국가뿌리산업진흥센터 뿌리기술전문기업 뿌리기술온라인도서관 우수기업 홍보관 더뿌리고(웹진)

뿌리 포커스

한국 금형산업 미래성장 전략

글 : 정태성 인하공업전문대학 교수
한국 금형산업은 생산 규모 세계 5위, 수출 규모 세계 2위의 위상을 자랑한다. 2014년에 32.2억 달러로 사상 최대 수출 실적을 달성했고, 2017년에도 29.2억 달러를 수출했으며, 무역수지 측면에서도 1994년부터 연속 흑자를 유지하고 있다. 그러나 세계 경제 침체, 국가 주력산업의 난항, 국내 원가 상승 등으로 금형산업도 어려움을 겪고 있다. 이 글에서는 첨단 신기술 개발과 금형산업에서의 지능형 생산체계 구축, 산업구조 개선 방안 등으로 금형산업의 위기를 타개할 방안에 대하여 소개하고자 한다.

한국 금형산업의 현황

금형金型, Die & Mold이란 동일 규격의 제품을 대량으로 생산하기 위하여 제작된 금속으로 만든 ‘틀’ 또는 ‘형(型)’을 말한다. 최근 3D 프린터에 기반을 둔 4차 산업 혁명의 시대적 기대에도 불구하고 금형은 여전히 자동차·디스플레이·모바일·반도체·전기전자·조선·생활용품 등 국가 주력산업에서 각종 핵심 부품을 대량 생산하기 위한 필수 도구로 자리매김하고 있다. 금형은 소재를 부품으로, 부품을 제품으로 구현하기 위한 핵심 뿌리기술로 완제품의 품질과 디자인은 물론 제품의 생산 시간 단축, 생산원가 절감, 품질 균일화 등 전·후방 산업에 광범위하게 영향을 미친다. 금형산업의 파급효과를 고려할 때, 한 나라의 제조 산업 수준은 보유한 금형산업의 수준에 의해 결정된다고 해도 과언이 아니다.
이러한 금형산업의 중요성을 인식한 정부는 1985년 「금형 공업 육성지원 방안」을 시작으로 1995년 「금형 공업 경쟁력 강화 방안」, 2012년 「뿌리산업진흥과 첨단화에 관한 법률」 등 금형 기술의 국산화, 가공설비의 보급 활성화를 통한 제조 산업 기반 확충, 고부가가치 선진기술 연구 등을 위한 정책 지원을 통해 금형산업을 지원해왔다.
한국금형공업협동조합의 분석에 의하면 2016년 우리나라 금형산업의 생산 규모는 약 10조원으로 세계 금형생산의 6.1% 비중을 차지해 중국(19.5%), 일본(11.7%), 미국(6.4%), 독일(6.2%)에 이어 세계 5위에 위치해 있으며, 2011년부터 2016년까지 5년간은 연평균 생산 5.5%, 내수 4.8%, 수출 4.5%의 고성장을 이루었다. 생산 품목으로 보면 자동차 부품(34.3%)과 가전 부품(27.6%), 통신 부품(11.7%)이 약 74%를 차지하며, 플라스틱 금형(39.6%)과 프레스 금형(44.4%)이 84%의 비중을 보인다.
2017년 통계청 자료에 의하면 전국적으로 종업원 10인 이상 금형 회사는 1,654개로 42,500명이 종사하고 있으며, 서울·경기·인천 등 수도권에 54.1%, 동남권에 37.5%가 위치한다. 그러나 종업원 10인 미만의 소규모 금형 업체 수가 전체의 약 80% 정도인 점을 감안할 때 실제 관련 기업과 근로자 수는 이보다 훨씬 많을 것으로 예상된다.

