스마트 제조장비용 제어기(CNC) 기술
<목차>
0. 요약
1. 개요
2. CNC 시스템의 국내외 시장 동향
3. CNC 제어기 기술 개발 동향
4. CNC용 구동계 기술 개발 동향
5. 스마트 HMI 기술 기술의 개념 개발 동향
6. 시사점
출처 및 참고자료
0. 요약
- CNC(Compute Numerical Control, 수치제어장치) 시스템은 제조장비의 모든 기능을 자동적으로 제어하는 모듈로서 기계 구동부(H/W)의 두뇌 역할을 담당하는 중요한 모듈이며, CNC 제어기, 구동계와 HMI로 구성되어 있다. CNC 시장은 Fanuc, Siemens 등의 독일과 일본 업체들이 주도하고 있고 연 매출 70억 달러 규모로 형성되고 있으며, 상위 5개 기업의 점유율이 76% 수준의 과점 시장이다. 독일과 일본의 주요 CNC 제어기 업체들은 과거 하드웨어 중심의 성능 개선에서 벗어나 현재 다축 및 다계통 제어 기술과 가공 성능 향상을 목표로 한 고급 제어 기능의 소프트웨어 기반 기술 개발에 중점을 두고 있다. 구동계 중 스핀들 모터의 고속 회전은 공작기계의 생산성 향상에 중요한 역할을 하므로 고속 회전 시 발생하는 진동과 열을 관리하면서도 높은 정확도를 유지할 수 있도록 설계되고 있다. 스마트 HMI는 DMG Mori, Mazak 등 선도 공작기계 업체가 각각 CELOS, Smooth X/G/Ai을 통해 차별화된 CNC 기능을 제공하는 추세이다. 이러한 스마트화, 고속화, 다축 및 다계통화에 발맞춰 국산 CNC 기술도 디지털트윈 기술 등을 통합한 고급 CNC 기술의 상품화가 요구되고 있다.
1. 개요
- CNC(Compute Numerical Control, 수치제어장치) 시스템은 제조장비의 수치 입력 정보를 처리하여 장비의 위치와 속도, 스핀들 회전 등 모든 기능을 자동적으로 제어하는 모듈로서 기계 구동부(H/W)의 두뇌 역할을 담당하는 중요한 모듈이다. CNC 시스템은 CNC 제어기, 구동계(서보ㆍ스핀들 모터 및 드라이브)와 HMI(Human-Machine Interface)의 3가지 부품으로 구성되어 있으며, 이들 부품이 상호 호환성이 있어야 구동이 가능하다.
- CNC는 제조장비의 성능뿐만 아니라 제조장비를 사용하여 생산하는 공산품의 품질, 부가가치, 생산성을 좌우하기 때문에 컴퓨터의 CPU, 스마트폰의 AP와 유사한 역할을 제조장비에서 수행한다. CNC는 제조장비-제조로봇-자동화 설비-스마트 공장 SW(MES 등) 간 ‘연결고리’로서 스마트 공장을 구현하는 핵심 미들웨어 및 플랫폼이다. CNC 제어기는 센서 융합, 자율·능동제어 등의 기능을 탑재한 지능형 가공 시스템을 기본으로 스마트 공장 운영 시스템을 지원하는 스마트 운영 모듈로 확장되어 제어기의 기능과 범위가 확장되고 있는 차세대 유망 품목이다.
2. CNC 시스템의 국내외 시장 동향
- CNC 제어기의 세계 시장은 2021년 28억 달러 규모에서 CAGR 3.6%로 성장하여 2026년에는 34억 달러 규모로 전망된다. CNC 제어기 산업의 성장은 제조산업에서의 자동화 적용 및자동차 산업을 포함한 대량 생산 요구 증대에 기인할 것으로 예상된다.
- 주요 글로벌기업으로는 Fanuc, Siemens, Heidenhain, Mitsubishi Electric, Bosch Rexroth, Okuma, Hass 등이 있다. 2015년 기준 Fanuc(日, 화낙)이 약 17.9억 달러 매출로 전체 시장의 25.8%를 점유하면서 1위를 기록하고 있다. 이어서 Siemens(獨, 10.9억 달러, 15.8%), Mitsubishi(日, 9.8억 달러, 14.1%) 순으로 매출 규모를 형성하고 있다. 상위 5개 기업의 점유율이 76% 수준으로, 소수의 선진사에 의해 세계 시장이 주도되는 상황이다.
