디사오후이 翟少輝 친민 覃敏 치잔닝 戚展寧
<차이신주간> 기자
 

▲ 2023년 4월 중국 저장성 진화에 있는 전기자동차 스타트업 링파오(Leapmotor) 공장에서 로봇이 차체를 조립하고 있다. 표준화 정도가 높은 대형 제품인 자동차는 산업용 로봇을 활용하기에 가장 알맞은 분야다. REUTERS

전자·전기 장비 다음으로 큰 산업용 로봇 시장이 자동차다. IFR 자료를 보면 2021년 세계와 중국 시장의 신규 산업용 로봇 도입에서 자동차 제조업이 차지하는 비중이 약 23%였다. 샤오펑자동차(小鵬汽車, XPeng Motors) 자오칭 공장의 친신 부총경리는 “자동차는 대형 제품이고 표준화 정도가 높아 산업용 로봇을 활용하기에 알맞다”고 말했다. 자동차는 품질의 일관성이 중요하므로 산업용 로봇을 도입하면 이런 요건을 맞출 수 있다. 또 자동차업체들은 비용 절감과 생산성 개선을 위해 산업용 로봇을 활용했다.
샤오펑자동차 자오칭 공장에서는 2021년과 2022년 설 연휴에 공장 설비를 개선하고 산업용 로봇 130대를 추가 배치했다. 외판 용접 등 일부 공정에선 로봇의 작업 품질이 더 나아 내린 결정이었다. 용접은 업무가 힘들고 위험해 그만두는 직원이 많고 구인난이 심한 분야다. 친신 부총경리는 “생산능력을 최대한 가동하면 약 2년6개월 만에 설비투자 비용을 회수할 수 있다”고 말했다.
 

▲ 2023년 5월 미국 미시간주 디트로이트에서 열린 자동화기술(Automate)박람회 행사장에 마련된 중국 산업용 로봇 업체 오보로보틱스 홍보관. 오보는 사람과 함께 작업하도록 설계된 협동로봇으로 완성차 공장을 파고들었다. 오보로보틱스 누리집

