뿌리산업의 디지털 전환(DX) 기술 동향

뿌리산업은 전체 제조업의 기반이 되는 핵심 산업이지만, 현재 신산업 분야의 빠른 발전과 시장의 변동성에 적응하는데 어려움을 겪고 있다. 그럼에도 미래의 산업 경쟁력을 강화하기 위해, 뿌리산업의 디지털 전환은 불가피한 과정으로 보인다. 현재 글로벌 트렌드가 된 산업의 디지털 전환은 효율성의 극대화, 가치 창출의 강화, 작업 환경의 안전성 향상 등을 가져다 주고 있다. 한국산업기술평가관리원이 발행한 보고서 KEIT ISSUEREVIEW(디지털전환기술)을 통해 국내외 뿌리산업 현황과 디지털 전환기술 동향, 사례들을 살펴봤다. 

뿌리산업의 변화시도와 디지털 전환 필요성

뿌리산업은 주조, 금형, 소성가공, 용접, 표면처리, 열처리 등의 공정 기술을 활용하는 산업이다. 뿌리산업은 제조업 전반에 걸쳐 기반성과 연계성이 높아 소재에서 부품, 모듈, 그리고 최종 제품에 이르기까지 전 과정에서 품질과 생산성을 좌우하는 핵심적인 역할을 하고 있다. 

현재 뿌리산업은 신산업 분야의 급속한 성장과 수요시장의 변동성에 대응하는 데 큰 어려움을 겪고 있다. 이에 해외 기술에 대한 의존도가 점차 높아지며, 수작업, 암묵지(Tacit knowledge, 체화된 경험으로 말과 글로 표현하기 어려운 지식유형) 및 대량 생산에 의존하는 전통적 뿌리산업의 한계를 나타내고 있다. 최근에는 다양한 소비자들의 요구가 늘어난 상황에서 맞춤형 생산능력이 부족함에 따라 뿌리산업의 성장이 더욱 지체되고 있다. 

우리나라 뿌리산업은 기존 6개 분야의 기반 공정기술에 금속은 물론 플라스틱, 세라믹 등을 포함한 소재 다원화와 지능화를 위한 사출 프레스, 정밀가공, 로봇, 센서 등 차세대 공정기술을 추가해 산업 트레드에 맞게 변화를 시도하고 있다. 

뿌리산업의 디지털 전환은 주로 생산과정을 개선하고, 비용을 절감하며, 효율성을 높이는 데 기여할 수 있지만 이러한 디지털 전환은 많은 도전을 수반한다. 예를 들면 기술투자 비용, 디지털 기술 교육, 데이터 보안 및 개인정보 보호문제, 그리고 신규 시스템과 프로세스를 통합하는 등의 어려움이 있다. 그럼에도 디지털 전환은 뿌리산업이 미래 변화에 대비하고 새로운 기회를 포착하는데 필수적인 단계라고 볼 수 있다. 디지털 전환은 단순히 기술적 문제만 해결하는 것이 아니라, 새로운 사업 모델과 생산방식을 통한 전반적인 변화를 의미한다. 이를 통해 뿌리산업의 경쟁력을 높이고 지속 가능한 성장을 끌어낼 수 있을 것이다.

뿌리산업에서 디지털 전환의 중요성은 매우 크지만, 현재로서는 필요성에 대한 인식이 다른 산업에 비해 상대적으로 낮은 편이다. 한국생산성본부의 2022년 디지털 전환 필요성 조사 자료에 따르면 제조업 전반에서 디지털 전환에 대한 기술도입의 필요성 인식은 30~80%로 비교적 높게 나타났다. 반면, 불과 7% 기업만이 뿌리산업에서 디지털 전환이 필요하다고 인지하는 것으로 나타났다. 따라서, 뿌리산업이 현재의 위기를 극복하기 위해서는 디지털 전환에 대한 인식을 개선하고 도입을 촉진하기 위한 적극적 노력이 필요한 상황이다.