우리나라 금형산업은 집약된 금형 제조 인프라와 조직화된 협업 네트워크, 정보화 기술의 접목, 근면한 국민성을 기반으로 세계에서 가장 빨리 금형을 만들어 냈고, 이는 한국 금형산업의 주요 경쟁력이 되었다. 그러나 꾸준한 연구 개발과 산업 육성에도 불구하고 첨단 고부가가치 기술 분야 및 품질 측면에서 일본·독일 등 금형 선진 국가를 넘어서지 못하고 있으며, 고령화, 청년 인력 유입 감소, 중국 및 동남아 국가의 신규 시장 진입과 성장으로 후발국과의 경쟁력 격차는 좁혀지고 있다. 또한 글로벌 경제 침체 지속, 국가 주력산업의 수출 감소, 미·중 무역전쟁에 따른 성장 저하에 임금 상승·근로 시간 단축 등 국내 원가 상승 요인까지 가중됨에 따라 2018년 조사에서 한국공업협동조합원 사의 48%가 생산 감소와 경영 악화를 예상하였으며, 고용도 2017년 대비 4.9% 감소해 금형산업의 지속성장을 위한 방안 모색이 절실한 시기이다.

고부가가치 기술로 전환해야

한국의 금형산업계는 현재 당면한 여러 가지 난제를 어떻게 극복할 수 있을까?
먼저, 기술적 측면에서 미래 신산업 핵심 부품 및 신소재에 대응하고, 기존 공정을 융합화·고정밀화·고품질화하는 고부가가치 금형 기술을 개발해야 한다.
한국 금형 기술은 일반 정밀도 수준의 프레스 금형이나 플라스틱 금형에서 선진국과 동등한 정도에 이르렀으나 이들 품목의 부가가치가 점차 줄어들고 있다. 중국 저가 금형과의 경쟁도 날로 치열해지고 있어, 이를 극복하고 수요 산업의 변화에 능동적으로 대응할 수 있는 첨단 고부가가치 금형 기술을 개발하고 있다.
모바일 및 디스플레이 산업의 슬림화와 고감성화, 반도체 산업의 초정밀화, 가전 산업의 IoT·인공지능 융합, 자동차 산업의 경량화·친환경·안전 기술 개발 등 주력 산업의 변화뿐 아니라 바이오·에너지 등 신성장 산업으로 인해 새로이 요구되는 부품을 생산하기 위한 고난도 금형 기술 개발이 적극적으로 추진되고 있다. 성형재료의 변화에 맞추어 장섬유와 열가소성수지 복합 사출성형 금형, 탄소복합재 프레스 금형, 고장력 강판 핫프레스 금형 등 다양한 첨단 복합소재 및 금속, 세라믹 신소재, 난성형재 등에 대응하기 위한 금형 기술 고도화도 진행 중이다. 또한 인몰드 코팅 금형기술, 사출·압축 성형기술 등 다공정 복합 성형공정 대응 금형과 나노·마이크로 미세구조 금형, 3D 프린팅 활용 금형 등 신개념 융합 분야의 금형 기술을 확보하려는 노력이 활발하다.

금형 설계 과정을 인공지능화·최적화·자동화하는 기술개발뿐 아니라 금형 설계·제조·물류·관리 등 모든 공정을 통합하는 수준 높은 정보화·자동화 체계를 구축하여야 한다.

스마트한 제조 공정 절실

두 번째로, 4차 산업혁명 시대에 대응하는 금형 제조공정의 혁신이 필요하다.
최근 가볍고 유연한 생산체계가 요구됨에 따라 완전한 자동생산체계 구축, 생산 과정의 최적화를 통한 제조업 혁신에 관한 관심이 높아지고 있다. 설계·개발, 제조 및 유통·물류 등 모든 생산과정에 정보통신기술ICT과 디지털 자동화 솔루션을 적용하여 생산성·품질·고객만족도를 향상하는 제4세대 산업생산시스템이 대두되고 있으며, 공장 내 설비와 기계에 사물인터넷IoT을 설치하여 공정 데이터를 실시간으로 수집하고, 이를 분석해 스스로 제어할 수 있는 스마트팩토리 구축을 위한 국가적인 지원이 확대되고 있다.

