친환경 모션 컨트롤을 위한 고정밀 다기능 공압기기 부각
공압기기는 대기중의 공기를 압축기를 이용하여 압축시킨 후, 압축된 공기를 제어 밸브를 통해 방향, 유량, 압력 등을 제어하여 액추에이터에 공급하여 그 출력을 로드에서 필요로하는 기계적 에너지로 변환시켜 사용하는 일련의 기기를 의미한다. 이 공압기기는 크게 공압 실린더, 솔레노이드 밸브, 비례 제어 밸브/공압 서보 시스템, 각종 청정화 및 주변기기 등으로 구분되며, 모든 산업 분야의 기기 및 시스템에서 기본적으로 장착되는 자동화 기초 장비이면서 기술 집약적인 분야이기도 하다.
더구나 유압 및 전기기기에 비해 소형, 경량이고 상대적으로 출력이 크므로 소형, 경량화에 대한 요구에 적극 부응해가고 있으며, 환경 오염 및 정전기 발생이 없어 정보통신, 전자, 식품, 반도체, 의료기기 등의 친환경 청정 분야에서 공압 시스템은 더욱 빛을 발하고 있다. 최근에는 자동화 장비에서 청정시스템에 대한 수요가 크게 확대되고 공압기기에서의 정밀도도 급속하게 향상되고 있음은 물론 전기적인 요소와의 적절한 결합을 통해 고정밀 모션 컨트롤 시스템 분야에서의 주류 산업으로 자리잡아 가고 있는 중이다.
이러한 산업 환경과 공압 기술의 발전속에서 세계 공압기기 산업은 60억 달러 정도의 시장을 형성하고 있으며, 국내 시장도 자동화 부문에서 2500~3000억원대의 비교적 큰 시장을 보이면서 매년 10% 대의 고성장을 지속하고 있다.
이에 공압기기 관련 국산화 개발에 적극적인 행보를 보이고 있는 TPC 메카트로닉스의 이봉영 기술연구소장을 만나 정밀 공압기기에 대한 기술 개발 현황과 향후 방향에 대해 들어 보았다.
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| TPC메카트로닉스 기술연구소 이봉영 소장 |
Q. 그 동안 공압기기의 최대 단점으로 지적되었던 정밀도가 대폭 향상되면서 기존의 일반 기계 장비에서 벗어나 고정밀 공압시스템이 반도체, 전자, 정보통신 산업 분야에서 큰 시장성을 보이고 있습니다. 정밀 공압기기가 부각되는 이유는 무엇이라고 생각하십니까?
A. 일반적인 공압기기는 그 동안 일반기계 산업, 자동차 산업 분야에서 주요 시장을 형성해 왔으며, 최근에는 정밀 공압기기가 일반화되고 있는 가운데 반도체 및 전자 산업 분야를 중심으로 새로운 고정밀 액추에이터 시장을 형성해 나가고 있는 중입니다. 특히 최근에는 우리나라의 선두산업으로 부각되고 있는 FPD(평판 디스플레이) 산업 분야에서 그 수요가 급속히 확산되고 있습니다. 또한 정보통신 및 2차전지 산업 분야를 비롯하여 식음료 및 전력, 철도차량과 같은 특수 환경에서의 고정밀 액추에이터에 대한 수요가 늘어나고 있는 상황입니다.
향후에는 정밀 공압 시스템 시장의 성장세가 주목됩니다. 수 미크론 단위까지의 고 응답성이 요구되고 있으며, 전체 자동화 시스템에서 전기 제어 분야에 이어 정밀 공압 분야의 비중이 점차 확대중이라 할 수 있습니다. 또한 로봇 아암 분야를 비롯하여 항공, 우주 분야에서의 고정밀 공압 시스템이 더욱 부각될 것이라고 봅니다. 공압기기는 이제 기존의 일반 공압기기에서 벗어나 정밀 공압 시스템으로 성장해 가고 있는 중입니다.
Q. 아직까지 국내시장에서는 SMC를 비롯하여 훼스토, 파카, 보쉬 등의 선진 해외 업체가 차지하는 비중이 상당한 실정입니다. 국내에서의 국산화 기술 개발이 어느 정도 진척되고 있는지 궁금합니다.
A. 현재 일본 SMC가 세계시장을 비롯하여 국내시장에서 차지하는 비중은 절대적이라고 할 수 있습니만 국산화 기술 개발 수준도 상당한 수준에 도달했다고 봅니다.
저희 TPC 메카트로닉스는 현재 실린더 사이즈로 보면 내경 6파이에서 300파이까지의 제품을 보유하고 있으며, 이는 일반적인 공압기기 시스템에서의 요구를 모두 커버하는 수준입니다. 그러나 아직까지 특수용도와 한정된 애플리케이션을 요구하는 분야에서는 미흡하다는 생각입니다. 이에 저희는 고정도와 정밀도를 요구하는 분야로 제품 개발 방향을 설정하고 있으며, 고정밀 테이블 실린더가 그 중의 하나라고 할 수 있습니다. 이 제품은 TPC의 대표적인 공정밀 구동기기로 현재 삼성전자 및 LG필립스LCD의 7세대 디스플레이 라인에도 도입된 제품으로 20미크론의 고정밀도를 확보한 제품입니다. 이는 해외 선진사 대비 90% 이상의 기술 수준이라고 자부합니다.