뿌리 소재 다원화 및 뿌리 공정기술 확장 현황 

출처_한국산업기술평가관리원, 2023년 뿌리산업 백서 자료 재가공 

글로벌 뿌리산업의 국내·외 시장현황과 동향

주조 분야 세계 금속주조 시장은 2017년 기준으로 약 190억달러에서 2025년까지 약345억 달러로 성장할 것으로 전망된다. 주요 산업 분야의 비중은 자동차산업이 47%, 산업기계가 31%, 항공우주 및 방위 분야가 16% 순으로 나타난다. 주조산업은 전통적으로 노동집약적이며 에너지 소비가 많은 산업으로, 노동력 부족과 에너지 효율성 문제를 심각하게 겪고 있다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 디지털화 기술개발이 요구되고 있다.

금형 분야 세계 금형산업 생산액은 약 490억달러로 추산된다. 중국, 일본, 미국, 독일, 한국 등 주요 금형 생산국 5개국이 전체 생산액의 49.9%를 차지하고 있다. 이 중에 한국은 세계 4위의 금형 강국이지만, 현재 금형산업은 인력 부족, 자금 부족, 금형 가격 하락 등 복합적인 문제에 직면하고 있다. 금형산업은 글로벌 경쟁력 유지를 위해 ICT와 결합한 생산 네트워크의 구축, 지능형 공장의 도입을 통한 생산성 향상에 집중하고 있다. 

소성가공 분야 세계 소성가공 시장은 2021년 기준 약 1조 1,801억달러에서 2027년 약 1조 5,193억달러로 연평균 4.3% 이상 성장할 것으로 전망된다. 특히 자동차 및 항공 부품 제조 공정을 중심으로 경량화를 위해 고장력강, 알루미늄합금, 탄소섬유 복합재 등의 신소재 사용을 점차 늘려가고 있다. 소성가공산업은 네트워킹, 모니터링, 가상 시뮬레이션, 실시간 생산정보관리(Connected Factory) 등 제조 공정의 스마트화가 활발히 진행되고 있다. 항공 등 분야에서는 첨단 신소재 사용 확대 및 제조 스마트화(Brilliant Factory)로 전환 중이다.

용접 분야 세계 용접 시장은 2019년 기준 약 195억 3천만 달러에서 2027년 약 272억 2천만 달러까지 연평균 4.3% 이상 성장할 것으로 전망된다. 최근의 산업 트렌드에 따라 친환경적이고 에너지 효율적인 최신 용접기술인 레이저 빔 용접 기술, 마찰 용접 기술 등과 관련된 프로세스 개발이 요구되고 있다. 용접산업의 트렌드는 디지털 비즈니스로 점차 진화하고 있다. 이를 위해 고급센서, 머신러닝, 컴퓨터 비전, 로봇공학, 클라우드 컴퓨팅 및 5G 네트워크 인프라와 같은 디지털 기반 첨단 기술을 채택하여 제조업체의 공급망 탄력성과 효율성을 높이기 위해 노력하고 있다.

표면처리 분야 세계 금속 표면처리 시장은 2020년 기준 952억달러에서 2025년 1,178억 달러로 연평균 4.35% 이상 성장할 것으로 전망된다. 이 같은 성장은 친환경 화학물질, 첨단 산업, 자동차 생산 증가 등에 의해 주도되고 있다. 현재까지 자동차 부문이 수요산업의 가장 큰 부분을 차지했지만, 앞으로는 전자 부문이 가장 높은 성장률을 보일 것으로 예상된다. 고부가가치화 및 미래 지향적인 신기술 융합추세(초소형화, 복합 기능화, 친환경 에너지 절감, 고생산성 등)에 대응하기 위해 IT기술이 융합된 디지털 표면처리 기술 개발이 추진되고 있다.

열처리 분야 세계 금속 열처리 시장은 2020년 기준 78억달러에서 2025년에는 89억5천만 달러로 연평균 2.74% 성장할 것으로 예상된다. 국내 열처리 산업은 고효율 장비와 원천기술 부족으로 선진국에 비해 에너지 효율이 낮은(60% 수준) 상황이다. 열처리 효율 향상과 청정화를 위한 기술 개발 노력이 필요하다. 최근 환경규제 강화와 탄소 중립에 대응하기 위해 디지털 기반의 고효율 친환경 열처리 장비 및 공정 개발이 시급하다.

