메카트로닉스 기술은 우리나라의 경우 80년대 이후 개발되기 시작한 비교적 새로운 기술분야로 국내 기술인력이 매우 부족한 실정이며, 중소기업으로의 기술확산도 미흡한 실정이다. 메카트로닉스 기술은 기계, 전자, 정보화 기술의 융합화된 기술분야로 이러한 3가지 기술분야에 상당한 능력과 경험을 갖춘 기술인력이라야 앞으로의 기술개발을 이끌어 갈 수 있을 것이며, 국내의 대학교육 또는 산업인력의 재교육과정을 통하여 효과적인 메카트로닉스 기술인력의 양성을 위한 대책이 필요한 시점이다.
메카트로닉스산업은 기계기술, 전자기술, 정보처리기술이 융합된 기술분야이며, 최근 이러한 복합화의 경향은 「옵토 메카트로닉스」, 「바이오 메카트로닉스」와 같이 타기술과의 융합화가 더욱 확대되고 있다. 장래에는 인간공학이나 심리공학의 지식까지 그 범위가 더욱 확대될 것으로 전망된다. 메카트로닉스산업은 비교적 신기술 분야이며 성장성이 매우 높은 산업으로 기술의 발전도 매우 빠르며 기술개발력이 산업의 경쟁력을 좌우하는 관건이 되고 있다. 메카트로닉스 기술은 거의 모든 산업용, 민생용 제품에 응용되고 있으며, 「제품성능의 경쟁력」을 좌우하는 핵심요소로 부각되고 있다. 메카트로닉스산업은 산업의 경쟁력뿐만 아니라 고용, 노동의 질, 노동의 모럴과도 같은 사회적 영향, 나아가 가정의료분야 등의 인간복지에도 파급효과가 매우 큰 기술분야이다.
2001년 세계시장, 전년대비 6.9% 성장세
메카트로닉스산업은 선진국에서도 성장단계에 있는 산업으로 미국, 일본, 독일, 영국, 이탈리아 등 주요 선진국들이 세계시장을 주도하고 있는데 미국이 35%, 일본 25%, 유럽 20%를 점유하고 있는 것으로 나타났다. 세계 메카트로닉스산업의 시장규모는 1999년 775억 달러로 추정되며, 이 가운데 NC 공작기계가 26.7%, 센서류 15.2%, CAD/CAM(시스템포함)이 41.7%의 비중을 차지한 것으로 추정된다.
메카트로닉스산업의 가장 큰 성장요인은 급속한 기술혁신이며, 세계 경제환경의 변화에 따른 경쟁 격화는 메카트로닉스 기술개발의 필요성을 증대시키고 있다. 특히 미국, 유럽을 비롯한 선진국들은 저임금을 무기로 한 아시아, 중남미 국가들과의 경쟁에서 이겨나가기 위하여 국내의 생산시스템을 향상시켜 나가고 있다.
메카트로닉스산업은 기술혁신에 따라 서비스분야, 의료복지분야 등의 신규시장의 창출도 활발하여 지속적으로 성장할 것으로 예상된다. 2001년 세계 메카트로닉스산업의 시장규모는 전년대비 6.9%가 증가한 873억 달러에 이를 것으로 전망된다.
공작기계의 NC화율 꾸준히 상승
1997년 NC공작기계 시장규모는 181억 달러를 기록하였는데 이는 세계 전체 공작기계 시장규모의 약 50%에 해당한다. 최근 정보화의 진전에 따라 공작기계의 NC화율이 꾸준히 높아지고 있는 점을 고려하면 2000년 NC공작기계산업의 세계시장 규모는 210억 달러를 기록한 것으로 추정된다. NC공작기계산업을 선도하고 있는 일본은 세계 총생산의 35% 이상을 생산하고 있으며 동시에 가장 큰 NC공작기계 사용국가이다.
NC화율도 80%를 상회하여 유럽이나 미국의 50∼70%대를 훨씬 상회하고 있다. 독일, 미국, 스위스, 이탈리아 등이 일본의 뒤를 잇고 있으며 최근에는 대만, 중국, 한국 등 3국의 비중이 급속히 높아지고 있어 앞으로의 추세가 주목되고 있다. 세계 공작기계업체들은 종합메이커와 전문화메이커로 분리되어 성장을 모색할 것으로 전망된다. 종합메이커는 가격경쟁 및 투자비용을 감안하면 CNC선반이나 머시닝센터의 생산량은 연 8,000대는 되어야 할 것으로 전망된다. 이에 해당될 수 있는 업체로는 일본의 야마자키 마작, 모리세이끼, 오꾸마, 독일의 DMG, TPS, 미국의 Unova 등이 될 것이다.
