기계 메카트로닉스의 국내외 산업 동향과 향후 전망

<2011. 4 특집2> 기계 메카트로닉스의 국내외 산업 동향과 향후 전망

- 단위 기계·장비에서 공장 통합운영 시스템 요구하는 수요산업

기계 메카트로닉스 기술수준 차이가 분업 구도 형성

대개 기계 제어에 있어 전자화가 이루어져 정보를 부여하고 다기능화한 것을 두고 메카트로닉스 기계, 기술적 측면에서는 기계 메카트로닉스라고 한다. CNC 공작기계나 산업용 로봇, CAD/CAM, PLC, FA 등이 기계 메카트로닉스의 주요 제품이고, 핵심기술은 자동제어가 그 중심에 있다. 기계 메카트로닉스는 공작기계 중심의 IT화 시대를 특징으로 하는데, 기술발전 단계의 측면에서 기계의 IT화 초기단계라고 할 수 있다.
<산업연구원> 박광순 박사는 “기계 수요산업에서 기계에 대해 생산성 제고와 유연성을 요구하면서 융합형 제품 및 관련부품의 상품화를 바랐던 것이 기계 메카트로닉스 촉진 요인이었다”고 말했다. 기계 최대 수요처인 자동차 산업의 경우 기계류 단위장비에 대한 수요보다 다품종유연생산 체제에 대응할 수 있는 공정상의 시스템 패키지를 요구한 것은 대표적 사례다. 양산 라인의 다품종유연생산화를 위해 핵심 가공장비의 유연화, 그리고 지능형 로봇 등을 응용한 전공정 자동화의 필요성이 높아졌기 때문이다.
현재에도 나타나고 있는 수요산업의 요구이기도 하고, 또 향후 장비간 또는 공정간 네트워크를 통한 IT 접목형 기계류 생산 시스템, 그리고 기계류 융합화에 대한 요구는 커질 것으로 전망하면서 기계 메카트로닉스는 이에 대응하는 기幸像活� 이룰 것으로 보인다.
박광순 박사는 “기계에 대한 수요산업의 이러한 요구, 첨단 메카트로닉스 기술, IT 소프트웨어, 친환경 소재 등은 기계산업의 융합화를 촉진하는 요소들”이라고 설명했다. 또 후발 기계류 경쟁국들의 제품 고부가가치를 통한 산업 고도화와 강력한 수입설비 대체 노력도 융합화 촉진의 간접적 요인으로 꼽았다. 예컨대 중국 기계산업의 부가가치 증가율이 높아지는 추세를 든 것이다.
박 박사는 세계 기계시장은 제품간·공정간 분업이 일정부문 이루어지고 있다며, 한국·대만·중국의 기계는 일반부품과 자동차·가전·전자기기 산업에, 독일과 일본은 공작기계와 우주항공 분야 일부에, 미국은 우주항공 분야에 수요산업이 존재하는 분업 구조를 보이고 있다는 설명이다. 공작기계의 경우 일본은 하이엔드 제품과 항공부문 등 특수부문을 중심으로 한국이나 중국과 차별적 제품 구조를 형성하고 있다는 것이다.
하지만 향후에는 산업간 분업보다 경쟁적 구조 확대 등으로 복잡한 양상을 보일 것으로 전망했다. 한국과 대만 및 일부 중국 기업들의 제품 경쟁력이 제고되면서 일본의 대규모 공작기계 생산업체들과 중간 제품 군에서 분업보다는 경쟁관계가 예상된다는 것이다. 또 미국의 하스 등 일부기업들이 하이엔드에 특화했다가 중간 제품으로 내려오는 것 같은 현상과 일본의 볼륨 존, 한국의 하이엔드 추이가 경쟁영역을 확대할 것으로 보는 것이다. 