그러나 밸브 분야에서는 아직까지 기술적으로 많은 어려움을 겪고 있습니다. 이에 공압 실린더에서 확보한 패킹 및 실링과 같은 공압 기초 기술력을 바탕으로 고정밀 밸브에 대한 기술 개발을 정책적으로 추진하고 있습니다. 현재 매출액에서 50% 정도의 비중을 차지하고 있는 실린더 부문에 이어서 밸브 분야의 매출을 크게 확대시켜 나갈 예정입니다.
Q. 청정 환경에서의 고정밀 모션 컨트롤에 대한 시장 수요가 크게 늘어나면서 정밀 공압 구동기기 시장이 대폭적인 성장을 보이고 있습니다. 국내 정밀 구동기기 관련 연구개발 현황과 기술의 흐름이 궁금합니다.
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과거에는 정밀 공압기기 분야가 외산 제품이 대부분을 차지하는 시장이었으나, 저희가 국산화 개발을 성공적으로 수행함으로써 무역 수지 개선 효과와 수입 대체 효과를 톡톡히 보고 있는 중입니다. TPC의 국산화 개발은 특히 정밀 공압 시스템 장비업체들에게 상당한 부가가치를 확보할 수 있는 계기를 제공하였음은 물론, 자연스럽게 시장 가격의 하락을 유도함으로써 광범위한 수요시장의 확대를 동시에 추구하는 역할을 담당하고 있습니다.
지금은 기존의 제품보다 더욱 정밀도를 향상시킨 제품 개발을 지속적으로 추진하고 있으며, 쿠션 기능과 같은 부가 기능을 추가하는 제품, 다기능화를 통한 원가 절감형 제품, 친환경 시스템을 위한 크린 시리즈 제품을 개발하여 점차적으로 출시해 나갈 예정입니다.
Q. 국내외에서 공압 제어 기술이 크게 발전하면서 공압 서보 시스템에 대한 관심도 날로 확산되고 있습니다. 국내에서 공압 서보 시스템에 대한 연구개발은 어느 정도 진척되고 있습니까?
A. 공압 기술은 현재 성에너지화와 공압 서보, 그리고 필드버스 등의 결합을 통한 고객 편의성과 부가가치 제고라는 세가지 영역으로 발전해 가고 있습니다. 여기에서 기술적으로 가장 어려운 분야가 서보 분야입니다.
지금까지 서보 분야는 공압에서는 불가능한 영역이라고 보아왔습니다. 그러나 전자와 자동차 산업을 중심으로 공압 서보에 대한 수요가 점차적으로 확산해 나가고 있는 중이며, 기술 자체도 소수의 해외 선진기업에 의해 독점되어 있습니다. 따라서 국내 공압 서보 시스템은 대부분 해외 수입에 의존할 수 밖에 없는 실정입니다.
특히 피드백 제어까지를 완벽하게 수행하는 공압 서보 시스템을 위해서는 공압에 대한 원천기술이 요구됩니다. 그 동안 응용 제품 기술에 주력해 왔던 국내 산업의 전반적인 특성상 국내 업체들이 접근하기에 쉽지 않은 것이 사실입니다. 그러나 공압 서보는 향후 시장의 흐름을 볼 때 아주 전망있는 분야이며, 저희도 이 분야에 대한 장기적인 연구개발을 적극 구상중입니다.
Q. 공압기기는 유압 및 전기방식에 비해 정밀성이 떨어진다는 고질적인 문제가 있어 왔지만, 적극적으로 정밀성이 확보되고, 공압기기만의 우수한 특성으로 인해 적용 범위도 증가하고 있습니다. 이러한 정밀 공압 구동기기만이 가지는 특장점은 무엇입니까?
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A. 공압 구동기기의 장점이라면 무엇보다도 시스템이 간단하다는데 있습니다. 유압의 경우에는 유압 펌프, 배관 등이 필수적인데 비해 공압은 시스템 자체가 간단하고 가격이 저렴할 뿐만 아니라 환경적인 측면에서도 유압보다 우수한 특성을 가집니다.
특히 일본의 교토의정서 및 유럽의 ROH 규정과 같은 제조 장비에서의 환경 문제가 교역의 최대 현안으로 대두되면서 친환경 모션 컨트롤을 위한 공압기기의 필요성이 더욱 강조되고 있는 중입니다. 그리고 정밀도를 한층 부가한 복합 실린더가 전기, 전자, 정보통신 산업 분야에서 요구가 증가하고 있으며, 컴팩트화와 공정단축을 통한 생산성 향상의 도구로써 공압기기가 더욱 부각되고 있습니다.