주조 용해공정 로봇 적용 예시 - 출처: KEIT ISSUE REVIEW, 2023.6

글로벌 주요국의 디지털 전환 정책 동향

전 세계 주요 국가들은 뿌리산업을 포함한 제조업의 디지털화를 위한 다양한 전략과 정책을 마련하며, 이를 적극적으로 지원하고 있다. 

독일은 2011년부터 인더스트리 4.0을 기반으로 제조업의 디지털 전환을 추진하고 있다. 주요 정책으로는 ‘디지털 전략 2018’, ‘국가산업전략 2030’, ‘가이아X’ 등이 있으며, 이를 통해 포스트 코로나 시대의 스마트 제조를 대비하고 있다.

일본은 자국 내 제조업의 주요 문제로 지적받는 노동인구 감소를 극복하고, 2050년 탄소중립 실현의 일환으로 스마트 제조를 적극 도입중이다. 이를 위해 ‘Society 5.0’과 ‘Connected Industry’와 같은 정책지원을 통해 기업의 디지털 전환을 촉진하고 있다.

미국 역시 저탄소 경제로의 전환을 위해 산업-기후 분야의 통합 및 디지털 전환 필요성을 강조하고 있다. 2050년까지 넷제로(Net-Zero) 달성을 위해 미국 제조업의 산업구조 개편을 위해 4대 전략산업(수소생산, 냉난방 제습장비, 화학제품 제조 리사이클링, 바이오기반 단백질 대체재)의 육성 및 디지털 전환방안을 제시하고 있다. 

EU는 ‘디지털 유럽’이라는 디지털 산업 단체를 통해 제조업 분야의 데이터 공유를 강조하며, 지속 가능성 제고를 추구하고 있다. 현재 제조업 데이터의 대부분이 활용되지 않기에, 해결방안으로 디지털트윈 모델 기반의 엣지/클라우드 플랫폼을 통한 데이터 공유 확대 방안을 제안하고 있다. 

중국은 제조업의 디지털전환 속도가 가장 빠른 국가 중 하나로, 세계에서 가장 많은 스마트공장을 구축한 국가(’17~’19)다. 향후에도 공장 스마트화는 가속화 될 전망이다. 중국은 ‘중국제조2025’, ‘인터넷+’, ‘스마트제조 발전 13차 5개년 계획’ 등의 정책지원으로 제조업의 혁신, 산업의 디지털화 및 제조업의 스마트화를 촉진하고 있다.

한국은 ‘산업디지털전환촉진법’을 통해 디지털 전환 정책을 추진하고 있으며, 주요 내용은 산업데이터 생태계 구축과 종합 지원 체계 구축 등으로 구성됐다. 국내 기업들의 디지털 전환 수준이 낮고 추진 기업 비율이 작아서 정부 정책·기업 인식 변화·기술 역량 격차 해소가 필요하며, 컨설팅 지원과 인력 양성 등도 요구된다.

주요국의 디지털 전환 주요 정책 동향

세계 뿌리산업의 디지털전환 동향 및 주요 기업 사례

세계 뿌리산업의 디지털 전환 기술은 분야별 차이는 있지만, 핵심적으로는 ‘데이터 기반 공정 최적화’와 ‘자동화’에 집중한다는 공통점을 갖는다. 주조 산업의 경우, 독일, 일본, 미국, 한국 모두 공정 최적화와 생산 자동화에 대한 필요성을 인식하고 다양한 방안을 도입하고 있다.

특히, 인력부족이라는 산업적 과제를 디지털화를 통해 해결하려는 움직임이 크게 나타난다. 금형과 소성가공, 용접 분야에서는 데이터 분석 기반의 스마트 기술과 자동화 로봇 도입, IT 기반 품질 제어 기술에 주력하고 있다. 이와 더불어 한국에서는 ICT 융합에 대한 중점 투자도 진행 중이다. 한편, 표면처리와 열처리 분야에서는 ICT, 청정에너지, 디지털 플랫폼 등을 활용해 고도화된 기술 개발에 힘쓰고 있으며, 친환경 고효율 공정 개발에 대한 관심도 높아지고 있다. 

