안녕하세요?
할로파파입니다~ :)
오늘은 공정혁신 제조장비 기술동향에 대한 정보를 고유하도록 하겠습니다.
정보전달 순서는
1. 기술개요 및 특징
2. 제조장비 분야별 주요 동향
3. 국내외 공정혁신 제조장비 사례분석
4. 주요 산업별 공정혁신 제조장비 수요 분석
5. 결론
순으로 진행하도록 하겠습니다.
1. 기술개요 및 특징
1) 제조장비산업 주요 현황
- (개요) 소재·부품·장비산업의 경쟁력을 강화하기 위한 특별조치법이 ‘20년 4월 1일부터 시행되었으며, 이 법에서 장비를 ’소재·부품을 생산하거나 소재·부품을 사용하여 제품을 생산하는 장치나 설비‘로 정의
① 표준산업분류 및 전방 수요산업 등에 따라, 정밀가공장비, 산업공정장비, 반도체디스플레이 장비, 로봇자동화장비, 계측장비 등으로 분류 가능
② 우리 주력산업 경쟁력의 기반인 장비는 제품의 생산성, 품질 및 부가가치를 결정할 뿐 아니라, 장비산업 자체로도 성장 가능성이 큰 산업
- (장비산업 현황) 글로벌 장비시장은 ‘17년 4,455억불에서 연평균 3.4% 성장하여 ’24년 5,640억불로 성장 전망
*출처 : 한국기계산업진흥회, 세계수출시장 기준
① 국내 장비산업은 생산 43.1조원, 수출 217억불, 수입 300억불 규모이며, 세계시장점유율은 4.9%로 수출 순위 기준으로 세계 6위국(’17년)
[표] 5대 장비산업 분류별 국내외 시장 현황
*한국기한국기계산업진흥회 통계자료 참조(‘17년 기준)
2) 제조장비의 공정혁신 필요성
- 제조장비는 자동차, 항공, 반도체, 디스플레이 등 전방산업의 각종 공정들과 연계되어 있으나, 국내 수요산업은 기술력과 서비스가 우수한 외산 장비와 부품 선호
① 獨·日·美 등 선진기업들은 기술협력 및 M&A를 통해 기술격차를 유지 중
*Trumpf(獨)는 自社의 공작기계 레이저 융합기술 고도화를 위해 ACCESS LASER(CO2 레이저), AMPHOS(극초단 펄스레이저) 인수(‘18년)
- 전기수소자동차, 고해상도 OLED, 차세대 반도체 등 국가 주력 산업의 패러다임 변화에 대응하기 위한 기존 공정을 혁신한 장비 수요에도 불구하고, 기존 장비업체는 새로운 공정을 도입하는데 보수적인 상황이므로 돌파구 마련이 필요
① 고부가가치 新공정장비 시장을 선진국이 선점하고, 한국·중국이 후발 진입·경쟁하는 악순환의 고리를 끊어내는 것이
절실
② 오히려 대형화·글로벌화에 성공한 중국 장비기업이 거대한 내수 수요를 기반으로 新공정장비 시장에 먼저 진입하게 될 경우, 국내 장비산업은 중국에게마저 주도권을 빼앗길 수 있는 위기감 고조
- 글로벌 최고 수준의 주력산업을 보유한 국내 산업 여건에서 기술지원 대응 신속성이나 물류 비용 절감 측면에서 장점이 있고, 대내외 국제여건 변화에도 자유로운 국내 장비산업의 경쟁력은 충분
① 전방 수요산업의 공정을 분석하고 진단하여 장비 공급기업과 수요기업이 지속적으로 상생할 수 있는 강력한 협력 모델 발굴 필요
② 기술 개발 준비도(TRL) 단계별로 구분하여 R&D 지원 전략 차별화 가능
*TRL(Technology Readiness Level) : 기술의 성숙도(Life-Cycle)를 9단계로 구분
2. 제조장비 분야별 주요 동향
1) 정밀가공장비 분야