자동차 분야 실태
광저우자동차(廣汽)는 광저우에 있는 전기차 브랜드 아이온(Aion, 埃安) 공장 두 곳에 산업용 로봇 약 1천 대를 배치했다. 아이온 완성차 기술센터의 왕전위 공정부 부부장은 “2012년부터 자동차업계의 산업용 로봇 수요가 늘었다”고 말했다. 당시 경제성장이 둔화하고 물가상승으로 인건비가 올랐다. 산업용 로봇 가격이 내려가 전체 구매 비용을 크게 줄일 수 있었다.
자동차 제조 공정은 프레스, 차체 조립, 도장, 의장 조립으로 구성된다. 아이온 공장 두 곳과 샤오펑자동차 자오칭 공장의 차체 조립과 프레스 공정은 자동화 비율이 100%에 가깝다. 도장 공정도 자동화 비율이 높지만 의장 조립은 여전히 사람에게 의존한다. 왕전위 부부장은 “국내 자동차업계의 자동화율은 전반적으로 국제 수준과 비슷하고 일부는 그 수준을 넘었다”고 말했다.
자동차공장 로봇의 다수는 여전히 수입 제품이다. 샤오펑자동차 자오칭 공장은 화낙, 쿠카, ABB 등의 로봇을 배치했다. 아이온 공장 상황도 비슷하다. 자동차업계 관계자는 “완성차 업체는 아직 중국 산업용 로봇의 정밀도와 안정성을 신뢰하지 않는다”며 “국산 로봇이 대량으로 완성차 공장에 진입한다면 새 이정표가 될 것”이라고 말했다.
일부 중국 신에너지자동차 제조사가 2022년 중국 산업용 로봇 도입 계획을 세웠다가 공정과 지표 등 여러 이유로 결국 포기했다. 해당 사업 관계자는 “국산 제품의 동작 제어와 알고리듬 분야가 취약해 현장 수요에 완벽하게 부응하지 못했기 때문”이라고 말했다. “쿠카, ABB, 화낙 로봇은 자동차업계에서 수십 년 동안 사용해 업체 스스로 품질을 개선했고, 생산 현장의 많은 피드백이 품질 개선을 촉진했다. 국산 로봇은 실전에서 단련할 기회가 충분치 않았다.”
“많은 산업용 로봇 제조사가 일본이나 유럽에 있다. 자동차산업이 그 성장을 이끌었기 때문이다.” 천구이순 이노밴스 로봇제품부 책임자는 “일본과 유럽에서 발전한 자동차산업이 산업용 로봇의 발원지”라고 말했다. 이는 외국 브랜드가 대형 로봇에 중점을 둔다는 뜻이다. 중국 완성차 업체도 오랜 기간 외국산에 익숙해져 중국 로봇의 진입이 더 힘들다. 업계 관계자는 “용접과 도장 공정에선 외국 제품의 성능이 뛰어나고 가격도 싸서 완성차 제조사가 중국 제품으로 바꿀 이유가 없다”고 말했다.
중국의 신에너지차 산업이 성장하자 중국 산업용 로봇 제조사는 자동차 분야에 뛰어들 호기라고 판단했다. 왕페이리 애널리스트는 “내연기관차 공장의 주력은 외국 로봇으로 국산 로봇이 진입하기 어렵다”며 “신에너지차 업체는 중국 기업이고 국산 공급망에 더 개방적”이라고 말했다. “과거에는 진입이 아예 불가능했지만 지금은 가능성이 생겼다. 현재 일부 완성차 제조사가 국산 산업용 로봇을 시험하고 있다. 수량은 매우 적다.” 천구이순 책임자는 “이노밴스가 산업용 로봇을 대량으로 완성차 제조사에 납품했다”고 밝혔지만 고객사는 공개하지 않았다.
자동차부품 제조 분야에는 중국 산업용 로봇이 이미 진출했다. 친신 부총경리에 따르면 샤오펑자동차 주변 부품 제조사가 아크 용접, 스폿 용접, 이송, 적재 작업에 시아순(SIASUN, 新松機器人), 에스툰, 이포트(EFORT, 埃夫特) 등 국산 브랜드 로봇을 도입했다. 전체에서 차지하는 비중은 10% 미만이다. “인건비 상승과 표준화, 품질 요건 강화로 부품 제조사가 자동화를 추진했다. 자금력이 부족해 가성비가 좋은 국산 로봇을 선택했다.” 친신 부총경리는 “앞으로 5년 정도 부품 제조 분야에서 국산 로봇을 성공적으로 사용하고 사후 서비스와 품질을 개선하면 대규모로 완성차 공장에 진입할 수 있을 것”이라고 말했다.
중국 제조사는 전통 산업용 로봇 분야의 경쟁력을 높이는 한편 새 유형인 협동로봇(Collaborative Robot) 분야에 공들였다. 사람과 함께 작업하도록 설계된 협동로봇은 중국 브랜드가 완성차 공장에 진입하는 새 돌파구다. 이미 여러 완성차 공장에서 오보로보틱스(AUBO, 遨博智能科技有限公司)의 협동로봇을 사용한다. 2022년 이 회사 자동차 분야 로봇 출하량이 전체의 20%가 넘었다.
 