- 세계 시장의 최신 동향은 스마트화이다. 인더스트리 4.0, 스마트 공장 등에 의한 제조산업에서의 자동화 및 스마트화에 대한 요구가 증대되고 있다. 이에 따라 연결성과 지능형 소프트웨어 기능이 강화된 제품을 선보이고 있다. 예를 들어, Fanuc은 자동화 공장에서 자사의 CNC 제어기로 코봇을 제어하거나 자동화 셀의 컨트롤러 역할을 하는 제품 및 맞춤형 그래픽 화면이 내장된 제품을 출시하였다. Siemens는 디지털트윈을 활용하여 가공 중단 없이 NC 프로그램을 생성하고, 검증 및 최적화할 수 있는 제품을 선보였다. Heidenhain도 스마트한 디지털트윈이 탑재된 제품을 상품화하였다.
- 중국 기업들인 GSK CNC나 Huzhong CNC 등은 자체 개발한 CNC 제어기를 상품화하였으며, GSK CNC의 경우 2018년 기준 100만 대 이상의 제품을 판매하고 있다. 이를 통해 저가 공작기계에 대한 중국 내 수요를 담당하고 있으며, 추후 저가형 CNC 제어기를 통한 세계 시장 진출이 전망된다.
- CNC 제어기의 국내 시장 규모는 2017년 기준으로 23,000대 3,000억 원 규모이며, 95% 이상을 수입에 의존하고 있다. 특히 Fanuc에 대한 의존도가 82%로서 매우 취약한 구조이다.
- 국내 CNC 시스템의 현황을 보면 디엔솔루션즈의 경우 자체 CNC 모델을 자사 공작기계에만 장착하여 공급하고 있다. 씨에스캠과 센트롤은 CNC 컨트롤러를 공급하면서 일부 서보모터와 드라이브를 외부로부터(日 야스카와 또는 코모텍, 하이젠모터 등) 조달받아 국내 중소 전용기 생산 업체에 판매하고 있다.
- 근 국내 공작기계 제조사 및 관련 기업들의 투자를 통해 CNC 제어기 전문회사인 KCNC가 설립되었다. 정부의 연구개발 과제를 통해 고성능 서보모터/드라이브, 스핀들모터/드라이브 및 보급형 공작기계용 CNC 제어기 제품을 개발 중이며, 공작기계 제조사의 스마트 HMI에 연결하는 CNC 기능을 탑재할 예정이다.
3. CNC 제어기 기술 개발 동향
- 독일과 일본의 주요 CNC 제어기 업체들은 과거 하드웨어 중심의 성능 개선에서 벗어나 현재 다축 및 다계통 제어기술과 가공 성능 향상을 목표로 한 고급 제어 기능의 소프트웨어 기반의 기술 개발에 중점을 두고 있다.
- 일본 Fanuc의 30 시리즈는 다양한 5축 가공기에서 고속 동시 5축 가공을 구현하기 위해 공구 선단점 제어, 공구 자세 제어, Nano Smoothing 등의 기능을 개발하여 제공하고 있다. 특히 고속 스무스 TCP 기능은 짧은 경로로 구성된 가공에서 더욱 매끄러운 경로를 생성하여 표면 조도를 개선하고 가공 시간을 단축할 수 있다. Mitsubishi의 CNC M800 시리즈는 SSS(Super Smooth Surface) 제어와 공차 제어 등과 같은 고정밀 제어 기능을 통해 가공 과정에서 높은 수준의 정밀도를 유지할 수 있다. 또한 AI 기술을 활용해 공구 수명을 예측하는 기능을 제공하여 공구의 실제 상태를 기반으로 최적의 교체 시점을 결정함으로써 생산성 향상에도 기여한다.
- 독일 Siemens가 최근에 개발한 Sinumerik One은 최대 31개의 축과 10개의 계통을 지원하는 유연한 범용 공작기계 CNC 시스템이다. 이 시스템은 선삭, 밀링(3~5축 동시), 턴밀, 연삭, 레이저 가공 등 다양한 기능을 제공하면서도 확장성과 상호 연동 기능이 뛰어나다. 또한 고속 가공 시 사용자가 지정한 공차를 만족시키는 최적의 경로를 생성하는 “Top Surface Cycle” 기능을 제공하여 고속 가공을 가능케 하며, 정밀도와 가공 품질을 향상시킨다.