- 우리나라가 장비 선도국으로부터 수입하는 장비는 주로 항공, 미래자동차, 에너지, 의료 등 고부가가치 제조업과 연관된 장비로 소재 가격과 품질 기준이 높아 기존 장비와는 차별화된 고생산성 고품질 저비용 공정의 가공 장비를 요구
- 미래형 수송기기(전기자동차, 항공기, 드론 등) 경량화와 엔진/배터리 효율 개선을 위해 타이타늄, 니켈 합금, 탄소섬유복합재(CFRP) 등 경량/내열소재 사용이 증가하면서, 첨단신소재 가공 생산력 확보를 위한 기술 수요가 증가
*탄소섬유복합재 세계 시장 규모 : ‘19년 47억불 → ‘24년 78억불로 연평균 10.6%으로 성장 예상
2) 산업공정장비 분야
- 자동차, 항공 등 수송기기의 경량화 필요성 및 전장화에 따라 구조체, 구동부품 및 전장부품 등의 생산을 위해 기존 공정의 한계를 돌파하기 위한 공정 장비 요구
① 특히 알루미늄, 마그네슘, 타이타늄 등 경량금속 적용을 위해서는 고강도·고내마모·고강성 등의 고특성이 요구
3) 반도체 디스플레이장비 분야
- 반도체와 디스플레이 장비 시장은 우리나라가 세계 최대 시장이라 할 수 있으나, 핵심장비는 AMAT, Lam Research,
TEL, ASML 등 해외 선진기업이 대부분 점유
① 반도체 및 디스플레이 제조기업은 장비가 제품 수율과 품질을 좌우하므로, 국산 장비로의 교체에 대해 매우 보수적
- 국내 반도체 디스플레이 분야 장비기업들은 진입장벽이 낮은 후공정 분야와 증착·열처리 등 일부 전공정 분야에서 기술력 확보하고는 있으나, 차세대 고집적 반도체, 대면적 고해상도 OLED 등 산업 변화에 선제적으로 대응하기에는 기술적 한계
3) 로봇자동화장비 분야
- 기존 단순 작업 방식의 제조로봇장비는 아직 수작업에 의존하는 고위험, 고난도, 협업 작업이 요구되는 뿌리산업의 용접, 가공, 표면처리(도장)공정과 다품종 포장공정, 조립공정 등의 수요가 증대
*중국, 베트남 등 글로벌 생산기지를 중심으로 소형 전자제품 조립로봇 등 생산성 극대화 요구
3. 국내외 공정혁신 제조장비 사례분석
1) 정밀가공장비 분야
- (국내) 항공부품 정밀가공의 경우, 티타늄, 니켈 소재 등 고경도 첨단소재의 낮은 절삭 가공성을 극복하기 위해 가공공정의 최적화, 극저온 가공 공정, 에너지 융합 복합 공정 등의 기술이 요구되나, 국내 관련 기술은 아직 개발 단계
① 한국정밀기계(주)는 한국생산기술연구원 등과 함께 항공기 동체 부품소재로 사용되는 고강도 경량탄소섬유복합재(CFRP) 판재의 가공 성능을 높이기 위해 드릴링, 라우팅 절삭 가공 공정과 공정 모니터링 기술을 개발하여, 가공품질 저하 없이 가공 주축속도를 기존 10,000rpm이하에서 20,000rpm 급으로 2배 이상 향상
- (국외) 독일과 일본 기업이 합작하여 글로벌 최대 공작기계사로 성장한 DMG MORI社는 고정밀 5축 절삭 가공기술 뿐
아니라, 초음파 가공 및 레이저 정밀 가공, 적층 가공 공정 등을 도입한 하이브리드 가공장비로 세계 시장을 선도
① 초음파 발진기 전문기업인 SAUER GmbH&Co.을 인수(‘01년)하여 초음파 모듈이 적용된 공작기계를 출시하였고, 현재 ULTRASONIC 시리즈 제품은 고경도 취성 재료, 세라믹, 복합소재 등을 최대 50% 이상 가공력을 감소하면서 가공 가능