▲ 2021년 4월 상하이모터쇼 행사장에 전시된 샤오펑자동차의 P5 전기차. 중국 산업용 로봇 업체들은 외국 로봇이 이미 장악한 내연기관차 공장 대신 신에너지차 공장을 공략하고 있다. REUTERS

신에너지차 공략
“2018년 BMW 혁신응용부에서 신제품을 검증한 뒤 도입하겠다고 했다. 그때 협동로봇에 대한 평가가 좋아 BMW 공장에 납품할 수 있었다. 도장 공정에 사용하는 로봇이었다.” 웨이훙싱 오보 회장은 “그때 유니버설로봇, 쿠카 등 외국 제조사와 경쟁했다”고 말했다. 오보는 BMW에 엔지니어를 상주시켜 결국 주문을 받아냈다. 이를 기반으로 오보는 볼보, 지리자동차(GEELY, 吉利汽車), 체리자동차(Chery, 奇瑞汽車), 도요타, 폴크스바겐, 창청(长城)자동차 등의 공장에 진입했다.
업계 관계자들에 따르면 BYD가 2022년 구매한 산업용 로봇 약 2만 대 가운데 1천 대가 오보의 협동로봇이었다. 주로 부품 운반, 나사 조립, 도장 공정에 투입됐다. “2022년 4분기에 BYD가 협동로봇 입찰을 진행했다. 제품이 현장 요건에 부합하는지 시험한 뒤 견적을 받았다. 많은 기업이 입찰에 참여해 대부분 3만~4만위안을 제시했다. 결국 오보가 평균 단가 3만위안(약 540만원)으로 낙찰받았다.”

새 돌파구
협동로봇의 가장 큰 특징은 사람과 한 공간에서 함께 작업하는 것이다. 전통 로봇에 견줘 안전하고 사용하기 쉬우며 유동적이다. 작업장에 안전 울타리를 설치해 공간을 분리할 필요가 없다. 이런 이유로 완성차 제조사는 옛 생산라인을 교체하거나 의장 조립 공정에서 작업자와 협업하기 위해 협동로봇을 투입한다.
웨이훙싱 회장에 따르면 볼트와 너트의 끼움(체결) 상태와 힘을 제어하는 정밀도의 기준이 높은 한 중국 엔진 생산공장은 사람이 작업할 때 볼트가 누락되거나 나사 죄는 힘이 부족하고 일관성이 떨어지는 등 결함이 생겨 협동로봇을 도입했다. 이 공장은 외국 유명 업체의 로봇을 사용하다 오보 제품으로 교체했다. 현재 오보의 협동로봇 한 대가 볼트 끼움 작업을 해서 수율이 12% 나아졌고 생산원가가 30% 줄었다.
친신 부총경리는 “의장 조립 공정은 유연하게 대처해야 하는 상황이 많고 조립해야 할 부품의 종류가 다양하다”고 말했다. 부품이 너무 커서 로봇이 인식하지 못하는 바람에 생산라인이 멈추는 일이 생길 수도 있다. 이 공정은 여전히 인력에게 의존하기에 협동로봇에 기회가 생겼다.
하지만 샤오펑자동차는 아직 생산라인에 협동로봇을 투입하지 않았다. 친신 부총경리는 “작업자들의 이해와 신뢰가 부족해 협동로봇과 함께 작업하는 것을 꺼린다”고 말했다. 협동로봇 가격이 비싼 것도 이유다. 아이온은 덴마크 유니버설로봇의 협동로봇을 몇 대 배치했다. 왕전위 부부장은 “그래도 가격이 비싼 편”이라며 “대량 도입을 하려면 가격이 내려갈 때까지 기다려야 한다”고 말했다. “여러 국산 협동로봇 제조사와 정보를 교환했다. 하지만 생산라인의 안전성을 고려해 국산을 구매하지 않았다.”
ABB 중국지사 관계자는 “인공지능 기술과 결합한 협동로봇은 새로운 분야”라며 “전기차가 내연기관차와 다른 분야인 것과 마찬가지”라고 말했다. 따라서 중국 제조사가 추월할 가능성이 있다. 웨이훙싱 회장은 “최근 몇 년 동안 중국 협동로봇 기술이 발전했다”며 “속도와 정밀도 측면에서 소형 산업용 로봇과 큰 차이가 없다”고 말했다. 그는 응용 공정이 개선되고 성숙해지면서 50㎏ 수준의 중소형 로봇 분야에서 전통 로봇을 대체하리라 전망했다.
신형 중국 물류로봇도 자동차 공급망에 진입했다. 2015년 설립된 스탠더드로봇(斯坦德機器人)은 2018년 3C 분야에 뛰어들어 화웨이의 주문을 받았다. 이후 스마트폰 업체 오포(OPPO)와 폭스콘 등의 물량을 수주했다. 왕융쿤 스탠더드 최고경영자는 “2021년부터 신에너지차 산업에 적극 도전해 웨이라이자동차(蔚來汽車) 허페이 공장에 진입했다”고 말했다. 이어 BYD, 테슬라, 광저우도요타(GAC-Toyota)로 고객사를 확대했다. “푸둥신구의 린강 공장을 비롯한 테슬라의 제조 생태계에도 진입했다. 완성차 제조사는 로봇의 안정성을 중시한다. 화웨이 공장에 진입할 때 3천 시간 무고장 테스트를 받았다. 자동차공장에선 1만 시간 이상 테스트해야 한다.”
 