- Heidenhain의 TNC7은 동시 5축 고속 윤곽 가공을 지원하며, 여러 고급 기능을 갖추고 있다. Tool Center Point Management, 3차원 공구 보정, 짧은 블록 선독을 통한 고속 이송, Jerk-free 경로 제어, 동적 충돌 모니터링, 적응형 이송 속도 제어 기능을 제공하여 5축 가공에서 가공 품질을 높이고 고속 가공이 가능하도록 한다.
- 가상 CNC를 활용한 조작 및 시운전, 기하학적 모델을 기반으로 한 기계 장비와의 연동을 통해 사전 가공 시뮬레이션을 수행하는 기술이 점차 보편화되고 있다. 예를 들어, Siemens는 CNC 디지털트윈 소프트웨어인 CMVM(Create My Virtual Machine System)을 제공하며, 이를 통해 Sinumerik One을 사용하여 조작, 시운전, 충돌 확인, 사이클 타임 검증 등을 수행할 수 있다. 기하학적 모델 단계에서 공작기계의 디지털트윈을 활용할 수 있으며, PLC와 CNC의 완전 통합을 구현하여 CMVM과 장비 간의 파라미터 및 PLC 연계를 용이하게 한다.
- Heidenhain의 TNC7은 CNC 내에 기하학적 모델 기반의 디지털 트윈을 내재화하여 가공 시뮬레이션을 직접 수행할 수 있는 기능을 제공한다. 또한 DCM(Dynamic Collision Monitoring) 기능을 통해 5축 장비에서 수동 이송 또는 가공 중 발생할 수 있는 충돌을 실시간으로 모니터링하고, 충돌이 예상될 경우 장비를 사전에 정지시켜 충돌을 방지하는 기능을 제공한다.
- Fanuc은 CNC 제어기의 응용 기능을 테스트하고 시뮬레이션할 수 있는 다양한 소프트웨어를 제공하고 있다. CNC GUIDE2는 CNC 디지털트윈 소프트웨어로 PC에서 CNC 기능을 검증할 수 있다. 이 소프트웨어는 실제 CNC의 특성을 반영한 시뮬레이션과 파라미터 조정 기능을 제공한다. 또한 CNC GUIDE2의 서보 모델을 Surface Estimation과 연동하면 가공 표면의 품질을 예측할 수 있다. CNC Reflection Studio는 재료 제거 시뮬레이션과 기하 모델을 활용한 장비 충돌 예측 등의 디지털트윈 시뮬레이션 기능을 제공한다.
- 국내 KCNC 社 는 확장성이 높은 PC 기반의 TENUX CNC를 통해 고속·고정밀의 가공이 가능한 기능들을 제공하고 있다. 공작기계 중 시장 점유도가 높은 3축 머시닝센터와, 2축 터닝센터를 타깃으로 고속 가공 기능, 제어 기능, 보정 기능 등을 제공하고 있다. 기본 선독 블록 수 확장, 저크 제어, 기하 오차 보정, 서보 모니터링 등의 기능을 통해 가공 정밀도를 향상시키고 사용자 편의성을 높이고 있다. 터치 기반의 HMI를 통해 편의성이 높은 사용자 인터페이스를 구축하고, Open API, 통신 API 등을 지원하여 제조사 기반의 스마트 HMI의 구축이 용이하도록 지원한다.
4. CNC용 구동계 기술 개발 동향
- CNC용 구동계는 3상교류 전원에서 직류 전원을 생성하는 컨버터, 공간상의 위치를 제어하는 서보 모터/드라이브, 가공 툴을 회전하는 스핀들 모터/드라이브로 구성되어 있으며, 실시간 제어 통신인 EtherCAT으로 상위 NC와 연결된다.