2) 산업공정장비 분야
- (국내) 차량 경량화를 위한 부품 일체화 및 고강도화에 따라 공정의 고도화가 요구되고 있으며, 해외 자동차 부품 업체가 보유 중인 폐단면 차체 부품 3차원 벤딩 기술의 경우 일반강 재질 튜브 성형장비는 국내에도 상용화되었으나, 초고강도강이나 복잡 형상 부품 성형 장비 및 공정 기술은 아직 연구개발 단계
① 국내 자동차 부품기업 ㈜아산은 초고강도 소재의 차체부품의 일체화 및 생산성 향상을 위해 In-line 벤딩 및 프레스 성형 공정을 개발하였으나, 성형가능 곡률, 굽힘방향 제한(2D), 형상정밀도 및 생산속도 등에서 기술 고도화 필요
- (국외) 독일의 자동차 생산 장비 전문기업인 GROB-WERKE GmbH&Co.은 본격적인 전기자동차 생산에 대비하여 고효율 전기 모터와 고성능 고밀도 배터리 모듈의 양산을 실현하기 위한 장비와 시스템 구축에 집중 투자
① 2017년 초에 전기모터 장비와 시스템 분야에서 명성이 높은 DMG meccanica를 인수하여 와이어 권선과 피더 기술에
대한 자체 노하우를 통합
② 전기자동차 전문 R&D 센터를 별도 설립하고, 자동차 업계와 긴밀히 협력 중
3) 반도체 디스플레이장비 분야
- (국내) 반도체 디스플레이 제조장비 분야는 글로벌 최고 수준의 전방산업을 보유하고 있는 국내 상황과 막대한 자본을
투입 중인 중국에 근접한 환경에서 성장한 장비 전문기업들이 많으며, 지속적인 공정혁신을 통해 차별화 노력 중
① 2002년 설립된 디바이스이엔지(주)는 고해상도 Flexible OLED 패널 제조공정 중 FMM(fine metal mask) 세정을 위한 복합세정 공정기술을 개발하여 패널의 양산 수율 향상과 장비 상용화에 성공하여 국내 뿐 아니라, 중국에 수출 중
- (국외) 선진국은 탄탄한 기초과학 기술과 활성화된 대학 실험실 창업을 기반으로 한 공정혁신 장비기술 전문기업이 많아 High-end급 장비 분야의 경쟁력을 유지하고 있으며, 그 중 디스플레이 분야 대표적인 기업이 미국의 Kateeva社임
① Kateeva社는 2008년 미국의 MIT 대학에서 실험실 창업하여 현재 수천억원 매출규모로 성장한 OLED 디스플레이용
잉크젯 장비 전문기업
② 2014년 고비용 증착 장비를 잉크젯 프린팅 방식으로 혁신적으로 대체한 봉지(passivation) 공정장비(YIELDjet
FLEX)를 개발하여 세계 최초로 상용화
4) 로봇자동화장비 분야
- (국내) 자동차 조립이나 선박 용접 등 국내 산업에서 산업용 로봇과 자동화 설비관련 기술력은 이미 어느 정도 확보되었으나, 로봇을 이용한 절삭 가공이나 고급 용접, 친환경 도장 등은 공정기술 개발과 함께 시스템의 고도화가 필요
① 워터젯 가공기 전문업체인 티오피에스社는 항공용 부품 생산을 위한 다축 로봇 기반 유연가공시스템을 개발하였고, 세계 최고 수준의 가공 정밀도 달성
② 항공기 부품은 자동차 부품에 비해 대형화, 소량, 다품종인 특징이 있어 로봇을 이용한 절삭 가공, 워터젯 가공 등
유연가공시스템 기술이 필요
- (국외) 첨단 로봇 기술을 사용하는 도장 로봇 자동화 시스템 분야 글로벌 선두 혁신공정 기업 중 하나는 독일의 Durr
Paint Systems社임