▲ 2022년 11월 독일 뉘른베르크에서 열린 자동화 시스템·부품 전시회 행사장에 마련된 중국 산업용 로봇 업체 이노밴스 홍보관. 이노밴스는 2021년 처음 중국의 서보모터 시장에서 외국 브랜드를 제치고 점유율 1위를 기록했다고 밝혔다. 이노밴스 누리집

공급망 성장
스탠더드는 자율이동로봇(AMR)을 주로 개발한다. 이는 물류로봇의 3세대 기술이다. 현재 자동차 분야에서 쓰는 대부분의 물류로봇에는 마그네틱테이프로 설정한 경로를 따라 이동하는 1세대 기술이 적용됐다. AMR의 비중은 5% 정도다. 무인운반차(AGV)는 비용과 안정성이 뛰어나고, AMR은 유연성이 강점이다. 왕융쿤 최고경영자는 “기술이 발전하고 시장에서 규모의 효과가 나타나면 AMR의 가격이 내려갈 것”이라고 말했다.
최근 많은 외국 산업용 로봇 제조사가 중국에 공장을 설립했고, 공급망이 같이 중국에 들어왔다. 동시에 중국 로봇 제조사가 크게 늘어 중국 부품 업체의 성장을 촉진했다. 천구이순 책임자는 “산업용 로봇 공급망의 국산화 속도가 빨라졌다”며 “주물 등 기초 부품 분야에선 국산화가 보편적”이라고 말했다. “대다수 핵심 부품, 특히 서보모터(Servomotor)와 제어기 기술이 빠르게 발전해 독자 기술의 비중이 높아졌다. 중국의 전기제어 기술 기반이 탄탄해 서보모터와 제어기 기술 개발에 큰 문제가 없다.”
산업용 로봇의 주요 부품은 서보모터, 제어기, 감속기 세 부분으로 나뉜다. 이들이 전체 생산원가의 약 70%를 차지한다. 인허증권(銀河證券) 보고서에 따르면 개발 어려움 정도가 제어기는 중, 서보모터는 중상, 감속기는 최고 수준이다.
서보모터는 산업용 로봇의 동력전달장치다. 파나소닉, 야스카와전기, 미쓰비시, 지멘스, 슈나이더일렉트릭, ABB 등 외국 기업이 오랫동안 이 분야를 주도했다. 중국 제조사도 최근 중요한 기술 성과를 거뒀고 경쟁력이 크게 개선됐다. 이노밴스는 사업보고서에서 MIR 통계를 인용해 자사 범용 서보모터의 중국 시장 점유율이 2020년 10%에서 2021년 16.3%로 늘었고 처음으로 외국 브랜드를 제치고 1위에 올랐다고 밝혔다. 이노밴스의 2022년 점유율은 21.5%로 늘었다. 2~4위는 지멘스(10.4%), 파나소닉(7.8%), 야스카와전기(7.6%)였다.
제어기는 하드웨어와 소프트웨어로 구성된다. 명령을 처리하고 서보모터를 구동하는 제어기의 성능이 로봇의 안정성과 정밀도를 결정한다. 여러 로봇 제조사가 제어기를 직접 개발했다. 외국 브랜드가 시장을 주도한다. 인허증권 보고서를 보면 2021년 중국 산업용 로봇 제어기의 시장점유율 1위는 화낙(16%)이었고 쿠카, ABB, 야스카와전기, 엡손이 뒤를 이었다.
왕페이리 애널리스트는 “제어기와 서보모터는 국산으로 대체할 수 있는데 문제는 감속기”라고 말했다. 산업용 로봇의 정밀 동력전달장치인 감속기는 RV 감속기와 하모닉 감속기로 나뉜다. “두 감속기 모두 수입에 의존했다. 하지만 최근 국산 하모닉 감속기 기술이 발전했다.” UBS증권은 2017~2021년 중국 하모닉 감속기의 중국 시장 점유율이 20%에서 37%로 늘었고 2026년 59%까지 오를 것으로 전망했다. “RV 감속기는 진입 문턱이 높고 외국 브랜드를 따라잡기 어렵다. 현재 국산화율이 20% 수준이다. 국산 RV 감속기 개발 성과는 2~3년이 지나야 나타날 것이다.”
천구이순 책임자는 “중국 감속기 기술이 발전했지만 수입 제품과의 품질 격차가 있다”고 말했다. 기초 수준의 제조사는 중국 감속기를 더 많이 쓸 것이다. 하지만 고급형 제품을 공략한다면 수입 제품을 선택한다. 이노밴스의 산업용 로봇은 주로 수입 감속기를 사용한다.