1) 최신 기술 및 연구 동향
- AC/DC 컨버터
- 공작기계용 AC/DC 컨버터는 에너지 효율을 극대화하기 위해 고주파 스위칭과 소프트 스위칭 기술을 활용하여 전력 손실을 최소화한다. 동시에 고신뢰성과 내구성을 높이기 위해 열 관리 기술과 내구성이 뛰어난 전자 부품을 적용하여 가혹한 환경에서도 안정적인 성능을 유지한다. 또한 소형화와 경량화를 위해 GaN 및 SiC 같은 새로운 반도체 소재를 채택하여 콤팩트한 설계를 지원한다. AI 기반 지능형 제어 및 모니터링 기술을 통해 실시간 상태 모니터링과 자동화된 전력 최적화를 가능케 하여 스마트 제조 환경에서의 효율성과 문제 대응 능력을 향상하는 방향으로 발전하고 있다.
- AC 서보 모터/ 드라이브
- AC 서보 모터의 고속화는 고속 가공의 요구에 부응하기 위한 중요한 과제이며, 이를 위해 모터의 열 관리와 안정적 제어가 필수적이다. 하이브리드 자기 베어링 기술이 적용되어 마찰을 줄이고 정밀도를 높이는 데 기여하고 있다. 에너지 효율성도 지속 가능한 제조를 위한 핵심 과제이며, 고효율 전력 변환 기술과 회생 에너지 회수 시스템을 통해 에너지를 절감하고 재사용하는 방법이 도입되고 있다. 스마트 제어 기술이 발전하면서 AI 기반의 제어 알고리즘과 모델 예측 제어가 서보 시스템의 실시간 데이터를 분석해 예측적 제어를 가능케 하여 공작기계의 동적 응답을 최적화하고 가공 오차를 최소화하는 데 도움을 주고 있다. 마지막으로, 예측 유지보수 기술은 서보 모터와 드라이브의 상태를 실시간으로 모니터링해 고장 가능성을 예측하고, 이를 통해 유지보수 시기를 조절하여 기계의 가동 중단 시간을 줄이는 데 효과적이다.
- 스핀들 모터/ 드라이브
- 스핀들 모터의 고속 회전은 공작기계의 생산성 향상에 중요한 역할을 하며, 이를 위해 고속 스핀들 모터는 고속 회전 시 발생하는 진동과 열을 관리하면서도 높은 정확도를 유지할 수 있도록 설계되어 있다. 최신 영구자석모터(PMSM) 기술이 적용된 스핀들은 뛰어난 제어 성능과 자동 밸런싱 시스템을 통해 고속에서도 진동을 최소화한다. 열 관리 기술은 고속 회전에서 발생하는 열을 빠르게 방출할 수 있도록 액체 냉각 시스템과 첨단 냉각 소재를 도입해 모터 성능을 안정적으로 유지하며, 내구성을 높이고 장시간 작동 시 성능 저하를 방지하는 데 기여한다. 또한 스핀들 모터의 에너지 소비를 줄이기 위한 회생 제동 시스템이 도입되어 운동 에너지를 회수하고 재사용함으로써 에너지 효율성을 극대화하고 친환경 제조 환경을 구축한다. 현대 제조업에서 스핀들 모터와 드라이브는 CNC 시스템과 통합되어 AI 기반의 적응형 제어 알고리즘을 통해 실시간으로 최적화된 회전 속도와 토크를 제공하며, 가공 정밀도를 높이고 에너지 소비를 줄인다. 마지막으로, 상태 모니터링 시스템은 스핀들 모터의 고장 가능성을 사전에 감지하고 예지보전 기술을 통해 잠재적 문제를 미리 파악하여 기계의 다운타임을 최소화하고 유지보수 비용을 절감하는 데 중요한 역할을 한다.
2) 시장 동향
- AC/DC 컨버터, AC 서보 모터/드라이브, 스핀들 모터/드라이브로 구성된 공작기계 구동계 시장은 국내는 물론 전 세계적으로 상당한 성장세를 보이고 있다.
- AC/DC 컨버터: AC/DC 컨버터 시장은 공작기계의 모터 및 기타 부품에 전력을 공급하는 데 필수적이며, 산업자동화 분야에서 효율적인 전력 시스템에 대한 수요 증가로 인해 확장되고 있다. 이 시장은 정부의 에너지 절약 정책과 고효율 및 소형 설계를 위한 컨버터 기술 발전 때문에 시장이 성장하고 있다.