전문화업체는 자동차부품의 가공 등에 공급되는 전용기 제작업체로 CNC선반이나 머시닝센터 중에서 분야별 틈새시장을 추구하는 전략을 펴는 업체들이다. 일본의 마끼노 밀링, Weisser나 EMAG 등의 업체가 포함될 수 있다. NC공작기계는 70∼80년대는 하드웨어적 측면에서의 발전이 주도를 이루었고, 최근에는 마이크로 프로세서의 급속한 발전에 힘입어 새로운 발전의 양상을 보이고 있다.
기술적 측면에서 구체적으로 보면, 먼저 CNC 컨트롤러의 오픈화 및 네트워크화를 통한 다양한 통신기능을 부가함으로써 단순 기계제어에서 설계, 생산, 영업 및 서비스정보와 연계시켜 통합제어할 수 있는 수준에 이르고 있고, 원격제어를 통한 타지역의 NC 공작기계를 제어할 수 있는 단계에 이르고 있다. 이와 같은 통신기능과 아울러 프로세스의 고속연산능력에 힘입어 이전에는 단순히 이론적인 수준에 머물렀던 고속 절삭력제어 및 정밀 열변형제어 등 다양한 제어이론들이 CPU에 탑재할 수 있게 됨에 따라 가공속도 및 가공정밀도가 급속히 향상되고 있다.
최근에는 기존의 NC 공작기계와는 기본구조가 다른 신개념의 공작기계가 등장하고 있다. 이와 같은 예로 먼저 Parallel-mechanism을 응용한 공작기계를 들 수 있다. 기존의 공작기계는 직선축 및 회전축으로 구성되어 각각의 축이 6가지의 운동을 독립적으로 제어하고 있음에 반하여, 신개념의 공작기계는 6개의 축이 동시에 움직임으로써 고강성, 고속 등에 유리하다.
산업용로봇, 우리나라도 세계 4번째 시장
산업용 로봇의 실용화는 미국과 일본을 중심으로 전개되어 70년대에 들어서 센서기술을 도입하여 감지력을 가진 용접, 도장 및 물류취급용 로봇이 생산되었고, 80년대에는 대량생산 및 다품종 생산체계의 공장 자동화라인에 각종 로봇들이 투입되었다. 1990년대에는 이동기능, 센서기능, 지적기능 등을 갖춘 지식기반의 로봇이 탄생하였다.
세계의 주요 국가별 내수시장 규모는 연평균 6% 이상의 증가추세에 있고, 1998년의 경우 일본이 48.3%, 독일 12.9%, 미국 12% 순이며 우리 나라는 9.0%로 세계 내수시장 규모로는 네 번째로 큰 국가이다. 2000년 세계 산업용로봇의 시장규모는 63억 달러에 달한 것으로 예상된다. 산업용로봇은 일본을 선두로 미국, 스웨덴을 중심으로 기술개발이 활발히 추진되고 있는 것으로 나타났다. 초저온, 심해, 고전압, 초고온 등의 작업 환경에서 사용되는 극한작업용 로봇의 개발과 주어진 법칙과 외부에서 인식되어지는 상황을 판단하여 학습하는 기능을 가진 지능형 로봇의 개발 등 시스템 부문과 3차원 시각센서, Array 센서 등 새로운 센서를 이용하여 외부환경을 보다 적합하게 인식하는 기능의 부가가 주로 연구되고 있는 것으로 나타났다.
2000년 350억 달러에 달하는 CAD/CAM
1997년 CAD/CAM 소프트웨어를 포함한 시스템의 세계 시장규모는 283억 달러를 기록하였으며 그 중 2/3 이상을 미국이 공급하고 있다. 또한 최근의 성장률도 12%를 상회하여 메카트로닉스기기 중에서도 가장 높은 증가세를 시현하였다. 유럽제국은 가장 큰 시장규모를 형성하고 있으면서도 단지 세계 시장의 10% 정도를 공급하는 데 그치고 있다. 세계 시장으로의 진출은 미국의 기술적 우위와 기존의 소프트웨어와의 호환성 문제로 큰 어려움을 겪고 있다. 일본은 아시아 지역을 중심으로 세계 시장의 20% 정도를 공급하고 있다. 아시아를 포함한 태평양 연안 국가는 급속한 공업화와 더불어 CAD/CAM시장의 성장률이 가장 빠른 지역이 되고 있다. 이 분야에 대한 미국의 기술적 우위는 확고하여 유럽이나 일본을 훨씬 앞서고 있으며 이러한 추세는 당분간 이어질 것으로 보인다. 2000년 세계 시장규모는 347억 달러에 달할 것으로 예상된다.