높은 가성비
업계 관계자들에 따르면 핵심 부품 외에 산업용 로봇의 실시간 운영체제와 산업용 소프트웨어 등 소프트파워(Soft Power)도 개선해야 한다. 웨이훙싱 회장은 “산업용 로봇 공급망 전체의 중국산 비율이 약 30%”라고 말했다. 협동로봇은 속도와 정밀도 요건이 상대적으로 낮아 중국 부품 제조사가 비교적 쉽게 개발할 수 있다. 앞으로 본체 개발사를 따라 기술지표를 개선할 수 있다. 운영체제와 전용 반도체를 제외한 협동로봇의 핵심 부품은 대부분 중국산이다.
웨이훙싱 회장은 “중국 부품 제조사의 강점은 속도”라고 말했다. “처음에 수입 브랜드 하모닉 감속기를 주문했는데 6개월~1년이 지나서야 시제품이 도착했다”며 “그때 국산 제품의 효과나 성능이 약간 떨어졌지만 3개월에 한 번씩 기술을 개선해 신속하게 수요에 부응했다.”
중국 공급망의 성장은 중국 산업용 로봇의 전체 경쟁력을 강화하는 데 도움이 된다. 업계 관계자들은 이런 선순환을 유지하면 5~10년 안에 중국 시장의 구도가 바뀔 것으로 전망한다. 인허증권 보고서에 따르면 현재 산업용 로봇 생산원가에서 핵심 부품이 높은 비중을 차지하는 것은 낮은 중국산 비율과 관련 있다고 지적했다. 중국 기업의 구매가 적은 감속기 분야에선 외국 공급업체가 가격결정권을 쥐고 있다. 이 때문에 같은 기종 감속기의 구매 가격이 외국 유명 기업의 두 배에 이른다.
왕페이리는 “부품의 국산화율과 규모, 품질이 개선돼 국산 브랜드의 가성비가 더 높아질 것”이라고 말했다. “2022년 말부터 외국 산업용 로봇 브랜드가 가격을 올려 국산 브랜드와의 격차가 커졌다. 국산 가격은 안정적이어서 가성비의 강점이 더욱 뚜렷해질 것이다.”

ⓒ 財新週刊 2023년 제19호
工業機器人國產化提速
번역 유인영 위원