① Durr Paint Systems社의 Ecopaint 로봇 도장시스템은 현재 전 세계 2,000여개의 공장 내에 설치되어 있고, 도장표면 품질 및 효율성, 안정성 등에서 우위
② 스마트 도장 셀 개념을 도입하여 도장의 품질과 생산 효율성을 극대화하였으며, 특히 Ecopaint의 미세먼지 저감장치를 통해 친환경 솔루션을 제공
4. 주요 산업별 공정혁신 제조장비 수요 분석
1) (자동차/항공) 최근 자동차/항공 산업분야는 자율주행 자동차, 전기자동차 등 차세대 자동차 분야의 급속한 발전, 항공 분야의 수요 확대에 따라 부품 경량화 기술이 시장경쟁력이며, 경량화부품 세계 시장규모는 지속적으로 확대 전망
- (수요분석) 자동차 산업은 대량생산을 위주로 하는 산업으로 대부분 초정밀 가공분야나 신공정을 개발하는 공정으로
구성이 되어 있으며, 항공 산업은 소량생산이나, 정밀도가 높은 핵심 공정 위주로 구성이 되어 있음
① 정밀가공 공정이 대부분 낙후되어 있는 산업으로서, 최근 경량화, 친환경, 신뢰성 향상 등의 기술이 중요하며, 이에 따라 첨단소재의 부품·제품 확대 적용을 위한 공정혁신 기술 및 고성능, 친환경 공정장비 개발 수요가 증가하고 있음
- (감속기/기어 예시) 정밀도가 높은 복잡 형상 5축 가공에서의 가공성 향상을 위한 친환경(Dry 또는 Near Dry) 가공기술
개발 필요
① 기어호빙과 같이 복잡 형상의 정밀가공이 필요하거나, 이종 소재의 정밀용접이 필요한 전자빔 용접과 같은 고난이도
핵심공정은 외산설비에 대부분 의존 중이며, 핵심공정의 장비 및 공정기술 개발이 진행 중
2) (일반기계) 대부분의 일반기계 산업은 자동차, 항공, 반도체, 조선 등 기존의 기간산업을 지원하는 일반 부품산업과 공작기계, 산업용 장비 등과 같은 장비산업 등을 포함하고 있으며, 정밀가공장비가 시장의 기술력과 성장을 주도하고 있음
- (수요분석) 일반기계 시장의 경우 생산성을 극대화 하는 방향으로 기술개발 방향이 추진되고 있으며, 또한 수요산업의
트렌드인 경량화, 초정밀화, 신기능성 소재 등 다양한 요구에 맞는 새로운 기술을 요청하고 있으나 국내 기술은 세계 최고 수준 대비 70~80% 수준임
- (유/공압부품 예시) 소형 부품의 경우 단위 시간당 생산량이 경쟁력이므로 공정 설계기술 및 장비, 툴링 시스템 개선을
통한 국내 주력산업 분야의 고정밀 소형부품 생산공정 혁신이 필요
① 대부분의 공정 후 복잡한 밸브 내/외부 형상에 대한 디버링, 연마 등 후처리공정이 품질에 영향을 가장 많이 미치며,
여러 난제 해결을 위한 새로운 공정의 개발이 진행되고 있음
3) (반도체) 반도체 장비로는 노광장비, 식각/증착장비, CMP(Chemical Mechanical Polishing), 검사장비 등이 대표적이며 우리나라가 세계 최대 시장이나, 국산화율이 18%로 낮은 수준이며, 기술적 난이도가 상대적으로 낮은 열처리, 세정장비의 경우 60~70% 국산화되었으나, 노광장비, 이온주입장비 등 반도체 전공정 핵심장비들은 미국, 네덜란드, 일본 등 수입의존도가 매우 높은 상황
- (수요분석) 반도체 기술은 메모리 반도체 위주의 대량 생산 기술에서 소량 다품종 시스템 반도체 제조 기술로 공정 기술의 무게 중심이 옮겨지고 있으며, 인공지능 반도체, 5G 통신 반도체, 센서/컨트롤러 반도체, 전력/에너지 반도체 및 지능형 메모리 스토리지 반도체 공정 기술 위주로 개발되고 있음
