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[기획] KOTMI, 섬유제조공정 로봇자동화(1)섬유산업 제조로봇 도입의 의미와 현황
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승인 2023.12.15  13:04:53
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국내 섬유산업은 원사, 직물, 염색가공, 의류, 생활용, 산업용 섬유 등 분야별로 균형 잡힌 생산기반을 갖추고 있으며 생산 기술도 고르게 발달되어 있다. 하지만 열악한 작업환경과 임금 상승, 인력부족 등으로 큰 어려움을 겪고 있다. 또한 국내 섬유산업은 스마트화·친환경화·융복합화 등 글로벌 섬유산업의 추세에 대응하지 못하고 있다는 평가를 받고 있다. 스마트팩토리 사업을 통해 정보화 수준은 높아지고 있지만, 대부분 섬유 제조 공장들은 작업자의 수작업 또는 기계 운용을 일부 자동화하는 데 그치고 있다. 대표적인 고용창출 및 고부가가치 산업임에도 불구하고 인건비 상승으로 생산 공장의 해외 이전이 가속화하고 있으며, 청년 인력 부족과 고령화 심화 등 요인이 겹치면서 국내 섬유산업계의 생산 여건은 갈수록 악화되고 있다.

국내 섬유 제조 산업의 경쟁력 확보를 위해 로봇 자동화 기술의 개발 및 확산 필요성이 높아지고 있으나, 섬유산업에 종사하는 대부분 업체들이 영세성을 면치못해 로봇 자동화에 자본을 투입할만한 여력이 별로 없다.

산업통상자원부는 섬유산업계의 로봇자동화 도입을 촉진하기 위해 섬유산업계를 대상으로 ‘제조로봇 플러스사업 수요맞춤형 실증 사업’을 진행하고 있다. 한국로봇산업진흥원(KIRIA 원장 손웅희)과 한국섬유기계융합연구원(KOTMI 원장 성하경)이 각각 전담기관과 총괄주관기관을 맡아 실증 사업을 추진하고 있다. 이 사업은 섬유산업을 위해 개발된 공정모델을 섬유산업에 확산 적용해 섬유산업의 경쟁력을 강화하고, 제조로봇 시장을 확대하겠다는 목표아래 추진되고 있다.

한국섬유기계융합연구원은 섬유산업계와 협력해 섬유산업용 제조로봇 표준공정 모델을 개발했다. 지난해 작업가이드 표시, 생산제품 로딩/언로딩, 보강재 투입, 생산제품 정렬포장 등 4건의 공정모델을 개발했으며, 올해에는 섬유소재 날염, 섬유소재 부착, 원단 와인딩 및 이송 등 3건의 공정모델 개발을 완료했다. 2019년 4건의 공정 모델 개발을 시작으로 지금까지 총 19건의 공정모델 개발을 완료했다.

▲ 섬유산업 제조로봇 공정모델 개발 현황

공정모델 개발에 맞춰 섬유산업 제조로봇 플러스 사업 수요맞춤형 실증사업이 지난해부터 시작됐다. 작년에는 삼일방, 서원테크, 효림 3개사를 대상으로 5개 공정에 대해 실증 사업을 완료했으며, 올해는 여주티앤씨, 대양, 한일첨단소재, 신한염직 등을 대상으로 5개 공정에 대해 실증 사업을 진행, 완료를 앞두고 있다. 올해 개발된 표준공정 모델은 내년 실증 사업으로 추진될 예정이다.

▲ 실증 사업 현황
▲ 실증 사업 전후 노동 및 제조 환경

올해 실증사업에선 여주티앤씨에 로봇SI업체인 하이젠RNM(구 하이젠모터)이 원사 픽업이송과 원사 포장 공정을 로봇 자동화했으며, 대양·한일첨단소재·신한염직 3개 기업에는 로봇SI업체인 포원시스템이 원단 롤 이송 공정을 로봇 자동화했다.

▲ 여주티앤씨는 원사 픽업이송과 원사 포장 공정 자동화로 공장 환경을 획기적으로 바꿨다.

총괄주관기관인 한국섬유기계융합연구원은 이번 실증 사업을 통해 로봇 기업의 시장 확대와 섬유산업 경쟁력 확보라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있었다고 평가하고 있다. 열악한 작업 환경을 개선하고, 노동집약적인 섬유산업의 문제점과 고충을 개선하는 효과를 거뒀다는 것이다. 로봇산업 입장에선 로봇SI사업을 활성화할 수 있는 발판을 마련했다. 중장기적으로는 실증 사업의 확산을 통해 국내 섬유산업계 해외 공장의 리쇼어링도 기대하고 있다.

<인터뷰> 한국섬유기계융합연구원(KOTMI) 기계로봇연구센터 이재용 센터장

▲ 섬유산업 제조로봇 표준공정모델 개발 및 실증 사업 추진 배경은

산업부에서 섬유산업의 로봇 도입 및 확산을 목표로 로봇 도입을 적극 추진하면서 2019년부터 섬유산업에 로봇을 도입하기 위한 연구와 실증 사업을 본격적으로 진행하고 있다.

그동안 섬유산업에는 로봇 도입 사례가 전무하다시피했다. 이를 개선하기 위해 한국섬유기계융합연구원과 섬유업계가 협력해 로봇활용 공정모델을 만들고 정부 지원아래 로봇 보급 프로젝트를 국내에서 처음으로 실시했다. 수요기업을 중심으로 발굴한 표준 공정모델과 실증 기준에 부합하는 섬유기업에 제조로봇 시스템을 실증하는 사례가 만들어졌다.