기계 메카트로닉스 산업의 국내외 시장

박 박사는 독일 <ZVEI> 자료를 인용하여 기계 메카트로닉스의 한 부문인 자동화기기 시장현황을 소개했다. 소개에 따르면, 국별 세계 자동화기기의 생산 점유율은 미국이 20.7%, 일본이 13.8%, 중국이 13.4%, 독일 12.6%인 것으로 나타났다. 한국의 자동화기기 생산 점유율은 3.3%로 8위이며, 생산액은 100억 달러, 이 중 기계 메카트로닉스 산업의 핵심인 공작기계 생산은 44억 달러로 추정한다고 설명했다.
역시 <ZVEI> 자료에 따르면, 2009년 세계경기 침체 이전 자동화기기의 국별 수요는 미국이 20.8%, 중국이 12.3%, 일본 9.4%, 독일 7.6%, 한국이 5.0%인 것으로 나타나는데, 한국은 생산점유율보다 수요 규모가 크게 나타나 수입이 많다는 것을 보여준다. 박 박사는 미국이 자동화기기 수요에서 1위를 차지하는 이유를 노동비용 절감과 업무의 신속성을 향상하려는 목적과 엄격한 고용 규정의 적용을 피하기 위해 많은 기업들이 FA 장비 사용을 확대했기 때문으로 분석했다.
기계 메카트로닉스 세계 최대 시장인 미국에서 한국의 점유율은 90년대 중반 이후 9위를 유지하고 있는데, 수출 기종은 범용 기계류 중심에서 NC 선반 및 머시닝센터 등 고기능 기계류 위주로 전환하고 있는 것으로 알려졌다. 미국 시장에서의 한국과 일본, 중국의 경합도 갈수록 치열해지는 것으로 나타났다. 박 박사는 미국 기계 수입시장에서 HS 4단위를 기준으로 할 경우 경합도는 2003년 62.9(62.9/100: 미국의 100개 수입제품 중 한·일 경합제품이 62.9개)에서 2006년 65.6, 그리고 2007년에는 67.3으로 변화했다고 말했다.
같은 기준으로 한국과 중국의 경합도는 53.1→50.5→51.5를 나타냈다. 하지만 HS 6단위를 기준으로 한 경합도를 보면 35~40으로 나타나 미국시장에서 한국과 중국은 제한적인 경쟁관계에 있음을 보여준다. 즉 중국은 아직 가격경쟁력이 있는 품목에서 한국과 경쟁관계에 있고 고급 기능의 제품은 한국과의 경쟁에서 밀린다는 것이다.