- (메모리 반도체 예시) 과거 메모리 반도체는 단품 위주의 시장을 형성하였으나, 최근 SSD, UFS, SCM 등 메모리 반도체를 포함하는 시스템 반도체에 대응하기 위한 패키징 기술 개발이 요구되고 있음
① 플립칩 본더, 열압착 본딩 위주의 기존 패키징 기술로는 요구되는 고집적화에 대응하기 어려우며, 웨이퍼 레벨 패키징
공정 장비 개발이 요구됨
② Applied Materials, Ebara 등 독일 및 미국의 글로벌 반도체 장비 회사들이 독점하고 있는 반도체용 CMP 장비와
패키징 장비의 국산화 개발 진행 중
4) (디스플레이) 기존 LCD TV시장은 포화되어 2018년부터 2035년까지 CAGR이 –1.7% 수준에머물 것이나, OLED TV시장은 프리미엄 시장을 형성하여, 지속 증가(CAGR 18.1%)하여 LCD TV 시장을 파고들 것으로 전망되며, 특히 Flexible OLED 제품에 대한 수요가 급증할 것으로 예상
- (수요분석) 유연 디스플레이 및 대면적 디스플레이의 패키징 공정 위주로 기술 수요가 형성되고 있음
① 디스플레이 장비 중 Coating, Curing, Cleaner 등의 비교적 부가가치가 낮은 장비는 국산화율 높은 편이나, 장비의 국산화에도 불구하고 핵심부품인 엑시머 레이저와 UV 광학계 등은 거의 전량 해외 수입에 의존
② 또한 OLED 화소 공정의 핵심인 증착장비, 봉지 공정장비, TFT 제조를 위한 노광장비 등 부가가치가 높은 장비는 해외
의존율이 여전히 높은 상황
- (플랙시블 패널 예시) 플렉시블 OLED 디스플레이 제조를 위해서는 캐리어 기판 위 유연 소자의 Lift-off(기판 분리) 공정 기술이 필요함
① 현재의 엑시머 레이저 기반 Lift-off 장비는 초기 장비 투자비와 유지·보수 비용이 높고, 대면적 기판 대응 및 생산 속도 증대에도 어려움이 있음
5) (조선) ‘18년 기준 전 세계 조선 발주량은 2,860CGT(Compensated Gross Tonage/표준화물선 환산톤수)로 1.7% 증가하였고, 발주액은 646.6억불로 6.6% 감소하였으며, 동기간 국내 조선수주량은 1,263CGT로 66.8% 증가하였고, 발주액은 259.4억불로 48.3% 증가하였으며, 생산량 급감과 수주호전에 따라 상승 추세를 기대
- (수요분석) LNG선 및 컨테이너선 등 특수 선박용 화물창 보관 및 처리 기술과 선박 원가의 20%를 차지하는 후판의 처리 기술 및 핵심 엔진 제조, 설계 제작 관련 장비 개발 요구
- (선박 엔진/모터 예시) 복잡 형상 고경도 엔진의 내구성 향상을 위한 고온소재용 부가열원적용 금속 3D 프린터의 개발,
고밀도 복잡 형상 조형 주조용 중자/주형 장비 개발 및 기존 작업자의 노하우와 AI 기술기반으로 최적화된 내충격성을
가지는 열간 소성가공용 디지털 해머기술 등의 공정혁신 제조장비 개발이 요구됨
① 선박 엔진 시장의 경우 ‘19년~’26년 평균 4.5% 성장률, ‘26년 144억불로 예측을 하고 있으며, 선박용 모터는 가스 오일, 디젤 석유, LNG, 하이브리드 등 다양한 연료로 작동하는 전력 공급원에 따른 효율개선, 구조 최적화, 내구성 개선, 성능 향상 등의 기술이 필요