- AC 서보 모터/드라이브: 전 세계 서보 모터와 드라이브 시장은 2023년 약 188억 달러에 이르렀으며, 2032년까지 연평균 6.7%의 성장률로 340억 달러에 도달할 것으로 예상된다. 이러한 성장은 산업자동화, 디지털화, 에너지 효율성을 높이기 위한 정책에 의해 주도되고 있으며, 국내 서보 모터 시장은 2032년까지 138억 달러에 이를 것으로 전망된다. 이는 제조업과 로봇 분야의 발전 덕분이며, 고도로 발전한 자동화 및 전자제품 분야에서 한국이 시장 성장에 중요한 역할을 하고 있다.
- 스핀들 모터/드라이브: 스핀들 모터 시장은 서보 모터 시장과 유사한 성장 추세를 보이고 있으며, 특히 항공우주, 자동차, 가전제품 분야에서 정밀 가공 및 자동화기술의 발전 덕분에 성장이 가속화되고 있다. 이러한 산업에서는 CNC 공작기계의 효율성과 고속 성능을 위해 스핀들 모터에 크게 의존하고 있으며, 국내 시장의 성장도 이러한 지역적 추세에 맞춰 아시아·태평양 시장의 확장에 기여하고 있다.
- 국내 시장의 70% 이상을 점유하는 공작기계에 장착될 수 있는 컨버터 3종, 서보 모터 20종, 서보 드라이브 7종, 스핀들 모터 10종, 스핀들 드라이브 4종을 선정하여 개발 완료하고 공작기계에 장착하여 실증 중이다. 개발품의 용량 범위는 컨버터 30~75kW, 서보 모터 0.75~14kW, 서보 드라이브 1~15kW, 스핀들 모터 3.7~22kW, 스핀들 드라이브 10~25kW이다. 그림 14는 개발품 실증 공작기계와 뒷면 전장 박스이며, 컨버터, 서보 드라이브, 스핀들 드라이브가 좁은 전장 박스 안에 촘촘하게 설치된 것을 볼 수 있다.
- 개발품의 주요 특징은 다음과 같이 요약할 수 있다.
- 선진사 대비 동등 또는 우수한 성능: Fanuc, Siemens 등 CNC 선진사와 비교해 전력밀도와 속도 제어 정밀도, 가감속 응답성에서 동등하거나 더 우수한 성능을 발휘
- 단순화된 제어보드 플랫폼: 하나의 SoC를 통해 인코더 처리, NC와 드라이브 간 필드버스 통신 및 제어를 모두 처리할 수 있는 하드웨어 설계로 부품 가격을 낮추고 고장 요인을 최소화
- 핵심 부품의 공급처를 다양화한 파워보드 플랫폼: IGBT 스택 기반의 인버터 파워보드 설계를 통해 특정 해외 제조사에 대한 의존성을 극복
- EtherCAT 필드버스 동기화 기술 적용: Fanuc 및 Siemens의 폐쇄적인 통신 방식 대신 개방형 EtherCAT 필드버스를 적용하여 특정 필드버스 의존성을 탈피하고, X, Y, Z 및 스핀들 드라이브 간의 동기화 기술을 통해 동작 명령을 나노 초 단위로 실시간 전달하여 가공 성능을 개선
- 높은 전력밀도의 Book Type 컨버터/드라이브 개발: 협소한 공작기계 전장 박스 내에서 높은 전력밀도와 전기 노이즈 저항성을 요구하는 환경에 적합한 소형 Book Type 컨버터, 서보 드라이브, 스핀들 드라이브를 개발
- 소음 진동에 대응하는 소프트웨어: 보드 선도(bode plot)를 구하여 소음 진동을 최소화하는 다양한 필터를 제공
5. 스마트 HMI 기술 기술의 개념 개발 동향
1) 기술의 개념
- HMI는 CNC에 내장된 형태로 기본 제공되지만, 선도 공작기계 업체는 CNC에 고속으로 연결되는 ‘분리형’ HMI를 통해 한층 향상된 CNC 기능을 지원하고 있다. 그림 15는 HMI 시스템의 구성을 나타낸 것으로, 이러한 형태의 HMI는 공작기계 업체 고유의 CNC 장비 기능을 부가하는 것이 가능할 뿐 아니라 상위 시스템과 자동화 주변장치 간에 중계자로서 CNC 공작기계의 디지털 고도화를 위한 핵심 모듈로서 역할이 확대되고 있다.