기계 메카트로닉스의 신흥시장 경쟁

신흥시장 중 규모가 큰 중국과 인도에서 한국의 기계는 어떠한 경쟁력을 갖는가.
먼저 중국시장. 2008년을 기준으로 중국의 공작기계 부문 수입규모는 76억 달러로 2000년 이후 연평균 증가율이 19.4%였다. 2009년은 금융위기로 공작기계 수입액이 59억 달러로 감소했지만 향후 증가율 추세는 이어질 것으로 전망하고 있다. 박 박사는 “중국의 대 한국 수입 규모는 지속적으로 증가하면서 2008년 5억 6,204만 달러를 기록했으며(2009년은 경기 둔화로 4억 9,234만 달러로 감소), 2000년 이후 연평균증가율도 32.4%로 중국 전체 공작기계 수입증가율을 크게 상회했다”고 말했다.
중국시장에서 한국과 경쟁상대는 일본. 중국 공작기계의 대 일본 수입액 규모는 2008년 25억 달러(2009년도 16억 달러)로 전체 수입액의 무려 32.9%를 차지했다. 한국의 400% 수준이다. 다음의 표는 박 박사가 한국무역협회 자료를 바탕으로 발표한 중국시장에서의 한·일 공작기계의 수입액 규모와 수입 추이다.
한국이 수치상 앞서는 것은 연평균 증가율이다. 연평균 증가율은 전세계, 일본보다 높지만 규모면에서는 상당한 차이가 나는 것을 알 수 있다. 박 박사는 “하지만 2000년도 10.7:1의 수출액 규모 차이를 보이던 것과는 달리 2008년도에는 4.4:1로, 그리고 2009년도에는 3.3:1로 양국간 차이가 점차 감소하고 있는 점을 주목해야 한다”고 말했다. 중국시장 점유율이 일본은 완만한 감소세를 보이고 있는 반면 한국은 꾸준히 증가하는데, 이는 NC 선반 및 머시닝센터를 중심으로 한국산 공작기계의 제품경쟁력이 향상되면서 중국 내에서 일정 부분 일본 수입제품을 대체하고 있는 것으로 평가할 수 있다는 것이다.
다음은 인도 시장. 인도 공작기계 시장은 중국 시장의 1/4 정도의 규모다. 그러나 수입 규모의 연평균 증가율을 주목해야 한다. 박 박사의 설명에 따르면 인도 공작기계 부문의 수입 규모는 2008년 기준 연간 19억 달러(2009년 12억 달러). 2000년 이후 연평균 수입 증가율은 37.0%를 기록한 것으로 나타났다. 같은 기간 중 성장세가 큰 중국 공작기계의 수입증가율 19.4%와 비교하면 인도시장의 성장세가 매우 크다는 것을 알 수 있다.
인도의 대 한국 수입은 지속적으로 증가하면서 2008년 처음으로 1억 달러를 상회하며 개도국 가운데 중국에 이어 우리나라의 주요 수출시장으로 부상했다. 2000년 이후 연평균 증가율도 43.5%로 급격한 증가세를 보이고 있고, 경기상황이 좋지 않은 2009년에도 인도의 대 한 수입 규모가 1억 289만 달러를 기록했다.
한편 박 박사는 “인도 공작기계 시장의 대일 수입 규모는 2008년 5억 7,117만 달러로 전체 수입액의 30%를 차지했으나 2009년도 대일 수입액은 전년보다 상당히 감소한 2억 437만 달러에 그쳤다”고 설명했다.
위 표는 박 박사가 <UN Comtrade> 자료를 바탕으로 작성한 인도의 공작기계 수입액 규모와 추이다. 인도 수입시장에서 한일간 수출액을 비교해 보면, 2000년 일본이 한국의 9.2배 수출액을 기록했으나 2008년도는 5.3:1로, 2009년도에는 2:1로 양국간 격차가 감소한 것을 알 수 있다. 박 박사는 “인도 공작기계 시장에서의 한일간 격차 축소는 국내 선도업체인 두산인프라코어의 적극적인 시장 공략과 우리 제품의 경쟁력 제고를 바탕으로 한 긍정적 요소가 작용했기 때문”이라고 분석했다.

기계 메카트로닉스, 일본의 경쟁력 강화 사례

2009년 금융위기 이후 극심한 수요 부진에 시달렸던 일본의 공작기계 산업이 지난해에는 수출 1위의 자리를 탈환했다. 일본은 메카트로닉스의 핵심 제품인 공작기계 부문에서 세계적 경쟁력을 갖추고 있다.
박광순 박사는 일본이 기계류에 대해 경쟁력을 높인 원인을 몇 가지로 들었다. 일본 공작기계 산업의 글로벌 리더십의 원천을 분석한 것이다. 첫째가 업체간 긴밀한 연대를 통한 신제품 개발기간 단축을 든다. 둘째, 기계류 모기업의 중소기업에 대한 기술지도 확대다. 셋째, 기계류 수요변화에 신속히 대응하기 위한 부서간 협업 확대며, 넷째는 기계업의 인력구성에서 원가절감에 유리한 구성이라는 것. 
박 박사는 일본은 기업간 협력과 기업내 협력을 통해 세계적인 주도권을 잡았다고 평가했다. 기업간 협력 시스템의 예로는 공작기계 업체와 CNC 업체간의 긴밀한 협력관계를, 그리고 외주 정밀 부품업체의 적극적인 활용을, 또 자동차 산업의 수요확대와 공동개발 등을 들었다. 기업내 부서 사이에서도 협력관계를 기반으로 하는 일본식 개발 프로세스가 있어 기계류 수요변화에 신속하게 대응한다. 이렇게 하여 신제품 개발기간을 단축하고 시장을 선점했다는 것이다.
기계류 메이커가 부품 조달선에 대해 기술지도를 확대함으로써 경쟁력이 제고된 측면도 있다. 박 박사의 소개에 따르면, 일본의 일반기계 업체 중 22%가 협력업체에 대해 적극적인 기술지도를 하고 있는 것으로 알려졌다(설문조사 결과). 한편 기계업체들은 조립공정의 인력 투입을 감소하여 원가절감형 인력구조를 구성함으로써 경쟁력 제고에 도움이 되는 것으로 알려졌다.