한국금형산업은 1990년대 이후 G7, IMS, e-메뉴팩처링 등 국가 주도의 연구개발 사업에 힘입어 산업계 전반에 정보화·지식화를 위한 시스템을 활발하게 도입·적용함으로써 세계 최고 수준의 단기 생산체제를 구축했다. 경영·영업·공정·재고 등 중요 기업정보의 효율적인 통합 관리를 위하여 자체 개발 또는 전문 소프트웨어 도입을 통해 ERP·MES 등 정보화 인프라를 구축·운용하였으며, 비교적 소규모의 전통적 뿌리산업임에도 2000년대 중반 이후 3차원 설계가 보편화되어 기업 규모에 따라서는 독자적인 설계 자동화 시스템을 개발·적용하는 단계에 이르렀다.

그러나 금형 제조를 위한 부품 및 소재의 수급·가공·조립·성능시험 등의 단계에서는 앞서 기술한 관리나 설계과정에 비하여 정보화 수준이 현격히 낮고, 인력 의존성이 높은 것이 현실이다. 생산시스템 측면에서 주요 가공 공정 중 자동화 대응이 가능한 설비는 50% 내외이고, 작업자의 경험에 의존하여 설계에서 생성된 디지털 정보를 해독·적용하므로 표준화 정도가 낮으며 비효율적 소실 발생의 가능성이 상존한다. 부품의 공정간 이동·설치 등도 수작업으로 진행되며 야간 생산이 어렵고, 사내와 외주 가공 공정을 통합하는 생산 공정 물류 정보화 미비는 업무 혼란 원인 및 원격지 생산에 걸림돌이 되고 있다. 금형의 조립 및 시험 과정도 노령화되는 전문 인력에 의해 이루어지고 있어 장기적 관점에서 볼 때 신규 인력 양성 부족으로 인한 국내 금형산업의 경쟁력 약화가 예상된다. 따라서 한국 금형산업이 제조공정 혁신을 통해 새로운 성장 동력을 확보하기 위해서는 각종 모바일 기기를 이용한 정보의 실시간 공유와 상황 대처, 결정 사항의 실시간 반영이 이루어지도록 금형 설계·제조·물류·관리 등 모든 공정을 통합하는 수준 높은 정보화·자동화 체계를 구축하여야 한다.

1970년대부터 이어진 50여 년의 역사와 120여 개국에 달하는 수출 네트워크를 통해 축적한 산업 연계망 빅데이터를 이용해 금형 설계 과정을 인공지능화·최적화·자동화하는 기술 개발을 추진하여 금형 설계 기술을 상향 표준화·신속화하여야 한다.

아울러 설계 부품에 맞는 최적의 가공 방법, 가공 공정 조건 등의 정보가 자동 생성되도록 가공 공정을 표준화하여 설계시스템과 가공시스템을 연계하여야 한다.
제한된 가공 설비에서 수리·수정 등 돌발 상황에 맞는 금형 생산 계획 및 공정 관리는 여전히 매우 전문적인 지식에 의존하는 영역으로 인력 구조의 최상단에 위치한다. 따라서 금형 생산 공정관리 측면에서 유사 금형의 생산 공정 패턴화, 기존 공정 실적 분석·경영실적 예측 등에 바탕을 두는 공정 계획 최적화, 긴급 상황에 대응하는 실시간 공정 계획 변경, 주요 공급망과 통합 및 상호 보완 체계가 요구된다.
지능화된 금형 제조 시스템에서는 도면·모델링 등 설계 정보를 사람이 해석하여 금형 부품별 가공 방법 및 가공 조건 등 금형 제조정보를 적용하는 과정이 생략되고, 금형 부품별로 부착된 자동 식별 태그(RFID, QR Code 등)를 통해 부품에 맞는 가공 설비와 가공 정보를 연결해 주는 자동화가 필수적이며, 전산화에 대응하지 못하는 주요 가공설비를 전산화Computerize와 자동화Automatize할 필요가 있다. 금형 부품의 가공 공정간 이동, 가공을 위한 세팅·해체·검사 등의 자동화를 위하여 ATC1)·APC2) 등이 도입되었으나 제조 전 공정을 아우르는 하나의 통일된 시스템으로 융합되지 못하고 있다. 금형 제조 체계의 혁신을 위해서는 공정간 연계를 효율적으로 통제할 필요가 있으며, 이를 위하여 금형 제조 공정의 재배치, 전용 무인 이송시스템, 공작물 자동 탈착 장치와 이상 감지 시스템, 이를 통제하는 시스템을 개발하여야 한다. 원격지에서 모바일 기기를 통해 금형 제조의 전 물류과정을 실시간 관리·감시 가능한 프로세스를 확보함으로써 장시간 근무시간 단축 및 업무 환경 개선, 금형 생산의 글로벌화를 추진할 수 있다.