이를 통해 제조 로봇 시장 확대, 섬유제조기업의 생산량 증대, 불량률 감소, 인건비 절감 등 효과를 기대할 수 있게 됐다.

▲ 향후 개발 예정인 표준공정 모델과 기술은

2019년부터 2023년까지 총 19개의 표준공정 모델을 개발했다. 이들 표준 공정모델은 고정식 다관절 로봇을 중심으로 개발된 것이다. 앞으로는 무인운반로봇(AGV), 자율이동로봇(AMR) 등 이동로봇과 협업할 수 있는 공정모델을 개발할 계획이다. 여러 장비를 이동하면서 종전의 수작업을 대체할 수 있는 모바일 매니퓰레이터 모델을 구상하고 있다. 여기에 단순 공정이 아니라 복합공정 자동화와 디지털트윈 기술을 접목해 생산 환경을 디지털 방식으로 혁신하겠다는 구상을 구체화할 계획이다.

실증 사업의 성과로, 유연소재를 다루는 제어기술과 유연한 제품을 집는 맞춤형 그립퍼를 개발했는데, 향후 하나의 시트(sheet) 형태의 원단이나 비정형의 제품을 파지할 수 있는 그립퍼를 개발해 유연소재를 다루는 산업에 적용한다는 계획도 갖고 있다.

▲ 섬유산업 표준공정 모델 및 실증 사업 추진 과정에서 어려웠던 점이 있었다면

섬유산업은 작업자의 숙련도에 따라 제품의 품질이 천차만별이다. 전반적으로 공정자동화와 로봇 활용률이 낮고 관련 전문 지식을 갖춘 인력이 없어 로봇자동화 기획 단계부터 의사소통에 어려움이 있었다. 국내 섬유산업 로봇 도입 사례가 별로 없는데다, 로봇SI기업의 섬유산업과 공정에 대한 이해도가 낮아 섬유업계 종사자들과 커뮤니케이션하는 게 쉽지 않았다. 섬유산업에 종사하는 사람들은 로봇에 대한 지식이 부족했고, 로봇 공급기업은 섬유산업을 이해하지 못했다. 섬유산업과 로봇산업이 사용하는 언어와 표현 방식이 다른 것이다. 기술적으로는 제한된 공간에 로봇시스템을 도입해야 한다는 게 애로 사항중 하나였다.

다른 산업과 비교해 섬유업종의 로봇 적용 사례가 크게 부족한 것도 실증 사업 추진 과정의 어려움이었다. 하지만 4년간 로봇실증사업을 추진하면서 섬유산업에도 로봇 도입이 가능하다는 믿음을 갖게 됐고, 앞으로 더 많은 공정에서 표준 공정모델이 만들어지기를 기대하고 있다. 섬유업종의 중소기업이 초기 투자 비용에 대한 부담으로 로봇 투자를 활발하게 추진하지 못하고 있는데 이를 제도적으로 뒷받침할 수 있는 방안이 마련됐으면 한다.

▲ 실증사업이 섬유업계에 미친 영향과 기대 효과는

국내 섬유산업 제조현장에 6축 다관절 로봇을 처음으로 적용한 실증 사례를 만들고, 이를 통해 섬유산업에도 로봇을 도입할 수 있다는 가능성을 보여주었다. 섬유산업의 제조로봇 도입은 섬유산업의 스마트화, 인력부족 문제 해소, 원가 절감, 안전사고 예방에 기여할 수 있다. 섬유업계 경영자들이 로봇 자동화 시스템의 도입을 긍정적으로 보기 시작한 것도 실증 사업의 긍정적인 효과다. 경영자들은 로봇 자동화 기술이 생산성 향상과 고품질 균일 생산 시스템을 구축할 수 있다는 자신감을 갖기 시작했다.

근로자 입장에서 보면 고중량물 반복 이송, 분진 발생, 염색 및 접착관련 화학약품 사용 등 열악한 작업 환경을 개선하고, 안전사고 및 근골격계, 호흡기 질환에서 자유로운 작업 환경을 만들 수 있다는게 긍정적이다. 섬유산업의 범위가 단순 의류산업에서 탄소섬유, 산업용 부직포, 신발산업 등으로 확산함에 따라 유연한 소재를 다루는 산업군에 로봇을 폭넓게 확대, 적용할 수 있을 것이다.

▲ 향후 섬유업종 표준공정 모델과 제조로봇 실증 사업의 발전 방향은

앞으로 섬유산업을 넘어 유연산업(필름, 제지, 고무, 플라스틱, 화학 등) 전반에 걸쳐 제조로봇 보급이 확대될 것이다. 일부 로봇 공급기업에서는 국내 실증한 표준공정모델을 바탕으로 중국과 베트남에 로봇을 수출하고 있다. 국내 로봇SI기업을 지원할 수 있는 사업 개발을 통해 로봇 실증사업을 해외로 확대할 수 있기를 희망한다.

아쉬운 점은 섬유산업에 전문성을 갖고 있는 로봇 SI기업을 찾기가 매우 어렵다는 것이다. SI기업에 대한 정보를 공유할 수 있는 사이트가 만들어지고 기술거래 형태로 기술을 외부에 적극 공개한다면 로봇 보급이 더욱 확산될 것이다.

보다 세밀한 작업에 로봇을 적용하기 위해선 비전, 촉각, 그립핑 기술 등 첨단 기술을 접목하고, 섬유산업에서 유연산업으로 적용을 확대한다면 로봇SI 기업의 참여도 더욱 늘어날 것이다. 이를 통해 로봇 관련 산업의 시장 확대와 수요기업의 자동화라는 상호 ‘윈윈’ 효과를 거둘 수 있다.

장길수  ksjang@irobotnews.com

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