한국 기계산업 IT 융합 추진현황 및 방향

지난해 정부는 첨단 IT를 주력산업에 접목, 산업경쟁력을 제고하기 위해 ‘전통산업과 IT 융합’을 신성장동력 사업으로 채택했다. 기계, 자동차, 조선, 의료, 섬유, 건설 등 6개 주력산업과  IT를 융합하는 사업이다. 박 박사는 “그러나 기계산업은 자동화, 메카트로닉스, 로보틱스 등 다양한 용어로 과거부터 IT 융합이 추진돼 왔다”고 말하고, “기계 IT 융합은 기계에서 IT 기능의 비중이 높아지고 초고속·초정밀·무인화·원격제어 기술 트렌드에 따라 IT 융합이 기계산업의 고부가가치화 및 경쟁력 제고를 위한 중요한 전략으로 인식됐기 때문”이라고 풀이했다.
박 박사는 기계 메카트로닉스 적용 확대는 세계적 추세로 우리도 정부, 지자체, 산·학·연의 공동 노력이 매우 중요하다고 강조했다. 특히 “일반기계 관련 기술의 세계적 흐름은 IT 등 이기종 기술과의 융합화와 복합화, 고정밀·초고속·다기능화 및 환경 관련 기술 등 세 가지 기술의 중요성이 부각했다”며, “이 가운데 이종기술 간의 융복합화는 단순히 기존 제품의 고도화 차원을 넘어 새로운 시장을 창출할 것”이라고 전망했다.
한국 기계산업 IT 융합의 추진 방향은 전자·전기기술, 정보통신기술의 발달과 기계·자동차 부품의 디지털화 등 관련 기술 발달에 따른 부품·소재간 융·복합화로 방향을 잡을 것으로 봤다. 최근의 신기술은 전 산업의 기술이 융합되어 신개념의 제품이 개발되는 기술혁신이 진행되는 추세라는 것이다. 박 박사는 “기계기술에 있어서도 전자·전기기술, 정보통신 기술이 융합된 메카트로닉스 기술이 진행돼 왔으며, 바이오, 광학분야 기술이 융복합된 바이오 메카트로닉스, 옵토 메카트로닉스 등 분야가 점차 확대된다는 설명이다.
기계 메카트로닉스의 주요 제품인 공작기계에 대해서도 IT 융합의 정부 추진정책은 중점 육성할 제품을 선정하고 여기에 혁신전략을 구사하는 방향이다. 복합·다기능 가공기의 육성전략은 선삭·밀링·연삭·레이저 응용의 복합화가 증가하여 주력기종이 될 것으로 예상됨에 따라 많은 선진 기업들이 이에 대한 준비를 활발히 추진하고 있다고 소개했다. 초정밀·미세가공 및 터닝, 라인 대응형 터닝, 고능률 복합가공 시스템 등 주요 수요산업의 요구에 맞는 다양한 기종을 개발한다는 것도 또 하나의 정책이며, 네트워크 기술을 이용한 지능형 생산 시스템 개발도 IT 융합 과제에 포함되어 있다.
머시닝센터는 국내 공작기계 산업이 강점을 보이고 있는 주력 기종으로 IT 융합의 필요성이 제기된다. 또 자동차 산업 및 IT 제품에서 많은 수요가 요구되며, 세계시장에서 가장 높은 시장점유율을 유지하고 있는 기종으로 중점 육성 대상이다. 박 박사는 “머시닝센터의 기술개발 전략은 고속·고정밀 다이렉트 드라이브 유닛 개발 및 신소재 응용 고속·고정도 구조체 설계기술 개발이 필요해 이 기술을 확보하는 방향으로 나갈 것”으로 봤다. 또 고속·고정밀 동기제어 기술을 탑재한 차세대 CNC와 HMI 연동기술 개발도 육성해야 할 것이라고 말했다.
박 박사가 중점 육성해야 할 제품으로 꼽은 또 하나는 IT 융합 고효율 가공 시스템. 이에 대해서는 “차세대 주력 제품이자 타 기종과의 연계기술로 적용이 가능하며, 스마트화 트렌드에 따른 기술적 파급효과가 매우 높다”고 평가했다. 이를 위해 전략적으로 개발할 기술 내용은 유연성이 높은 모듈형 가공시스템 설계 및 시스템 구성 최적화 기술의 개발, 그리고 MTConnect/Global HMI 등 생산정보 표준화 기술, USN/RFID 등 설비 네트워킹 지능화 기술개발, 웹 기반 기계장비 공정 오차 시뮬레이터 구축 등을 들었다.
한편 박 박사는 시장 확대나 시장 진입을 위한 전략으로 세 가지 방안을 제시했다. 먼저 현지생산·현지판매 전략이다. 해외 생산기반 확충을 통하여 대만, 중국 등 경쟁국의 저가 미들 엔드에 대응해야 한다는 것이다. 다음으로는 다양한 라인업을 구축하여 하이엔드 급의 이미지를 제고해야 할 것을 들었다. 또 신제품 생산 및 생산성 향상 요구에 대응하여 부품의 가공단가를 낮출 수 있는 혁신 제품 및 공정에 대응해야 할 것도 꼽았다.