독일 지멘스가 세계 PLC시장의 25% 장악
1997년 세계 PLC 시장규모는 하드웨어, 소프트웨어 및 관련 서비스를 포함하여 55억 달러에 달했다. 90년대 세계 PLC 시장은 연평균 5% 정도씩 증가해 왔으며 이러한 추세라면 2000년에는 67억 달러에 달할 것으로 전망된다. PLC 시장의 83% 이상을 차지하는 하드웨어분야의 경우 수량기준으로 9% 이상 성장하였으나, 기술 개발에 따른 지속적인 가격 감소로 금액기준으로는 연평균 2%대의 낮은 성장률을 기록하였다. 반면, 최근 IEC1131-3으로 대변되는 표준화 경향을 반영한 소프트웨어 부문은 소프트 PLC의 등장과 사용자 인터페이스 고급화에 힘입어 매년 14%에 달하는 고성장을 기록하고 있다. PLC 시장은 산업 현장에서의 자동화 요구의 증가, 중국을 포함한 동남아 및 라틴아메리카의 급속한 산업화, 환경과 노동자 안전에 관한 엄격한 규정의 강화에 따른 제조 설비에서의 프로세스 자동화의 요구 증대 등의 요인으로 꾸준한 성장이 예상된다.
세계 PLC시장에서의 업체별 시장 점유율은 독일의 지멘스가 25% 이상의 점유률로 1위이며 로크웰 오토메이션과 AEG 슈나이더 오토메이션이 각각 18%와 11%로 2, 3위를 기록하고 있다. 또한 일본 업체로는 각각 11%와 8%의 점유율을 갖는 미쓰비시와 오므론이 4, 5위에 랭크되어 있다.
2000년 FA센서시장, 130억달러 수준
FA 센서는 생산 자동화에 있어 가장 기본적인 요소로 그 수요가 계속적으로 증가할 것으로 예상되며, 특히 최근의 반도체 제조장치 시장의 호조와 FA 및 계측기기의 디지털화로 성장잠재력이 매우 크다. 2000년 세계 센서시장의 규모는 130억 달러에 달할 것으로 예상된다. FA센서시장의 점유율을 보면 1997년의 경우 미국, 유럽연합(EU), 일본 등이 센서시장의 80∼90%를 차지한 것으로 나타났으며, 일본의 경우 성장률이 미국이나 EU보다 높게 나타나고 있다. 최근의 FA 센서의 기술 개발 동향을 살펴보면 대부분의 센서가 기계식에서 전자식으로 전환되고 있고 형태적으로는 경박단소화, 기능면으로는 복합화, 고성능화되고 있으나 가격면으로는 오히려 떨어지고 있는 추세이다. 센서의 고급화, 소형화 및 박막화에 따른 센서의 저전력화, 반도체 기술 발달에 따른 센서의 집적화, 지능화 등으로 개발이 진행되고 있으며 특히 전자기, 초음파, 광기술의 발전에 따른 비접촉식 센서의 증가도 최근의 두드러진 개발 경향이다. 센서기술은 선진국에서도 성장기에 있고, 일부 선진국이 기술을 독점하고 있다. 일본과 미국이 기술을 선도하고 있으며, 유럽이 이를 뒤쫓고 있는 실정이다. 일본은 민생기술 위주로 생명공학, 로봇, 자동화, 광통신분야 등의 적용에 비중을 두고 있으며, 미국은 깊은 이론적 고찰을 바탕으로 국방 및 우주개발과 의학용 센서 등에 센서기술을 중점적으로 활용하고 있는 것으로 나타났다.
우리나라, 기술개발 인력양성 시급
국내 메카트로닉스산업은 그 수요가 연평균 20% 이상의 급속한 성장이 이루어지고 있으나, 핵심기술의 자립화가 이루어지고 있지 못하여 아직 수입의존도가 높을 뿐 아니라 국제경쟁력도 열위에 있어 수출산업화가 부진한 실정이다. 컴퓨터용 기기, 전자카메라, 전자의료기기와 같은 고성능 메카트로닉스기기에 있어서 기술의 해외의존도가 아직 매우 높은 실정이다. 특히 센서, 액튜에이터, ASIC와 같은 핵심부품의 해외의존도가 높아 이것이 국제경쟁력 향상에 큰 지장이 되고 있다. 메카트로닉스기술은 전자, 컴퓨터기술이 선도하는 첨단기술분야로 선진국에서도 아직 성장기에 있는 기술로 우리 나라와의 기술격차가 크며, 집중적 기술개발 없이는 이러한 현상이 당분간 계속될 전망이다. 메카트로닉스 기술은 우리나라의 경우 80년대 이후 개발되기 시작한 비교적 새로운 기술분야로 국내 기술인력이 매우 부족한 실정이며, 중소기업으로의 기술확산도 미흡한 실정이다. 메카트로닉스 기술은 기계, 전자, 정보화 기술의 융합화된 기술분야로 이러한 3가지 기술분야에 상당한 능력과 경험을 갖춘 기술인력이라야 앞으로의 기술개발을 이끌어 갈 수 있을 것이며, 국내의 대학교육 또는 산업인력의 재교육과정을 통하여 효과적인 메카트로닉스 기술인력의 양성을 위한 대책이 필요한 시점이다.