주조 분야 동향 및 사례

독일은 주조공정의 스마트화 및 유연 생산 구축을 통해 데이터 중심의 공정 효율화를 실현하고 있으며, 주조산업 전반의 첨단화를 주도하고 있다. Ortrander Eisenhutte 社는 주조 공정 실시간 데이터를 활용해 에너지절감 및 불량률 저감을 달성했다. 일본의 Kubota 社에서는 주조공정 중 위험한 용해, 주입 공정 등 작업에 로봇을 도입하고, 공정상 발생하는 데이터의 취득 및 분석을 통해 효율적인 생산관리를 수행하고 있다. 미국의 Dotson Iron Foundry 社에서는 실시간 데이터 모니터링 체계를 도입해, 주조공정을 최적화함으로써 다양한 디지털 전환 가능성을 보여주고 있다.

금형 분야 동향 및 사례

독일은 금형 분야 중소기업의 디지털 솔루션 지원을 위해 공정데이터의 수집·분석·평가 프로그램을 운영하고 있다. Arbug 社, KraussMaffaei 社 등은 금형의 모듈화, 자율화 생산자원 관리, ICT 융합을 통해 Industry 4.0 기반 tool shop 4.0 프로그램을 추진 중이다. 일본의 Sumitomo Demag 社 등은 금형 설계·가공의 자동화와 리드타임 감소를 목표로 스마트금형 개발 프로그램을 진행하고 있다. 미국은 저탄소화를 목표로 국가 차원의 첨단제조업 리더쉽 확보를 통해 지능형 금형 제조시스템 개발을 지원하며, 초정밀 금형 기술 및 Tooling 4.0 기술 개발에 집중하고 있다.

소성가공 분야 동향 및 사례

독일은 전통 소성가공 제조 산업 혁신을 위해 제조 공정 플랫폼 개발을 통한 스마트화를 추진하고 있다. Benteler 社는 스마트 성형공정 생산 데이터 플랫폼 및 품질 예측관리 기술을 개발했다. 또한 인공지능 기반 공정 에너지절감 시스템을 개발하여 기계장비 효율을 5% 이상 향상시켰다. 일본은 데이터 기반 소성가공 생산 시스템을 구축해 숙련자 의존형 구조에서 데이터 중심 시스템으로 전환하고 있다. Amino 社, H-one 社 등은 데이터 기반 정밀 성형 장비를 바탕으로 자동화 기반 첨단 제조설비를 구축해 신시장을 선점하고 있다. 중국은 5G 기술을 이용한 스마트 제조설비 구축과 기술 개발을 가속화하고 있으며, 5G 지능형 공장 프로젝트를 통해 생산효율을 향상하는 데 집중하고 있다.

용접 분야 동향 및 사례

미국은 IT 기술 기반의 용접 품질 제어 기술을 개발해 적용하고 있으며, 자동 용접 로봇 시스템과 용접 상태 진단 시스템을 개발하고 있다. ESAB는 디지털화를 통해 수동 아크용접에서 고상 접합(마찰교반용접) 기반 자동화 용접으로 전환해, 생산성 확보와 함께 유해물질 최소화를 이뤄가고 있다. 유럽 기업들은 용접 자동화를 위한 장비를 개발 중으로, 특히 IGM 社는 레이저 비전센서, PEMA 社는 3차원 비전카메라를 접목한 완전 무인 용접시스템을 개발해 사업화하고 있다. 중국은 수작업 중심의 공정을 자동화된 용접 공정으로 전환하면서, 용접전원 및 용접로봇 개발을 확대하고 있다. 더불어 자동 용접을 위한 로봇, 제어기, 센서 등 핵심 기술 연구를 계속 진행하고 있다.

미국 ESAB 社의 자동용접 시스템, Friction Stir Welding 시스템 - 출처_EBSA

표면처리 분야 동향 및 사례

독일과 유럽은 엄격해지는 환경규제 대응을 위해 친환경 표면처리 전용 소재, 공정, 장비가 연계된 디지털 플랫폼 개발로 전환 중이다. 독일의 LPKF 社는 기존 PCB 공정의 문제를 극복한 혁신적인 ‘레이저 직접 구조화(LDS) 친환경 표면처리’ 장비와 소재 원천기술을 바탕으로 한 디지털 플랫폼 기술을 개발했다. 현재 이 기업은 전 세계 LDS 소재 및 장비 시장을 독점하고 있다. 