기계 메카트로닉스 산업의 기술 동향

기계 메카트로닉스 산업은 자동차·기계·조선산업 등 주력 제조업의 생산성 혁신과 새로운 제품경쟁력 창출을 위한 핵심 첨단 분야다. 기계 메카트로닉스 산업은 주요 수요산업의 생산성과 유연성의 요구가 증대하며 기술경쟁 및 시장 차별화의 압박도 받고 있다. 박 박사는 “기계산업은 생산재이기 때문에 수요 연동형으로 수요자의 니즈에 맞춰야 한다”고 강조했다. 수요산업의 부품 고품질화와 지속적인 원가절감 요구에 따라 선진 업체는 초고속, 다기능·복합 고급 기종으로 전략 품목을 전환하고 있다는 소개도 덧붙였다. 초고속 및 복합가공기는 공작기계산업의 연평균 성장률 10%를 크게 상회하는 20%의 성장률을 보이고 있다는 것.
메카트로닉스 시장은 독일과 일본 등의 기술개발 경험을 보유한 업체들이 세계시장의 약 70%를 점유하고 있다. 특히 하이브리드 연삭 시스템과 최대 수요처인 자동차 분야 하이엔드 특화장비는 일부 선진국이 독과점한 양상이다. 메카트로닉스 공작기계를 예로 들면, 복합기·머시닝센터는 일본의 <야마자키 마작>이, 5면가공기·머시닝센터는 독일의 <길데마이스터>가, 레이저가공기는 독일의 <트럼프>가, 레이저·절곡기는 일본의 <아마다>가, CNC 선반은 일본의 <모리세이키>가 세계시장 점유율에서 타의 추종을 불허하는 것으로 알려져 있다. 또 산업용 로봇은 전세계 시장의 64%를 일본과 미국, 독일이 점유하고 있다. 주요 업체들은 일본의 <야스가와>와 <화낙>, 스웨덴의 <ABB>, 독일의 <쿠카> 등이다.
박 박사는 글로벌 메카트로닉스 기술 트렌드는 초고속·고정밀, 다기능·복합화, 고유연·지능화로 요약할 수 있다고 말했다. 가공장비의 첨단화와 함께 내마모 표면 열처리, 결함검사, 세척장비의 인라인화도 진행되고 있으며, 선진국에서는 이종공정 복합화, 유연자동화 대응형 첨단 가공장비를 출시하고 있다고 소개했다. 한편 공정기능 복합화 뿐만 아니라 하이브리드 연삭공정, 초음파 응용 절삭 등 절삭공정의 복합 메커니즘 기술개발과 이의 실용화도 진전이 있다고 말했다.
단위기계의 첨단화 뿐 아니라 수요산업에서 다품종유연생산 체계에 대응할 수 있는 공정상의 시스템 패키지를 요구함에 따라 장비와 공정 간의 자동화, 공정간 네트워크화를 통한 IT 통합운용 시스템을 추구하고 있다. 박 박사는 한마디로 “고객 맞춤형 장비 및 자동화 주변장치에서 IT 생산운용 시스템까지를 생산 공급할 수 있는 능력이 요구된다”고 말한다.
박 박사는 장비업체가 양산라인을 구축하기위한 자동공구교환장치, 툴메거진과 결합한 베이스머신, 세척기·중앙 칩 제거장치 등과 같은 보조장비, 측정장비, 물류 이송장비 등 통합 운용 시스템을 공급하는 추세라고 설명했다. 실제 이러한 통합운영 시스템을 상품화하고 공급하는 장비업체도 소개했다. 일본의 <아마다>는 판금가공 FMS를 위한 통합 운영 시스템인 ‘ASIS 1000 PCL’을 개발했고, <야마자키마작>은 공장 내를 네트워크화하고 기계·가공·치공구·생산 스케줄 등의 모든 정보를 공유함으로써 사이버 프로덕션 센터 개념의 통합 공장운영 시스템을 상품화 했다는 것.

