디지털 대전환 시대, 다시 주목받는 모션컨트롤 솔루션
  • 최종윤 기자
  • 승인 2022.10.15 08:30
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생산환경 변화 속 소형화‧모듈화되는 모션컨트롤

[인더스트리뉴스 최종윤 기자] 4차 산업혁명 관련 기술의 발전 속에 글로벌 산업 자동화 시장이 빠르게 성장하고 있다. 반도체, 디스플레이, 이차전지 등 첨단산업은 수요확장 속에 자동화 생산라인을 계속 확장중에 있으며, 글로벌 디지털전환 트랜드 속에 최근에는 식음료, 제약 등 신규 산업 분야는 물론, 별도 물류시장 등까지 각종 자동화 솔루션이 도입되고 있다. 생산, 물류 등 자동화 라인의 핵심에는 발전하고 있는 모션컨트롤(Motion Control)이 중심에 있다. 자동화 라인의 고도화에는 세밀하고 다재다능해진 모션컨트롤이 뒷받침돼야 하기 때문이다.

생산, 물류 등 자동화 라인의 핵심에는 발전하고 있는 모션컨트롤(Motion Control)이 중심에 있다. [사진=utoimage]

모션컨트롤은 지정된 제어 방식으로 물체를 이동하기 위한 방식으로 자동화에서의 하나의 하위 집합이다. 이를 위해 공압, 유압, 전기 기계 또는 전기 모터 등 다양한 장치가 사용되고, 모션컨트롤러, 드라이브, 액추에이터 등 구성요소가 사용된다. 쉽게 PLC(Programm- able Logic Controller) 혹은 PC에서 연산을 하고 연산이 끝난 신호가 서보드라이버로, 서보드라이버에 연결된 모터가 현장에 맞는 모션을 구현하는 방식으로 구현되는 것이 일반적이다.

PC 기술의 발전과 시시각각 변하는 생산환경에 발맞춰 최근에는 PLC와 모션제어 보드 대신 소프트웨어 기반의 제어 솔루션이 시장에 빠르게 확산되고 있다. 또 모션컨트롤은 로봇 공학, 컴퓨터 수치 제어(CNC), 범용 모션 제어(GMC) 도구의 중요한 부분으로 간주된다. 결국 모션컨트롤은 생산공장에서 높은 생산성을 유지하고, 다운타임을 줄이는데 핵심 역할을 한다.

모션컨트롤 시장, 구성요소 고르게 성장 중

글로벌 시장조사 업체 Technavio는 전 세계 모션컨트롤 시장은 2019년 123억 2,000만 달러에서 연평균 성장률 3.08%로 2024년에는 143억 3,716만 달러에 이를 것으로 예측했다. 2020년 코로나19로 모션컨트롤 관련 투자와 프로젝트 등이 연기되며, 성장세가 다소 주춤한 모습이다. 하지만 최근 자동차산업과 제약&화장품 산업 등을 중심으로 수요가 다시 살아나고 있다. 특히 제약 등 제조업체는 적극적으로 모션컨트롤 솔루션을 사용해 다운타임과 운영비용을 최소화하고 있는 추세다.

모션컨트롤의 구성요소별로 성장세를 살펴보면, 먼저 모터는 2020년 51억 1,100만 달러에서 연평균 2.7%로 증가해 2025년에는 58억 4,100만 달러에 이를 것으로 전망된다. 드라이브도 비슷하다. 연평균 2.8% 수치로 2025년에는 55억 5,200만 달러에 달할 것으로 예상된다. 모션컨트롤러는 2020년 20억 3,500만 달러에서 2.3%로 증가해 2025년에는 22억 8,000만 달러를 기록할 것으로 전망된다. 소프트웨어와 서비스도 2020년 5억 800만 달러에서 연평균 2,0%의 성장률을 기록해, 2025에는 5억 6,200만 달러에 이를 것으로 전망된다.

산업 분야별로는 의약품&화장품 산업이 연평균 4.4%의 성장률로 가장 큰 성장세를 기록할 것으로 전망된다. 2025년 15억 6,740만 달러에 이를 것으로 예측됐다. 다음으로는 식품&음료 산업이 연평균 3.9%의 성장률로 2025년 19억 7,020만 달러를 기록할 것으로 전망된다. 이외 자동차, 반도체&전자기기 등 산업이 2% 대 성장률을, 금속&기계, 항공우주&방위 산업 등이 1% 후반대의 성장률로 성장할 것으로 예측됐다.

