[인더스트리뉴스 김관모 기자] 캠틱종합기술원(원장 노상흡, 이하 캠틱)은 제조분야의 기술개발과 기업지원을 통해 제조 현장의 개선과 혁신을 지원하고 있으며, 스마트커팅, 드론, 우주항공 등을 핵심사업으로 추진하고 있는 민간 연구기관이다. 올해 캠틱을 진두지위하게 된 노상흡 원장은 전주첨단벤처단지 내에 조성된 지식산업센터 등을 통해 CNC 최첨단 기술 개발을 고민하면서 제조혁신의 기틀을 마련하는데 노력하겠다는 계획을 세우고 있다.

캠틱이 개발하고 있는 CNC 관련 제품은 무엇인가?

캠틱의 핵심사업으로는 ‘스마트커팅’이 있다. 스마트커팅은 절삭가공 분야에서 생산 혁신과 품질 혁신을 창출할 수 있는 스마트팩토리형 CNC 가공솔루션으로 CNC로부터 가공 위치(X,Y,X)와 이송속도, 스핀들 회전수 등의 조건을 수집하고, IoT로부터 상기 가공조건에서의 물리적인 가공 품질 정보를 동기화해 가공 과정에서 발생되는 가공 정보를 실시간 모니터링할 수 있다. 이렇게 수집된 가공 정보는 커팅다이나믹스 이론을 기반으로 지능적 진단과 자율적 제어를 수행해 절삭가공 중에 발생될 수 있는 채터(Chater) 및 과부하를 진단해 실시간으로 제거할 수 있는 회피 제어를 수행한다. 또한, 공구 파손 및 마모 진단과 생산성 향상을 위한 이송속도 최적화 제어 기능을 구현하며, 수집된 CNC 공작기계의 가공정보를 분석해 장비별·시간별 장비의 가동률과 가공수량, 가공이력 등의 정보를 통계와 그래픽으로 제공한다.

해당 솔루션이 현재 제조현장에서 어떻게 활용되고 있나?

현재 일부 기업에 한정돼 있지만 공작기계, 자동차부품, 금형, 건설기계부품, 반도체 등의 제조 현장에 도입돼 성과들을 창출하고 있다. 일례로, 금형가공의 경우 스마트커팅의 지능적 적응제어 가공기술을 통해서 금형 가공시간을 20% 정도 단축해 생산성 향상과 납기를 단축했다. 또한, 휠베어링 자동차부품 제조의 경우 스마트커팅의 공구수명 최적화 기술을 통해서 공구수명을 40% 이상 향상시키기도 했다. 최근에는 공작기계 제조기업에 스마트커팅 기술의 도입을 진행 중이며, MES 및 ERP와 접목하는 계획을 추진하고 있다.

CNC 기술의 발전 방향을 어떻게 바라보고 있나?

CNC 기술은 반도체, 디지털 제어 및 ICT 기술의 빠른 발전 속도에 따라 처리속도가 향상된 고속 CPU 적용으로 다축/다계통 제어, 고속 정밀 가공 및 경로제어, 적응 이송속도 제어, 충돌 모니터링, 공구자세 제어 등 고성능의 제어 기능이 포함되고 있다. 또한, 스마트팩토리를 지원하기 위해 개방형 CNC에 네트워크 및 플랫폼화해 단위 장비의 지능화뿐만 아니라 다수 장비의 통합 운용을 위한 다양하고 고급화된 HMI를 제공하고 있다. 캠틱은 이러한 CNC에 IoT 기술을 접목해 장비 상태, 소재 상태 및 공구 마모 상태에 따라 가공 중에 발생되는 많은 물리적인 현상을 모니터링하고 진단해 제어할 수 있도록 연구에 박차를 가하고 있다.

제조업체들이 CNC 기술을 더욱 효과적으로 활용하기 위해서 어떤 방안이 필요하다고 생각하나?

절삭가공 제조업체에서는 모델링된 도형 정보를 CAM 프로그램을 이용해 생성된 NC 데이터를 사용하거나, 공구충돌 검증, 가공부하 검증 및 가공속도 최적화 등 가공 전 시뮬레이션을 수행한 후 CNC 가공을 하는 게 일반적이다. 많은 제조업체 현장에서 가공 전 최적화에 많은 비용과 시간을 투자하고 있지만, 절삭가공에서는 장비, 소재, 공구 상태 등의 많은 변수들이 발생되기 때문에 동일한 품질의 제품을 생산하기에는 어려움이 많다. 따라서 가공 과부하, 공구 마모, 채터 등 가공 이상상태를 가공 중에 실시간으로 진단해 회피하거나 제어할 수 있는 최적화 가공 제어 기술이 적용돼야 할 것이다.