기계 메카트로닉스 산업의 국내외 시장 전망

박 박사는 메카트로닉스 시장에서 시스템(FMC/FMS 레벨) 단위 패키지 공급은 2007년 71.5억 달러 규모로 그 비중이 급속히 확대했다고 말했다. 이 중 셀/라인 단위 시스템이 21.5억 달러, IT 통합운영 시스템이 50.5억 달러였다. 
세계 제조용 로봇도 꾸준히 성장하여 2004년도 95,400대 판매에서 2008년도에는 121,000대로 판매가 증가했다. 향후 연평균 6% 이상의 성장을 전망했다. 일반 제조업용 로봇시장 규모는 2008년도에 60억 달러 수준에 진입했는데, 소프트웨어와 주변기기를 포함하면 180억 달러 수준이다.
메카트로닉스의 대표 제품인 공작기계는 세계적으로 매출이 신장세다. 박 박사는 오는 2015년까지 연평균 매출 증가율이 8.2%에 달할 것으로 내다봤다. 우선 올해 세계 공작기계 판매액은 2,667억 달러에 달할 것으로 보고 있으며, 2013년에는 3,198억 달러, 2015년에는 3,771억 달러에 이를 것으로 보고 있다. 한국의 매출은 올 162억 달러, 2015년에는 226억 달러에 이를 것으로 보여 연평균 증가율은 12.%가 될 것으로 전망했다. 특히 중국은 공작기계 매출 신장률이 연평균 15.4%에 달할 것으로 보인다. 중국의 매출 전망은 올해 631억 달러, 2014년에는 1,014억 달러 2015년에는 1,156억 달러에 달할 것으로 전망했다.
한편 메카트로닉스 부문 중 컴퓨터 소프트웨어 및 IT 서비스 부문의 세계 매출신장세는 오는 2015년까지 10.5%로 공작기계 부문 신장률을 상회할 것으로 예상했다. 이 부문의 세계 총 매출은 올해 19,667억 달러, 2015년에는 29,464억 달러로 예상했다. 한국의 매출은 올해 152억 달러, 2015년에는 214억 달러에 달해 연평균 매출신장률이 13.3%가 될 것으로 보인다. 주요국 가운데 역시 중국의 성장률이 18.4%로 가장 높을 것으로 보이며 중국의 매출은 올해 5,080억 달러, 2015년에는 1조 122억 달러에 달할 것으로 전망했다.    
 
*관련 그림이나 수식은 2011년 4월호 월간 머시너리를 참고하세요.