일본은 표면처리 기술을 ICT와 결합해 의료용 센서나 로봇에 적용 가능한 기술 개발을 진행 중이다. 일본 미래산업 기술연구소와 프런티어 재료연구소는 IoT와 의료용 장치에 적용할 전기 도금법 중심의 미소 재료 제작 기술을 개발하고 있다. 

독일 LPKF 社의 레이저 플라스틱 용접 시현 모습 - 출처_LPKF

열처리 분야 동향 및 사례

독일과 유럽 국가들은 고효율 열처리 장비와 지능형 서비스를 결합한 디지털 플랫폼 개발에 집중하고 있다. Ipsen 社는 IoT를 통합한 전용 플랫폼(pdMetrics)을 구축해 품질 향상, 운영 효율성 증가, 에너지 소비 감소를 도모하고 있다. 폴란드의 Seco-warwick 社는 고효율 에너지 및 공정 관리가 가능한 원격 자동화 서비스 플랫폼과 맞춤형 열처리 장비를 개발하여 세계 열처리 시장을 선도하고 있다. 미국은 청정에너지 스마트 제조 기술에 초점을 맞춰 에너지 사용량을 줄이고 친환경 공정 개발에 힘쓰고 있다.

분야별 디지털전환 주요 기술 동향

뿌리산업 디지털 전환 기술 전망과 우리의 과제

뿌리산업을 포함한 제조업에서는 디지털전환을 위해 공통적으로 AI, IoT, VR, 빅에디터 분석 등 다양한 디지털 기술을 적용하는 전략을 취하고 있다. 디지털 기술의 적용은 생산 공정의 개선뿐만 아니라 제품과 서비스의 혁신, 신규 사업 모델 개발 등 다양한 기회를 제공하고 있으며, 이는 뿌리산업의 지속 성장을 견인하는 중요한 미래 전략이 될 것이다.

향후 기술 전망 측면에서 뿌리산업의 디지털 전환은 더욱 가속화될 것으로 예상된다. AI, IoT, 로보틱스 등과 같은 기술은 지속적으로 발전하고 고도화될 것으로 보이며 제조업에서의 활용 가능성도 계속 확대될 것이다. 특히 AI와 머신러닝은 더욱 정교해지고, 자동화와 최적화에 대한 요구는 더욱 증가할 것으로 예상된다. 더불어 3D 프린팅 기술과 VR/AR 기술은 제품 설계와 시뮬레이션, 맞춤형 제작, 훈련 등의 분야에서 활발히 활용되어 제조 공정의 디지털화를 촉진할 것으로 보인다. 

또한, 뿌리산업의 디지털 전환 기술은 공통적인 부분을 제외하고 분야별로 차별화된 맞춤형 전략이 필요하다. 

주조는 에너지 효율화 설비·공정 및 노동력 부족 대응 자동화 기술, 금형은 스마트금형 인프라 구축 및 설계 지능화 기술, 소성가공은 디지털트윈 기술 및 협동 로봇(코봇) 기술, 용접은 VR 기반 프로토타입 설계·제작 및 완전 무인화 용접 장비 개발, 표면처리는 친환경 도금 소재·공정 디지털 설계기술 및 대면적 고균일 표면처리 지능화 기술, 열처리는 저에너지 고효율 스마트 열처리 장비·공정 기술 및 실시간 고효율 열처리·예지보전 기술이 차별화의 핵심이 될 것으로 보인다. 

국내 뿌리산업은 선진국에 비해 정책지원, 시장, 기술, 경쟁력 등에서 상대적으로 뒤처져 있으며, 중국 등 후발국의 추격까지 대응해야 하는 전방위 압박을 받고 있다. 

따라서, 국내 뿌리산업의 지속적 성장과 국내 전체 산업계의 미래를 위해서도 보다 적극적인 정부 정책지원이 필요한 상황이다. 더불어 뿌리산업 전체 구성원들이 디지털 전환에 대한 인식을 넓히고 새로운 변화에 대응하고 도전해야 할 것이다.  

디지털 전환 공통기술 전망

뿌리산업 분야별 향후 디지털 전환 기술 전망