- 이러한 스마트 HMI는 DMG Mori, Mazak 등의 선도 공작기계 업체가 각각 CELOS, Smooth X/G/Ai을 통해 차별화된 CNC 기능을 제공하고 있다. 이러한 추세에 맞추어 CNC 메이커인 Fanuc은 iHMI와 FIELD system을 통해 ShopFloor 운영의 확장성을 제공하는 IoT 플랫폼으로 명명하고 있다. 특히 Siemens는 새로운 CNC 소프트웨어 아키텍처로 개편한 SINUMETRIK ONE을 발표하여 Digital-Native CNC라고 지칭하고 있다. 이러한 스마트 HMI 기술 개발 방향은 다음과 같은 4개의 축으로 요약될 수 있으며, 스마트 공장, 자율제어 등 기술 메가트렌드에 대응한 선도업체의 대응 전략이 되고 있다.
- CNC/장비 및 계획/운영 정보의 디지털화를 통한 운영성 확장
- 실시간 CNC/센서 데이터 분석 기반 제어/운영 기능 지능화
- 주변 장치/장비 연동을 통한 유연 자동화 지원 및 자율제어 융합
- 개방형 플랫폼에 기반한 HMI의 확장성 제공 및 업체 생태계 구축
2) 해외 선도업체의 기술 동향
- DMG MORI의 지능형 HMI 플랫폼인 CELOS는 공작기계 스마트 운영/진단/ 제어를 위한 기능들을 App 단위로 확장할 수 있도록 한다. 또 상위 시스템과 CNC 공작기계의 연결 기능을 통해 가공계획-모니터링-검사/진단 등 제품 가공 전 주기 프로세스를 하나의 HMI에서 관리할 수 있도록 하고 있다. 최근에는 비전과 AI 기술을 접목(예: ‘AI Chip Removal’)뿐 아니라 포스트 프로세서, 절삭 시뮬레이션, NC 코드 최적화 기능을 통합한 DYNAMICpost S/W 등과 같은 엔지니어링 S/W를 CELOS를 통해 확장할 수 있도록 제공하고 있다.
- MAZAK의 공작기계 자체 HMI인 SMOOTH-X/G는 동일 네트워크에 연결된 다수의 장비들에 대한 모니터링이 가능하다. 또 App 형태의 기능 확장을 통해 대화형 프로그래밍과 가상 시뮬레이션 등 다수의 작업자 편의를 위한 기능을 탑재하고 있다. 나아가 센서 데이터 수집 장치인 Sensor Box, 엣지/전송 모듈인 SmartBox, 진단 S/W인 Monitor AX 등의 IoT 기능을 패키지로 제공하고 있으며, 채터 진단/회피 및 열변형 감지/보정 기능 등을 탑재한 SMOOTH Ai로 고도화하고 있다.
- 고도의 확장성을 제공하는 스마트 HMI 시스템 구현을 위해서 DMG Mori, Okuma 등의 글로벌 업체들은 CNC 운영체계라 할 수 있는 ADAMOS/CELOS, thincOPC 같은 개방형 플랫폼을 제공하면서 각기 자체 App Store 플랫폼을 제공하는 생태계를 구축하고 있다. 이러한 움직임은 스마트화 시장의 진입장벽으로 작용할 수 있어 국내 업체의 공동 대응 또는 자생 대책 마련이 절실하다는 중론이다.
- 이러한 플랫폼 기반의 HMI 시스템 기능 라인업을 확보한 선진 업체는 공작기계, 자동화장치, 로봇, 측정장치 등을 묶어 HMI 시스템에 운영 기능을 통합했다. 그리고 각 업체만의 차별화된 노하우를 접목함으로써 수요 제조업체에 시스템 패키지 솔루션을 Turnkey로 공급하는 고부가가치 비즈니스 모델을 실현하고 있다.