그러나 아직은 전기적인 서보 모터나 리니어 액추에이터의 정밀도를 공압기기가 따라가기에는 한계가 있습니다. 극도의 정밀도를 요구하는 애플리케이션 분야에서는 전기 기구들을 사용할 수 밖에 없는 형편이지만, 가격적인 부담이 상당하다는 문제가 남아 있습니다. 전기적인 구동기기에서의 가격 부담이 점차적으로 축소되고 있는 상황에서 향후에는 전기기구가 오히려 공압기기 시장을 위협하게 될 수도 있다고 보여집니다.
따라서 공압기기에 한정된 연구개발이 아니라 공압을 기반으로 하면서 전동 액추에이터와 서보 모터에 이르는 종합적인 모션 컨트롤 영역을 고려한 연구개발을 적극 추진해 나가고 있습니다.
Q. 국내 시장의 한계에서 벗어나 해외 시장에서 독자적인 사업 영역을 확보하는 것도 국산화 개발 전문업체들의 과제라고 생각됩니다. TPC의 해외 사업 분야는 어떻게 진행되고 있는지요?
A. 국내 산업에서 공압기기의 수요는 전자와 자동차를 중심으로 이루어 지고 있으며, FPD 관련 산업 분야에서도 큰 폭의 성장을 보이고 있습니다. 또한 국내 공압이 적용되는 분야가 중국과 대만으로의 수출을 주력하고 있어 저희도 중국 시장과 함께 대만에서의 FPD 시장을 적극 공략하고 있습니다. 또한 미국과 유럽시장에 대해서도 12개국에 18개 대리점을 확보하였고, 미국에서의 현지 조립 생산 체계를 통해 해외시장 확대를 추진하고 있습니다.
더구나 구동기기를 실린더로 국한하여 본다면 실린더는 수출하기에는 쉽지 않은 품목입니다. 종류와 규격이 다양하고 마운팅 조건이 국가마다 제각각이기 때문에 실린더는 현지 제조가 필수적이라고 봅니다. 따라서 중국과 대만지역에 대한 근거리 시장 확대에 주력하면서 해외 현지 공장을 확대할 예정입니다.
Q. 산업 자동화 분야에서 하위기기와 상위 컨트롤러간의 피드백이 가능하고 직렬 통신을 통한 배선 절감을 획기적으로 가능하게 하는 필드버스가 공압 시스템에서도 큰 이슈가 되고 있습니다.
A. 필드버스는 직렬 양방향 통신망으로써 공압에스는 솔레노이드 밸브를 중심으로 필드버스를 적용하고자 많은 연구개발을 추진중에 있습니다. 자동화 시스템에는 많게는 20개까지의 솔레노이드 밸브가 연결되는 상황에서 예전에는 이를 병렬로 연결하여 사용할 수 밖에 없었지만 표준화된 필드버스 프로토콜을 통해서 엄청난 배선절감 효과를 보고 있으며, 확장성이 우수하고 간단한 배선으로 인한 유지보수의 편리성을 제공합니다.
국내에서도 자동차 및 전자 분야를 중심으로 필드버스 기술이 크게 확산되고 있는 상황이며, 활발하게 연구개발이 추진되고 있는 해외시장과 달리 국내에서는 아직까지 필드버스 공압 시스템에 대한 국산화 개발이 미비한 실정입니다. 지금 저희는 필드버스 관련 제품 개발을 적극 추진하고 있으며, 조만간 국내 최초의 필드버스 공압 제품이 탄생하게 될 것입니다.
Q. 끝으로 TPC 메카트로닉스의 연구 개발 현황과 향후 방향이 궁금합니다.
A. 연구소는 미래 가치를 창출이라는 중요한 임무를 가지며, 회사의 영속성이 연구개발에 있다고 할 수 있습니다. 이에 저희 TPC는 10여년전부터 본격적인 연구개발을 추진하고 있으며, 매년 매출에서 신제품의 기여도를 20% 이상 유지하고 있습니다. 이러한 적극적인 연구개발을 통해 매년 25%의 매출 성장을 유지하고 있으며, 오는 2010년 1000억원의 매출을 목표로 연구개발 분야를 강화하고 있습니다. 40여명의 기술 인력을 확보하여 매년 매출액 대비 5% 이상을 연구개발에 투자하면서 원천 기술력 확보와 차세대 제품 개발에 적극 나서고 있습니다. 또한 동양공전, 충북대학교를 비롯하여 한국기계연구원(KIMM)과의 산학연 연구체계를 구축하고 있으며, 정보의 핵심 부품 소재 개발 프로젝트에도 적극 참여하여 공압기기 관련 국산화 개발을 선도함으로써 상당한 수입대체 효과를 이루고 있습니다.
향후에는 필드버스와 밸브 기술을 더욱 강화하고 공압기기에 기반하면서 모션 컨트롤 분야에서의 제품 개발로 다각화하여 종합 자동화 부품 전문업체로 성장해 나가고자 합니다.
<월간 모션 컨트롤 오승모 기자>