또한, 금형 조립단계에서는 도면에 의존하여 전달하던 부품의 조립 위치·순서·조립 방법 등 정보를 스마트 기기로 확인하는 체계를 구축해 작업 효율을 향상을 꾀할 수 있다. 금형과 성형기기가 정보를 상호 교환하는 사물인터넷의 개념을 적용하는 것도 필요하다. 최적의 부품 생산을 위한 과정과 정보를 성형기에 자동 적용되게 해 사용자의 편의와 한국 금형의 차별화·고급화를 함께 이루어야 한다.
2000년대 추진된 정보화·지식화를 바탕으로 한 효율적인 생산정보 체계 구축은 한국 금형산업의 경쟁력 확보에 큰 밑받침이 되었다. 이제 정보통신기술ICT과 자동화를 융합한 제조체계 혁신이 전통적 금형산업의 성장을 한 단계 끌어올릴 수 있는 밑거름이 될 것이다.

성장하는 유망산업으로의 인식 개선 필요

마지막으로 산업 구조적 측면에서 선택과 집중을 통해 현재 30% 수준인 전문특화기업 비중을 적극적으로 확대하고, 국내 대기업 수주 생산 체제에서 탈피한 글로벌 영업체계를 서둘러 구축해야 한다. 우리나라 금형산업은 생산의 약 35%를 수출하고 있으나, 아시아 국가로의 수출 비중이 60%에 달해 지역 편중이 심하고, 중국·일본 등 주요 금형 생산국과의 경쟁이 심화되고 있으며, 환율 변동 등에 취약하다. 국내 대기업에 의존적인 사업 구조로 인해 저가격 및 단 납기 요구 등 대등하지 못한 사업 관계가 심화되고, 국내 주력산업 침체에 직접적인 타격을 입고 있다. 따라서 더욱 적극적인 글로벌 영업력 강화를 통한 시장 개척 및 수출 역량 제고, 신흥국과의 공동 투자를 통해 지속 가능한 비즈니스 모델 발굴 등을 위한 제도적 지원이 시급하다.
또한 3D 산업이라는 부정적 인식을 불식하고, 국가 핵심 성장유망산업으로 인식을 재확립할 수 있도록 범사회적 홍보를 확대하고, 제조 산업의 신규 고용 및 재교육, 장기 고용 우대를 정책적으로 지원하며, 근로 환경 개선을 위해 지속해서 노력함으로써 제조 산업에 대한 신규 인력 유입 기피 현상을 해소하여야 한다.

1) ATC : Automatic Tool Changer의 약자로 자동 공구 교환 장치를 말한다. 복합 공작 기계의 경우 1대가 구멍을 뚫고, 나사를 깎고, 파고, 면을 절삭하는 등 각종 공작 기능을 갖고 있는데 이를 위한 공구를 필요에 따라 자동적으로 교환하는 장치를 말한다. 최근에는 3백개의 공구를 임의 선택할 수 있는 것도 출현하고 있다. NC(numerical control)와 연동시킬 수 있어 완전 무인화(無人化)도 가능하다. 2) APC : Automatic Pallet Changer의 약자로 자동 공작물 교환 장치를 말한다.

ISSN 2586-1972 (Online) | 등록번호 등록번호
엮은이 국가뿌리산업진흥센터 | 발행처 국가뿌리산업진흥센터
발행일 | 간별 격월 | 기획·디자인 쿠움, 메드소프트
COPYRIGHTⓒ 2017 KITECH. All rights reserved