3) 국내 장비업체의 현황
- 국내 업계는 선진 업체 대비 다소 늦은 감은 있으나 각기 공작기계 운영 노하우를 기반으로 기술의 근간을 확보하고 있다. 최근 CNC 국산화 프로젝트를 통해 기술 개발에 박차를 가하여 최근 시장 진입에서 결실을 맺고 있는 시점이다. 그 예로 CAM 공정 자동화와 대화형 프로그램 환경인 Sketch-Turn, 디지털 통합 운영 기능을 제공하는 화천기공의 Harmony, DN솔루션즈의 CUFOS, 현대위아의 iTROL+ HMI 제품 등이 있다.
- 한편 외산 CNC뿐 아니라 국산 KCNC TENUX와 Native 연동을 지원하는 TORUS HMI 플랫폼이 동반 개발되고 있다. 이종 CNC에 호환되는 TORUS 플랫폼의 ‘CNC 상태 모델’은 KS 표준(KS_B_NEW_2021_2393)으로 제정이 진행되고 있으며, 사실상 표준이다. 국내 4개 공작기계 업체를 통해 개발 중인 수요맞춤형 스마트 HMI 시스템은 CNC 장비 및 주변장치 연결을 지원하고 App 단위의 확장성을 제공하는 TORUS 플랫폼을 기반으로 개발되어 상호 개발 시너지 발현과 향후 자율제어 및 유연 자동화 시스템 개발에도 성과가 연계될 수 있을 것으로 기대된다
6. 시사점
- CNC 제어기의 기술 개발 동향에서 보았듯이 해외 주요 업체들은 다축·다계통 제어 기술과 가공 성능 향상을 목표로 한 고급 제어 기능의 소프트웨어 기반 기술 개발에 중점을 두고 있다. 또한 CNC 디지털트윈 기술을 개발하여 기계 장비와의 연동을 통해 사전 가공 시뮬레이션 등을 수행하는 기술이 점차 보편화되고 있다. 따라서 국산 CNC 기술을 상품화하는 데에서 나아가 고급 CNC 기술을 확보하는 것이 CNC 자체 경쟁력 확보뿐만 아니라 공작기계산업의 경쟁력을 높이는 방향이라 판단된다.
- 구동계의 경우 Fanuc 등 선진사는 오랜 기간 검증된 성능과 내구성으로 시장에 신뢰가 있고 대량 생산에 의해 가격 경쟁력도 있기 때문에 국산 개발 구동계가 산업 현장에 보급되기 위해서는 선진사가 가진 장점들을 극복해야 된다. 성능은 개발 사업을 통해 검증이 되었다고 판단이 되며, 향후 진행 중인 실증 사업을 통해 내구성 등 장기 신뢰성을 검증해야 한다. 가격 경쟁력은 양산 설계로 다양한 용량의 금형 공용화를 통하여 생산 단가를 낮추고 생산된 서보 모터/드라이브의 적용처를 로봇, 장비, 자동화 등으로 확장해야 한다. 또한 에너지 고효율, 스마트 기능 등 선진사가 갖지 못한 기능을 제공하여 시장을 공략해야 한다.
- 술한 바와 같이 CNC는 가공 정밀도와 신뢰성을 제공해야 하는 기본적인 역할을 넘어 제조 스마트화, 자율제조 실현 등을 위한 기계가공 분야의 핵심 모듈로 인식되고 있다. 스마트 HMI의 경우 전문 CNC 메이커의 CNC를 기반으로 공작기계 업체가 자사의 장비에 특화된 디지털 고도화 기능을 부여하여 고부가가치화하면서 동시에 스마트 공장 요구에 대응할 수 있기에 기술개발의 중요성이 높고 국가적인 차원에서의 적극적인 지원이 요구되는 시점이다.
출처 및 참고자료
1. “CNC Controller Markets Size, Share & Industry Growth – forecast to 2026”, MarketsandMarkets.
2. “Computer Numerical Control Solutions Market Analysis – forecast 2024-2028”, technavio.
3. “Analysis of the Global Computer Numerical Controllers (CNC) Market”, Frost & Sullivan, 2016.06.
4. 한국공작기계산업협회, 2019.
5. CNC 및 공작기계 제조사 홈페이지
작성자
심창섭 첨단장비 PD | KEIT 기계로봇장비실 송창규 책임 | 한국기계연구원 초정밀장비연구실 김홍주 책임 | 한국전기연구원 정밀제어연구센터 남성호 수석 | 한국생산기술연구원 자율형제조공정연구부문
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