자리가 감소할 것으로 전망한다. 자동화의 확대가 전반적으로 이익을 가져올 것이다.
보다 스마트해지는 생산 시스템
산업 부문에서 기술은 빠르게 발전하고 있다. 인더스트리 4.0과 인더스트리 5.0은 고도로 자동화된 환경에서의 제품 설계, 구축, 유지 관리하는 방식의 진정한 변화를 의미한다. 이런 변화는 기계와 인간의 마음 사이에 보다 강한 공생관계를 맺도록 만들 것이다. 더욱 스마트하고 효율적인 미래의 공장을 만드는 건 잠재적 능력들을 어떻게 결합하느냐에 달린 문제다.