우리나라 모션컨트롤 시장은 연평균 성장률 3.5%을 기록, 글로벌 시장 성장세를 웃돌 것으로 예상된다. 자동차 산업과 새로운 먹거리로 떠오르고 있는 이차전지 등 시장 활성화에 따른 것으로 분석된다. [사진=utoimage]

우리나라는 글로벌 시장조사 업체 마켓앤마켓(MarketandMarkets)이 2020년 예측한 바에 따르면 2020년 7억 6,300만 달러에서 연평균 성장률 3.5%을 기록, 2025년에는 9억 700만 달러에 이를 것으로 전망됐다. 글로벌 시장에서 가장 큰 성장세를 보인 아시아-태평양 지역 성장률인 2.9% 보다도 높은 수치로, 모션컨트롤 시장에서 가장 큰 점유율을 차지하고 있는 자동차 산업과 새로운 먹거리로 떠오르고 있는 이차전지 등 시장 활성화에 따른 것으로 분석된다.

하이엔드 모션컨트롤, 이차전지 시장 경쟁 시작

전통적으로 모션컨트롤은 반도체, 디스플레이 등 하이테크 산업의 발전과 함께 해 왔다. 최근에는 글로벌 경쟁이 격화되면서, 생산속도에 경쟁이 붙은 모양새다. 공정효율은 높이고, 생산 기간을 단축하려는 업체들의 경쟁이 격화되고 있다.

경쟁 시장은 이차전지 시장이다. 기술 안정화 단계에 있는 반도체, 디스플레이 산업과 비교해 이차전지 제조업은 이제 속도, 정밀도, 강성 등 기술 고도화에 대한 요구가 늘고 있다. 본격적인 생산속도 경쟁이 시작되면 모션컨트롤 기술이 판도를 좌우할 수도 있어, 모션컨트롤 솔루션 업체들의 시선도 쏠리고 있다.

프로젝트성이지만 유럽, 미국 등 해외시장의 러브콜을 받고 있는 국내 장비업체들과 글로벌 모션컨트롤 전문기업의 협업도 이어지고 있는 것으로 파악됐다. 한 모션컨트롤 전문기업 이차전지 시장 담당자는 “활발하게 배터리 효율을 높이기 연구가 이어지고 있어, 함께 협업을 하고 있다”면서, “고속생산 문제, 소재 등 원자재 변경 문제 등 함께 협업해야 하는 부분이 많다”고 밝혔다.

기존 컨베이어 시스템과 비교해 생산성, 효율성을 끌어 올릴 수 있는 리니어 이송 시스템(Linear Motion System, LMS) 등도 보급이 늘고 있는 것으로 조사됐다. LMS는 진공 내에서 캐리어 반송이 가능한 이송 시스템으로 진공, 고온 및 특수 환경에서 수많은 캐리어를 독립적으로 제어 가능하다. 500~600축 이상이 들어가는 2차전지 생산라인에, LMS가 들어갈 경우 기존 벨트, 볼 스크류, 컨베이어 등 기계적인 마찰이 덜해 유지보수 부담은 물론, 더 빠른 고속 정밀 운전이 가능하기 때문이다.

포장, F&B 등 모션 솔루션 전 산업군에서 활약 중

하이테크 산업 분야에서 고정밀, 고속화 등을 실현한 모션컨트롤이 노동력 감소, 인건비 상승 등에 대응해 새롭게 자동화가 도입되고 있는 분야에도 빠르게 확산되고 있다. 산업군을 막론하고, 여러 난제의 해결사 역할을 하고 있다. PC 기반 모션 제어의 선구자이자 EtherCAT의 개발사인 Beckhoff는 자동화 기술을 활용해 미국 프랜차이즈 전문업체인 Hyphen에 식품 서비스 디지털화 구축에 성공했다. 주방부터 배달대응까지 자동화를 구축했다. 샐러드나 요리를 만들고, 다양한 온도에서 수백 가지의 재료를 취급할 수 있다. 시스템은 Hyphen의 클라우드 서비스에 연결돼, 온라인 주문을 전달한다. 주문이 들어오면 시스템이 Hyphen에서 자체적으로 개발한 디스펜서를 작동시켜 그릇에 음식을 담고, 이를 인클로저 내에 연결된 모듈을 통해 운반한다. 설비는 99%의 주문 정확도로 시간 당 350인분의 식사를 조리할 수 있다.