스마트팩토리 발전을 위해 CNC 산업의 남은 과제는 무엇이라고 생각하는지?

4차 산업혁명 시대에는 인간이 아닌 사물이 데이터를 생산하는 패러다임으로 변화되고 있다. OT(Opertaion Technology)와 IoT에 의해서 제조장비와 제조공장 등이 데이터를 생산하고, 물리적 사물에서 생산된 데이터들이 디지털 영역으로 입력돼, 엄청나게 빠른 속도와 아주 저렴한 비용으로 최적화가 이뤄지고 있다. 그리고 데이터 기반의 최적화 작업은 기계학습, 딥러닝과 같은 AI기술이 담당하며 최적화된 데이터들은 다시 OT와 같은 기술을 통해서 실제 장비와 공장을 최적화시킨다.

제조장비의 브레인 역할을 하는 CNC 컨트롤러와 제조장비의 심장 역할을 하는 모터와 손발 역할을 하는 매니퓰레이터가 수 ㎳ 간격으로 작업을 하면서 제공하는 데이터를 통해서 제조장비가 작업하는 방식과 상태를 심층적으로 이해할 수 있게 됐다. 또한 제조장비와 피작업물에 부착된 센서의 센서 시그널 데이터를 통해 제조장비의 작업 품질도 알 수 있다. 더 나아가, 제조장비는 데이터를 기반으로 작업 상태를 실시간으로 진단한 뒤 실시간으로 작업조건을 교정하면서 최적화된 작업을 수행할 수도 있다.

그동안 제조업에서 대량생산 방식의 품질관리를 위해서 제조공정을 거친 제품을 상당한 시간과 비용을 소모하면서 검사공정을 거쳤다. 이러한 방식의 품질검사를 극복하기 위해 4차 산업혁명의 제조업에서는 제조단계에서 발생한 데이터를 활용해 작업상태가 불량했던 일부 제품에 대해서만 선별적 품질검사를 수행하는 제조공정 최적화와 품질검사의 시간 및 비용 감소 등이 이뤄져야 한다.

현재 CNC 및 컨트롤러 시장은 일본 및 유럽시장이 장악하고 있다. CNC 차세대 기술의 국산화를 위해 캠틱의 역할은?

세계의 CNC 컨트롤러 시장은 2017년 약 29.6억 달러에서 연평균 3.8%의 성장이 있을 것으로 전망하고 있으며, 국내도 연평균 3.2% 증가해 1.8억 달러에 이를 것으로 전망하고 있다. 국내 시장의 점유율은 화낙, 지멘스, 미쓰비시전기오토메이션 순으로 95%를 차지하고 있다. CNC 기술의 국산화는 사실 많이 늦었다. 수년 전부터 대두됐던 문제였고 정부의 R&D 지원도 있었지만 중장기적이지 못했다. 이미 선진 업체들과 기술적 격차가 큰 것은 분명하다. 지속적이고 좀 더 과감한 R&D 지원과 투자가 필요하다.

이에 캠틱은 CNC에 탑재가 가능한 채터링 진단 모듈, 가공부하 적응제어 모듈, 공구파손 검출 및 마모진단 모듈 및 가공부하 예측을 통한 능동제어 모듈 등 가공 최적화 모듈에 대해 연구개발을 추진 중이며, 최근에는 공작기계 업체에 채터링 진단 모듈을 적용하기 위한 공동연구도 진행하고 있다.

앞으로 스마트팩토리 발전을 위해 CNC 관련 연구 개발 계획과 포부는?

제조업은 실물을 만들어내는 물리적 현장으로 결국 실물의 변화를 창출할 수 있을 때 비로소 제조 산업에서 실질적 변화가 일어난다. 국내 중소기업들의 상당수는 독자적 제품이 아닌 대기업에 납품하는 부품과 그 부품을 제조하는 공정이 핵심이다. 4차 산업혁명을 통해서 독일과 일본같이 세계시장에서 인정받는 제품과 공정기술을 보유한 중소기업을 만들기 위해, 캠틱은 절삭가공 분야에서 최고 수준의 스마트팩토리형 CNC 가공시스템을 지속적으로 연구개발해 중소기업의 제조현장에서 혁신을 이루는데 도움이 되고자 한다.

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