6) (가전) ‘22년 가전제품의 전 세계 시장규모는 ’20년 1,300조원에서 2.5% 상승한 1,340조원에 달할 것으로 예상되며, 세계적으로 5세대 통신의 보급이 본격화 되면서 시장 규모도 크게 증가할 것으로 분석됨
- (수요분석) 가전제품의 핵심이 되는 모터와 컴프레서의 에너지 효율 향상, 소음, 진동, 내구성 확보를 위한 제조 및 후처리 관련 장비와 국산화가 되지 않은 플라스틱 용기 제조용 블로우 성형기의 혁신제조장비 개발이 요구됨
① 가전시장의 핵심 기술인 모터 기술의 경우 국내 LG전자를 중심으로 기반 기술을 확보하고 있으나, 인버터 모터, 초음속 모터 등 고급 기술 특허는 일본, 유럽 등이 보유하고 있는 경우가 많아 혁신적인 형태의 모터 개발 요구
② 가전 관련 플라스틱 제품 및 사출장비의 경우, 국내 업체에서 범용 기술 및 장비를 보유하고 있으나, 특히 블로우 성형장비 기술의 경우 대부분 일본의 장비에 의존하고 있어 해당 기술의 국산화와 다품종 소량생산에 적합한 공정의 개발과 생산성의 향상을 위한 신공정장비의 개발 요구가 있음
- (플라스틱 용기 예시) 예비 성형체(프리폼)의 선택적 급속 냉각을 통한 복합 형상 용기의 고품질 성형, 금형 자동 교체
자동화 기술과 AI기술을 융합한 다품종 소량생산의 최적화된 블로우 성형 혁신제조장비 개발이 요구됨
① 일본의 장비기술에 의존하여 생산하고 있는 플라스틱 용기 제조 기술은 블로우 성형의 분할 금형제작 기술 및 다품종
소량 생산에 최적화된 고효율, 고생산용 장비의 국산화가 필요
5. 결론
1) 전방산업의 패러다임 변화 및 다양한 수요에 대응하기 위해 기존 제조장비의 공정혁신이 필요하며, 이미 경쟁력을 보유한 글로벌 선도기업들은 혁신된 제조공정을 도입하여 기술격차를 확대하는데 비해, 우리는 아직 개발 단계에 머문 상황
- 일부 글로벌 기업들도 단기간에 공정혁신이 쉽지 않으므로, 특수 공정기술을 보유한 중소기업이나 부품 기업을
인수합병하여 경쟁력을 강화하는 추세
2) 우리나라 장비산업 발전을 위해 글로벌 최고 수준의 전방주력산업과 긴밀한 협력이 필요하나, 시스템 제조업계와 부품 공급 업계간 협력체계는 갖추어 있지만, 실제 그 부품을 제조하는 장비공급기업과의 협력은 부족
3) 공정혁신을 통해 제조장비를 공급하는 기업들을 다수 조사한 것은 아니나, 금번 동향분석에서 검토한 기업의 경우, 일반 제조기업에 비해 영업이익율이 높은 것으로 나타났으며, 공정혁신 제조장비산업이 곧 고부가가치 산업임을 입증
우리나라 주력산업의 기반인 장비는 제품의 생산성, 품질 및 부가가치를 결정할 수 있는 산업의 꽃이라고도 볼 수 있을 것 같습니다. 또한, 장비 자체만으로도 성장 가능성이 큰 산업이라고 하니 제조장비 산업육성은 각 국가 및 기업의 필수적인 요소인 것 같습니다.
이런 상황에서 우리나라의 해외 의존도는 아직도 높아 이를 해결하기 위한 정부와 기업의 노력 계속되고 있습니다.
향후 지속적으로 성장할 제조장비 산업에 대한 관심과 노력으로 우리나라 기업의 기술이 시장을 선도할 수 있으면 좋겠습니다.
오늘도 감사합니다. ^^
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