하이테크 산업 분야에서 고정밀, 고속화 등을 실현한 모션컨트롤이 노동력 감소, 인건비 상승 등에 대응해 새롭게 자동화가 도입되고 있는 분야에도 빠르게 확산되고 있다. [사진=utoimage]

소형화‧모듈화되는 모션 솔루션

스마트공장의 고도화와 함께 각종 기계도 소형화, 성능은 고성능화돼 가고 있다. 이에 모션컨트롤 솔루션도 소형화하는 추세로 따라가고 있다. 주요 기업들은 저마다 초소형 서보 드라이브, 컨트롤러‧드라이브 통합 제품 등을 라인업에 추가하며 시장에 대응하고 있다.

철강, 자동차 산업분야에 전통적으로 독보적 위치에 있는 지멘스도 소형 서보 시스템으로 이차전지, 반도체 시장을 공략하고 있다. 특히 ‘S7-1500(T)’ 컨트롤러는 PLC 기반으로 설계된 제어기로 모션제어기능이 포함돼 별도 축카드나, 또 다른 모션 컨트롤러 없이 통합으로 사용할 수 있다. 여기에 SINAMICS S210 드라이브와 1FK2 모터 등의 조합으로 하이엔드급 모션제어도 무리없이 구현한다.

Beckhoff도 모션의 ‘소형화’와 ‘모듈화’에 집중하고 있다. 확장되는 모션컨트롤 시장과 갈수록 복잡해지는 요구사항에 맞추겠다는 의도다. 크게 2가지 분류로 ‘콤팩트 드라이브 솔루션’과 ‘분산형 드라이브 솔루션’을 선보이고 있다. 구체적으로 콤팩트 드라이브 솔루션은 Beckhoff I/O터미널 사이즈(EL7000, ELM7000)의 드라이브 터미널에 직접 서보 모터(AM8100)와 연결해 제어할 수 있는 캐비닛 사이즈를 대폭 줄일 수 있는 솔루션이고, 분산 서보 드라이브 시스템은 드라이브를 모터에 직접 통합해, 모듈식 기계 개념에 새로운 가능성을 열었다. Beckhoff는 모든 제어 작업에 확장형 모듈식 제품을 사용할 수 있기 때문에 어플리케이션 요구사항에 따라 개별 구성요소를 사용하거나, 완전한 시스템 솔루션을 구성할 수 있다.

엣지 컴퓨팅 분야 글로벌 리더인 에이디링크 테크놀로지는 스마트공장이 계속 운영 규모를 확장함에 따라 기능의 확장성을 강조하고 있다. 에이디링크는 마스터 컨트롤러 및 슬레이브 시스템에서 드라이버 및 모터에 이르기까지 원스톱 쇼핑을 통해 애플리케이션 시나리오의 특정 요구 사항을 충족할 수 있는 유연성을 제공하고, 전자 부품 제조와 같은 대규모 모션 제어 자동화를 위해 100미터를 초과하는 배선으로 256개 이상의 축과 2000개 이상의 I/O 포인트를 지원한다고 강조했다.

다품종 소량생산 시대, 고도화된 모션컨트롤이 해결사

전 세계가 디지털 대전환 시대다. 전 세계 기업들은 ‘고인플레이션’, ‘공급망 붕괴’, ‘노동력 부재’ 등 3중고 속에 어려움에 직면해 있다. 기업들은 타개책으로 디지털 전환에 힘을 쏟고 있다. 발맞춰 자동화 생산라인은 계속해서 확장되고 있다.

전통적인 생산방식 및 환경도 빠른 변화 속에 있다. 소품종 대량생산 시대가 저물고, 다품종 소량 생산 시대로 넘어가고 있으며, 제조 생산라인도 비즈니스 변경에 발맞춘 빠른 대응이 필요하다. 결국 공장에서는 모션컨트롤이 해결사라는 이야기다. 모션컨트롤 전문기업들은 새로운 비즈니스 기회를 포착하기 위해서라도 모든 기계를 동기화 상태로 유지하는 고도화된 모션 컨트롤 시스템이 필요하다고 강조하고 있다.

자동화 시스템을 신속하게 배포 및 유지 관리하고, 다양한 제조 조건에 쉽게 대처하며 전반적인 스마트제조의 효율성을 최적화해야 한다는 취지다. 신속‧정확한 모션 구사는 기본, 개방성과 연결성을 강조한 모션컨트롤 솔루션들이 디지털화 종착역을 향해 전진하고 있다.

 



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